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.

Wir nahmen an, dass nach intramuskulärer Injektion von Koffein und Halothan in Schweinen mit Veranlagung (MHS) und ohne Verlangung (MHN) für eine maligne Hyperthermie, es zu einem dosisabhängigen intramuskulären Laktatanstieg kommt. Des weiteren ist die Ausdehnung des dadurch ausgelösten Hypermetabolismus nur auf ein kleines Areral um die Injektionsstelle begrenzt. Eine systemische MH-Krise wird nicht ausgelöst. Mikrodialysesonden wurden in die Hinterläufe von 7 MHN und 7 MHS Schweinen platziert und mit Ringerlösung perfundiert. Nach Einstellen eines Gleichgewichtes wurden Boli von Halothan und Koffein in aufsteigenden Konzentrationen in den Muskel appliziert. Für den zweiten Versuchsansatz, die regionale Ausbreitung betreffend, wurden wiederum Mikrodialysesonden im Abstand von 10 mm und 25 mm zum Injektionsort platziert. Das Laktat wurde photospektrometrisch im Dialysat gemessen. Durch intramuskuläre Halothan- und Koffeinapplikation kommt es zu einer dosisabhänigen Erhöhung der intramuskulären Laktatkonzentration mehr beim MHS als MHN-Tieren mit signifikantem Unterschied. Laktaterhöhungen fanden sich darüber hinaus nur an der Injektionsstelle der Trigger- substanzen, nicht jedoch in 10 und 25 mm Entfernung davon. Somit ist der Anstieg der lokalen Laktatkonzentration im Muskel nur auf ein kleines Areal um die Injektionsstelle begrenzt. / We hypothesized that IM halothan and caffein injection increases lokal lactat concentration dose-dependently in malignant hyperthermia susceptible (MHS) und non-susceptible (MHN) pigs and that the hypermetabolic reaction measured by regional distribution of lactat is limited to a small area around the injection side. Microdialysis probes were placed in the hindlimbs of 7 MHS and 7 MHN pigs and perfused with Ringers solution. After equilibration, boluses of increasing halothan and caffein concentrations were injected. For the second hypothesis regarding regional distribution, microdialysis probes were positioned in 7 MHS and 6 MHN pigs at the injection site for halothan and caffein and at a distance of 10 mm and 25 mm. Lactat were measured in the dialysate by spectrophotometry.Halothane and caffeine increased IM lactat dose-dependently in MHS significantly more than in MHN pigs. Lactat was increased only at the infection site but not at 10 mm and 25 mm distance. The increase of lactat after lokal MH trigger injection is limited to a small area around the probe.

Die Maligne Hyperthermie (MH) ist eine metabolische Myopathie. Sie veranlagt zu einer potentiell lebensgefährlichen Stoffwechselentgleisung, die durch Exposition mit bestimmten Triggersubstanzen, insbesondere volatilen Anästhetika und depolarisierenden Muskelrelaxantien, ausgelöst wird. Dabei führt ein Defekt in der Membran des sarkoplasmatischen Retikulums der Skelettmuskulatur zur unkontrollierten Stoffwechselsteigerung. Zahlreiche Medikamente weisen in ihrem Nebenwirkungsprofil das Risiko von Rhabdomyolysen oder Myalgien auf. Unter Therapie von Cerivastatin kam es in 52 Fällen zu tödlichen Verläufen, so dass das Medikament 2001 vom Markt genommen wurde. Wir untersuchten Maligne Hyperthermie suszeptible Schweinemuskeln im In-vitro-Kontrakturtest (IVCT) unter Inkubation mit Atorvastatin, Simvastatin, Levofloxacin, Ciprofloxacin und Gemfibrozil. Für diese Medikamente sind derartige unerwünschte Arzneimittelwirkungen beschrieben. Wir konnten dabei zeigen, dass der Maligne Hyperthermie suszeptible (MHS) Muskel anscheinend empfindlicher auf Atorvastatin, Simvastatin, Levofloxacin und Ciprofloxacin reagiert als der Maligne Hyperthermie negative (MHN). Das zeigte sich anhand der gegenüber den nicht suszeptiblen Muskeln signifikant höher ansteigenden Ruhespannung der MHS-Muskelpräparate im IVCT. Wir erklären dieses Ergebnis durch die beim MHS-Muskel labilere Ca2+-Homöostase. Gemfibrozil scheint hingegen auf die Ca2+-Homöostase keinen Einfluss zu haben, jedoch in hohen Konzentrationen myotoxisch zu wirken. Eine Kombination mit anderen Medikamenten, die durch die gleichen Enzymsysteme abgebaut werden, sollte daher nur mit Vorsicht erfolgen, um eine Kumulation im Organismus zu vermeiden. / Malignant Hyperthermia (MH) is a metabolic myopathy which disposes to a potential life threatening derailment of metabolism and can be triggered by exposition with special substances, particularly volatile anaesthetics and depolarising muscle relaxants. A defect in the membran of sarcoendoplasmatic reticulum leads to uncontrolled derailment of metabolism. A lot of medicaments show up with a risk of rhabdomyolysis or myalgies as adverse drug reactions. Under treatment with cerivastatin, 52 cases with fatal ending were described, and the medicament was phased out in 2001. We analysed malignant hyperthermia susceptible porcine skelet muscles in the in-vitro-contracture-test (IVCT) under incubation with atorvastatin, simvastatin, levofloxacin, ciprofloxacin and gemfibrozil. For these drugs, the described adverse reactions are established. We could show, that the malignant hyperthermia susceptible muscle seems to react more sensitive to atorvastatin, simvastatin, levofloxacin and ciprofloxacin than the malignant hyperthermia negative (MHN) muscle. This was shown by the in comparision to MHN muscles significantly higher raising baseline of MHS muscles in IVCT. We explain this result by the more instable Ca2+-homeostasis of MHS muscle cells. Gemfibrozil seems to not influence Ca2+-homeostasis, but to have toxic effects in high concentrations. A combination with other drugs which are exhausted by the same enzymatic system should thus be only used with caution, to prevent a cumulation in organsim.

Die Maligne Hyperthermie (MH) ist eine autosomal dominant vererbte latente metabolische Myopathie, die durch Exposition mit volatilen Anästhetika oder depolarisierenden Muskelrelaxantien vom Succinylcholin-Typ in disponierten Individuen zu einem potentiell lebensbedrohlichen hypermetabolen Syndrom der Skelettmuskulatur führen kann. Der Pathomechanismus basiert auf einer unkontrollierten sarkoplasmatischen Kalziumfreisetzung über funktionell veränderte Ryanodin- (RYR1) oder Dihydropyridinrezeptoren (DHPR) und resultiert in einer stark erhöhten Stoffwechselreaktion der Zelle. Die klinische Symptomatik umfasst Anstieg des Kohlendioxidpartialdrucks und der Körperkerntemperatur, sowie Tachykardie, Laktatazidose und erhöhte Muskelrigidität. Der Goldstandard für die Diagnostik einer MH-Veranlagung ist der Koffein-Halothan-In-vitro-Kontrakturtest (IVCT). Volatile Anästhetika sind unbestritten in der Lage eine MH-Krise auszulösen, während die Rolle von Succinylcholin bis heute kontrovers diskutiert wird. In dieser Studie wurde der Einfluß von Succinylcholin in der Entstehung einer MH-Krise an MH-veranlagten (MHS) und MH-nichtveranlagten (MHN) Schweinen untersucht. Es wurden die hämodynamischen und metabolischen Veränderungen nach Gabe von Succinylcholin, Halothan oder beider Substanzen analysiert. Hierfür wurden nach Zustimmung der lokalen Ethikkommission 27 MHS und 30 MHN Tiere narkotisiert und beatmet. Nach Narkoseeinleitung wurden CO2- Messsonden in der V. femoralis und dem M. triceps brachii platziert. Die Tiere wurden in 3 Versuchsgruppen unterteilt: Gruppe A erhielt Succinylcholin intravenös in einer Dosierung von 4mg/kg, Gruppe B Halothan in steigender Konzentration (0,5, 1.0 Vol%) und Gruppe C Succinylcholin und Halothan in Kombination. Die Vitalwerte wurden kontinuierlich überwacht. Vor Zugabe der Triggersubstanzen waren die Vitalwerte zwischen den MHS und MHN Tieren vergleichbar. In der Gruppe der MHN Tiere zeigten sich keine relevanten Änderungen der hämodynamischen und metabolischen Parameter. Succinylcholin oder Halothan induzierten signifikante metabolische und hämodynamische Veränderungen in den MHS Schweinen. In der Gruppe der MHS Tiere, die beide Substanzen in Kombination erhielten wurden diese Effekte noch potenziert. In dieser Studie konnte nachgewiesen werden, dass Succinylcholin als alleiniger Trigger eine MH auslösen kann. Im zweiten Teil der vorliegenden Arbeit wurden die Daten von 1124 Patienten, die sich aufgrund eines MH-verdächtigen Narkosezwischenfalls an der MH-Ambulanz in Würzburg zwischen 1974 und 2012 vorstellten und mittels eines IVCT untersucht wurden retrospektiv untersucht. In die Studie wurden 198 Patienten eingeschlossen. Der intraoperative Verlauf wurde anhand von Narkoseprotokollen rekonstruiert. 60 Patienten wurden als MHS, 18 als MHSh (muskuläre Kontrakturentwicklung nur nach Halothan Exposition), 3 als MHSc (muskuläre Kontrakturentwicklung nur nach Koffein Exposition) und 117 als MHN klassifiziert. Succinylcholin wurden zur Narkoseführung in 90% aller MHS Patienten und 89% aller MHN Patienten verwendet. Succinylcholin wurde in 21% der MHS Patienten als einziger MH-Trigger eingesetzt. Ausschließlich volatile Anästhetika kamen in 10% der MHS Patienten zum Einsatz. In einem Großteil der MHS und MHN-Fälle fiel nach Gabe von Succinylcholin ein Masseterspasmus auf. Herzrhythmusstörungen und erhöhte CO2 Werte waren ebenfalls häufig zu beobachten. Dantrolen wurde nur in wenigen Fällen appliziert. Zusammenfassung: Succinylcholin konnte in unserer Studie eine MH als alleiniger Trigger auszulösen. Die Kombination von Halothan und Succinylcholin verstärkt die hämodynamischen und metabolischen Veränderungen im Verlauf einer MH deutlich. Neuere Inhalationsanästhetika sind zwar weniger potent als Halothan, können aber ebenfalls eine MH auslösen. Die MH ist somit auch heute noch eine ernst zu nehmende Komplikation in der Anästhesie, die zum Tode des Patienten führen kann. Jeder Anästhesist und Intensivmediziner muss in der Lage sein dieses Krankheitsbild zu erkennen und zu therapieren. Bei Anwendung von MH-Triggersubstanzen in der Narkoseführung muss Dantrolen als Mittel der Wahl für eine Therapie zur Verfügung stehen. / Malignant hyperthermia (MH) is an autosomal dominant potentially lethal metabolic myopathie, which develops in predisposed individuals after exposure to trigger substances: depolarizing neuromuscular blocking agents and volatile anesthetics. In skeletal muscles of MH susceptible (MHS) individuals, mutated ryanodine receptors (RYR1) or dihydropyridin receptors (DHPR) lead to a massive intracellular Ca2+-release with an enhanced mitochondrial energy consumption. Besides an overwhelming production of carbon dioxide, clinical signs of MH include heat production, tachykardia, lactat acidosis and an increase of muscle rigidity. The standard procedure for diagnosing MH-susceptibility is the halothane-caffeine-contracture test (IVCT), which requires an invasive muscle biopsy. The impact of volatile anaesthetics to induce MH is abundantly clear, while the role of succinylcholine still remains controversial. To evaluate the influence of succinylcholine on porcine MH events, the hemodynamic and metabolic responses in MH susceptible (MHS) and non-susceptible (MHN) swine following either succinylcholine or halothane application alone or a combination of both substances were analyzed. 27 MHS and 30 MHN pigs were anaesthetized and mechanically ventilated after the approval of the local animal care committee. Fiberoptic probes for continuous pCO2 -measurement were inserted into the femoral vein and the triceps muscle. Group A received succinylcholine 4 mg/kg, group B incremental doses of halothane (0.5, 1.0, 2.0 vol%) and group C succinylcholine and halothane simultaneously. Vital signs were recorded continuously. Prior to drug application measured values did not differ between MHS and MHN. Succinylcholine and halothane lead to significant hemodynamic and metabolic changes in MHS swine. The combination of both pharmacological agents potentiated the observed effects. Consequently succinylcholine acted as an independent and supportive factor during onset of an MH episode. In the second part of the study, patients data of a suspected MH episodes during general anesthesia were analyzed, referred to the Wuerzburg MH unit between 1974 and 2012. Only patients with a suspected MH episode during general anesthesia and patients who underwent an IVCT were included in the investigation. The incidents were evaluated retrospectively using anesthetic documentation and medical records. Between 1974 and 2012 a total of 198 patients were tested. 60 patients were diagnosed MH-susceptible, 18 MHSh (pathological muscle contracture only after halothane exposure), 3 MHSc (pathological muscle contracture only after coffein exposure) and 117 MH-non-susceptible by IVCT. 90% of the MHS patients and 89% of the MHN patients unterwent a general anaesthesia with the use of succinylcholin. 21% of the MHS patients received only succinylcholine and in 10% of the MHS patients only volatile anaesthetics were applied. In the majority of the cases masseter spasm after succinylcholine had been the primary symptom. Cardiac arrhythmias and hypercapnia frequently occurred in the early course of the events. Interestingly, dantrolene treatment was initiated in a few cases only. Conclusion: Succinylcholine was able to induce an MH crisis in our study as a sole trigger. The combination of succinylcholine and a volatile anaesthetic amplified the hemodynamic and metabolic changes. Modern inhalation anesthetics are less potent trigger substances, but were also able to induce a fulminant MH. MH is still an important anesthetic complication. Every anesthesist must be aware of this life-threatening syndrome at any time. Dantrolene must be readily available wherever MH triggering agents are used for anesthesia.

Die Maligne Hyperthermie (MH) ist eine erbliche Myopathie, die bei prädisponierten Patienten durch Anwendung volatiler Anästhetika sowie depolarisierender Muskelrelaxanzien bei Narkosen verursacht wird. Die klinische Symptomatik umfasst einen Anstieg des endexspiratorischen Kohlendioxidpartialdrucks, metabolische Azidose und Hyperthermie. Dieser Prozess wird durch einen abnorm erhöhten Einstrom von Kalzium aus dem sarkoplasmatischen Retikulum in das Zytoplasma ausgelöst, welcher durch eine Mutation im Ryanodinrezeptor der Skelettmuskulatur bedingt ist. Der Goldstandard für die Diagnostik einer MH-Veranlagung ist der Koffein-Halothan-In-vitro-Kontrakturtest. Eine Alternative zu diesem operativen Eingriff stellt der minimal-invasive Test dar. Untersucht wurde, ob der intramuskuläre Laktatspiegel durch eine lokale Applikation der Triggersubstanzen Halothan 6 Vol%, Koffein 80 mM und Halothan 4 Vol% in Abhängigkeit von der MH-Prädisposition gesteigert wird. Ziel der Studie war es zu überprüfen, ob dies eine Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Individuen ermöglicht. Da Halothan in naher Zukunft kommerziell nicht mehr erhältlich sein könnte, wurde Sevofluran als neueres Inhalationsanästhetikum im Tierversuch in unterschiedlichen Konzentrationen intramuskulär appliziert um zu testen, ob sich der Laktatwert in Abhängigkeit von der MH-Veranlagung verändert und eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Tieren erlaubt. Ziel war es, die erhobenen Daten auf eine mögliche Dosis-Wirkungs-Beziehung zu untersuchen. In der Probandenstudie wurden bei 23 Freiwilligen (neun MHS-Patienten, sieben MHN-Patienten, sieben Kontrollpersonen) über Venenverweilkatheter Mikrodialysesonden mit Zuspritzschläuchen in den M. vastus lateralis eingeführt. An die Spitze der Messsonden wurden nach einer Äquilibrierungsphase die Triggersubstanzen Halothan 6 Vol% (nur in der Kontrollgruppe), Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM lokal als Bolus von 200 µl über Zuspritzschläuche appliziert und die resultierenden intramuskulären Laktatveränderungen im Dialysat photospektrometrisch gemessen. Sowohl nach Stimulation mit Koffein als auch mit Halothan 4 Vol% zeigten sich Maximalwerte der Laktatkonzentrationen bei MHS-Patienten, die sich als signifikant höher als die der MHN- und Kontrollgruppe erwiesen. In der Kontrollgruppe wurde eine zusätzliche Messung mit einer Konzentration von Halothan 6 Vol% durchgeführt. Bei den Messungen wurden Werte erreicht, die für MHS-Patienten typisch sind. Im Tiermodell wurden bei gleichem Versuchsaufbau Messsonden in den Adduktorenmuskeln der Hinterläufe von neun MHS- und sechs MHN-Pietrain-Schweinen platziert. Als Triggersubstanz wurde Sevofluran in den Konzentrationen 3%, 7,5%, 15% und 28 Vol% gelöst in Sojabohnenöl als Bolus von 100 µl appliziert. Die Laktat- und Pyruvatwerte sowie die Laktat-Pyruvat-Quotienten stiegen dosisabhängig an. Es war ein signifikanter Unterschied zwischen den Maximalwerten der MHS- und MHN-Tiere nachweisbar. Die Vitalparameter wurden in beiden Versuchen kontinuierlich überwacht und metabolische Parameter vor und nach den Untersuchungen bestimmt. Es traten weder bei den untersuchten Probanden noch bei den Versuchstieren signifikante systemische oder lokale Nebenwirkungen auf. Wie schon vorhergehende Untersuchungen belegen diese beiden Studien, dass die intramuskuläre Stimulation mit MH-Triggersubstanzen zu einer Veränderung der lokalen Stoffwechselvorgänge mit signifikantem Laktatanstieg führt, welche bei MH-Prädisponierten stärker ausgeprägt ist als bei Gesunden. Koffein 80 mM und Halothan 4 Vol% ermöglichen eine sehr gute Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Probanden. Eine zu hohe Konzentration an Triggersubstanz (Halothan 6 Vol%) ruft auch in nicht-veranlagten Patienten eine lokale, MH-ähnliche Reaktion hervor. In diesem Fall kann keine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Individuen auf der Grundlage der Stoffwechselvorgänge getroffen werden. Bei der intramuskulären Applikation von Sevofluran ist eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Tieren über die resultierende Laktatkonzentration wiederum zu erreichen, so dass Sevofluran im Rahmen des Versuchsprotokolls als Ersatz für Halothan geeignet ist. Es ergibt sich eine klassische Dosis-Wirkungs-Beziehung für diese Substanz. Die von uns erhobenen Daten zeigen, dass mittels des im Rahmen dieser Arbeit eingesetzten Untersuchungsverfahrens eine zuverlässige Diagnostik einer MH-Veranlagung möglich ist. Das minimal-invasive Testverfahren könnte in naher Zukunft die heutige MH-Diagnostik ergänzen. / Malignant hyperthermia (MH) is an autosomal dominant inherited myopathy triggered by volatile anesthetics and/or depolarizing muscle relaxants. It is caused by an abnormal intracellular calcium release mediated via the ryanodine receptor, leading to a potentially lethal hypermetabolic syndrome with a massive increase of carbon dioxide, metabolic failure and heat production. The standard procedure for diagnosing MH susceptibility is the halothane-caffeine-contracture test which requires an invasive muscle biopsy. Therefore an alternative test, which is less invasive, is needed. We hypothesized that intramuscular injection of halothane 6 vol%, caffeine 80 mM and halothane 4 vol % would increase local lactate concentrations in individuals susceptible to MH (MHS) but not in those who are not susceptible (MHN) or healthy. Due to the probable lack of availability of halothane in the near future, we conducted the same experiments using sevoflurane. We proposed that local intramuscular injection of sevoflurane increases the lactate concentration dose-dependently in MH-susceptible pigs more than in MH-nonsusceptible pigs and allows a differentiation between these two groups. Microdialysis probes with attached microtubing catheters were placed in the lateral vastus muscle in nine MHS, seven MHN and seven control participants. After equilibration, 200 µl of halothane 6 vol% (only in controls), halothane 4 vol% , both dissolved in soybean oil, and 200 µl of caffeine 80 mM were injected as single boli into the tip of the microdialysis probe and the resulting lactate-increase was measured spectrophotometrically. Lactate increased significantly in MHS participants compared to MHN and control individuals after injection with caffeine and halothane 4 vol%. However, control participants showed relevant increases of lactate after injection of halothane 6 vol% comparable with the reaction of MHS patients. In a second series of investigations, microdialysis probes were inserted into the hindlimbs of nine MHS- and six MHN-Pietrain pigs. We used 100 µl of Sevoflurane 3%, 7.5%, 15% and 28 Vol% dissolved in soybean oil as a trigger substance. A dose-dependent response for lactate and the lactate/pyruvate ratio was observed only in MHS individuals. Systemic hemodynamic und metabolic parameters were monitored throughout both experiments. There were no significant side effects in humans or pigs. The results demonstrate that intramuscular injection of caffeine, halothane and sevoflurane induces a hypermetabolic reaction in skeletal muscle which can be measured by an increase of local lactate concentration. Sevoflurane can be used as a suitable replacement for halothane in the minimally invasive metabolic test. The findings of this study allow a differentiation of MHS and MHN individuals by measuring the local lactate concentration after application of a defined dose of a trigger substance. Thus, our minimally invasive test could be used to supplement routine testing for MH-susceptibility.

Zugl.: Hamburg, Univ., Diss., 2007 u.d.T.: Krieger, Thorsten: Nachweis von drei neuen Mutationen im Ryanodinrezeptorgen (RYR1) bei Patienten mit maligner Hyperthermie und Human-Stress-Syndrom / Hergestellt on demand

Die Maligne Hyperthermie ist eine latente metabolische Myopathie, die durch Exposition mit volatilen Anästhetika oder depolarisierenden Muskelrelaxantien in disponierten Individuen zu einem potentiell lebensbedrohlichen hypermetabolen Syndrom der Skelettmuskulatur führen kann. Dieser Zustand basiert auf einer unkontrollierten sarkoplasmatischen Kalziumfreisetzung über funktionell veränderte Ryanodinrezeptoren. Die klinische Symptomatik umfasst einen Anstieg des Kohlendioxidpartialdrucks und der Körperkerntemperatur sowie eine Tachykardie, Laktatazidose und Muskelspasmen. Zur Diagnostik einer MH-Veranlagung stellt der In-Vitro-Kontrakturtest bis heute das einzige verlässliche diagnostische Verfahren dar. Der in dieser Studie untersuchte metabolische Test bietet aufgrund seiner minimalen Invasivität und seinem geringeren zeitlichen bzw. kostenintensiven Aufwand relevante Vorteile gegenüber dem In-Vitro-Kontrakturtest. In dieser Studie wurde untersucht, ob unter Einsatz der MAB 7 Mikrodialysesonden mit integriertem Zuspritzkatheter der intramuskuläre Laktatspiegel durch lokale Applikation von Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM gesteigert werden kann und somit eine Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Individuen möglich ist. Mit Genehmigung der örtlichen Ethikkommission wurden bei 7 MHS-, 9 MHN-, 7 MHN-Neuro- und 7 Kontrollprobanden je vier Mikrodialysesonden im Musculus vastus lateralis platziert. Nach 20-minütiger Äquilibrierungszeit wurden über je 2 Sonden 200 µl Koffein 80 mM bzw. 200 µl Halothan gelöst in Sojabohnenöl mit einer Flussgeschwindigkeit von 70 µl/min injiziert und die Laktatkonzentration im Dialysat spektrophotometrisch gemessen. Sowohl nach Stimulation mit Halothan 4 Vol% als auch Koffein 80 mM kam es in der MHS-Gruppe zu einem signifikanten Anstieg der Laktatkonzentrationen im Vergleich zu allen drei anderen Probandengruppen. Ebenso waren die erreichten Maximalwerte der MHS-Probanden signifikant höher verglichen mit denen der MHN-, MHN-Neuro- und Kontrollgruppen. Als Zeichen der stärker abgelaufenen Stoffwechselreaktion waren die Kreatinkinase und die VAS-Werte nach Triggerapplikation in der MHS-Gruppe signifikant erhöht. Systemische hämodynamische und metabolische Parameter blieben bei allen vier Probandengruppen im Normbereich. Wie schon in vorangegangenen Untersuchungen gezeigt, belegt diese Studie, dass die intramuskuläre Stimulation mit MH-Triggersubstanzen zu einer Aktivierung der lokalen Stoffwechselvorgänge führt mit einem signifikanten Laktatanstieg in MH-disponierten Individuen. Die gewählten Triggerkonzentrationen von Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM ermöglichten eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Probanden. Es kam jedoch bei drei nicht MH-veranlagten Probanden zu einem falsch-positiven Ergebnis. Die erstmalig eingesetzten MAB 7 Mikrodialysesonden mit integriertem Zuspritzkatheter zeigten konstante relative Recovery-Werte unter den jeweiligen Flussgeschwindigkeiten. Die Einführung dieser Sonden stellt einen weiteren Schritt zur Vereinfachung und Standardisierung des Verfahrens dar. Durch weitere methodische Untersuchungen mit variierenden Parametern wie Trigger-konzentration, Menge und Applikationsintervall scheint es möglich, noch eindeutigere Grenzen zur sicheren Unterscheidung zwischen MHS und MHN ziehen zu können. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass die Entwicklung des minimal-invasiven Testverfahrens eine für die Zukunft vielversprechende klinische Grundlage zur Diagnostik einer MH-Veranlagung darstellt. / Malignant hyperthermia (MH) is a potentially lethal hypermetabolic syndrome which develops in predisposed individuals after exposure to trigger substances: depolarizing neuromuscular blocking agents and volatile anesthetics. In skeletal muscles of MH susceptible (MHS) individuals, a mutated ryanodine receptor leads to an intracellular Ca2+ release. This alters mitochondrial energy turnover resulting in a significant increase in oxygen consumption and an overwhelming production of carbon dioxide and heat. The breakdown of the cellular homeostasis leads to lactic acidosis and rhabdomyolyis. At the moment, the standard testing to diagnose a MH susceptibility is the in-vitro contracture test (IVCT), which requires an invasive open muscle biopsy. We hypothesized that intramuscular injection of halothane 4 vol% and caffeine 80 mM using standardised microdialyse probes MAB 7 would increase local lactate concentrations in individuals susceptible to MH (MHS) but not in those who are not susceptible (MHN) or healthy control individuals. Furthermore we examined how MHN individuals (MHN-Neuro) with elevated creatine kinase (CK) levels behave in the minimally invasive, metabolic test. Custom made microdialysis probes (MAB7, Microbiotec, Stockholm, Sweden) including an attached microtubing that ended in the middle of the microdialysis membrane were inserted in the lateral vastus muscle in 7 MHS, 9MHN, 7MHN-Neuro and 7 control individuals. After equilibration, 200 µl halothane 4 vol% and 200 µl caffeine 80 mM were injected to the tip of each probe with an injection rate of 70µl/min and the lactate concentrations of the dialysate samples were measured spectrophotometrically. Moreover microdialysis was performed to verify the relative recovery of the MAB 7 microdialysis probes. Lactate and CK increased significantly in MHS probands compared to MHN, MHN-Neuro and control individuals after injection of caffeine 80mM and halothane 4 vol%. 3 MHN-Neuro probands showed a relevant increase of lactate after injection of halothane 4 vol% comparable to the reaction of MHS patients. Stable relative recovery was observed. The results demonstrate that a differentiation between MHS and MHN individuals using the standardised microdialyse probe MAB 7 is possible. It is a further step to standardisation and simplification of the metabolic test. Concerning the MHN-Neuro probands, the muscle metabolism is more sensitive compared to MHN individuals without elevated CK levels. It supports various guidelines to abstain from classic MH trigger substances succinylcholin and volatile anesthetics in patients with known or suspected myopathies.