Ist eine präsymptomatische Maligne Hyperthermie in-vitro Diagnostik mit 4-Chlor-3-Ethylphenol möglich? Eine Studie an Skelettmuskelpräparaten des Schweins

Zusammenfassung

Ziel der Studie: Die Diagnose der Disposition zur Malignen Hyperthermie (MH) wird gegenwärtig mit dem Halothan und Koffein in-vitro-Kontrakturtest (IVKT) mit einer Sensitivität von 99,0 %, aber nur einer Spezifität von 93,6 % gestellt. Der IVKT mit kumulativer Applikation von 4-Chlor-3-Ethylphenol (CEP) konnte eine Differenzierung zwischen Schweinen mit MH-Disposition (MHS) und Kontrolltieren (MHN) aufzeigen. Ziel der vorliegenden Studie war zu prüfen, ob auch durch eine Bolusapplika-tion von CEP im IVKT eine Trennung zwischen MHS und MHN zu erzielen ist. Methodik: Nach Zustimmung der Tierschutzkommission wurden 8 MHS- und 8 MHN-Schweine anästhesiert und Muskelbiopsien entnommen. Anschließend wurde der IVKT mit einer Bolusgabe von CEP in Organbadkonzentrationen von 75 und 100 µmol l^-1 durchgeführt. Folgende Parameter wurden definiert: (1) Zeit bis zum Beginn der Kontrakturentwicklung, (2) Zeit nach Bolusapplikation bis zum Erreichen der Kontrakturen von 2, 5 und 10 mN und (3) maximale Kontrakturentwicklung. Die Daten sind als Mediane und Variationsbreiten angegeben. Ergebnisse: Nach Bolusapplikation von 75 µmol l^-1 CEP entwickelten sich nach 0,5 min (0,2 min/0,9 min) bei den MHS-Muskelpräparaten Kontrakturen. Alle 8 MHS-Muskeln erreichten eine Kontraktur von 2 mN, 4 MHS-Bündel von 5 mN und ein MHS-Präparat von 10 mN. Das Kontrakturmaximum betrug 5,3 mN (2,4 mN/12,9 mN). Hundert µmol l^-1 CEP induzierten nach 0,3 min (0,1 min/0,7 min) den Kontrakturbeginn in den MHS-Bündeln. Eine 2 mN Kontraktur wurde wiederum von allen acht, 5 mN von fünf und 10 mN von einem MHS-Muskel erreicht. Der Median des Kontrakturmaximums lag bei 5,9 mN (2,8 mN/13,9 mN). In der MHN-Gruppe wurden bei jeweils 7 Muskelpräparaten keine Kontrakturentwicklungen registriert. Nach 75 µmol l^-1 CEP zeigte ein MHN-Muskel eine maximale Kontraktur von 1,0 mN, nach 100 µmol l^-1 CEP entwickelte ein Muskel eine maximale Kontraktur von 1,1 mN. Eine signifikante Unterscheidung zwischen MHS und MHN ohne Überlappung der Einzelwerte war somit nach 75 und 100 µmol l^-1 CEP für die Parameter Kontrakturbeginn, 2 mN Kontrakturniveau und maximale Kontraktur nachzuweisen. Schlussfolgerung: Aufgrund der klaren Trennung zwischen MHS- und MHN-Schweinepräparaten nach CEP-Bolusgaben von 75 und 100 µmol l^-1, scheint eine MH-Diagnostik mit CEP im IVKT möglich. Diese Hypothese sollte an Muskelpräparaten von MHS- und MHN-Patienten geprüft werden.

Abstract

Objective: The diagnosis of malignant hyperthermia is currently performed with the in-vitro contracture test (IVCT) with halothane and caffeine. This test has a sensitivity of 99.0 % but only a specificity of 93.6 %. A cumulative IVCT with 4-chloro-3-ethyl-phenole (CEP) has recently been shown to differentiate between MH susceptible (MHS) and MH normal (MHN) swine. The pur-pose of this study was to investigate the ability of bolus CEP-applications to distinguish between porcine MHS- and MHN-muscle specimens using the IVCT. Methods: After approval by the local animal care committee 8 MHS- and 8 MHN-swine were anaesthetized and muscle biopsies taken. For IVCT, muscle specimens were exposed to bolus administration of CEP in concentrations of 75 resp. 100 µmol l^-1. Predefined parameters were: (1) onset time of the contracture development, (2) time to the achievement of the 2, 5 and 10 mN contracture level and (3) maximum contracture level. Data are expressed as medians and ranges. Results: After 75 µmol l^-1 CEP administration all MHS-muscles showed contractures after 0.5 min (0.2 min/0.9 min). The 2 mN contracture level was reached by all MHS-, the 5 mN level by four MHS- and the 10 mN level by one MHS-specimen. The maximum contracture was 5.3 mN (2.4 mN/12.9 mN). The onset time after 100 µmol l^-1 CEP was registered as 0.3 min (0.1 min/0.7 min) in the MHS-preparations. Again, the 2 mN level was achieved by all MHS-specimens, the 5 mN level by 5 and the 10 mN level by one MHS-bundle. The maximum contracture was measured as 5.9 mN (2.8 mN/13.9 mN). In 7 MHN-specimens no contracture development was measured. After 75 µmol l^-1 CEP one MHN-muscle showed a maximum contracture of 1.0 mN, after 100 µmol l^-1 CEP one MHN-bundle demonstrated a maximum contracture of 1.1 mN. Hence, a significant difference between MHS and MHN without overlap was revealed with both CEP-concentrations in the onset time of contracture, in the 2 mN contracture level and the maximum contracture. Conclusion: Since a clear differentiation between MHS and MHN porcine specimens was achieved after bolus application of 75 and 100 µmol l^-1 CEP, MH-diagnosis might be possible with a CEP-IVCT. It seems worthwhile to examine this hypothesis in men.

Schlüsselwörter

Maligne Hyperthermie - Skelettmuskulatur - 4-Chlor-3-Ethylphenol - In-vitro-Kontrakturtest

Key words

Malignant hyperthermia - skeletal muscle - in-vitro contracture test - 4-chloro-3-ethylphenol

Literatur

• 1 Baur C P, Bellon L, Felleiter P, Fiege M, Fricker R, Glahn K, Heffron J J, Herrmann-Frank A, Jurkat-Rott K, Klinger W, Lehane M, Ørding M, Tegazzin V, Wappler F, Georieff M, Lehmann-Horn F. A multicenter study of 4-chloro-m-cresol for diagnosing malignant hyperthermia susceptibility.  Anesth Analg. 2000;  90 200-205
• 2 Britt B A, Scott E A. Failure of the platelet-halothane nucleotide depletion test as a diagnostic or screening test for malignant hyperthermia.  Anest Analg. 1986;  65 171-175
• 3 Censier K, Urwyler A, Zorzato F, Treves S. Intracellular calcium homeo-stasis in human primary muscle cells from malignant hyperthermia-susceptible and normal individuals. Effect of overexpression of recombinant wild-type and Arg163 Cys mutated ryanodine receptors.  J Clin Invest. 1998;  101 1233-1242
• 4 DiJulio D H, Watson E L, Pessah I N, Jacobson K L, Ott S M, Buck E D, Singh J C. Ryanodine receptor type III (RyR 3) identification in mouse parotid acini. Properties and modulation of (3 H)ryanodine-binding sites.  J Biol Chem. 1997;  272 15687-15696
• 5 Eng G D, Becker M J, Muldoon S M. Electrodiagnostic tests in the detection of malignant hyperthermia.  Muscle nerve. 1984;  7 618-625
• 6 Fill M, Coronado R, Mickelson J R. Abnormal ryanodine receptor channels in malignant hyperthermia.  Biophys J. 1990;  57 471-475
• 7 Fletcher J E, Wieland S J, Karan S M, Beech J, Rosenberg H. Sodium channel in human malignant hyperthermia.  Anesthesiology. 1997;  86 1023-1032
• 8 Foster P S, Gesini E, Denborough M A. Inositol 1,4,5-triphosphate metabolism in red blood cells from individuals susceptible to malignant hyperpyrexia.  Lancet. 1993;  342 986-987
• 9 Fujii J, Zorzato F, de Leon S, Khanna V K, Weiler J E, O'Brien P J, MacLennan D H. Identification of a mutation in porcine ryanodine receptor associated with malignant hyperthermia.  Science. 1991;  253 448-451
• 10 Gerbershagen M U, Wappler F, Fiege M, Weißhorn R, Alberts P A, Breunig F von, Schulte am Esch J. In vitro effects of 4-chloro-3-ethylphenol in skeletal muscle preparations from malignant hyperthermia susceptible and normal swine.  Eur J Anaesthesiol. 2002;  19 135-140
• 11 Gilly H, Musat I, Fricker R, Bittner R E, Steinbereithner K, Kress H G. Classification of malignant hyperthermia-equivocal patients by 4-chloro-m-cresol.  Anesth Analg. 1997;  85 149-154
• 12 Girard T, Urwyler A, Censier K, Mueller C R, Zorzato F, Treves S. Genotype-phenotype comparison of the Swiss malignant hyperthermia population.  Hum Mutat. 2001;  10 357-358
• 13 Haeseler G, Leuwer M, Kavan J, Würz A, Dengler R, Piepenbrock S. Volage-dependent block of normal and mutant muscle sodium channels by 4-chloro-m-cresol.  Br J Pharmacol. 1999;  128 1259-1267
• 14 Hartung E, Koob M, Anetseder M, Schoemig P, Krauspe R, Hogrefe G, Engelhardt W. Malignant hyperthermia (MH) diagnostics: a comparison between the halothane-caffeine and the ryanoddine contracture test results in MH-susceptible, normal and control muscle.  Acta Anaesthesiol Scand. 1996;  40 437-444
• 15 Hermann-Frank A, Richter M, Sarközi S, Mohr U, Lehmann-Horn F. 4-Chloro-m-cresol, a potent and specific activator of the skeletalmuscle ryanodine receptor.  Biophys Biochim Acta. 1996;  1289 31-40
• 16 Hopkins P M, Ellis F R, Halsall P J. Ryanodine contracture: a potentially specific in vitro diagnostic test for malignant hyperthermia.  Br J Anaesth. 1991;  66 611-613
• 17 Hopkins P M, Hartung E, Wappler F. Multicentre evaluation of ryanodine contracture testing in malignant hyperthermia. The European Malignant Hyperthermia Group.  Br J Anaesth. 1998;  80 389-394
• 18 Isaacs H, Badenhorst M. False-negative results with muscle caffeine halothane contracture testing for malignant hyperthermia.  Anesthesiology. 1993;  79 5-9
• 19 Larini F, Menegazzi P, Baricordi O, Zorzato F, Treves S. A ryanodine receptor like Ca²⁺ channel is expressed in nonexcitable cells.  Mol Pharmacol. 1995;  47 21-28
• 20 Low A M, Sormaz L, Kwan C Y, Daniel E E. Actions of 4-chloro-3-ethyl phenol on internal Ca²⁺ stores in vascular smooth muscle and endothelial cells.  Br J Pharmacol. 1997;  122 504-510
• 21 Martens U, Krause T, Scholz J, Wappler F, Steinrücke K, Schulte am Esch J. Inositol 1,4,5-trisphosphate synthesis in mononuclear white blood cells of malignant hyperthermia-susceptible and normal human beings following in vitro exposure to halothane, caffeine and ryanodine.  Eur J Anaesthesiol. 2000;  17 364-372
• 22 Mickelson J R, Gallant E M, Litterer L A, Johnson K M, Rempel W E, Louis C F. Abnormal sarcoplasmic reticulum ryanodine receptor in malignant hyperthermia.  J Biol Chem. 1988;  263 9310-9315
• 23 Nelson T E. Abnormality in calcium release from skeletal sarcoplasmic reticulum of pigs susceptible to malignant hyperthermia.  J Clin Invest. 1983;  72 862-870
• 24 Olgin J, Rosenberg H, Allen G, Seestedt R, Chance B. A blinded compar-ison of noninvasive, in vivo phosphorus nuclear magnetic resonance spectroscopy and the in vitro halothane/caffeine contracture test ina the evaluation of malignant hyperthermia susceptibility.  Anesth Analg. 1991;  72 36-47
• 25 Ørding H, Brancadoro V, Cozzolino S, Ellis F R, Glauber V, Gonano E F, Halsall P J, Hartung E, Heffron J J, Heytens L, Kozak-Ribbens G, Kress H, Krivosic-Horber R, Lehmann-Horn F, Mortier W, Nivoche Y, Ranklev-Twetman E, Sigurdsson S, Snoeck M, Stieglitz P, Tegazzin V, Urwyler A, Wappler F. In-vitro contracture test for diagnosis of malignant hyperthermia following the protocol of the European MH Group: results of testing patients surviving fulminant MH and unrelated low-risk subjects. The European Malignant Hyperthermia Group.  Acta Anaesthestiol Scand. 1997;  41 955-966
• 26 Tegazzin V, Scutari E, Treves S, Zorzato F. Chlorocresol, an additive to commercial succinylcholine, induces contracture of human malignant hyperthermia-susceptible muscles via activation of the ryanodine receptor CA²⁺ channel.  Anesthesiology. 1996;  84 1380-1385
• 27 Urwyler A, Deufel T, McCarthy T, West S. Guidelines for the molecular genetic detection of malignant hyperthermia susceptibility.  Br J Anaesth. 2001;  86 283-287
• 28 Wappler F, Roewer N, Köchling A, Scholz J, Steinfath M, Schulte am Esch J. In vitro diagnosis of malignant hyperthermia susceptibility with ryanodine-induced contracture sin human skeletal muscles.  Anesth Analg. 1996;  82 1230-1236
• 29 Wappler F, Scholz J, Fiege M, Kolodzie K, Kudlik C, Weisshorn R, Schulte am Esch J. 4-Chloro-m-cresol is a trigge rof malignant hyperthermia in susceptible swine.  Anesthesiology. 1999;  90 1734-1740
• 30 Wappler F. Malignant Hyperthermia.  Eur J Anaesthesiol. 2001;  18 632-652
• 31 Wedel D J, Nelson T E. Malignant hyperthermia - diagnostic dilemma: false-negative contracture responses with halothane and caffeine alone.  Anesth Analg. 1994;  78 787-792
• 32 Westerblad H, Andrade F H, Islam M S. Effects of ryanodine receptor agonist 4-chloro-m-cresol on myoplasmic free Ca²⁺ concentration and force of contraction in mouse skeletal muscle.  Cell Calcium. 1998;  24 105-115