Proefschrift Groningen. / Auteursnaam op omslag: Gerard Stege. Met lit.opg. en een samenvatting in het Nederlands.

Bei der Malignen Hyperthermie (MH) handelt es sich um eine autosomal-dominant vererbbare Erkrankung mit variabler Penetranz und Expressivität. Es kommt zu einem übermäßigen Calciumeinstrom in die Skelettmuskelzelle nach Triggerexposition aufgrund einer Fehlfunktion des verantwortlichen Ryanodinrezeptors (RYR1). Bei den bekannten Triggern handelt es sich um depolarisierende Muskelrelaxantien und volatile Anästhetika wie Halothan, aber auch andere Stoffe können diese Triggerfunktion ausüben. Das Phenolderivat Chlorocresol, ein in vielen Medikamenten gebräuchliches Konservierungsmittel, wird als fragliche Triggersubstanz bezüglich ihres Effektes auf die Skelettmuskulatur von MHS gegenüber MHN-Patienten im In-Vitro-Kontraktur-Test (IVCT) getestet. Zudem wurden mit der high pressure liquid chromatography (HPLC) die Serumkonzentrationen an Chlorocresol von Patienten gemessen, welche vor einer Bypassoperation eine definierte Menge eines chlorocresolhaltigen Heparinpräparates erhalten haben. Chlorocresol zeigt im IVCT eine signifikante Differenz zwischen MHN- und MHS-Patienten. Somit ließe sich dieser Stoff auch in der Diagnostik der MH einsetzen. Die Serumwerte von Chlorocresol bei Patienten, die eine definierte Dosis an chlorocresolhaltigen Heparin erhalten haben, lagen unter der Nachweisgrenze, welche wiederum deutlich unter der im IVCT gefundenen für eine Muskelkontraktur erforderlichen Mindestkonzentration an Chlorocresol lag. Folglich scheint keine Gefahr für MH-Träger, durch Gaben von üblichen Mengen an chlorocresolhaltigen Medikamenten eine MH-Krise auszulösen. / The phenol derivate Chlorocresol (4CMC), used as preservative in several drugs such as heparin formulas, is known for its activation of the ryanodine receptor responsible for malignant hyperthermia (MH). First we studied the effects of 4CMC on MHS- and MHN-Patients using the in-vitro-contracture-test, then we measured serum concentration of 4CMC after heparinization in cardiopulmonary bypass patients using HPLC. 4CMC showed significant differences between MHN- and MHS-patients. Therefore 4CMC might be useful in diagnostics of MH. In our testes patients serum concentration of 4CMC lay below the threshold of our HPLC testing, which is explicitly below the 4CMC-concentration causing a contracture in MHS-muscles. Thus, MHS patients seem not to be at risk from clinical heparin formulas containing 4CMC.

Die Maligne Hyperthermie (MH) ist eine potentiell lebensbedrohliche Myopathie. Nach Applikation von Triggersubstanzen wie volatilen Anästhetika oder Succinylcholin kann es bei MH-veranlagten Individuen zu einem Krankheitsbild mit massiv gesteigerten Muskelstoffwechsel mit Hyperkapnie, Azidose und Hyperthermie kommen. Die Diagnose einer Veranlagung zur MH wird im In-vitro-Kontraktur-Test (IVCT) gestellt. In vorliegender Arbeit wird als diagnostische Alternative die minimal-invasive metabolische Stimulation mit intramuskulär appliziertem Halothan und Koffein untersucht. Hierzu wurden mit Zustimmung der Ethikkommission in zwei Protokollen insgesamt 16 MH-positive und 15 MH-negative Probanden untersucht. Im Protokoll 1 (Mikroperfusion) wurden sonographisch gesteuert zwei Mikroperfusionskanülen im M. vastus lateralis platziert und in diese jeweils eine Sonde zur CO2-Messung sowie ein G27-Katheter eingelegt. Nach Äquilibrierung wurden 500 µl Halothan 10 Vol% injiziert, nach Erreichen des maximalen pCO2–Anstiegs mit Ringerlösung gespült und dann nach erneuter Äquilibrierung 500 µl Koffein 80 mmol/l appliziert. Im Protokoll 2 (direkt i.m) wurden die CO2-Messsonde und der G27-Zuspritzkatheter direkt in die Muskulatur eingebracht. Über eine Kanüle wurden nach Äquilibrierung 200 µl Halothan 8 Vol%, über die andere 200 µl Koffein 80 mmol/l in den Muskel appliziert. Die Stoffwechselaktivierung und der damit verbundene CO2-Anstieg wurden aufgezeichnet. Die pCO2-Werte wurden kontinuierlich erfasst. In beiden Protokollen wurden zusätzlich hämodynamische und metabolische Parameter erfasst sowie eine Schmerzmessung durchgeführt. Für die Applikation von Halothan vor Koffein im Protokoll 1 zeigten sich signifikant höhere Anstiegsgeschwindigkeiten bei MH-positiven gegenüber MH-negativen Probanden. Halothan nach Koffein erbrachte ebenfalls signifikant höhere Werte. Nach Stimulation mit Koffein in der maximalen Konzentration zeigten sich keine deutlichen CO2-Anstiege. Im Protokoll 2 konnten für die Applikation von Halothan für die MH-positiven Probanden eine nicht signifikant verschiedene Anstiegsgeschwindigkeit als für die MH-negative Gruppe errechnet werden. Nach Stimulation mit Koffein 80 mmol/l konnte ein signifikant stärkerer maximaler Anstieg von 126 mmHg/h (MHS) gegen 8 mmHg/h (MHN) beobachtet werden. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass mittels der lokalen Stimulation und Messung des CO2-Partialdruckes eine Unterscheidung zwischen MH-veranlagten und MH-nichtveranlagten Personen möglich ist. Der metabolische Test kann somit eine Alternative zum invasiveren IVCT darstellen. / Malignant Hyperthermia (MH) is a potetially life-threatening myopathy. In MH susceptible individuals volatile anaesthetics and succinylcholine may induce hypermetabolism in skeletal muscle with lactic acidosis, excessive carbon dioxide production and consecutive hyperthermia. Susceptibility for MH is diagnosed by means of the in-vitro contracture test (IVCT), which requires an invasive muscle biopsy. We hypothesized that both direct intramuscular application of caffeine and halothane and application via microperfusion catheter with measurement of regional carbon dioxide pressure will allow diagnosing the susceptibility to MH. With approval of the local ethic committee 16 MH susceptible probands (MNS) and 15 MH non-susceptible probands (MHN) were studied in two different protocols. In protocol 1 two microperfusion catheters with attached microtubing and pCO2 probes were placed ultrasound guided in the rectus femoris muscle. After equilibration we injected caffeine 80 Mm in a microperfusion probe followed by ringer solution after maximum pCO2 increase and halothane 10 vol % dissolved in soybean oil after equilibration. In the second catheter caffeine was injected after halothane and ringer solution. pCO2 was recorded continuously. In protocol 2 pCO2 probes and microtubing were placed intramuscularly without microperfusion catheter. Direct injection of caffeine 80 Mm and halothane 8 vol % with continous measurement of pCO2 increase was studied. In both protocols hemodynamic and metabolic parameters as well as pain were measured. Protocol 1 results show that injection of halothane led to a significant higher increase of pCO2 levels in MH susceptible indidviduals. After injection of caffeine 80 Mm no significant increase could be detected. For the direct intramuscular injection in protocol 2 no significant difference between the MHS and MHN individuals was measured. Injection of caffeine showed an significant higher increase in MHS indivisuals ( 126 mmHg/h vs. 8 mmHg/h). This study demonstrates that local intramuscular application of halothane and caffeine can differentiate between MH susceptible and non-susceptible indidviduals. This metabolic test may allow a minimally invasive test to diagnose MH susceptibility.

Die Maligne Hyperthermie ist eine latente Myopathie, deren Anlageträger im täglichen Leben nicht ohne weiteres zu identifizieren sind. Gerät eine zur MH-veranlagte Person jedoch in Kontakt mit einer der Triggersubstanzen (volatile Inhalationsanästhetika und depolarisierende Muskelrelaxantien), so kommt es durch den vererbten Defekt im Ryanodin-Rezeptor zu einem Hypermetabolismus der Skelettmuskulatur, verbunden mit Laktatazidose, Kohlendioxidanstieg und Temperaturerhöhung. Der derzeitige Goldstandard der MH-Diagnostik, der In-vitro Kontrakturtest, erfordert eine invasive Muskelbiopsie vom Patienten sowie zeit- und kostenintensive Laboruntersuchungen. Die nicht-invasive molekulargenetische Diagnostik führt nur bei einem Teil der Patienten zur endgültigen Diagnose, da nur bei ungefähr 40 % aller MH-Familien eine der untersuchten Mutationen gefunden wird. Um ein minimal-invasives Testverfahren zu entwickeln, das auf alle Patienten anwendbar ist, wurde in dieser Arbeit untersucht, ob die intramuskuläre Bestimmung der CO2-Partialdruckänderung nach lokaler Applikation der Triggersubstanz Halothan zu einem Unterschied zwischen MH-Veranlagten und nicht MH-Veranlagten führt. Des Weiteren sollte überprüft werden, ob die intramuskuläre Injektion der Triggersubstanz Sevofluran ebenfalls eine messbare Stoffwechselveränderung hervorruft, die zu einer Unterscheidung zwischen den Gruppen führt. Zur Untersuchung der Reaktion auf Halothan wurden bei 16 freiwilligen Probanden (8 MHS, 8 MHN) je zwei Messeinrichtungen, bestehend aus einem Zuspritzkatheter und einer CO2-Messsonde, im M. vastus lateralis platziert. Nach Applikation von 200 microl Halothan 5 Vol% bzw. 6 Vol% wurden die CO2-Veränderungen für 30 Minuten aufgezeichnet. Zur Detektion etwaiger lokaler oder systemischer Nebenwirkungen erfolgte die Registrierung der Vitalfunktionen sowie bestimmter metabolischer Parameter. Die Untersuchung der Reaktion auf Sevofluran erfolgte an 16 Pietrain-Schweinen (8 MHS, 6 MHN) nach gleicher Methode. Appliziert wurden je 100 microl Sevofluran 2,5 Vol%, 5 Vol%, 7,5 Vol% und 15 Vol% sowie ein Sevofluran-Dantrolen Gemisch. Auch hier wurden systemische und metabolische Parameter bestimmt. Sowohl Halothan als auch Sevofluran führten zu einer lokal gesteigerten messbaren CO2-Produktion. Dabei ergaben sich für beide Substanzen signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen sowohl für den jeweils bestimmten maximalen CO2-Partialdruck als auch für den berechneten maximalen pCO2-Anstieg. Die Reaktion auf das Sevofluran-Dantrolen Gemisch zeigte keine Unterschiede zwischen den Gruppen. Ausgeprägte systemische oder lokale Nebenwirkungen wurden in keiner der beiden Versuchsreihen beobachtet. Wie auch schon in anderen Studien konnte in dieser Arbeit gezeigt werden, dass die intramuskuläre Applikation von Triggersubstanzen zu einem lokal gesteigerten Stoffwechsel führt, der sich anhand einer lokalen CO2-Messung verifizieren lässt. Die gemessene Stoffwechselsteigerung ist dabei abhängig von der Art der applizierten Triggersubstanz, ihrer Konzentration sowie dem verwendeten Applikationsverfahren. Bei MH-Veranlagten erfolgt die Steigerung des Stoffwechsels sowohl schneller als auch ausgeprägter, was eine Unterscheidung zwischen ihnen und nicht MH-Veranlagten erlaubt. Das vorgestellte metabolische Messverfahren nach Applikation von Halothan oder Sevofluran ist somit ein Erfolg versprechender Ansatz zur minimal-invasiven Diagnostik einer Veranlagung zur Malignen Hyperthermie. / In malignant hyperthermia (MH) susceptible individuals, anaesthesia with volatile anaesthetics and depolarising muscle relaxants may lead to a potentially lethal metabolic syndrome of skeletal muscle metabolism as a result of uncontrolled calcium release. The loss of control of the myoplasmic calcium regulation leads to hypermetabolism, muscle rigidity, lactic acidosis and heat production. Susceptibility to MH is diagnosed by an invasive, in vitro, muscle contracture test with halothane and caffeine according to standardised test protocols of the European and the North American MH Groups. As the required muscle biopsy for testing is associated with the risk of wound infection, bleeding or sensory deficit, and genetic evidence of a causative mutation for MH is found in less than 50% of susceptible individuals, alternative and minimally invasive methods to detect MH susceptibility continue to be sought for. In this dissertation it was hypothesised that intramuscular halothane injection increases local PCO2 concentrations in malignant hyperthermia susceptible (MHS) but not in non-susceptible (MHN) individuals. It was furthermore hypothesised that intramuscular sevoflurane injection allows diagnostic differentiation between malignant hyperthermia susceptible (MHS) and non-susceptible(MHN) pigs by measurement of intramuscular PCO2, and that dantrolene reduces the sevoflurane-induced PCO2 increase. PCO2 probes with attached microtubing catheters for halothane injection were placed into the lateral vastus muscle of eight MHS and eight MHN probands. Following equilibration, a single bolus of 200 microl halothane 5 and 6 vol% was injected. PCO2 was measured spectrophotometrically. Baseline PCO2 concentrations were similar between groups. Maximum PCO2 and maximum rate of PCO2 increase was significantly enhanced by halothane 5 and 6 vol% in MHS compared to MHN probands. Systemic haemodynamic and metabolic parameters did not differ between both groups. For measuring the reaction to sevoflurane PCO2 probes with microtubing were positioned in the triceps muscle of 8 MHS and 6 MHN pigs. Following equilibration, sevoflurane boli at different concentrations and a sevoflurane dantrolene bolus were injected synchronously. PCO2 was measured spectrophotometrically and the rate of PCO2 increase was calculated. Intramuscular sevoflurane injection increased local PCO2 dosedependently and significantly higher in MHS than in MHN pigs. Measurement of the rate of PCO2 increase allowed a distinct differentiation between single MHS and MHN pigs. No significant increase in PCO2 was found with sevoflurane and dantrolene. In conclusion local halothane application induces a hypermetabolic reaction with a significant PCO2 increase in MHS compared to MHN probands, indicating a susceptibility to malignant hyperthermia. Intramuscular halothane injection with PCO2 measurement seems to be a suitable method for the development of a minimally invasive metabolic test to diagnose malignant hyperthermia susceptibility. Also local injection of sevoflurane induces a hypermetabolic reaction measured by PCO2 increases. The reduced PCO2 increase in MHS following sevoflurane and dantrolene injection is suggestively a result of the sevoflurane mediated calcium release and its antagonism by dantrolene. Therefore also Sevoflurane may be useful for a minimally invasive diagnostic test for malignant hyperthermia in man.

Neben der Chemotherapie ist heutzutage auch die Hyperthermie-Behandlung eine wichtige Säule der antitumorösen Therapie. Während der sogenannten HIPEC Therapie (Hypertherme intraperitoneale Chemoperfusion) werden die beiden Arten der Therapieformen kombiniert und in der klinischen Praxis erfolgreich angewendet. Genauere Kenntnisse über die zu Grunde liegenden toxikologischen in-vitro Mechanismen könnten zu neuen Möglichkeiten in der klinischen Anwendung führen. In unserer Arbeit untersuchten wir verschiedenen Tumorzelllinien (HT29,CaCo-2,HCT116,HaCaT) in Kombination mit Cisplatin und Hyperthermie mit verschiedenen Methoden, wie zum Beispiel Mikrokerntest, Comet-Assay, Durchflusszytometrie, Vitalitätstest und mikroskopischen Analysen. Unsere Ergebnisse führten uns zu der Hypothese, dass Hyperthermie alleine zu einer sogenannte mitotic catastrophe führt und zum Absterben der Tumorzellen. Im Gegensatz dazu zeigten Tumorzellen, welche mit Cisplatin alleine oder auch in Kombination mit Hyperthermie nicht in die Mitose eintreten und daher nicht durch Apoptose in den Zelltod gehen. / Nowadays the use of chemotherapy, but also hyperthermia are main columns of the anti- cancer treatment. In the so-called HIPEC therapy (hypertherme intraperitoneale chemoperfusion) these both kinds of treatments are combined and successfully applieded with clinical relevance. More detailed knowledge about the underlying in-vitro toxicological mechanism may lead to new opportunities in the clinical practice. In our work we examined different cancer cells (HT29, CaCo2,HCT116,HaCaT) in the combination of with cisplatin and hyperthermia by using different methods e.g. micronucleus test, comet-assay, flow cytometry, vitality test and microscopical analysis. Our aquired results lead to the postulation that hyperthermia alone induces a so- called mitotic catastrophe provoking the death of tumor cells. However tumor cells treated with cisplatin with or without combination with hyperthermia do not enter into mitosis and therefore cannot undergo apoptosis through a mitotic catastrophe.

Thèse d'exercice : Médecine. Médecine générale : Université de Nantes : 2005. / Bibliogr. f. 61-63 [33 réf.].

Thèse d'exercice : Médecine. Médecine générale : Université de Nantes : 2005. / Bibliogr. f. 102-104 [55 réf.].

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Rugtitel: Cytoreduction and hyperthermic intraperitoneal chemotherapy. Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.

Proefschrift Universiteit van Amsterdam. / Met lit. opg. - Met samenvatting in het Nederlands.