Anaesthesist 1997 · 46:1088–1112 © Springer-Verlag 1997

Kurze wissenschaftliche Mitteilungen

11.Wissenschaftliche Arbeitstage der Deutschen Gesellschaft für Anaesthesiologie und Intensivmedizin Würzburg, 21.–22. Februar 1997

Schmerzprophylaxe: Effekte von intravenös appliziertem Lidocain auf primäre und sekundäre Hyperalgesie nach experimentellem Hitzetrauma beim Menschen S. Irsfeld · H. Holthusen · P. Lipfert Institute für Experimentelle und Klinische Anaesthesiologie Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Fragestellung. Prophylaktische lokale oder regionale Applikation von Lokalanästhetika („preemptive analgesia“) vermindert posttraumatischen Schmerz bei Tier und Mensch [1]. Prophylaktische systemische Applikation ist bisher nur am Tier untersucht. Lidocain verhindert beispielsweise neuropathischen Schmerz bei der Ratte [2]. Da beim Menschen systemisch appliziertes Lidocain manifeste neuropathische Schmerzen vermindern kann [3], haben wir die Hypothese überprüft, ob und inwieweit mechanische oder thermische Hyperalgesie nach Hitzetrauma durch prophylaktische intravenöse Applikation von Lidocain beim Menschen beeinflußt werden kann. Methodik. Die Studie wurde mit Billigung der Ethikkommission an sechs gesunden männlichen Probanden (27–43 Jahre) randomisiert und doppelblind durchgeführt.Am rechten Unterarm der Probanden wurden im Abstand von mindestens 2 Wochen insgesamt drei gleiche Verbrennungen ersten Grades erzeugt (Peltier-Element, 4,5 cm2, 47 °C, 5 min). Lidocain wurde entweder prophylaktisch (30 min vor Hitzetrauma, Gruppe 1) oder unmittelbar posttraumatisch (Gruppe 2) infundiert (70 mg über 5 min, dann 4,5 mg/min über 55 min; Plasmaspiegel um 1,5 µg/ml); Kontrolle mit NaCl 0,9% (Gruppe 3). Die primäre mechanische und thermische Hyperalgesie (Verminderung der Schmerzschwellen im Verbrennungsgebiet) wurde mittels von Frey-Haaren (mN) und des Peltier-Elements (°C) bestimmt. Die sekundäre mechanische Hyperalgesie (Verminderung der Schmerzschwelle außerhalb der Verbrennung) wurde quantifiziert anhand der Fläche, innerhalb der das stärkste von Frey-Haar (175 mN) Schmerz erzeugte. Die Ergebnisse werden als Mittelwerte ±SEM angegegeben. Statistik. ANOVA, Signifikanzniveau p<0,05. Ergebnisse. 1. Die Ausgangswerte aller drei Gruppen (30 min vor Trauma) unterschieden sich nicht (faktorielle ANOVA). – 2. Unabhängig von der Gruppe war bei allen Probanden unmittelbar nach Verbrennung die mechanische (p<0,0001) und thermische (p<0,001) Schmerzschwelle im Verbrennungsgebiet (Zone der primären Hyperalgesie) vermindert (ANOVA mit Meßwertwiederholung). Darüber hinaus war zu diesem Zeitpunkt bei allen Probanden eine sekundäre Hyperalgesie manifest (Gruppe 1: 17,1±4,4 cm2; Gruppe 2: 17,9±4,9 cm2; Gruppe 3: 21,5±4,0 cm2). – 3. Als Hinweis auf einen Lidocainef-

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fekt waren in der Kontrollgruppe während der ersten 4 h die mechanischen Schmerzschwellen tendenziell am niedrigsten und die Hyperalgesiefläche tendenziell am größten. Allerdings unterschieden sich die Gruppen statistisch weder innerhalb der ersten 4 noch nach 24 h (ANOVA mit Meßwertwiederholung). – 4. Die Lidocainplasmaspiegel lagen während der 60minütigen Applikation bei 1,5–2,2 µg/ml. 11 von 12 Probanden gaben zentralnervöse Nebenwirkungen (verwaschene Sprache, Fokussierungsstörungen, Schwindel) an. Interpretation. 1. Systemisch appliziertes Lidocain hat keinen nachweisbaren Einfluß auf das Ausmaß der primären und sekundären Hyperalgesie nach Verbrennungen beim Menschen. – 2. Demnach hat die systemische Applikation von Lokalanästhetika allenfalls eine untergeordnete Bedeutung im Konzept der Prophylaxe des Nozizeptorvermittelten Schmerzes. Literatur. 1. Kissin I (1996) Preemptive analgesia. Anesthesiology 84:1015–1019. – 2. Sotgiu ML, Castagna A, Lacerenza M, Marchettini P (1995) Pre-injury lidocaine treatment prevents thermal hyperalgesia and cutaneous thermal abnormalities in a rat model of peripheral neuropathy. Pain 61:3–10. – 3. Wallace MS, Dyck JB, Rossi SS, Yaksh TL (1996) Computer-controlled lidocaine infusion for the evaluation of neuropathic pain after peripheral nerve injury. Pain 66:69–77

Das Endothel als Vermittler des Gefäßschmerzes beim Menschen H. Holthusen · J.O. Arndt Institut für Experimentelle Anaesthesiologie Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Fragestellung. Wir haben die Hypothese geprüft, daß das Endothel den durch Bradykinin induzierten Venenschmerz vermittelt. Bradykinin, ein natürliches Algogen und Mediator von Entzündungen, verursacht Gefäßschmerz durch die Freisetzung von Stickstoffmonoxid (NO) [1, 2]. Unklar ist, aus welcher Quelle dabei das NO stammt, ob aus Endothel, glatter Muskulatur oder den Nervenendigungen selber.Vermutlich ist das Endothel die Quelle, da Bradykinin im Blut aktiviert wird und Zellmembranen aufgrund seiner Größe und Ladung kaum passiert [3].Wenn das so ist, müßte nach Entfernung des Endothels Bradykinin seine algetische Wirkung verlieren. Zur Prüfung dieser Hypothese haben wir die schmerzerzeugende Wirkung von Bradykinin auf Venen des Menschen vor und nach Endothelentfernung getestet. Methode. Mit Billigung der Ethikkommission wurde bei sieben Probanden ein Venensegment des Handrückens vaskulär isoliert und

Abb. 1 m das Endothel durch 15minütige Perfusion mit destilliertem Wasser entfernt. Die Effektivität dieser Methode wurde durch Rasterelektronenmikroskopie und die intakte Funktion der Nozizeptoren anhand des Dehnungsschmerzes, der nicht NO-abhängig ist, überprüft. Die Probanden bewerteten Bradykininschmerz vor und nach Endothelentfernung mit Hilfe einer visuellen Analogskala (VAS) zwischen Schmerzschwelle (=0% VAS) und Toleranzmaximum (=100% VAS). Ergebnisse. Nach Endothelentfernung verliert Bradykinin seine Schmerzhaftigkeit, während der Dehnungsschmerz als Zeichen intakter Nozizeptorfunktion unbeeinfluß bleibt (Abb. 1; Schmerzmaxima; Mediane und Spannweiten). Schlußfolgerung. Im Einklang mit der Hypothese vermittelt das Endothel offenbar den durch Bradykinin ausgelösten Gefäßschmerz. Damit wurde erstmals gezeigt, daß ein enger funktioneller Zusammenhang besteht zwischen Endothel und Nozizeption.

len Region (L3–6) des Rückenmarks von 2 bis 5 Tage alten Ratten (insgesamt 12) durchgeführt. Die „slice“ Technik [3] ermöglicht die Untersuchung von Neuronen ohne enzymatische Vorbehandlung und eine genaue örtliche Zuordnung der untersuchten Zellen. Es wurden insgesamt 56 Neurone der Lamina I–III des Hinterhorns untersucht. Eine speziell angefertigte Perfusionskammer erlaubte die kontinuierliche Perfusion mit oxygenierter Lösung und die Applikation von Lokalanästhetika im Perfusat. Die Experimente wurden bei 21–23° C durchgeführt. Die Konzentrations-Wirkungs-Beziehungen wurden mittels nicht-linearer Regression angepaßt. Die halbmaximal blockierende Konzentration (IC50) wurde aus der Gleichung I/I0=1− C/(C+IC50) für den Natriumkanal und I/I0=1–0,81 C/(C+IC50) für den schnell inaktivierenden Kaliumkanal (KA-Kanal) bestimmt. Die Ergebnisse sind Mittelwerte±Standardfehler (SE). Ergebnisse. Natriumkanal: Bupivacain, Lidocain und Mepivacain zeigten jeweils eine tonische Blockierung mit folgenden IC50 Werten: 26±3 µM (n=7), 112±8 µM (n=5), 324±4 µM (n=8) (Abb. 1A). Alle drei LA zeigten darüber hinaus einen deutlichen phasischen („use-dependent“) Block. Kaliumkanäle: Der schnell inaktivierende Kaliumkanal (KA-Kanal) wurde von den genannten LA tonisch blockiert mit einer IC50 für Bupivacain, Lidocain und Mepivacain von jeweils 55±10 µM (n=8), 81±13 µM (n=7) und 128±16 µM (n=5), (Abb. 1B), zeigte aber keinen phasischen Block. Der „delayed-rectifier“ Kaliumkanal wurde im Bereich klinisch relevanter Konzentrationen von diesen LA weder tonisch noch phasisch blockiert. Interpretation. Bupivacain, Lidocain und Mepivacain führen in klinisch relevanten Konzentrationen zu einer reversiblen Blockierung

Literatur. 1. Holthusen H, Arndt JO (1995) Nitric oxide evokes pain at nociceptors of the paravascular tissue and veins in humans. J Physiol 487:253–258.– 2. Kindgen-Milles D, Arndt JO (1996) Nitric oxide as a chemical link in the generation of pain in humans. Pain 64:139–142. – 3. Reguli D, Barabé J (1980) Pharmacology of bradykinin and related kinins. Pharm Rev 32:1–46

Molekulare Mechanismen der Spinal- und Epiduralanästhesie. Lokalanästhetika blockieren Natrium- und Kaliumkanäle an Hinterhornneuronen der Ratte A. Olschewski1 · M. Wolff2 · W. Vogel2 · G. Hempelmann1 1 Abteilung Anaesthesiologie und Operative Intensivmedizin und 2 Physiologisches Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen Fragestellung. Für die Wirkung von Lokalanästhetika (LA) bei der Spinal- und Epiduralanästhesie könnten neben der Blockade des Natriumkanals des Axons weitere Mechanismen eine bedeutende Rolle spielen. Die Angriffspunkte sind 1) die Spinalnerven, 2) die sensorischen Neurone der Hinterwurzelganglien und 3) die Hinterhornneurone des Rückenmarks selbst [1]. Während der Effekt von LA auf den peripheren Nerven sehr gut untersucht ist, gibt es nur wenige Arbeiten über die LA-Wirkung auf die sensorischen Neurone des Hinterwurzelganglions, und fast nichts ist über die Wirkung von LA am Rückenmark selbst bekannt. Neuere Arbeiten zeigen, daß LA nicht nur Natrium- sondern auch Kaliumkanäle blockieren [2]. Sowohl Natrium- als auch Kaliumkanäle könnten von großer Bedeutung für die integrative Verarbeitung des Schmerzsignals im Hinterhornneuron sein, der ersten Schaltstelle des ZNS für die Schmerzwahrnehmung. In dieser Arbeit wurde die Wirkung von LA auf Natrium- und Kaliumkanäle des Hinterhorns untersucht. Methodik. Die Experimente wurden mittels Patch-Clamp-Technik in „whole-cell“-Konfiguration an 200 µm dicken Schnitten der lumba-

Abb.1 m A Konzentrations-Wirkungs-Beziehung für die Blockierung des Natriumstroms durch Bupivacain,Lidocain und Mepivacain.Die angegebenen IC50-Werte sind Mittelwerte±SE.B Konzentrations-Wirkungs-Beziehung für die Blockierung des KA-Kanals durch Bupivacain,Lidocain und Mepivacain,IC50-Werte s.Abb.1A Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen des Natriumkanals und des schnell inaktivierenden Kaliumkanals der Hinterhornzellen in Lamina I–III des Rückenmarks. Die unterschiedliche phasische Blockierbarkeit von Natrium- und Kaliumkanälen deutet auf unterschiedliche Bindungsstellen bzw. Wirkmechanismen der Lokalanästhetika auf molekularer Ebene hin. Literatur. 1. Butterworth JF, Strichartz GR (1990) Molecular mechanism of local anesthesia: A review. Anesthesiology 72:711–734. – 2. Bräu ME, Nau C, Hempelmann G, Vogel W (1995) Local anesthetics potently block a potential insensitive potassium channel in myelinated nerve. J Gen Physiol 105:485–505. – 3. Edwards FA, Konneth A, Sakmann B, Takahashi T (1989) A thin slice preparation for patch clamp recordings from neurones of the mammalian central nervous system. Pflügers Arch 414:600–612

Abhängigkeit der Wirkung von Etomidat auf einen neuronalen Kaliumstrom des Menschen von der extrazellulären Kaliumkonzentration P. Friedrich · B.W. Urban Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie und Spezielle Intensivmedizin, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Fragestellung. Das Verhalten neuronaler Kaliumkanäle ist direkt von der extrazellulären Kaliumkonzentration abhängig [1]. Die extrazelluläre Kaliumkonzentration im zentralen Nervensystem unterliegt der Regulation von Gliazellen und kann unter neuronaler Aktivität in unmittelbarer Umgebung der Nervenzellen Werte bis zu 18 mM erreichen [2, 3]. In dieser Studie soll die Frage beantwortet werden, ob die Wirkung von Anästhetika auf menschliche neuronale Kaliumkanäle ebenfalls von der extrazellulären Kaliumkonzentration abhängig ist und somit ein Zusammenhang zwischen der Funktionseinheit GliaNervenzelle und der Anästhetikawirkung bestehen könnte. Hierzu soll exemplarisch die Wirkung des intravenösen Hypnotikums Etomidat auf einen menschlichen neuronalen Kaliumstrom bei verschiedenen extrazellulären Kaliumkonzentrationen untersucht werden. Methodik. Mittels der Ganzzell Patch-Clamp-Technik wurden Kaliumströme der menschlichen Neuroblastomzellinie SH-SY5Y untersucht. Die Zellen wurden in RPMI-Medium (mit Pen-Strep und FCS) bei 37° C und 5% CO2 kultiviert. Die Messungen wurden mit einem EPC-7 patch-clamp-Verstärker (List) und pCLAMP Version 5.71 (Axon Instruments) durchgeführt. Das Haltepotential betrug −80 mV, das Testpotential (Dauer von 84 ms) variierte von −50 bis +90

Tabelle 1 Leitfähigkeiten (nS), Aktivierungsmittelpunkte (M) (mV) und effektive Ladungen (L) unterscheiden sich bei 4 und 24 mM nicht signifikant (MW±SEM) Kalium

4 mM (n)

24 mM (n)

Leitfähigkeit

20,9±1,2 (36)

23,2±1,4 (32)

Aktivierung M L

6,8±1,6 (9) 3,8±0,2 (9)

6,2±0,6 (8) 3,8±0,2 (8)

mV. Die Inhibition des Kaliumstroms durch Etomidat wurde für den Gleichgewichtskaliumstrom bestimmt (54–64 ms). Hierzu wurde Etomidat (150 µM) in physiologische Lösungen mit unterschiedlicher extrazellulärer Kaliumkonzentration auf die Zellen in der Meßkammer gegeben. Das Junktionspotential (0,86 mV zwischen 4 und 24 mM extrazellulärem Kalium) wurde nicht korrigiert. Die Aktivierungskurven wurden mittels Boltzmannfunktion nach Berechnung der Leitfähigkeiten erstellt. Signifikanz wurde jeweils mit ungepaartem Student’s t-Test geprüft (Signifikanzniveau p<0,05). Ergebnisse. Etomidat unterdrückt bei allen untersuchten extrazellulären Kaliumkonzentrationen reversibel den Kaliumstrom. Die Inhibition durch 150 µM Etomidat (IC50-Wert der Unterdrückung des Kaliumstroms bei 4 mM Kalium 125 µM) nimmt der extrazellulären Kaliumkonzentration signifikant zu (Abb. 1). Experimente zum zugrundeliegenden Mechanismus zeigen keine statistisch signifikante Änderung des Aktivierungs- und Leitfähigkeitsverhaltens des Kaliumstroms in Abwesenheit von Etomidat unter 4 mM und 24 mM extrazellulärem Kalium (Tabelle 1). Erhöhung des extrazellulären Natriums um den gleichen Betrag wie Kalium (von 135 mM auf 155 mM) zeigt keine Veränderung der Wirkung von Etomidat. Interpretation. Die in der Studie an SH-SY5Y gefundene spezifische Abhängigkeit der Anästhetikawirkung von der extrazellulären Kaliumkonzentration zeigt, daß die Elektrolytumgebung die Empfindlichkeit neuronaler Ionenkanäle gegenüber Anästhetika moduliert. Das gleiche Verhalten von Aktivierung und Leitfähigkeit des Kaliumstroms in SH-SY5Y unter 4 mM und 24 mM extrazellulärem Kalium deutet dabei auf einen direkten Effekt des Elektrolyts hin. Die Regulation der extrazellulären Kaliumkonzentration durch Gliazellen [2, 3] läßt erwarten, daß die Wirkung von Anästhetika durch die Interaktion von Glia- und Nervenzellen beeinflußt wird.Aus den Ergebnissen an SH-SY5Y kann postuliert werden, daß Kaliumkanäle unterschiedlicher Regionen des menschlichen Nervensystems in Abhängigkeit von der jeweiligen Elektrolytumgebung unterschiedlich stark durch Anästhetika beeinflußt werden können. Hierin könnte ein Grund unterschiedlicher Empfindlichkeiten verschiedener Regionen des menschlichen Nervensystems gegenüber Anästhetika liegen. Die Bewertung der Anästhetikawirkung sollte demzufolge nicht nur aus stationärer in vitro-Sicht erfolgen, sondern dynamische Parameter wie eine sich unter neuronaler Aktivität verändernde Elektrolytumgebung berücksichtigen. Literatur. 1. Pardo LA, Heinemann SH, Terlau H, Ludewig U, Lorra C, Pongs O, Stühmer W (1992) Extracellular K+ specifically modulates a rat brain K+ channel. Proc Natl Acad Sci USA 89:2466–2470. – 2. Nixdorf-Bergweiler BE, Albrecht D, Heinemann U (1994) Developmental changes in the number, size, and orientation of GFAP-positive cells in the CA1 region of rat hippocampus. Glia 12:180–195. – 3. MacVicar BA, Baker K, Crichton SA (1988) Kainic acid evokes a potassium efflux from astrocytes. Neurosci 25:721–725

Abb. 1 m Zunahme der Inhibition des Kaliumstroms durch Etomidat (150 µM) mit ansteigender extrazellulärer Kaliumkonzentration (* markiert statistische Signifikanz, p<0,05 zu 4 mM extrazellulärem Kalium, MW±SEM n=5–11)

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Fragestellung. An dem Modell eines durch LA spezifisch blockierbaren Kaliumkanals des demyelinisierten Nerven von Xenopus laevis [1] soll gezeigt werden, wie die molekularen Interaktionen zwischen LA und Bindungsstelle, gemessen an den Bindungskinetiken, durch systematische Veränderung bestimmter Strukturelemente der LA beeinflußbar sind.

Struktur-Wirkungs-Studien mit Lokalanästhetika am Modell eines axonalen Kaliumkanals C. Nau1 · M. Bräu1 · W. Vogel2 · G. Hempelmann1 Abteilung Anaesthesiologie und Operative Intensivmedizin 2 Physiologisches Institut, Justus-Liebig-Universität Gießen

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Die Wirkung von Lokalanästhetika (LA) kann an vielen Systemen oder Präparationen untersucht werden [2].Aufgrund der Komplexität der Lokalanästhesie einerseits und der Verschiedenheit der Systeme, an denen lokalanästhetische Wirkungen studiert werden andererseits, ist es schwierig, einfache Struktur-Wirkungs-Beziehungen für LA zu erstellen.

Abb. 1 m IC50-Werte und Geschwindigkeitskonstanten in Abhängigkeit von der Länge der aliphatischen Kohlenstoffkette am Stickstoffatom der LA.A IC50-Werte aus nicht-linearen Kurvenanpassungen.Enantiomere sind als gefüllte (●), Razemate als offene Symbole (l) dargestellt.Die Symbole in Klammern kennzeichnen die berechneten Werte für die Razemate der Substanzen, von denen die beiden Enantiomere zum Einsatz kamen. B Geschwindigkeitskonstanten k1 (l) und k–1 (●) aus exponentiellen Anpassungen von Offenzeit-/Geschlossenzeithistogrammen bzw.Stromkurvenverläufen (s.a.Tabelle 1 und Methodik)

Methodik. Als LA dienten die Piperidinderivate der Amid-LA, die sich untereinander nur in der Länge der aliphatischen Kohlenstoffkette (K) am Stickstoffatom unterscheiden: S-(+)- und R-(−)-Mepivacain (K: –CH3), R-(+)- und S-(−)-Ropivacain (K: –C3H7), R-(+)und S-(−)-Bupivacain (K: –C4H9), (±)-RAD393 (K: –C5H11) und (±)-1Octyl-2´,6´-pipecoloxylidid (K: –C8H17). Mit der „Patch-clamp“-Methode wurden an enzymatisch demyelinisierten Nerven von Xenopus laevis in „outside-out-Patches“ die Wirkung der LA auf Summenströme durch Multi-Flickerkanal-„Patches“ und das Öffnungsverhalten des Flickerkanals in Einzelkanal-„Patches“ untersucht. Zur Bestimmung des jeweils von den LA induzierten relativen Blocks wurde in Konzentrations-Wirkungs-Experimenten der mittlere Strom durch Multi-Flickerkanal-„Patches“ bei einem Haltepotential von − 90 mV berechnet. Die halbmaximal blockierenden Konzentrationen (IC50) ergeben sich aus nicht-linearen Kurvenanpassungen der Gleichung f(c)=c/(IC50+c) an die Datenpunkte (c: Konzentration des LA) (Abb. 1A). Zur Bestimmung der Geschwindigkeitskonstanten der Assoziation (k1) und Dissoziation (k−1) wurden aus Einzelkanalregistrierungen mit den LA (Haltepotential: −90 mV) Offen- und Geschlossenzeithistogramme erstellt. Deren exponentielle Anpassungen ergeben Offen- und Geschlossenzeitkonstanten (τ0, τc), aus denen sich die Geschwindigkeitskonstanten (Abb. 1B) berechnen lassen (k1=(τ0·c)−1; k−1=τc−1). Für R-(+)-Ropivacain und R-(+)-Bupivacain wurden die Zeitkonstanten (τon, τoff) durch exponentielle Anpassung des Stromkurvenverlaufs durch Multikanal-„Patches“ bein Ein- und Auswaschen der LA bestimmt. Hier gilt: k1=(τon−1−τoff−1)·c−1 und k−1=τoff−1. Aus den Geschwindigkeitskonstanten wurden die Gleichgewichtskonstanten (KD) der LA berechnet (KD=k−1·k1−1), die den gemessenen IC50-Werten entsprechen sollten. Fehler sind als Standardfehler der Anpassung (SE) oder als Standardfehler des Mittelwerts (SEM) angegeben. Ergebnisse. Die sich ergebenden halbmaximal blockierenden Konzentrationen (IC50), Geschwindigkeits- (k1, k−1) und Gleichgewichtskonstanten (KD) sind der Tabelle 1 zu entnehmen. Interpretation. LA hoher Potenz (geringer IC50-Wert) zeigen eine höhere Stereoselektivität als LA geringerer Potenz. Die Potenz der LA (gemessen an dem IC50-Wert) wird v.a. durch die Geschwindigkeit der Dissoziation (k−1) determiniert. Betrachtet man die jeweils wirksameren Enantiomere, dann nimmt die Geschwindigkeit der Dissoziation von Mepivacain bis zu Bupivacain mit längerer aliphatischer Kohlenstoffkette ab, d.h. die Potenz nimmt zu. Das setzt sich für (±)-

Tabelle 1 LA

IC50±SE [µM]

(n)

k1±SEM [M−1s−1]

(n)

k−1±SEM [s−1]

(n)

KD [µM]

S-(+)-Mepivacain R-(−)-Mepivacain R-(+)-Ropivacain S-(−)-Ropivacain R-(+)-Bupivacain S-(−)-Bupivacain (±)-RAD393 (±)-1-Octyl-2´,6´-pipecoloxylidid

69,9±5,5 139,8±10,0 0,86±0,04 17,6±1,3 0,15±0,01 10,0±0,7 2,3±0,2 16,4±2,2

(11) (13) (10) (6) (8) (8) (7) (7)

1,42±0,24·106 1,04±0,05·106 0,51±0,13·106 1,21±0,18·106 0,83±0,13·106 1,90±0,20·106 1,64±0,52·106 2,26±0,15·106

(6) (5) (5) (4) (6) (4) (5) (4)

61,3±6,9 66,9±6,4 0,42±0,12 11,7±0,7 0,13±0,03 8,3±1,0 2,7±0,4 24,0±2,3

(6) (5) (6) (4) (9) (4) (5) (4)

43,2 64,3 0,82 9,7 0,16 4,4 1,6 10,6

IC50-Werte aus nicht-linearen Kurvenanpassungen, Geschwindigkeitskonstanten k1, k–1 aus exponentiellen Anpassungen von Offenzeit-/Geschlossenzeithistogrammen bzw.Stromkurvenverläufen (s.Methodik); Gleichgewichtskonstante KD berechnet aus: KD=k–1·k1–1 Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen RAD393 und (±)-1-Octyl-2´,6´-pipecoloxylidid bemerkenswerterweise nicht fort. Damit scheinen im Gegensatz zu Untersuchungen am BTX-aktivierten Na+-Kanal [3] hydrophobe Interaktionen nicht alleine entscheidend für die Interaktionen der LA mit der hier untersuchten Bindungsstelle zu sein. Literatur. 1. Bräu ME, Nau C, Hempelmann G, Vogel W (1995) Local anesthetics potently block a potential insensitive potassium channel in myelinated nerve. J Gen Physiol 105:485–505. – 2. Courtney KR, Strichartz GR (1987) Structural elements which determine local anesthetic activity. In: Strichartz GR (ed) Handbook of experimental pharmacology: Local anesthetics. Springer, Berlin Heidelberg New York. – 3. Wang GK (1990) Binding affinity and stereoselectivity of local anesthetics in single BTX-activated Na+ channels. J Gen Physiol 96:1105–1127

Mögliche Mechanismen Succinylcholin-induzierter Nebenwirkungen bei Paramyotonia congenita G. Haeseler1 · M. Leuwer1 · K. Weckbecker2 · S. Piepenbrock1 R. Dengler2 1 Zentrum Anaesthesiologie und 2 Abteilung Neurologie, Medizinische Hochschule Hannover Fragestellung. Paramyotonia congenita (PC) ist eine seltene autosomal dominante Myopathie, deren Symptome im Unterschied zu anderen Myopathien durch Kälte und Muskelaktivität ausgelöst bzw. verstärkt werden können [2]. Krankheitsursache bei PC und verwandten Myotonien sind Punktmutationen des Gens SCN 4A, das den spannungskontrollierten Na-Kanal der menschlichen quergestreiften Muskulatur codiert. Succinylcholin kann bei Myotoniepatienten Masseterspasmen hervorrufen, die zu Ganzkörpermuskelrigidität führen und Beatmung und Intubation extrem erschweren oder unmöglich machen können. Da in diesem Zusammenhang bereits 1962 ein direkter Succinylcholineffekt auf die Muskeloberfläche diskutiert wurde [3], haben wir die möglichen Wirkungen von Succinylcholin auf R 1448H, eine der PC verursachenden Kanalmutanten [2] im whole cell Patch clamp-Modell untersucht. Methoden. Elektrophysiologische standard whole cell-Experimente [1] wurden an entweder mit dem Wildtyp (WT) oder der Mutante R 1448H des o.g. Na-Kanals transfizierten human embryonic kidneyZellen bei 20° C durchgeführt. Die Zellen befanden sich in einer Badlösung (140 mM NaCl, 4 mM KCl, 2 mM MgCl2, pH 7,4, 284 mosm) und wurden „gepatcht“ entweder einem zusätzlichen Strom von Badlösung für Kontroll- und Auswaschversuch bzw. einem Strom von 1 mM oder 10 mM Succinylcholinchloridlösung ausgesetzt. An jeweils 6 WT und R 1448H Zellen wurden Steady-state-Aktivierung und Inaktivierung sowie die Zeitkonstanten der Inaktivierung und der Recovery von der Inaktivierung unter 1 mM oder 10 mM Succinylcholin gemessen. Als zeitabhängige Kontrolle dienten Messungen an weiteren jeweils 6 WT und R 1448H Zellen im Strom von Badlösung. Die statistische Auswertung erfolgte mit dem Wilcoxon- bzw. dem Mann-Whitney-U-Test (Signifikanzniveau (p<0,05). Ergebnisse. 1.) Im Vergleich zum WT fanden wir bei R 1448H eine bei Depolarisation von −100 mV auf 0 mV signifikant um das 4fache verlängerte Inaktivierungszeitkonstante τh (τh WT 0,49±0,07 ms, τhR 1448H 1,79±0,26 ms) mit verringerter Spannungsabhängigkeit der Inaktivierung. 2.) Unter 10 mM Succinylcholin wurde τh bei R 1448H signifikant verkürzt (τh Kontrolle 1,79±0,26 ms, τh Succ 1,51±0,4 ms), der Spitzenstrom signifikant erhöht (Kontrolle 3,3 nA, Succ 3,5 nA) und die Zeitkonstante der Recovery von der Inaktivierung τrec signifikant verlängert (τrec Kontrolle 2,33±0,4 ms, τrecSucc 2,84±0,6 ms). 3.) Unter 10 mM Succinylcholin kam es bei R 1448H zu einem geringen (3,4 mV), gegenüber der zeitabhängigen Kontrollmessung signifi-

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kanten Shift der Inaktivierungskurve in hyperpolarisierende Richtung. Geringe Shifts der Aktivierungskurven in hyperpolarisierende Richtung unter Succinylcholin waren gegenüber den zeitabhängigen Kontrollmessungen nicht signifikant unterschiedlich. Interpretation. Offensichtlich ist der wichtigste Mechanismus möglicher myotoner Krisen bei Paramyotoniepatienten, die Succinylcholin erhalten, die indirekte Aktivierung der spannungskontrollierten NaKanäle der Muskeloberfläche im Rahmen der Weiterleitung der Medikament-induzierten Depolarisation der post-synaptischen Membran. Dabei führt die von Chahine et al. [1] bereits beschriebene verzögerte Inaktivierung der Kanäle zu einer verlängerten Aktionspotentialdauer. Darüber hinaus gibt es offenbar signifikante direkte Wirkungen hoher Succinylcholinkonzentrationen auf R 1448H, die allerdings gering sind und einer verlängerten Aktionspotentialdauer teilweise entgegenwirken. Da die elektrophysiologische Charakteristik von R 1448H bei 37° C normal ist und die pathologische Kanalfunktion sich erst bei niedrigeren Temperaturen entwickelt [1], sollten weitere Untersuchungen klären, ob sich die beobachteten geringen direkten Succinylcholinwirkungen R 1448H bei Normothermie destabilisieren können. Literatur. 1. Chahine M et al. (1994) Sodium channel mutations in paramyotonia congenita uncouple activation from inactivation. Neuron 12:281–294. – 2. Lehmann-Horn F et al. (1995) Hereditary nondystrophic myotonias and periodic paralysis. Curr Opin Neurol 8:404–410. – 3. Orndahl G et al. (1962) Myotonic human musculature; stimulation with depolarizing agents. Mechanical registration of succinylcholine, succinylmonocholine and decamethonium. Acta Medica Scand 172:753–764

Neuronale Streßantwort, apoptotischer Zelltod und Leukozyteninfiltration nach Herz-Kreislaufstillstand im Gehirn der Ratte B.W. Böttiger · B. Schmitz · C. Wiessner · P. Vogel · K.-A. Hossmann Max-Planck-Institut für neurologische Forschung, Köln Fragestellung. Kurze Phasen einer globalen zerebralen Ischämie induzieren eine selektive neuronale Schädigung im CA1 Sektor des Hippokampus und im Nucleus reticularis thalami (NRT) [3]. Ziel der vorliegenden Untersuchung war die regionale Analyse von neuronaler Streßantwort, neuronalem Zelltod und Leukozyteninfiltration nach Herz-Kreislaufstillstand (CA) im Gehirn mittels differenzierter Techniken der in situ Hybridisierung, Immunhistochemie und TUNEL-Färbung. Methodik. Nach Zustimmung der Tierschutzkommission wurden 24 männliche SD-Ratten mittels Halothan (0,8–1,5 Vol.-%) in einem Lachgas-/Sauerstoffgemisch (70%/30%) anästhesiert, intubiert, beatmet sowie arteriell und venös kanüliert. Durch elektrische Fibrillation wurde anschließend ein 10minütiger CA induziert [1]. Nach der kardiopulmonalen Reanimation wurden die Gehirne von je 6 Tieren nach 6 h, 24 h, 3 Tagen und 7 Tagen in situ schockgefroren. Die Tiere der 6 h Gruppe wurden bis zu diesem Zeitpunkt weiter anästhesiert, alle anderen Tiere wurden 1 h nach der Reanimation dekanüliert, spontanisiert, extubiert und vor dem Erfrieren erneut anästhesiert. Fünf scheinoperierte Tiere (Kontrollen), die bei identischer Anästhesie intubiert und kanüliert wurden, wurden nach 4 h schockgefroren. Der mittlere arterielle Blutdruck (MAP) wurde während der Beatmung kontinuierlich aufgezeichnet. Die mRNAs der „immediate early genes“ c-jun und c-fos und des Hitzeschockproteins hsp70 wurden mittels in situ Hybridisierung in koronalen Gefrierschnitten detektiert. Darüber hinaus wurde HSP70 mittels Immunhistochemie auch auf Proteinebene regional analysiert. Die TUNEL-Technik wurde in benachbarten Schnitten zur Detektion des Apoptose-assoziierten neuronalen Zelltods eingesetzt. Zur Detektion der polymorph-

Tabelle 1 Gruppe

MAP vor CA

MAP 5 min nach CA

MAP 30 min nach CA

MAP 60 min nach CA

6h 24 h 3 Tage 7 Tage

117±6 104±9 98±8 100±6

88±31* 73±22* 69±14* 67±20*

118±12 103±15 98±16 112±12*

107±11 88±8* 93±14 80±5*

nente des neuronalen Zelltods nach 10minütigem CA bei der Ratte. Der Unterschied im zeitlichen Verlauf der TUNEL-Färbung und der neuronalen Streßantwort in den beiden als selektiv vulnerabel detektierten Bereichen kann als Hinweis darauf gewertet werden, daß hier differente Mechanismen der neuronalen Zellschädigung zugrundeliegen. Die Anzahl der PML ist in der frühen Reperfusionsphase nach CA im Gehirn der Ratte erhöht. Im Gegensatz zu aktuellen Befunden bei fokaler zerebraler Ischämie [2] ist nach 10 min CA jedoch keine klare regionale Assoziation zwischen PML und neuronalen Zellschädigung zu beobachten.

* p<0,05 versus MAP vor CA (Mittelwerte±SD; ANOVA)

kernigen Leukozyten (PML) wurde das Enzym Myeloperoxidase immunhistochemisch nachgewiesen. Ergebnisse. Alle Tiere konnten erfolgreich reanimiert werden. Während der frühen Reperfusion kam es zu einem Abfall des MAP in allen Gruppen (Tabelle 1). Nach 6 h waren die mRNAs von c-jun und hsp70 in umschriebenen Arealen des Kortex, im gesamten Hippokampus und in den meisten Bereichen des Thalamus, nicht jedoch im NRT, aktiviert. Nach 24 h fand sich eine starke Expression in der 2. Schicht des Kortex und im CA1 und CA3 Sektor des Hippokampus. Nach 3 Tagen waren beide mRNAs vornehmlich im CA1 Sektor zu beobachten. Nach 7 Tagen wurden Kontrollbedingungen erreicht. Die mRNA für c-fos wurde nach 6 h besonders im CA3 Sektor und im Gyrus dentatus, in geringerem Maße auch im NRT detektiert. Nach 24 h waren der CA4 Sektor des Hippokampus und die Amygdalae positiv. Nach 3 und 7 Tagen wurden Kontrollbedingungen erreicht. Das Protein von HSP70 konnte nach 24 h, 3 Tagen und 7 Tagen nachgewiesen werden, nach 24 h und 3 Tagen war das Signal im CA1 und CA4 Sektor maximal, der NRT war immer negativ. TUNEL-positiven Neurone waren, bei deutlich unterschiedlichem zeitlichen Verlauf (Abb. 1), im CA1 Sektor und im NRT zu beobachten. Die Anzahl der detektierten PML stieg in der frühen Reperfusionsphase nach CA deutlich an (Abb. 2). Die PML waren dabei disseminiert im Gewebeschnitt verteilt, nur bei einigen Tieren fand sich nach 6 h auch eine diskrete Häufung im NRT. Interpretation. Die Detektion TUNEL-positiver Zellen im CA1 Sektor des Hippokampus und im NRT deutet auf eine apoptotische Kompo-

Abb. 1 m Anzahl [n] TUNEL-positiver Neurone im CA1 Sektor des Hippokampus und im Nucleus reticularis thalami (NRT) nach 10 min Herz-Kreislaufstillstand und unterschiedlichen Reperfusionszeiten bei der Ratte (Mittelwert±SD pro Gewebeschnitt)

Abb. 2 m Anzahl [n] polymorphkerniger Leukozyten (PML) in koronalen Gewebeschnitten aus dem Bereich des Hippokampus nach 10 min Herz-Kreislaufstillstand und unterschiedlichen Reperfusionszeiten bei der Ratte (Mittelwerte±SD pro Gewebeschnitt; * p<0,01 vs.Kontrollen;t-Test, nach Prüfung auf Normalverteilung)

Literatur. 1. Böttiger BW et al. (1995) J Cereb Blood Flow Metab 15:S188. – 2. Chopp M et al. (1996) J Cereb Blood Flow Metab 16:578–5841. – 3. Kawai K et al. (1992) J Cereb Blood Flow Metab 12:238–249

Der Einfluß von Desfluran auf den zerebralen Stoffwechsel, die Hirndurchblutung und die CO2-Reaktivität F. Mielck · H. Stephan · W. Buhre · A. Weyland Zentrum Anaesthesiologie, Rettungs- und Intensivmedizin, Georg-August-Universität Göttingen Fragestellung. Desfluran unterscheidet sich von den herkömmlichen Inhalationsanästhetika durch seine wesentlich geringere Blutlöslichkeit, die sich in einer beschleunigten Einleitungsphase, besseren intraoperativen Steuerbarkeit und schnellerem Aufwachverhalten auszeichnet. Die Einflüsse dieser Substanz auf die zerebrale Durchblutung und den Hirnmetabolismus wurden bereits im Tiermodell geprüft. Dabei konnte gezeigt werden, daß Desfluran eine dosisabhängige zerebrale Vasodilatation und einen reaktiven CBF-Anstieg trotz Senkung der Stoffwechselrate verursacht [1, 3]. Es ist jedoch fraglich, ob diese Befunde auf das menschliche Gehirn übertragbar sind. Methodik. Nach Befürwortung der Studie durch die örtliche Ethikkommission wurden 9 männliche Patienten nach schriftlicher Einwilligung untersucht, die aufgrund einer koronaren Gefäßerkrankung für eine elektive Bypassoperation vorgesehen waren. Patienten mit vorbestehenden neurologischen Erkrankungen oder dopplersonographischen Hinweisen auf Stenosen hirnversorgender Arterien wurden ausgeschlossen.Am Vorabend und am Morgen der Operation erhielten die Patienten jeweils 2 mg Flunitrazepam per os als Prämedikation. Zur Durchführung der CBF-Messungen wurde vor der Narkoseeinleitung ein gasdichter Katheter über eine retrograde Kanülierung der rechten V. jug. int. in den Bulbus v. jugularis plaziert. Die Messung der zerebralen Durchblutung (CBF) erfolgte mit der ArgonFremdgas-Sättigungs-Technik, einer modifizierten Kety-SchmidtMethode, bei der nach inhalativer Applikation eines inerten Gases die Durchblutung basierend auf dem Fickschen Prinzip ermittelt wird. Die Argonkonzentrationen wurden mittels Gaschromatographie bestimmt. Hämoglobingehalt und Sauerstoffsättigung im Blut wurden mit einem CO-Oximeter Typ IL282 (Instrumentation Lab) gemessen. Nach einer Messung im Wachzustand (MP I) wurden die Patienten mit Etomidat 0,3 mg/kg KG,Vecuronium 0,1 mg/kg KG und Desfluran supplementiert über Maskenatmung eingeleitet. Danach wurde unter der konstanten Applikation von 1 MAC Desfluran eine Variante des paCO2-Niveaus mittels kontrollierter Ventilationsänderungen induziert. Angestrebt wurden in festgelegter Reihenfolge eine Normokapnie mit paCO2≈40 mmHg (MP II) 30 min nach Intubation, nachfolgend Hypokapnie mit paCO2≈30 mmHg (MP III) und Hyperkapnie mit paCO2≈50 mmHg (MP IV). Um zusätzliche autoregulative Effekte weitgehend auszuschließen wurde versucht, die arteriellen Mitteldrucke unter Narkose den MAP-Werten im Wachzustand durch kontinuierliche Noradrenalininfusion anzupassen. Der zerebrale Perfusionsdruck (CPP) wurde aus der Differenz zwischen mittlerem arteriellen Druck (MAP) und dem Druck im Bulbus V. jug. (PBJ) berechnet. Die statistische Auswertung erfolgte mittels einfaktoDer Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen Tabelle 1 Darstellung der Meßwerte von 9 Patienten erhoben im Wachzustand (MP I) und unter Applikation von 1 MAC Desfluran bei MP II–IV Wach n=9 MW±SD CMRO2 3,3±0,7 [ml×min−1·100 g−1] CMRGlc 4,0±0,7 [mg×min−1·100 g−1] CBF 45±10 [ml×min−1·100 g−1] SBJO2 [%] 58,4±5,8 PBJ [mmHg] 6±1 CPP [mmHg] 85±10 CVR [mmHg×ml−1× 2,0±0,6 min·100 g] MAP [mmHg] 91±11 Cl [l/min] 2,7±0,4 SVR [dyn·s·cm−5] 1343±248 paCO2 [mmHg] 42,0±3,7

Normokapnie n=9 MW±SD

Hypokapnie n=9 MW±SD

Hyperkapnie n=6 MW±SD

1,6±0,2*

2,1±0,4*

2,2±0,6*

2,6±0,8*

2,4±0,9*

3,6±2,6

35±6*

24±4*

74,2±5,8* 9±3* 70±10* 2,0±0,3

53,0±8,8 9±2* 77±12 3,3±0,7*

125±55* 88,3±2,3* 9±6 82±14 0,8±0,2*

oxide and oxygen on cerebral blood flow and cerebral oxygen consumption of normal young men. J Clin Invest 27:484–492. – 3. Lutz LJ, Milde JH, Milde LN (1990) The cerebral functional, metabolic, and hemodynamic effects of desflurane in dogs. Anesthesiology 73:125–131

Der Einfluß von Isofluran auf mechanorezeptive Neurone im somatosensorischen Thalamus der Ratte O. Detsch1 · C. Vahle-Hinz2 · E. Kochs1 · M. Siemers2 · B. Bromm2 1 Institut für Anaesthesiologie, Klinikum rechts der Isar, Technische Universität München 2 Physiologisches Institut, Universitäts-Krankenhaus Eppendorf, Hamburg

* p<0,05 vs MP I

Der Thalamus ist die letzte subkortikale Integrationsstufe für Informationen aus Sinnesorganen, bevor die spezifische Empfindung entsteht. Der Zustrom von Informationen aus der Körperperipherie zum Kortex wird über reziproke thalamokortikale Verbindungen gesteuert. In diesen Rückkopplungskreis ist der thalamische Retikulariskern als GABAerges Hemmsystem eingeschaltet [2]. Da Isofluran die inhibitorische synaptische Übertragung via GABAA-Rezeptoren verstärkt [1], könnte dieses thalamo-kortiko-retikuläre System einen Angriffspunkt für die Wirkung volatiler Anästhetika darstellen.

rieller Varianzanalyse für Meßwiederholungen und anschließender t-Tests für verbundene Stichproben unter Adjustierung des Signifikanzniveaus nach Holm.

Fragestellung. In der vorliegenden Studie wurde der Einfluß steigender Isofluran-Konzentrationen auf das Antwortverhalten von Neuronen im somatosensorischen Thalamus bei definierter mechanischer Stimulation ihrer rezeptiven Felder untersucht.

79±10* 2,7±0,6 1133±281 41,5±2,4

86±12 92±14 2,6±0,5 3,6±0,7 1296±329 1045±321 29,4±2,2* 54,2±3,5*

Ergebnisse. Die Applikation von 1 MAC Desfluran verursachte im Verhältnis zum Wachzustand bei Normokapnie eine Reduktion der zerebralen Sauerstoffaufnahme (CMRO2) um 51% und der zerebralen Glukoseaufnahme (CMRGlc) um 35%. Gleichzeitig zeigte sich eine Reduktion des CBF um 22% sowie eine Zunahme der mittleren zerebralvenösen Sauerstoffsättigung (SBJO2) von 58 auf 74%. Trotz der medikamentösen Intervention mittels Noradrenalin fiel der mittlere CPP nach Narkoseeinleitung um 18% ab. Der zerebrovaskuläre Widerstand (CVR) blieb unverändert. Die zerebrosvaskuläre CO2-Reaktivität unter 1 MAC Desfluran betrug im Mittel 5,7±1,4% pro mmHg paCO2-Änderung (Tabelle 1).

Methodik. Nach Genehmigung durch die Tierschutzkommission wurden Wistar-Ratten untersucht. Die Tiere wurden nach i.p.-Gabe von 100 mg/kg Ketamin über eine Trachealkanüle kontrolliert beatmet (Isofluranendtidal 1,2%, FiO2 1,0). Während des Versuchs wurden Normokapnie (Blutgasanalysen und endtidale CO2-Messung) und Normothermie gewährleistet. Die Herzfrequenz (EKG) und der arte-

Interpretation. Die Ergebnisse dieser klinischen Untersuchung zeigen, daß 1 MAC Desfluran zu einer erheblichen Reduktion des zerebralen Metabolismus und einer signifikanten, jedoch vergleichsweise geringen Abnahme des CBF führt. Unter den vorliegenden Bedingungen fielen der CBF und die CMRO2 nicht in gleichem Maße ab, so daß eine Zunahme der hirnvenösen O2-Sättigung resultierte. Da der zerebrale Perfusionsdruck trotz pharmakologischer Gegensteuerung nicht vollständig konstant gehalten werden konnte und der CVR unter 1 MAC Desfluran unverändert blieb, ist nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen, daß die leichte Reduktion des CBF ausschließlich als Ausdruck einer aufgehobenen zerebrovaskulären Autoregulation zu interpretieren ist. Auf der Basis tierexperimenteller Daten [3] ist jedoch davon auszugehen, daß die leichte Abnahme des CBF unter Desfluran den Nettoeffekt zweier gegenläufiger Mechanismen darstellt: Einem durch die Stoffwechselreduktion induzierten vasokonstriktorischen und einem direkten vasodilatatorischen Effekt. Die beobachteten CBF-Änderungen unter Variation des paCO2 sind vergleichbar mit entsprechenden Veränderungen an wachen Probanden [2] und zeigen,daß 1 MAC Desfluran die zerebrovaskuläre CO2-Reaktivität nicht beeinträchtigt. Literatur. 1. Artru AA (1994) Intracranial volume/pressure relationship during desflurane anesthesia in dogs: comparison with isoflurane and thiopental/halothane. Anesth Analg 79:751–760. – 2. Kety SS, Schmidt CF (1948) The effects of altered arterial tensions of carbon di-

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Der Anaesthesist 12·97

Abb. 1 m Hämodynamische Parameter (oben) und relative Suppression der neuronalen Aktivität (unten) in Abhängigkeit von der endtidalen Isoflurankonzentration (MW±SEM).* p <0,05 versus Vorwert, # p <0,05 Antwort- vs.Spontanaktivität

rielle Mitteldruck (MAP, A. femoralis-Katheter) wurden kontinuierlich registriert. In Einzelzellableitungen wurden die rezeptiven Felder (Tasthaare, Fell) niederschwelliger Neurone (n=20) im Nucleus ventralis posteromedialis (VPM) bestimmt. Die Antworteigenschaften wurden mit definierter mechanischer Stimulation (Trapez-, Vibrationsreiz) charakterisiert. Nach der Präparation wurde die Isoflurankonzentration auf 0,6% erniedrigt und nach der jeweiligen Meßperiode in 0,2%-Schritten erhöht (10 min Äquilibrierung; max. Isoflurankonzentration 2,0%). Die Messung wurde beendet entweder, wenn keine neuronale Aktivität mehr nachweisbar war oder der MAP unter 70 mmHg abfiel. Statistik. Wilcoxon-Tests (Bonferroni-Korrektur), nichtlineare logistische Regressionsanalyse. Ergebnisse. Sowohl die Spontan- als auch die Antwortaktivität wurde in den 20 untersuchten Neuronen durch Isofluran dosisabhängig reduziert (s.Abb. 1). Im Vergleich zur Ausgangsaktivität unter 0,6% Isofluran führte bereits die Erhöhung auf 0,8% zu einer signifikanten Reduktion der neuronalen Aktivität (p<0,05). Dabei wurde die Spontanaktivität stärker supprimiert (von 3,7±1,2 auf 1,7±0,3 Impulse/s (MW±SEM)) als die Antwortaktivität (von 20,0±2,3 auf 14,5±2,1 Impulse/s) (p<0,05). Tonische Antworten auf Trapezreize oder kontinuierliche Antworten auf Vibrationen waren bis zu 0,8–1,6% Isofluran erhalten und veränderten sich zu phasischen ,on/off‘-Antworten bei höheren Konzentrationen (1,0–1,8%). Unter der höchsten untersuchten Isoflurankonzentration (2,0%) waren noch 5 von 6 Neuronen durch mechanische Stimulation aktivierbar. Interpretation. Die neuronale Aktivität im thalamischen VPM wird durch Isofluran reduziert. Der Zustrom zum Kortex scheint aber noch bei Isoflurankonzentrationen von 2,0% nicht vollständig supprimiert zu sein. Allerdings werden nur noch Informationen über Reizänderungen vermittelt, während eine Kodierung von Reizdauer und -intensität nicht mehr stattfindet. Isofluran könnte diese Wirkungen auch unmittelbar auf thalamischer Ebene durch eine Verstärkung GABAerger Hemmung von VPM-Neuronen hervorrufen. Literatur. 1. Franks NP, Lieb WR (1994) Molecular and cellular mechanisms of general anaesthesia. Nature (London) 367:607–614. – 2. Price JL (1995) Thalamus. In: Paxinos G (ed) The rat nervous system.Academic Press, San Diego, 629–648

Störung der zerebrovaskulären Autoregulation unter dem Einfluß von Sevofluran. Antagonismus durch Blockade der Stickoxidsynthetase H. Lu · C. Werner · K. Engelhard · E. Kochs Institut für Anaesthesiologie, Technische Universität München, Klinikum rechts der Isar Fragestellung. Inhalationsanästhetika sind zerebrale Vasodilatatoren, die in höheren Konzentrationen die zerebrovaskuläre Autoregulation aufheben [1]. Die vorliegende tierexperimentelle Studie untersucht den Einfluß des neuen Inhalationsanästhetikums Sevofluran auf die zerebrovaskuläre Autoregulation in Abhängigkeit vom Zustand der Stickoxidsynthetase. Methodik. Nach Genehmigung durch die Regierung von Oberbayern wurden 16 männliche Sprague-Dawley Ratten mit Sevofluran anästhesiert, intubiert und kontrolliert beatmet. Die rechte Femoralarterie sowie die linke und rechte Femoralvene und die rechte Jugularvene wurden zur invasiven Messung des mittleren arteriellen Blutdrucks (MAP), Medikamentengabe und Blutentnahme katheterisiert. Zur späteren Messung der kortikalen Hirndurchblutung wurde das rechte Os parietale freigelegt und bis auf die innere Lamelle der Kortika-

Abb. 1 und 2 m Kortikale Hirndurchblutung (CBF) als Funktion des mittleren arteriellen Blutdrucks (MAP) unter dem Einfluß von 1 MAC und 2 MAC Sevofluran vor und nach Inhibition der Stickoxidsynthetase mittels L-NAME (*=p<0,05 vs.identischem MAP ohne Inhibition der Stickoxidsynthetase; $=p<0,05 vs.140 mmHg innerhalb der Gruppe)

lis abgefräst. Nach Beendigung der chirurgischen Präparation wurden die Tiere randomisiert den folgenden Versuchsgruppen zugeteilt: Bei Tieren der Gruppe 1 (n=8) wurde die Anästhesie mit 1 MAC Sevofluran (2,0 Vol.-% endexspiratorisch) in 30 Vol.-% O2 und Luft aufrechterhalten. Bei Tieren der Gruppe 2 (n=8) wurde die Anästhesie mit 2 MAC Sevofluran (4,0 Vol.-% endexspiratorisch) in 30 Vol.-% O2 und Luft aufrechterhalten. Während des gesamten Versuchsablaufs wurden die arteriellen Blutgase, der arterielle pH und die perikranielle Temperatur konstant gehalten. Die kortikale Hirndurchblutung wurde mittels eines Laser-Doppler-Flußsystems (PerimedTM) über der rechten Hemisphäre kontinuierlich gemessen. Die zerebrovaskuläre Autoregulation wurde innerhalb des MAP-Bereichs von 140 mmHg bis 60 mmHg durch progrediente Hämorrhagie vor und nach Infusion des unspezifischen Inhibitors der Stickoxid-Synthetase Nitro L-Arginin Methyl Ester (L-NAME, 30 mg/kg i.,v.) untersucht. Veränderungen der Hirndurchblutung (%) innerhalb jeder Gruppe wurden mittels Friedman-Test analysiert.Vergleiche zwischen den Gruppen erfolgten mittels Mann-Whitney-Test (p<0,05). Veränderungen der CBF von <15% vom Ausgangswert wurden als intakte zerebrale Autoregulation definiert. Ergebnisse. Die Autoregulation der Hirndurchblutung war unter dem Einfluß von 1 MAC Sevofluran (Gruppe 1) über den MAP-Bereich von 140 mmHg bis 60 mmHg erhalten. Nach Infusion von L-NAME war die kortikale Hirndurchblutung im Vergleich zu der Situation mit intakter Stickoxidsynthetase um 25% reduziert. Die Inhibition der Stickoxidsynthetase blieb ohne Einfluß auf die Autoregulation der Hirndurchblutung (Abb. 1). Unter dem Einfluß von 2 MAC Sevofluran Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen (Gruppe 2) kam es während der progredienten Hämorrhagie zu einer druckpassiven Reduktion der Hirndurchblutung. Nach Infusion von L-NAME war die kortikale Hirndurchblutung im Vergleich zu der Situation mit intakter Stickoxidsynthetase um 30% reduziert. Gleichzeitig kam es zu einer vollständigen Erholung der vorher gestörten zerebrovaskulären Autoregulation (Abb. 2). Interpretation. Die vorliegende Untersuchung zeigt, daß die zerebrovaskuläre Autoregulation unter dem Einfluß von 1 MAC Sevofluran und unabhängig von einer Blockade der Stickoxidsynthetase erhalten bleibt. Hieraus folgt, daß die zur Autoregulation notwendige zerebrale Vasodilatation unter progredienter Hämorrhagie nicht durch Stickoxid vermittelt wird. Im Gegensatz zu 1 MAC Sevofluran war die Autoregulation der Hirndurchblutung unter 2 MAC Sevofluran aufgehoben. Nach Blockade der Stickoxidsynthetase durch L-NAME konnte unter sonst identischen Bedingungen eine normale Autoregulation wiederhergestellt werden. Der durch hohe Konzentrationen von Sevofluran ausgelösten zerebralen Hyperämie und der defekten Autoregulation könnten folgende dosisabhängige Mechanismen zugrundeliegen: a) Sevofluran stimuliert die Stickoxidsynthetase mit der Konsequenz erhöhter Verfügbarkeit von Stickoxid [3]. b) Sevofluran induziert eine erhöhte Sensitivität der glatten Gefäßmuskelzellen gegenüber Stickoxid [2]. Literatur. 1. McPherson RW, Traystman RJ (1988) Effects of isoflurane on cerebral autoregulation in dogs. Anesthesiology 69:493–499. – 2. Pelligrino DA,Wang Q, Baughman VL, Brody MA (1996) The role of K+ channels in the permissive function of nitric oxide (NO) and cyclic GMP in hypercapnia-induced pial arteriolar dilation in the rat. Anesthesiology 85:A582. – 3. Zuo Z, John RA (1996) Upregulation of the gene expression and activity level of inducible nitric oxide synthase by halothane and isoflurane. Anesthesiology 85:A374

Konzentrationsabhängigkeit von Parametern des Medianus-SSEP und des EEG-Powerspektrums unter Desfluran, Isofluran und Sevofluran B. Rehberg · R. Rüschner · B.J. Ebeling Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie und Spezielle Intensivmedizin, Universität Bonn Fragestellung. Volatile Anästhetika erzeugen konzentrationsabhängige Veränderungen der Parameter des EEG-Powerspektrums und der somatosensorisch evozierten Potentiale. Einige dieser Parameter werden zur Überwachung und Steuerung von Narkosen verwendet [2]. Zudem wird versucht, EEG-Parameter mit zellulären und molekularen Anästhesiemechanismen zu korrelieren [1]. Bislang liegen jedoch nur unzureichende Daten über die Konzentrations-WirkungsBeziehungen dieser Parameter vor. Daher soll in dieser Studie die Abhängigkeit dieser Parameter von der Konzentration volatiler Anästhetika ermittelt werden. Durch den Vergleich verschiedener volatiler Anästhetika soll zudem geprüft werden, ob verschiedene Anästhetika

bei vergleichbaren Konzentrationen (gleiche MAC-Vielfache) quantitativ gleiche Veränderungen hervorrufen. Methodik. Nach Beratung durch die Ethikkommission wurden 24 Patienten randomisiert der Desfluran- (n=8), Sevofluran- (n=8) oder Isoflurangruppe (n=8) zugewiesen. Die Einleitung erfolgte mit 2,5 mg/kg Propofol, die Relaxierung zur Intubation mit 0,1 mg/kg Cisatracurium. Die Narkose wurde mit Desfluran (DES) bzw. Sevofluran (SEVO) oder Isofluran (ISO) in O2-Raumluft ohne N2O oder Opiate bei Normothermie und Normokapnie fortgeführt. Die Konzentration des volatilen Anästhetikums wurde vor OP-Beginn zwischen 0,7 und 1,3 MAC-Vielfachen variiert, wobei die 0,7, 1,0 und 1,3 MAC entsprechenden endexspiratorischen Konzentrationen (4,2, 6,0, 7,8 Vol.% DES, 1,4, 2,0 und 2,6 Vol.-% SEVO und 0,8, 1,2, 1,6 Vol.-% ISO in randomisierter Reihenfolge) für jeweils 15 min konstant gehalten wurden. Es erfolgte eine kontinuierliche Ableitung des EEG (C3´ gegen Fz) und eine fortlaufende Stimulation des N. medianus (3 Hz) mit der 1,5-fachen Stromstärke der motorischen Schwelle. Die Parameter des EEG-Powerspektrums (Median, spektrale Eckfrequenz SEF90) und des SSEP (Latenz des Gipfels N20 und Amplitude des kortikalen Primärkomplexes N20P30) wurden nach einem pharmakokinetischpharmakodynamischen (PKPD) Modell ausgewertet, dem eine sigmoidale Funktion (E=Cn·Emax/(EC50n+Cn)) zugrundeliegt. Die Konzentrationen im Effektkompartiment bzw. die keo-Werte wurden durch Kollabieren der Hysterese-Schleifen ermittelt [3]. Ergebnisse. Die über die letzten 5 min der konstanten Konzentrationen gemittelten Daten stimmen für Sevofluran und Desfluran gut mit den aus dem PKPD-Modell errechneten Werten überein, weichen jedoch für Isofluran voneinander ab. Der aus dem PKPD-Modell ermittelte EC50-Wert der SEF90 liegt bei allen drei Anästhetika höher als der EC50-Wert für den EEG-Median (s. Tabelle 1). Letzterer konnte nicht exakt bestimmt werden, da keine Daten im Konzentrationsbereich unter 0,6 MAC erhoben wurden. Für die „burst suppression ratio“ BSR liegen die EC50-Werte bei ca. 1,2 MAC. Zwischen den Anästhetika bestehen keine signifikanten Unterschiede bezüglich der EC50Werte (Mann-Whitney-Test), dies gilt auch für die SSEP-Amplitude und SSEP-Latenz. Die Latenzverlängerung des SSEP-Gipfels N20 entspricht im untersuchten Konzentrationsbereich einer annähernd linearen Funktion. Interpretation. Die Konzentrations-Wirkungs-Kurven für Median und SEF90 sowie die SEP-Amplitude, nicht aber der Latenz des SSEPGipfels N20, lassen sich durch ein sigmoidales Emax-Modell beschreiben. Die sigmoidalen Konzentrations-Wirkungs-Kurven für Median und SEF90 unterscheiden sich deutlich voneinander. Der Median fällt schon bei geringen Anästhetikakonzentrationen (<0,8 MAC) stark ab, während der Abfall SEF90 über einen größeren Konzentrationsbereich (0,3–1,3 MAC) verläuft. Daher erscheint der Median unter Bedingungen ohne operativen Stimulus zur Überwachung von Narkosen weniger geeignet als die SEF90. Die unterschiedliche Konzentrationsabhängigkeit der SSEP-Latenzverlängerung und der Amplitudenverminderung deutet auf unterschiedliche zugrundeliegende Mechanismen hin.

Tabelle 1 EC50-Werte (als MAC-Vielfache) und Steigungsparameter n der PKPD-Modell-Computerfits für SEF90, burst suppression ratio BSR und Amplitude N20P30 (Ampl.). Die Mediandaten erlauben keinen Computerfit.Werte sind als Median±95% Konfidenzintervall angegeben Desfluran

EC50 95%KI n 95%KI

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Isofluran

Sevofluran

Median

SEF90

BSR

Ampl.

Median

SEF90

BSR

Ampl.

Median SEF90

<0,6 – – –

0,74 0,53–0,94 4,6 0,8–27,1

1,20 1,07–1,31 11,7 3,0–22,6

0,50 0,40–0,64 4,0 1,2–23,0

<0,6 – – –

0,66 0,58–1,00 1,8 0,9–10,7

1,17 1,05–1,37 8,7 2,6–21,8

0,39 0,24–0,59 8,2 4,0–12,3

<0,6 – – –

Der Anaesthesist 12·97

BSR

0,67 1,33 0,60–1,0 1,15–1,44 2,4 16,1 0,6–6,7 0,1–49,4

Ampl. 0,44 0,27–0,72 6,6 0,7–22,9

Literatur. 1. Lukatsh HS, MacIver MB (1996) Synaptic mechanisms of thiopental-induced alterations in synchronized cortical activity.Anesthesiology 84:1425–1434. – 2. Schwilden H, Schüttler J, Stoeckel H (1989) Closed-loop feedback control of propofol anaesthesia by quantitative EEG analysis in humans. Br J Anaesth 62:290. – 3. Stanski DR (1992) Pharmakodynamic measurement and modelling of anesthetic depth. In: Van Boxtel CJ, Holford NHG, Danhof M (eds) The In Vivo Study of Drug Action. Elsevier, New York

Hinweise auf Mechanismen apoptotischen Zelltods nach einer zerebralen Kryoläsion bei Ratten C. Lenz1 · M. Barth2 · L. Schilling2 · K.F. Waschke1 · K. van Ackern1 P. Schmiedek2 · W. Kuschinsky3 1 Institut für Anästhesiologie und operative Intensivmedizin und 2 Neurochirurgische Klinik, Fakultät für Klinische Medizin Mannheim, Universität Heidelberg 3 I. Physiologisches Institut, Universität Heidelberg Fragestellung. Tierexperimentell und humanpathologisch werden seit kurzem Anzeichen apoptotischen Zelltods im zentralen Nervensystem nicht nur während der Embryogenese, sondern auch nach zerebralen Schädigungen des erwachsenen Organismus beobachtet. Im Gegensatz zur Nekrose sind die Kennzeichen apoptotischen Zelltods eine frühzeitige Fragmentierung der DNA in Vielfache von 180–200 Basenpaaren und deren Kondensation an der Membran des Zellkerns, dessen Zerfall und der Zerfall der Zelle selbst in membranumschlossene apoptotische Partikel ohne Freisetzung von Entzündungsmediatoren [3]. Dieser Prozeß unterscheidet sich von bisher bekannten Mechanismen ischämischer Zellschädigung und kann sich über Stunden bis Tage hinziehen. Eine Vielzahl vergleichender therapeutischer Studien bedient sich der Kryoläsion als gut reproduzierbares Modell einer zerebralen Schädigung. Deshalb sollte in der vorliegenden Studie untersucht werden, ob DNA-Fragmentation als Mechanismus apoptotischen Zelltods auch am zerebralen Zellschaden nach Kryoläsionen beteiligt ist. Methoden. Nach Genehmigung durch die zuständige Behörde wurde bei 10 männlichen Sprague-Dawley Ratten in Chloralhydratnarkose die Dura mater rechts parietal frei trepaniert. Anschließend wurde dort durch 60sekündige Applikation einer mit einem AzetonTrockeneisgemisch gekühlten Kupfersonde (Durchmesser 5 mm) eine zerebrale Kryoläsion erzeugt. Jeweils 2 Ratten wurden nach 1, 6, 12, und 24 h erneut narkotisiert und mit 2% Paraformaldehyd und Sukrose 18% perfusionsfixiert. Die Hirne wurden entfernt, in Sukrose aufbewahrt und anschließend in einem Kryomikrotom koronal geschnitten. 2 Ratten wurden nach 24 h ebenfalls narkotisiert, dekapitiert, die Hirne entfernt, unmittelbar darauf in flüssigem Stickstoff gefroren und ebenfalls in einem Kryomikrotom geschnitten. Anschließend wurden von diesen Hirnen Schnitte 25 min in 50 mMol/l Natriumsuccinat und 1 mMol/l Tetrazoliumblau bei 37° C inkubiert. Durch die Aktivität der Succinatdehydrogenase führt dies in vitalem Gewebe zu einer Blaufärbung, geschädigtes Gewebe bleibt dagegen weiß [2]. Daran angrenzende Hirnschnitte wurden in 4% Paraformaldehyd fixiert. Zum in situ Nachweis apoptotisch fragmentierter DNA in Zellkernen wurden Hirnschnitte von allen Ratten mittels der TUNEL-Methode (terminal transferase dUTP nick-end labeling) untersucht [1]. Hierbei werden die freien 3´-OH-Enden der fragmentierten DNA durch das Enzym Terminaltransferase mit fluoreszenzmarkiertem UTP elongiert. Die Hirnschnitte wurden mit Triton 0,2% in Phosphatpuffer permeabilisiert und anschließend 1 h in einem Reaktionsgemisch aus 50 nMol Cobaltchlorid, 0,3 nMol Fluorescin-11dUTP, 3 nMol dATP und 25 U Terminaltransferase in 50 µL Reaktionspuffer (Boehringer Mannheim) bei 37° C inkubiert. Nach Waschen in Tris-EDTA 50 mMol/l wurden die Schnitte unter dem Fluoreszenzmikroskop untersucht.

Ergebnisse. 1 Stunde nach Setzen der Kryoläsion fanden sich in der verletzten Hemisphäre nur vereinzelt Zellkerne mit positiver Fluoreszenzmarkierung. Nach 6, 12, und 24 h dagegen stellten sich in der Fluoreszenzmikroskopie multiple Zellkerne mit fragmentierter DNA dar. Der Vergleich mit der Vitalfärbung durch Tetrazolium-Blau zeigte eine Begrenzung des Bereichs, in dem sich fluoreszenzmarkierte Zellkerne fanden, auf die zerebrale Läsion. In diesem Bereich waren die Zellkerne mit fragmentierter DNA in der grauen Substanz uniform verteilt. Die Grenzen dieses Bereichs demarkierten sich scharf von der restlichen Hemisphäre. Die Form der markierten Zellkerne war 6 h nach Läsion überwiegend rund oder oval. In einigen Zellkernen fand sich eine Fluoreszenzanreicherung an der Kernmembran. 24 h nach Läsion zeigte sich dagegen zunehmend ein Zerfall der markierten Zellkerne in wenige kleinere Partikel. Interpretation. Die verzögerte Darstellung fragmentierter DNA in Zellkernen innerhalb des Bereichs der zerebralen Läsion und der abschließende Zerfall dieser Zellkerne in Einzelpartikel lassen auf eine Beteiligung von Mechanismen schließen, wie sie auch bei apoptotischem Zelltod beobachtet werden können. Aufgrund ihrer guten Reproduzierbarkeit als zerebrale Schädigung könnte die Kryoläsion sich für die Aufklärung dieser Mechanismen im Tierversuch als besonders geeignet erweisen. Literatur. 1. Gavrieli Y, Sherman Y, Ben-Sasson SA (1992) Identification of programmed cell death in situ via specific labeling of nuclear DNA fragmentation. Cell Biol 119:493–501. – 2. Gillardon F, Lenz C, Waschke KF, Krajewski J, Reed J, Zimmermann M, Kuschinsky W (1996) Altered expression of Bcl-1, Bcl-X, Bax, and c-Fos colocalizes with DNA fragmentation and ischemic cell damage following middle cerebral artery occlusion in rats. Mol Brain Res 40:254–260. – 3. Thompson CB (1995) Apoptosis in the pathogenesis and treatment of disease. Science 267:1456–1462

Bestimmung von β-Endorphin (1–31) mit einer hochspezifischen radioimmunometrischen Nachweismethode im Vergleich zur Bestimmung von β-Endorphin-immunoreaktivem Material im Plasma gynäkologischer Patientinnen unter verschiedenen Streßbedingungen H. Harbach1 · K. Antrecht2 · M. Zygmunt3 · V. Hinz3 · N. Katz4 G. Hempelmann1 · H. Teschemacher2 1 Abteilung Anaesthesiologie und Operative Intensivmedizin 2 Rudolf-Buchheim-Institut für Pharmakologie 3 Zentrum für Frauenheilkunde und Geburtshilfe und 4 Institut für Klinische Chemie, Justus-Liebig-Universität Gießen β-Endorphin ist ein Opioidpeptid, das aus 31 Aminosäureresten besteht und – ebenso wie ACTH – dem Precursormolekül Proopiomelanocortin (POMC) entstammt. Es gilt als bewiesen, daß in Streßsituationen βEndorphin und ACTH aus der Hypophyse in das Blut freigesetzt werden [1]. Mit radioimmunometrischen Methoden konnte „β-Endorphin“ jedoch bisher nur als „β-Endorphin-immunoreaktives Material“ (β-Endorphin-IRM) nachgewiesen werden; hiermit wird die geringe Spezifität dieser Methode gekennzeichnet, mit denen lediglich bestimmte βEndorphin-Fragmente nachgewiesen werden können,die nicht nur in βEndorphin selbst, sondern auch in vielen Derivaten des β-Endorphins enthalten sein können. Wir haben einen hochspezifischen „Two-site“ Radioimmunopräzipitationsassay für Human-β-Endorphin entwickelt, der mit keinem anderen β-Endorphin-Derivat oder Opioidpeptid kreuzreagiert. Diese Methode setzen wir in klinischen Situationen ein, in denen eine hohe Streß- bzw. Schmerzbelastung auftritt, und in denen vielfach „β-Endorphin“ nachgewiesen wurde. Fragestellung. Inwieweit entspricht das a) unter der Spontangeburt bzw. b) bei Sectio caesarea oder c) während Follikelpunktion im Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen Rahmen der in vitro-Fertilisation (IVF) mit konventioneller Methodik nachgewiesene β-Endorphin-IRM [2] authentischem β-Endorphin? Stehen die Konzentrationen von ACTH und β-Endorphin-IRM bzw. β-Endorphin im Plasma immer im gleichen Verhältnis zueinander? Methodik. Wir haben bei drei Gruppen von Patientinnen (nach Aufklärung und schriftlicher Einverständniserklärung) zu zwei bzw. drei Zeitpunkten jeweils 30 ml Blut entnommen: a) bei 10 Patientinnen im Alter von 24–28 Jahren bei beginnender Wehentätigkeit sowie 5 cm Muttermundsöffnung und während spontaner Entwicklung des Kindes; b) bei 18 Patientinnen im Alter von 23–31 Jahren vor Einleitung der Vollnarkose zur geplanten Sectio sowie unmittelbar nach Entwicklung des Kindes; c) bei 28 Patientinnen im Alter von 21–37 Jahren am Vortag der Follikelpunktion im Rahmen eines IVF-Programms, vor Einleitung einer Ataranalgesie bei Follikelpunktion sowie am Ende dieses Eingriffs. Die Aufarbeitung der Blutproben erfolgte gemäß [3] beschriebenem Verfahren. Nach einer Peptidextraktion aus dem Plasma erfolgte die Analyse der Proben in den folgenden Assaysystemen: β-Endorphin-IRM wurde mittels eines konventionellen Flüssigphasen-„One-site“ RIA bestimmt. Dieser RIA weist insofern nur eine geringe Spezifität auf, als er alle β-Endorphinderivate erfaßt, welche die Sequenz β-Endorphin-(17–24) beinhalten; hierzu gehören beispielsweise auch am N-Terminus acetylierte β-Endorphinderivate sowie β-Lipotropin (1–89). Im Vergleich hierzu wurde β-Endorphin mit unserem „Two-site“-RIA bestimmt: Hierbei werden zwei Antikörper eingesetzt, wobei der erste gegen den N-Terminus (1. AK) und der zweite gegen den C-Terminus (2. AK) gerichtet ist; der 1. AK trägt die radioaktive Markierung, über den 2. Antikörper wird der Komplex 1. AK–Peptid–2. AK immunopräzipitiert und die Menge des Peptids über die Radioaktivität im Präzipitat bestimmt. ACTH wurde mittels eines kommerziell verfügbaren „Two-site“ RIA (Nichols, Bad Nauheim, Deutschland) im Institut für Klinische Chemie der JLU Gießen bestimmt. Ergebnisse. β-Endorphin-IRM und ACTH wurden im Plasma von Patientinnen aller drei Gruppen gefunden – bei Spontangeburt, Sectio und IVF-Follikelpunktion. Bei den Sectiones kam es in den meisten Fällen zu einem Anstieg der Konzentrationen von β-Endorphin-IRM sowie von ACTH unmittelbar nach der Entwicklung des Kindes. Bei IVF-Follikelpunktion stiegen in einer Reihe von Fällen die Konzentrationen von β-Endorphin-IRM und ACTH am Ende des Eingriffs an. In den meisten Fällen erhöhte sich die Konzentration von β-Endorphin-IRM proportional zur Konzentration von ACTH. Authentisches β-Endorphin wurde nur bei einer Patientin mit Spontangeburt gefunden; bei den Sectiones war dies lediglich bei 2 Patientinnen und bei der IVF-Follikelpunktion bei 8 Patientinnen der Fall. Interpretation. In Streßsituationen anläßlich von Spontangeburt, Sectio oder IVF-Follikelpunktion scheinen β-Endorphin-IRM und ACTH meist – wenn auch nicht immer – in annähernd gleichem Verhältnis in das Blut freigesetzt zu werden. β-Endorphin-IRM scheint jedoch nur zu einem geringen Prozentsatz authentischem β-Endorphin zu entsprechen. Offenbar ist es demnach nicht β-Endorphin, sondern es sind vorwiegend andere Komponenten des β-EndorphinIRM, welche in Streßsituationen bei Aktivierung der HypothalamusHypophysen-Nebennierenrinden-Achse in das Plasma freigesetzt werden. Literatur. 1. Freye E (1995) Opioide in der Medizin – Wirkung und Einsatzgebiete zentraler Analgetika. Springer, Berlin Heidelberg New York, 254. – 2. Sterzik K, Nitsch CD, Korda P, Sasse V, Rosenbusch B, Marx T, Traub E (1994) Der Einfluß unterschiedlicher Anästhesieverfahren auf den Hormonhaushalt der Frau. Anaesthesist 43:738–742. – 3. Wiedemann K, Teschemacher H (1986) Determination of β-Endorphin and Fragments Thereof in Human Plasma Using High-Performance Liquid Chromatography and a Multiple Radioimmunoassay System. Pharmaceut Res 3:142–149

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Der Anaesthesist 12·97

Stickstoffmonoxid (NO) hebt die Hemmung des Peristaltikreflexes durch selektive µ- und κ-Opioidliganden in vitro auf* H. Arzet1 · M.K. Herbert1 · P. Holzer2 · N. Roewer1 1 Klinik für Anaesthesiologie, Universität Würzburg 2 Institut für experimentelle und klinische Pharmakologie, Universität Graz Fragestellung. Der propulsive Transport von Darminhalt beruht auf einem komplexen Peristaltikreflex und der Wirkung exzitatorischer sowie inhibitorischer (z.B. NO [1, 2]) Transmitter im Plexus myentericus. Viele in der Anästhesie und Intensivmedizin eingesetzten Pharmaka sollen die Darmmotilität hemmen, was insbesondere beim kritischkranken Intensivpatienten (z.B. mit Septischem Syndrom) zum Problem werden kann, wenn bei diesen Patienten die herkömmlichen Properistaltika weitgehend oder völlig wirkungslos bleiben. Kürzlich konnte in vitro gezeigt werden (eigene, bisher unpublizierte Ergebnisse), daß exogen zugeführtes NO die peristaltikhemmende Wirkung von Barbituraten synergistisch verstärkt und normalerweise unterschwellige Mengen von NO und Barbituraten, in dieser Reihenfolge verabreicht, zum kompletten Ileus führen. Die vorliegende Untersuchung soll klären, welche Wirkung selektiv an µ- oder κ-Rezeptoren bindende Opioide auf den Peristaltikreflex haben und ob NO die Wirkung der µ- oder κ-Opioidliganden beeinflußt. Methodik. Mit Zustimmung der Tierversuchskommission wurde bei Meerschweinchen nach Tötung durch einen Betäubungsschlag und Ausbluten durch Eröffnen der Karotiden das proximale Ileum entnommen. Etwa 8 cm lange Dünndarmsegmente wurden horizontal in einem Organbad (karbogenierte Tyrode, 37° C) in eine Vorrichtung eingespannt, die eine kontinuierliche Perfusion des Darmsegments (0,5 ml/min) mit Tyrode (karbogeniert, 37° C) gegen einen Druck von 400 Pascal (=40 mmH2O=3 mmHg) ermöglichte. Die durch die Peristaltik hervorgerufene, intraluminale Druckänderung wurde mittels eines Drucktransducers registriert und aufgezeichnet. Bei fortwährender intraluminaler Perfusion mit Tyrode wird in den Darmsegmenten ab einem individuellen, im Zeitverlauf aber konstanten Schwellenwert des intraluminalen Drucks ein Peristaltikreflex ausgelöst, der die Entleerung des Darmsegments bewirkt. Diese Schwelle läßt sich aus den Aufzeichnungen errechnen. Die Untersuchungen wurden an 6 Darmsegmenten (soweit nicht anders angegeben) je Konzentration und Substanz/Substanzkombination durchgeführt. Als selektiver Agonist für den µ-Opioidrezeptor wurde (DAla2,N-Me-Phe4,glycerol5)-Enkephalin (DAMGO) und für den κ-Rezeptor Dynorphin A (1–13) (Dynorphin) in einer Konzentration von 0, 1–100 nM getestet. Der NO-Donor Natriumnitroprussid (10 µM, NNP) wurde 20 min vor der Opioidapplikation dem Organbad zugegeben. In allen bisherigen Untersuchungen führte 10 µM NNP nie zu einer kompletten Hemmung der Peristaltik. In einer anderen Serie von Experimenten wurde 10 µM NNP nach 100 nM DAMGO bzw. 100 nM Dynorphin gegeben. Zusätzlich wurde geprüft, ob die Opiatwirkung durch Naloxon (500 nM) antagonisierbar ist. Ergebnisse. Sowohl DAMGO als auch Dynorphin führen dosisabhängig zu einer Hemmung des Peristaltikreflexes, wobei 10 nM DAMGO und 10 nM Dynorphin eine deutliche Schwellenerhöhung und 100 nM DAMGO (nach 320,0±39,3 s) bei 6 von 7 sowie 100 nM Dynorphin (nach 271,5±12,5 s) bei allen (8/8) Darmsegmenten eine komplette Peristaltikhemmung bewirken. Die hemmende Wirkung von DAMGO (10 nM) bzw. Dynorphin (10 nM) wird durch die Vorbehandlung mit 10 µM NNP nicht verstärkt. Im Gegenteil, 100 nM DAMGO ruft nach 10 µM NNP bei nur 2 von 7 Darmsegmenten eine komplette Peristaltikhemmung hervor. Die Applikation von 10 µM NNP nach 100 nM DAMGO bzw. Dynorphin (s. Abb. 1) führt sogar zu einem Wiederauftreten normaler Peristaltik bei jeweils allen (4/4)

* Mit Förderung durch die Else Kröner-Fresenius-Stiftung

Abb. 1 m Komplette Hemmung des Peristaltikreflexes durch κ-Opioidagonisten (Dynorphin 100 nM).Wiederauftreten von Peristaltik nach Gabe von NO (NNP 10 µM)

Darmsegmenten innerhalb von 3–5 min bzw. 5–10 min. Die hemmende Wirkung des µ- und κ-Opioidagonisten ist durch 500 nM Naloxon antagonisierbar. Schlußfolgerung. Die Ergebnisse zeigen, daß sowohl selektive µ- als auch selektive κ-Opioidrezeptoragonisten den Peristaltikreflex beim Meerschweinchenileum dosisabhängig hemmen. Aber im Gegensatz zu den Barbituraten wird die Hemmung der Peristaltik durch Opiate nicht durch NO verstärkt. Vielmehr scheint NO, über einen derzeit noch unbekannten Mechanismus, der hemmenden Wirkung der Opioidagonisten entgegenzuwirken. Erste vorläufige, hier nicht gezeigte Befunde weisen darauf hin, daß NO seinerseits endogen präsynaptisch Azetylcholin aus myenterischen Neuronen freisetzt und über diesen Weg eine properistaltische Wirkung entfalten könnte. Literatur. 1. Bartho L, Holzer P (1995) The inhibitory modulation of guinea pig intestinal peristalsis caused by capsaicin involves calcitonin gene-related peptide and nitric oxide. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol 353:102–109. – 2. Suzuki N, Mizuno K, Gomi Y (1994) Role of nitric oxide in the peristalsis in the isolated guinea-pig ileum. Eur J Pharmacol 251:221–227

Der Einfluß von β-Endorphin auf Phagozytoseleistung und Expression von Komplementrezeptoren bei polymorphkernigen neutrophilen Granulozyten I. Welters1 · H. Teschemacher2 · A. Menzebach1 · T. Langefeld1 T. Menges1 · G. Hempelmann1 1 Abteilung für Anaesthesiologie und Operative Intensivmedizin 2 Rudolf-Buchheim-Institut für Pharmakologie, Justus-Liebig-Universität Giessen Fragestellung. Polymorphkernige Granulozyten stellen durch Erkennung, Ingestion und intrazelluläre Vernichtung von Mikroorganismen ein wichtiges Glied der Immunabwehr dar. Neben klassischen Immunmodulatoren wie Interleukinen wird die Bedeutung neuroendokriner Peptide für die Regulation immunologischer Funktionen diskutiert. So konnte eine vermehrte Chemotaxis von Monozyten [2] durch β-Endorphin beobachtet werden. Als klassisches Opsonin bindet C3b an die Bakterienmembran. Die Phagozytose wird dann durch die Bindung des opsonisierten Mikroorganismus an Komplementrezeptoren auf der Granulozytenoberfläche eingeleitet. Zudem vermittelt der Komplementrezeptor CD11b die Anheftung von neutrophilen Granulozyten an endothelialen Strukturen. In dieser Untersuchung wurden die Auswirkungen von β-Endorphin auf die Phagozytose vitaler Staphylokokken durch polymorphkernige neutrophile Granulozyten und auf die Expression der phagozytoserelevanten Komplementrezeptoren CD11b und CD35 auf der Leukozytenoberfläche in einem Vollblutmodell mittels Durchflußzytometrie untersucht. Material und Methodik. Die Phagozytoseleistung sowie die Expression der Oberflächenmoleküle CD11b und CD35 wurden anhand einer

Vollblutmethode bei zwölf gesunden Probanden im Alter von 20 bis 40 Jahren ermittelt. Zur Bestimmung der Phagozytoseleistung wurden 100 µl einer mit Lithiumheparinat antikoagulierten, eisgekühlten Blutprobe in sechs Aliquots aufgeteilt. Zwei Ansätze dienten zur Kontrolle ohne Endorphin, den anderen wurde 10 µl β-Endorphin, gelöst in Humanalbumin 10%, in einer Konzentration von 10−7 M, 10−9 M, 10−11 M bzw. 10−13 M zugesetzt. Sämtlichen Ansätzen wurde 100 µl einer Bakterienlösung, bestehend aus vitalen, mit Fluoresceinisothiocyanat (FITC) markierten, grünfluoreszierenden Bakterien der Gattung Staphylococcus aureus K807 zugegeben. Die Probenansätze sowie einer der Kontrollansätze wurden 10 min bei 37° C im Schüttelwasserbad inkubiert, während der zweite Kontrollansatz auf Eis verblieb. Nach Elimination der Grünfluoreszenz von an der Granulozytenoberfläche haftenden Bakterien mittels Trypanblau und nach Lyse der Erythrozyten, erfolgte nach mehreren Waschschritten die Färbung der Granulozyten mit dem DNA-Farbstoff Propidiumjodid und die durchflußzytometrische Analyse. Zur Bestimmung der Komplementrezeptoren CD35 und CD11b wurde mit EDTA antikoaguliertes Vollblut in jeweils zwei Kontroll- und vier Probenansätze aufgeteilt. Die Probenansätze wurden mit den oben genannten β-Endorphin-Konzentrationen versetzt und nach Zugabe von FITC-markierten AntiCD35- bzw. Anti-CD11b-Antikörpern 10 min bei Raumtemperatur inkubiert. Ein Kontrollansatz wurde mit FITC-markiertem Anti-CD35bzw. Anti-CD11b-Antikörpern inkubiert, der andere mit dem entsprechenden nicht markierten Antikörper. Dieser Kontrollansatz diente zur Ermittlung der erforderlichen Meßeinstellungen im Durchflußzytometer. Nach der Inkubation wurden nicht gebundene Antikörper durch Waschen entfernt und die Erythrozyten lysiert. Anschließend erfolgte die durchflußzytometrische Messung. Die statistische Auswertung erfolgte mittels t-Test für verbundene Stichproben. Ergebnisse. Aus der mittleren Grünfluoreszenz der Bakterien und der mittleren Rotfluoreszenz der Granulozyten kann die Bakterienaufnahme pro Zelle ermittelt werden. Bereits nach Zugabe der niedrigsten β-Endorphinkonzentration von 10−13 M sank die mittlere Bakterienaufnahme von 61±22 auf 52±20 Bakterien/Zelle signifikant ab (p<0,01). Zur Auswertung der Expression von Komplementrezeptoren wird die Grünfluoreszenz in einem vom Durchflußzytometer erstellten Häufigkeitsdiagramm aufgetragen und der Median ermittelt. Hier nahm die mittlere Fluoreszenzintensität nach Inkubation mit Anti-CD35 unter Zugabe von 10−13 M β-Endorphin von 383±15 auf 401±23 Skalenteile signifikant zu (p<0,01). Auch die Expression von CD11b auf der Granulozytenoberfläche war nach Zusatz von 10−13 M β-Endorphin bei einem Anstieg der Fluoreszenzintensität von 438±47 auf 475±45 Skalenteile signifikant gesteigert. Diskussion. Die vermehrte Expression von Komplementrezeptoren, insbesondere von CD11b, auf der Granulozytenoberfläche unter βEndorphin-Einfluß kann die gesteigerte Adhärenz polymorphkerniger Leukozyten am Endothel [1] erklären. Hingegen sank die Phagozytoserate unter β-Endorphin-Einfluß signifikant ab. Ursache hierfür kann eine Interaktion von β-Endorphin mit der Bakterienwand sein, wodurch die Phagozytose des Bakteriums möglicherweise erschwert wird. Durch den Einsatz einer Vollblutmethode stehen die im Plasma vorhandenen Komplementfaktoren und Immunglobuline für die Opsonisierung von Bakterien hinreichend zur Verfügung. Die Hemmung der Phagozytose durch β-Endorphin wird folglich durch einen Komplementunabhängigen Mechanismus vermittelt, korreliert aber nicht mit einer generellen Suppression granulozytärer Funktionen, wie die vermehrte Rezeptorenexpression auf der Zelloberfläche belegt. Literatur. 1. Fischer EG, Stingl A, Kirckpatrick CJ (1990) Opioid influence on the adherence of granulocytes to human umbilical vein endothelial cells in vitro. Cell Biol Int Rep 14:797–804. – 2. Ruff MR, Wahl SM, Mergenhagen S, Pert CB (1985) Opiate receptor-mediated chemotaxis of human monocytes. Neuropeptides 5:363–366 Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen Effekte von transmembranös appliziertem gasförmigen Stickstoffmonoxyd (NO) auf Thrombozyten in Membranoxygenatoren D. Keh · M. Gerlach · T. Busch · I. Kürer · S. Spielmann · T. Kerner K. Falke · H. Gerlach Klinik für Anästhesiologie und operative Intensivmedizin, Charité-Virchow Klinikum, Humboldt Universität Berlin Fragestellung. Das Fehlen der protektiven Endothelzelloberfläche in extrakorporalen Kreisläufen ist eine der Ursachen für das Auftreten von Thrombozytopenien und -pathien mit der Folge von hämostaseologischen Komplikationen [3]. Endotheliales Stichstoffmonoxyd (EDRF/NO) hemmt die Adhäsion und Aggregation von Thrombozyten am Endothel [2]. Wir untersuchten die Effekte von transmembranös appliziertem gasförmigen NO auf Thrombozyten unter simulierter extrakorporaler Zirkulation (EKZ) in Membranoxygenatoren. Methodik. Für jeden Versuch (n=6) wurden parallel zwei identische extrakorporale Kreisläufe (Membranoxygenator: Jostra M18) mit jeweils 250 ml frisch entnommenem venösen Blut eines Spenders gefüllt. Eine Antikoagulation erfolgte mit lediglich 1 IE/ml Heparin, um eine komplette Blockade der Gerinnbarkeit zu vermeiden. In die Gaszuleitung jeweils einer der beiden Membranen (MO–NO) wurden 20 ppm NO zugemischt, die Kontrollmembran (MO) erhielt nur das Trägergas (O2, N2, CO2). Aus einem venösen Reservoir wurden Proben für Blutgasanalysen und die Bestimmung der Thrombozytenzahl (4fach) nach 0, 60, 120, 180 und 240 min entnommen. Zum Zeitpunkt 0, 120 und 240 min erfolgten Entnahmen für die durchflußzytometrische Analyse thrombozytärer zellgebundener Aktivierungsmarker (CD62P=P-Selektin, aktivierter Glykoprotein-IIb-IIIa-RezeptorKomplex (aGPIIb–IIIa)) ohne und nach Stimulation (in vitro Funktionstest) mit ADP (10 µM), Epinephrin (EPI) (10 µM) und ADP+EPI (je 5 µM). Ferner wurden die sezernierten thrombozytären Aktivierungsmarker β-Thromboglobulin (β-TG) und Plättchenfaktor-4 (PF4) per ELISA gemessen, und es erfolgte eine Bestimmung von Heparinzeit, Fibrinogen, AT III, aPTT. Auswertung: gepaarter t-Test, Mittelwert±Standardfehler (SEM), Signifikanzniveau: *: p <0,05, **: p<0,01. Ergebnisse. 1) Keine relevanten Unterschiede zwischen MO und MONO fanden sich zu allen Zeitpunkten für die Gerinnung, Blutgasparameter und Elektrolyte. 2) Die Met-Hb-Bildung war in MO-NO signifikant erhöht (Tabelle 1). 3) Der prozentuale Thrombozytenabfall vom Ausgangswert wurde durch die NO-Applikation signifikant verringert (Abb. 1). 4) Durch NO wurde die Thrombozytenaktivierung innerhalb des Kreislaufs signifikant abgeschwächt (Sekretion von PF4, β-TG), (Tabelle 1). 5) Die in vitro Aktivierbarkeit zirkulierender Thrombozyten nahm in MO und MO-NO kontinuierlich ab, blieb jedoch in MO-NO signifikant höher (Tabelle 1).

Abb. 1 m Interpretation. Diese Ergebnisse belegen, daß die transmembranöse Appliktion von gasförmigem NO unter simulierter EKZ die Thrombozytenaktivierung und den -verbrauch in Membranoxygenatoren signifikant reduziert. Trotz der relativ geringen Zahl aktivierter zirkulierender Thrombozyten, welches auf eine sofortige Adhäsion aktivierter Zellen an die Fremdoberfläche hindeutet, weist der unter NOApplikation reduzierte Thrombozytenabfall und die verminderte Freisetzungsreaktion granulärer Proteine (β-TG, PF-4) auf eine verminderte Zellaktivierung hin. Im Gegensatz zu in-vitro Stimulationstests, bei denen NO-Donatoren (z.B. S-Nithrosoglutathion) die Expression von CD62P und aGPIIb–IIIa signifikant reduzierten [1], zeigte sich unter EKZ, im Vergleich zur Kontrollmembran, eine relativ erhaltene Reagibilität bei insgesamt zunehmender Thrombozytopathie. Somit läßt NO hier neben aktivierungshemmenden auch zellprotektive Eigenschaften erkennen. Weitere Untersuchungen sollten zeigen, inwieweit dieser neue therapeutische Einsatz von NO bei extrakorporalem Bypass oder prolongierter extrakorporaler Membranoxygierung (ECMO) die Thrombozytopenie/pathie unter klinischen Bedingungen reduziert. Hervorzuheben ist, daß durch die kurze Wirkdauer und lokale Wirkung von NO an der Fremdoberfläche die fehlende endotheliale Komponente zumindest teilweise ersetzt werden könnte. Dies wäre gegenüber der systemischen Gabe anti-thrombozytärer Substanzen (z.B. Prostazyklin) evtl. von Vorteil. Literatur. 1. Keh D, Gerlach M, Kürer I, Seiler S, Kerner T, Falke KJ, Gerlach H (1996) The effects of nitric oxide (NO) on platelet membrane receptor expression during activation with human α-thrombin. Blood Coagul Fibrinolysis 7:615–624. – 2. Radomski MW, Moncada S (1993) Regulation of vascular homeostasis by nitric oxide. Thromb Haemost 70:36–41. – 3. Webb AR, Mythen MG, Jacobson D, Mackie IJ (1995) Maintaining blood flow in the extracorporeal circuit: haemostasis and anticoagulation. Intensive Care Med 21:84–93

Tabelle 1 (MW±SEM) *: p<0,05, ** p<0,01

Met-Hb (%) β-TG (IU/ml) PF 4 (IU/ml) CD62 (%) CD62+ADP (%) CD62+EPI/ADP (%) GP IIb–IIIa (%) GP IIb–IIIa+ADP (%) GP IIb–IIIa+EPI (%) GP IIb–IIIa+ADP/EPI (%)

1100 |

Der Anaesthesist 12·97

Start

120 min

240 min

20 ppm NO

ohne NO

20 ppm NO

ohne NO

20 ppm NO

ohne NO

1,4±0,05 59±19 13±4 4±0,3 28±4 45±6 4±1 80±4 67±3 96±3

1,2±0,07* 49±9 12±4 5±0,5 30±5 46±7 5±1 80±5 71±6 93±2

2,8±0,16 1398±352 438±107 4±1 16±3 34±4 3±1 66±7 6±8 91±2

1,3±0,04** 2140±353* 631±100* 5±1 15±2 29±4 3±1 57±9 50±7 86±5

3,5±0,23 2337±394 707±95 6±1 15±2 31±5 3±1 64±6 48±5 88±3

1,38±0,06** 3225±293* 904±50* 6±1 12±1* 23±3* 2±1 51±5* 36±2* 81±2*

Expression von Adhäsionsmolekülen auf zirkulierenden humanen polymorphkernigen Leukozyten während orthotoper Lebertransplantation M. Thiel1 · S. Imendörffer1 · A. Chouker1 · J. Groh1 · J. Briegel1 M. Anthuber2 · H.-J. Krämling2 · K.-E. Arfors3 · K. Messmer4 K. Peter1 1 Institute für Anästhesiologie und 2 Chirurgische Klinik, Klinikum Großhadern, LMU, München 3 Experimental Medicine Inc., Princeton, NJ, USA 4 Chirurgische Forschung, Klinikum Großhadern, LMU, München Fragestellung. Polymorphkernige Leukozyten (PMNL) spielen eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Organschäden nach Ischämiereperfusion [1]. Voraussetzung hierfür ist die Adhäsion der PMNL an das Gefäßendothel, die durch die Interaktion von Adhäsionsmolekülen vermittelt wird [3]. Ziel unserer Untersuchungen war es, bei Patienten während Lebertransplantation die Expression von Adhäsionsmolekülen auf zirkulierenden PMNL zu bestimmen, eine mögliche Sequestration der PMNL in das Transplantat und eine Beziehung dieser Veränderungen zur postoperativen Leberfunktion aufzuzeigen. Methodik. Die Studiengruppe umfaßte 20 Patienten, die sich einer Lebertransplantation unterzogen. Zur Kontrollgruppe zählten 10 Patienten, bei denen eine Leberteilresektion durchgeführt wurde. Die Untersuchungen erfolgten mit Genehmigung der Ethikkommission. Die Expression der β2-Integrine und der L-Selektine wurde mit spezifischen Antikörpern (IB4 bzw. Dreg200) und der Durchflußzytometrie quantifiziert. Die postoperative Transplantatfunktion wurde mit Hilfe laborchemischer Parameter beurteilt. Anhand der nach Reperfusion eingetretenen Veränderungen der Adhäsionsmolekülexpression wurden die Patienten als „Responder“ oder als „Non-Responder“ klassifziert. Hierzu wurden die unmittelbar vor der Reperfusion für eine Adhäsionsmolekülart bestimmten Meßwerte auf Normalverteilung geprüft, Mittelwert und Standardabweichung (SD) berechnet und anhand der zugehörigen Standardnormalverteilung der z-Wert berechnet, für den P(Z≤z) bzw. P(−z≤Z)=0,95 gilt [2]. Patienten wurden als „Responder“ klassifiziert, wenn sich die Expression einer oder beider Adhäsionsmolekülarten vom Meßwert vor der Reperfusion um |z| (=1,64)·SD änderte. Ergebnisse. Bei den Patienten der Kontrollgruppe traten keine Veränderungen der Expression von Adhäsionsmolekülen auf, während in der Studiengruppe 8 Patienten als „Responder“ und 12 Patienten als „Non-Responder“ klassifziert wurden.Die während der ersten Minuten in der Reperfusion simultan im arteriellen Blut und im Leberveneneffluat bestimmten PMNL-Konzentrationen zeigten sowohl bei den „Respondern“ als auch bei den „Non-Respondern“ die Entwicklung einer arterio-lebervenösen Gehaltsdifferenz für polymorphkernige Leukozyten i.S. einer Sequestration in die Leber auf. Bei den „Respondern“ kam es entsprechend den Klassifikationskriterien zu einer Zunahme der Zahl der β2-Integrine und/oder Abnahme der Zahl der L-Selektine (Abb. 1A). Darüber hinaus war der postoperative Verlauf von „Respondern“ im Gegensatz zu „Non-Respondern“ durch einen Anstieg mitochondrialer Leberenzymaktivitäten im Serum charakterisiert (Abb. 1B). Zwischen „Respondern“ und „Non-Respondern“ bestanden keine Unterschiede für die kalte oder warme Ischämiezeit der Transplantate. Interpretation. Die bei „Respondern“ zu beobachtende Veränderung von Adhäsionsmolekülen auf zirkulierenden PMNL, die Sequestration dieser Zellen in die Leber und die im Vergleich zu „Non-Respondern“ postoperativ signifikante Erhöhung der Transaminaseaktivitäten, sprechen dafür, daß polymorphkernige Leukozyten einen durch Ischämiereperfusion primär metabolisch-induzierten Leberparenchymschaden sekundär verstärken können. Literatur. 1. Jaeschke H, Farhood A, Smith CW (1990) Neutrophils contribute to ischemia/reperfusion injury in rat liver in vivo. FASEB J

Abb. 1 m A MW±SD,VE und NE:vor und nach Anästhesieeinleitung, HS: bei Hautschnitt, AH: Beginn anhepatische Phase, IS: vor Immunsuppression, RP: vor Reperfusion, numerische Zeitangaben sind Zeitpunkte nach Reperfusion.B MW; #:p<0,05 vs.„Non-Responder“ unabh.T-Test, Korrektur nach Bonferoni für 1.bis 5. postop.Tag

4:3355–3359. – 2. Sachs L (Hrsg) (1984) Der Weg zur Normalverteilung, Angewandte Statistik. Anwendung statistischer Methoden. Springer, Berlin Heidelberg New York. – 3. Steinhoff G, Behrend M, Schrader B, Pichlmayr R (1993) Intercellular immune adhesion molecules in human liver transplants: overview on expression patterns of leukocyte receptor and ligand molecules. Hepatology 18:440–453

Ein Interleukin-1 Rezeptor Antagonist Polymorphismus als Risikofaktor für eine schwere Sepsis F. Stüber · X. Ming Fang · A. Hoeft Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie und spezielle Intensivmedizin, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn Fragestellung. Proinflammatorische Mediatoren (TNF, IL-1β) standen bislang im Vordergrund pathophysiologischer und therapeutischer Konzepte systemischer Entzündungsreaktionen. Die Quantität der Mediatorfreisetzung ist genetisch determiniert: In einer früheren Untersuchung haben wir gezeigt, daß in der schweren Sepsis homozygote Patienten für das Allel TNFB2 eines Zwei-Allel-Polymorphismus im Tumornekrosefaktor-Locus höhere TNF-Plasmaspiegel und eine höhere Mortalität im Vergleich zu Heterozygoten oder TNFB1-Homozygoten aufweisen [3]. In jüngerer Zeit wird zunehmend deutlich, daß für die Sepsis auch gegenregulatorische, immunsuppressive Effekte durch antiinflammatorische Mediatoren (IL-10, IL-1-Rezeptorantagonist: IL-1ra) von pathophysiologischer Bedeutung sind. Diese Untersuchung soll folgende Fragen beantworten: 1. Beeinflußt ein genomischer Polymorphismus des Gens für den antiinflammatorisch Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen wirksamen IL-1ra (Wiederholungen eines 86 Basen langen Tandemmotivs in Intron 2) die Höhe der IL-1ra Expression? 2. Hat dieser Polymorphismus Einfluß auf die Wahrscheinlichkeit, eine schwere Sepsis a) zu entwickeln oder b) zu überleben? Methodik. Nach Zustimmung der Ethikkommission werden 93 Patienten (hiervon 80 Patienten der operativen Intensivstationen der Christian-Albrechts-Universität Kiel) mit schwerer Sepsis [1] und als Kontrollgruppe 261 gesunde Blutspender für den IL-1ra Polymorphismus mit Hilfe der PCR genotypisiert. Für die Beantwortung der Frage, ob die Qualität der IL-1ra Expression vom Genotyp beeinflußt wird, erfolgt die semiquantitative RT-PCR (reverse TranskriptasePolymerasekettenreaktion) der mRNA Expression von IL-1ra bei 3 Gruppen genotypisierter, gesunder Blutspender (A1/A1, A1/A2, A2/A2; je Gruppe n=6) nach totaler RNA-Präparation aus Vollblut. Das Blut wird für 1, 3, 6, 12 und 24 h mit Lipopolysaccharid (LPS; 10 ng/ml) bei 37° C und 5% CO2 inkubiert. Die aus 1 µg totaler RNA erhaltene cDNA wird als Matrix für die RT-PCR benutzt (interner Standard: GAPDH=Glutaraldehyd-3-phosphatdehydrogenase). Zum Vergleich der mRNA-Spiegel genotypisierter Blutspender dient der Kruskal-Wallis-Test. Die statistische Auswertung der Allelhäufigkeiten und Genotypverteilungen erfolgt mittels χ2-Test (Yates-korrigiert, zweiseitig). Ergebnisse. Die Untersuchung der mit LPS induzierbaren IL-1ra mRNA-Spiegel genotypisierter Blutspender (n=18) ergibt ein Maximum der IL-1ra Expression nach 3–6 h. Die als IL-1raA2 homozygot typisierten Blutspender zeigen das Maximum der mRNA Expression bei 3 h und weisen höhere IL-1ra mRNA Spiegel auf als andere IL-1ra Genotypen (p<0,01) (s. Abb. 1). Der Vergleich der Allelhäufigkeiten und Genotypverteilung zwischen Patienten und gesunden Blutspendern (Tabelle 1) zeigt eine erhöhte Frequenz von IL-1raA2 homozygoten und IL-1raA1/A2 heterozygoten Patienten im Vergleich zur Kontrollgruppe (p<0,01). Das relative Risiko, für Träger des Allels IL-

1raA2 eine schwere Sepsis zu entwickeln, beträgt demnach 1,73 und für IL-1raA2 Homozygote 2,14. Ein Verteilungsungleichgewicht (Hardy-Weinberg-Gesetz) zwischen dem mit hoher Mortalität assoziierten NcoI Polymorphismus des Tumornekrosefaktor-Locus [3] und dem IL-1ra Polymorphismus existiert nicht (odds ratio=0,98 mit p>0,05 für das Chancenverhältnis der Kopplung des Allels TNFB2 mit IL-1raA2). Eine Koinzidenz der Allele IL-1raA2 und TNFB2 in homozygoter Form weisen in diesem Patientenkollektiv 9/93 Patienten auf. Diese Patienten haben die schwere Sepsis ausnahmslos nicht überlebt. Interpretation. Diese Untersuchung zeigt, daß IL-1raA2 Homozygote unter standardisierten Stimulationsbedingungen der Zellkultur höhere mRNA-Spiegel für IL-1ra als andere Genotypen exprimieren. Möglicherweise setzen Träger des Allels IL-1raA2 mehr IL-1ra in der schweren Sepsis frei. Unterstützt wird diese Hypothese durch den Befund von Danis et al. [2], welche eine erhöhte Sekretion von IL-1ra durch Monozyten IL-1raA2 Homozygoter beschreiben. Der genomische Polymorphismus des IL-1ra Gens kann möglicherweise zum Risiko der Entwicklung einer schweren Sepsis beitragen. Es besteht kein Verteilungsungleichgewicht zwischen dem IL-1ra Polymorphismus und dem NcoI-Polymorphismus im TNF-Locus, welcher Sepsispatienten mit schlechter Prognose kennzeichnet [1]. Vor allem die Koinzidenz beider Risikogenotypen IL-1raA2 homozygot und TNFB2 homozygot könnte eine erweiterte Risikoabschätzung für Sepsispatienten erlauben. Literatur. 1. American College of Chest Physicians/Society of Critical Care Medicine Consensus Conference (1992) Definitions for sepsis and organ failure and guidelines for the use of innovative therapies in sepsis. Crit Care Med 20:864–874. – 2. Danis VA, Millington M, Hyland VJ, Grennan D (1995) Cytokine production by normal human monocytes: inter-subject variation and relationship to an IL-1 receptor antagonist (IL-1Ra) gene polymorphism. Clin Exp Immunol 99:303–310. – 3. Stüber F, Petersen M, Bokelmann F, Schade FU (1996) A genomic polymorphism within the tumor necrosis factor locus influences plasma tumor necrosis factor-alpha concentrations and outcome in patients with severe sepsis. Crit Care Med 24:381–384

Endotoxin-induzierte Verminderung der pulmonalen Vasoreaktivität auf inhaliertes Stickoxid in der isolierten Rattenlunge A. Holzmann1 · K.D. Bloch3 · Eike Martin1 · Warren M. Zapol2 1 Abteilung für Anaesthesiologie, Universität Heidelberg und 2 Abteilung für Anaesthesiologie, Massachusetts General Hospital 3 Cardiovascular Research Center, Harvard Medical School, Boston

Abb. 1 m Tabelle 1 Allele IL-1raA

Blutspender (n=261) Schwere Sepsis (n=93)

Genotyp 1/1

1/2

2/2

sonstige

54% 39%

34% 44%*

7% 14%*

5% 3%

* p<0,01.Relatives Risiko=1,73 für Träger des Allels IL-1raA2 und 2,14 für IL-1raA2 Homozygote

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Der Anaesthesist 12·97

Fragestellung. Die Inhalation von Stickoxid (iNO) dilatiert selektiv die pulmonalen Gefäße und verbessert die arterielle Oxygenierung in Patienten mit dem Adult Respiratory Distress Syndrome (ARDS) [3]. Bei 30% der ARDS-Patienten bewirkt iNO nur eine minimale oder keine Dilatation der pulmonalen Strombahn [1]. Die Inzidenz der verminderten pulmonalen Vasoreaktivität auf iNO ist bei septischen ARDS-Patienten erhöht [2]. Die Mechanismen der verminderten pulmonalen NO-Reaktivität sind unbekannt. Stickoxid (NO) vermittelt die Relaxation glatter Gefäßmuskelzellen über die Aktivierung der löslichen Guanylatzyklase (sGC), die den intrazellulären Botenstoff cGMP synthetisiert. Der Abbau des cGMP erfolgt durch eine Familie von Phosphodiesterasen (cGMP-PDE). Da Endotoxinämie ein bedeutender Pathomechanismus des septischen ARDS ist, untersuchten wir die Modulation der pulmonalen NO/cGMP Signalübertragung in der Endotoxin-vorbehandelten Ratte. Methodik. Mit Genehmigung der zuständigen Tierschutzkommission erhielten erwachsene Sprague-Dawley-Ratten eine intraperitoneale Injektion von 0,5 mg/kg E. coli 0111:B4 Endotoxin (Lipopolysacchari-

Literatur. 1. Bigatello LM, Hurford WE, Kacmarek RM, Roberts JD Jr, Zapol WM (1994) Prolonged inhalation of low concentrations of nitric oxide in patients with severe adult respiratory distress syndrome – Effects on pulmonary hemodynamics and oxygentation. Anesthesiology 80:761–770. – 2. Krafft P, Fridrich P, Fitzgerald RD, Koc D, Steltzer H (1996) Effectiveness of nitric oxide inhalation in septic ARDS. Chest 109:486–493. – 3. Rossaint R, Falke KJ, Lopez F, Slama K, Pison U, Zapol WM (1993) Inhaled nitric oxide for the adult respiratory distress syndrome. N Engl J Med 328:399–405 Abb. 1 m de/LPS). 18 h später wurden die Lungen der Ratten in situ isoliert perfundiert und ventiliert. Die zell- und hämoglobinfreie Perfusionslösung enthielt u.a. L-NAME (580 µM) zur Blockierung der endogenen NO-Synthese. Der pulmonal-arterielle Druck (PAP) wurde mittels Infusion von U46619, einem stabilen synthetischen Thromboxan-Analogon, um 5 mmHg erhöht und kontinuierlich gemessen. Anschließend wurden die Lungen mit 0,4, 4 und 40 ppm NO in randomisierter Reihenfolge ventiliert und der Abfall des PAP erfaßt (Abb. 1). In den Lungen der LPS-Ratten war die Reaktivität auf iNO im Vergleich zu der in Lungen unbehandelter Kontrollratten vermindert. Wir setzten daher biochemische und physiologische Methoden ein, um den Pathomechanismus der verminderten pulmonalen Vasoreaktivität auf iNO zu untersuchen. Um zu prüfen, ob die verminderte NO-induzierte Vasodilatation nach LPS-Injektion mit einer Veränderung des cGMP-Metabolismus assoziiert ist, wurde die NO-vermittelte Freisetzung von cGMP in das Perfusat isolierter Lungen vor und nach NO-Ventilation zwischen Kontroll- und LPS-Ratten verglichen. In weiteren Kontroll- und LPS-Ratten wurde die Aktivität der pulmonalen sGC und cGMP-PDE gemessen. Die Reaktivität der pulmonalen Zirkulation auf verschiedene cGMP-Analoga wurde in einer zusätzlichen Versuchsreihe untersucht. Ergebnisse. In Lungen unbehandelter Kontrollratten (n=6) reduzierte die Ventilation von 0,4, 4 und 40 ppm NO den PAP um 48, 60 und 86% (p<0,05 vs. PAP ohne iNO). Im Gegensatz dazu war die Reaktivität der pulmonalen Zirkulation in den Lungen der LPS-Ratten drastisch vermindert (12, 32 und 50%, p<0,05 vs. Kontrolle für jede der drei NO Konzentrationen, n=6). Die Freisetzung von cGMP in das Perfusat isolierter Lungen nach einer 10minütigen Ventilation von 40 ppm NO war in LPS-Ratten niedriger als in Kontrollratten (52±25 pmol vs. 190±67 pmol, p<0,001). Die Aktivität der pulmonalen sGC wurde in Abwesenheit (basal) und Anwesenheit von Nitroprussid (NP), einem NO Donor, gemessen. Sowohl in Lungen von Kontrollals auch LPS-Ratten war die basale und NP-induzierte Synthese von cGMP gleich hoch. Dagegen war die Aktivität der pulmonalen cGMPPDE in LPS-Ratten (n=5) im Vergleich zu der in Kontrollratten (n=6) um 40% erhöht (p<0,05). Um zu untersuchen, ob die Erhöhung der cGMP-PDE-Aktivität im Lungengewebe der LPS-Ratten eine Veränderung der Enzymaktivität innerhalb der pulmonalen Zirkulation widerspiegelt, wurde die vasodilatierende Wirkung zweier cGMPAnaloga verglichen. 8-bromo-cGMP (10−6 bis 10−4 M), ein PDE-sensitives cGMP-Analogon, induzierte in LPS-Ratten nur einen minimalen Abfall des PAP (11,4±0,9 vs. 10,5±1,3 mmHg bei 10−4 M, p<0,05). Im Vergleich zu 8-bromo-cGMP induzierte 8-pCPT-cGMP, ein PDEinsensitiver cGMP-Analog, bei einer Konzentration von 10−4 M einen deutlichen Abfall des PAP (16±12% vs. 43±18%, p<0,01, je n=6). Schlußfolgerung. Diese Daten verdeutlichen, daß in der Ratte 18 h nach LPS-Injektion eine verminderte pulmonale Vasoreaktivität auf Inhalation von NO auftritt. In der isolierten Lunge ist die verminderte NO-Reaktivität mit einer reduzierten NO-induzierten Freisetzung von cGMP assoziiert. Die verminderte pulmonale Vasoreaktivität auf NO Inhalation ist teilweise durch eine Erhöhung der pulmonalen cGMP-PDE-Aktivität bedingt.

Stickstoffmonoxid (NO) und Endothelin (ET)-B Rezeptorantagonisten reduzieren die Hämoglobin-induzierte pulmonale Vasokonstriktion A. Heller · T. Koch · K. van Ackern Institut für Anästhesiologie und Operative Intensivmedizin, Fakultät für klinische Medizin Mannheim, Universität Heidelberg Fragestellung. Freies Hämoglobin (SFH), wie es nach Trauma, aber auch bei Subarachnoidalblutung und Hämolyse auftritt, führt zu Vasospasmen und zur Hypoperfusion der mikrovaskulären Strombahn [2]. Der Mechanismus, der dieser akuten Vasokonstriktion zugrunde liegt, ist bislang nicht vollständig geklärt. Einerseits wird die Inaktivierung von Stickstoffmonoxid (NO) durch Hämoglobin [3], andererseits das stark vasokonstriktorisch wirkende Endothelin oder auch der plättchenaktivierende Faktor [1] für den Vasospasmus in der Lunge verantwortlich gemacht. Ziel dieser Studie war es, die pathophysiologische Bedeutung von NO und Endothelin bei der SFH-induzierten pulmonalen Hypertonie zu untersuchen. Hierzu wurden die NO-Donatoren Glyceroltrinitrat und L-Arginin, der NO-Synthase Inhibitor L-NAME sowie selektive Endothelin (ET)A- und ETB-Rezeptor-Antagonisten vor Hämoglobinapplikation in isoliert perfundierte und ventilierte Kaninchenlungen injiziert. Methodik. Ventilierte Lungen von 36 Chinchilla Bastard Kaninchen wurden nach Kanülierung der A. pulmonalis isoliert. In einem rezirkulierenden System wurden die Organpräparate mit 150 ml Krebs Henseleit Puffer unter einem konstanten Flow von 200 ml/min perfundiert. Der pulmonalarterielle Druck (PAP) und die Gewichtszunahme der Lunge als Maß für die Ödemeinlagerung wurden kontinuierlich registriert. Nach einer steady state-Phase von 30 min wurden dem Perfusat 10 ml autologes Hämolysat (Hb 13±2 mg/dl) zugesetzt. Nach 7 min wurde das Perfusat gegen frischen hämoglobinfreien Puffer ausgetauscht. 30 min nach der ersten SFH-Applikation erfolgte die zweite Gabe von 10 ml SFH.Vor der zweiten SFH-Dosis wurden in den verschiedenen Gruppen (n=6) jeweils Glyceroltrinitrat (10−5), L-NAME (10−4 M), L-Arginin (10−2 M), der ETA-Rezeptor-Antagonist BQ123 (10−6 M) oder der ETB-Rezeptor-Antagonist BQ788 (10−6 M)

Abb. 1 m PAP in der Kontrollgruppe nach 1.und 2.SFH-Gabe.Wechsel des Perfusats (PW) Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen Die Bedeutung von Endothelinen und Stickstoffmonoxid für die Regulation der Leberdurchblutung in der frühen Volumensubstitutionsphase nach hämorrhagischem Schock in der Ratte* B.H.J. Pannen1 · M. Bauer2 · M.G. Clemens3 · K. Geiger1 1 Anästhesiologische Univerisitätsklinik Freiburg 2 Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin, Universität des Saarlandes 3 Department of Biology, University of North Carolina, USA

Abb. 2 m Relative Druckveränderung (PAP) durch die 2.SFH-Gabe (nach Inhibitoren) dem Perfusat zugegeben. Sechs Lungen ohne Vorbehandlung dienten als Kontrolle. Der Druckanstieg nach der zweiten SFH-Applikation wurde für jede Lunge als prozentualer Wert der ersten, als Referenz dienenden Druckantwort (100%), berechnet. Differenzen der Mittelwerte zwischen den verschiedenen Gruppen wurden mit der einfaktoriellen Varianzanalyse auf ihre Signifikanz überprüft. Die Experimente wurden mit dem Einverständnis der zuständigen Tierschutzkommission durchgeführt. Ergebnisse. Die Applikation von Hämoglobin resultierte in einer akuten Steigerung des pulmonalarteriellen Drucks (Abb. 1) um 10,5±3,0 mmHg (Mittelwert±SD), die nach der zweiten SFH Gabe noch verstärkt war (136% der initialen Reaktion). Die Applikation von Glyceroltrinitrat resultierte in einer gegenüber der Kontrollgruppe signifikanten (p<0,01). Verminderung des pulmonalarteriellen Drucks auf 71±12% (Abb. 2). L-Arginin verringerte den PAP-Anstieg auf 93±14% des Kontrollwerts (p<0,05). Auch die ETB- Rezeptorblockade durch BQ788 führte zu einer signifikanten (p<0,05) Reduktion der Druckantwort auf 88±15% des Referenzwerts, während der ETA-RezeptorAntagonist BQ123 und der NO-Synthase-Inhibitor L-NAME keinen Einfluß auf die Hämoglobinreaktion zeigte. Das Gewicht der Organpräparate wurde durch die vorgenommenen Behandlungen nicht beeinflußt. Interpretation. Stromafreies Hämoglobin induzierte eine sofortige Steigerung des pulmonalarteriellen Drucks, die durch Nitrat und LArginin reduziert werden konnte. Dieser Druckanstieg weist auf eine Inaktivierung von NO durch Hämoglobin hin. Das dadurch bedingte Überwiegen vasokonstriktorischer Mediatoren kann möglicherweise durch NO-Donatoren kompensiert werden. Endothelin scheint über ETB-Rezeptoren an der SFH-induzierten pulmonalen Gefäßreaktion beteiligt zu sein, da nach Blockade des ETB-Rezeptors, nicht jedoch des ETA Rezeptors, eine abgeschwächte Druckreaktion nachweisbar war. Literatur. 1. Koch T, Duncker HP, Heller A, Schaible R, van Ackern K, Neuhof H (1994) Effects of stroma-free hemoglobin solutions on pulmonary vascular resistance and mediator release in the isolated perfused rabbit lung. Shock 1:146–152. – 2. Macdonald RL, Weir BK, Runzer TD, Grace MG, Findlay JM, Saito K, Cook DA, Mielke BW, Kanamaru K (1991) Etiology of cerebral vasopasm in primates. J Neurosurg 75:415–424. – 3. Thompson A, McGarry AE, Valeri CR, Lieberthal W (1994) Stroma-free hemoglobin increases blood pressure and GFR in the hypotensive rat role of nitric oxide. J Appl Physiol 77:2348–2354

Fragestellung. Im hämorrhagischen Schock kommt es zu einer Abnahme des Herzzeitvolumens (HZV) und einer erheblichen Reduktion des Leberblutflusses. Durch die frühzeitige Wiederherstellung des hepatischen Blutflusses in der Reperfusionsphase kann das Ausmaß des postischämischen Leberzelluntergangs begrenzt werden [1]. Die unter diesen Bedingungen an der Regulation des Leberblutflusses beteiligten vasoaktiven Mediatoren sind nicht bekannt. Eigene Untersuchungen haben jedoch gezeigt, daß Endotheline (ET) in der portalen Strombahn der Leber als potente Vasokonstriktoren wirken [2] und deren Wirkung unter pathologischen Bedingungen durch Stickstoffmonoxid (NO)-vermittelte Vasodilatation moduliert werden kann [3]. Es war Ziel dieser Untersuchung, die funktionelle Bedeutung von ET und NO für die Regulation des Leberblutflusses in der frühen Volumensubstitutionsphase nach hämorrhagischem Schock zu definieren. Methodik. Nach Genehmigung durch das Regierungspräsidium Freiburg wurden männliche Sprague-Dawley-Ratten mittels i.p. Injektion von Pentobarbital (50 mg·kg−1 KG) anästhesiert. Danach wurde ein Katheter zur Messung des arteriellen Mitteldrucks (MAD) implantiert. Das HZV wurde mittels transpulmonaler Thermodilutionstechnik bestimmt. Der Blutfluß in der Leberarterie (Qah) und der Vena portae (Qvp) wurde mit Ultraschallflußmeßköpfen gemessen. Die Plasmakonzentration der stabilen NO-Abbauprodukte NO2− +NO3− wurde mit Hilfe der Griess-Reaktion bestimmt, und die ETPlasmakonzentration wurde mittels Enzym-Immuno-Assay gemessen. Unmittelbar nach Registrierung aller Ausgangswerte (t0) wurde durch Blutentnahme ein MAD von 40±4 mmHg eingestellt und durch intermittierende Entnahme von Blut oder Zufuhr von RingerLösung für 60 min aufrechterhalten. Danach wurden alle Messungen wiederholt (t 1) und die Tiere (n=6/Gruppe) erhielten eine i.v. Injektion des NO-Synthasehemmers Nw-Nitro-L-Argininmethylester (LNAME; 1 mg·kg−1 KG) oder des kombinierten ETA+ETB-Rezeptorantagonisten Bosentan (10 mg·kg−1 KG) oder des selektiven ETA-Rezeptorantagonisten BQ-610 (150 µg·kg−1 KG) oder von 0,9%iger NaClLösung (1 ml·kg−1 KG; Kontrollgruppe). Im Anschluß daran wurde die Volumensubstitution durch Retransfusion von 60% des entzogenen Blutvolumens und Zufuhr von Ringerlösung (Infusionsrate: 200% des entzogenen Blutvolumens/h) durchgeführt. 60 min später wurden alle Meßwerte erneut erhoben (t 2). Die Ergebnisse sind als Mittelwerte±SEM dargestellt. Die statistische Auswertung erfolgte mittels Varianzanalyse und Student-Newman-Keuls „Post-Hoc“ Tests. Ergebnisse. Zum Ausgangszeitpunkt (t 0) bestanden keine signifikanten Unterschiede in den gemessenen Parametern zwischen den Gruppen (s. Tabelle 1). Am Ende der Schockphase (t 1) war die NO2− +NO3−-Konzentration von 15,5±3,8 (t 0) auf 32,4±5,4 µM, und die ETKonzentration von 12,0±2,6 (t 0) auf 22,4±3,4 pg·ml−1 angestiegen. Gleichzeitig nahmen HZV, Qah und Qvp in allen Gruppen um ~70–80% ab (Abb. 1). Im Schock sank der Hämatokrit in allen Gruppen von 38,7±0,9% (t 0) auf 20,5±0,7% (t 1), und stieg zum Zeitpunkt t 2 auf 27,8±0,7% an. Nach Volumensubstitution (t 2) kam es in der Kontrollgruppe zu einer Wiederherstellung des HZV-Ausgangswer-

* Die Untersuchungen wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft unterstützt (Pa 533/2-1 und Ba 1601/1-1)

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Der Anaesthesist 12·97

Tabelle 1 Systemische und regionale Hämodynamik zum Ausgangszeitpunkt (t 0); Mittelwerte±SEM

MAD HZV Qah Qvp

Einheit

Kontrollen

L-NAME

Bosentan

BQ-610

mmHg ml·min−1 ml·min−1 ml·min−1

113±5,0 88±6,4 3,4±0,66 19,5±2,88

109±3,5 84±6,1 2,7±0,28 19,2±1,85

115±3,7 82±3,8 3,0±0,51 24,0±2,22

112±2,9 90±5,0 3,5±0,34 21,0±1,55

Abb. 1 m Relative Veränderung von HZV, Qah und Qvp nach Schock (t 1) und Volumensubstitution (t 2); Mittelwerte±SEM; p<0,05 im Vergleich zu t 0 (*) und im Vergleich zur Kontrollgruppe (#) tes (Abb. 1). Dies ging mit einem deutlichen Anstieg von Qah und Qvp über das Ausgangsniveau einher (Abb. 1). Dieser Anstieg des leberarteriellen und portalvenösen Blutflusses über das Ausgangsniveau wurde sowohl durch L-NAME als auch durch Bosentan verhindert (Abb. 1). Im Gegensatz dazu kam es in Gegenwart von BQ-610 nach Volumensubstitution zu einem mit der Kontrollgruppe vergleichbaren Anstieg von Qah, während Qvp noch über das Niveau der Kontrollgruppe gesteigert war (Abb. 1). Interpretation. Diese Untersuchungsergebnisse deuten darauf hin, 1.) daß NO in der frühen Volumensubstitutionsphase nach hämorrhagischem Schock in der Ratte zur Hyperämie in der A. hepatica und in der V. portae beiträgt, 2.) daß vasokonstriktorische ET-Effekte über eine Stimulation des ETA-Rezeptors den systemischen und portalen Effekten von NO entgegenwirken, und 3.) daß unter diesen experimentellen Bedingungen eine simultane ETB-Rezeptorstimulation zur Aufrechterhaltung des Leberblutflusses beiträgt und damit die ETAvermittelten vasokonstriktorischen ET-Wirkungen moduliert. Literatur. 1. Chun K, Zhang JX, Biewer J, Ferguson D, Clemens MG (1994) Microcirculatory failure determines lethal heptocyte injury in ischemic/reperfused rat livers. Shock 1: 3–9. – 2. Pannen BHJ, Bauer M, Zhang JX, Robotham JL, Clemens MG (1996) Endotoxin pretreatment enhances the portal venous contractile response to endothelin1. Am J Physiol 270:H7–H15. – 3. Pannen BHJ, Bauer M, Zhang JX, Robotham JL, Clemens MG (1997) A time-dependent balance endothelins and nitric oxide regulating portal resistance after endotoxin pretreatment. Am J Physiol 271:H1953–1961

Expressionsmuster und Bedeutung des Streßproteins Hämoxygenase-1/Hitzeschockprotein 32 für die Modulation des hepatozellulären Schadens nach hämorrhagischem Schock und Volumentherapie* H. Rensing · M. Bauer · R. Larsen Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin der Universität des Saarlandes, Homburg/Saar Fragestellung. Schwere Störungen der zellulären Homöostase führen zur Aktivierung von Streßgenprogrammen. Neben der „Akutphasenreaktion“ kommt in der Leber der „Hitzeschockreaktion“ (HSR) wahrscheinlich eine zentrale Bedeutung zu. Induktion der HSR kann Zellen vor den Wirkungen vieler toxischer Mediatoren (insbesondere reaktive Sauerstoffspezies; ROS) schützen [2]. Die Mechanismen dieser Protektion sind jedoch unklar. Ein Hitzeschockprotein (hsp32)/Hämoxygenase-1 (HO-1) katalysiert den oxidativen Abbau von Häm zu äquimolaren Mengen des Antioxidans Biliverdin-IXa, Eisen und Kohlenmonoxid (CO), einem Vasodilator [1]. Ziel der Untersuchung war es zu klären, welche Bedeutung ROS für die Induktion von hsp32/HO-1 haben und ob der Expression eine Bedeutung für die Modulation des Gewebeschadens zukommt. Methodik. Nach Einverständnis der zuständigen Tierschutzkommission wurde bei pentobarbitalanästhesierten, spontanatmenden männlichen Sprague-Dawley-Ratten in einem nicht heparinisierten Schockmodell durch arteriellen Blutentzug der arterielle Mitteldruck für 1 h auf 40 mmHg gesenkt.Anschließend erfolgte die Volumentherapie durch Retransfusion von Citratblut (60% des entnommenen Blutvolumens in den ersten 10 min der Retransfusion) sowie Ringerlösung (300% des entnommenen Blutvolumens in den ersten beiden Stunden der Retransfusion). In einem ersten Versuchsabschnitt wurde der zeitliche Verlauf (Northern und Western Blot Analyse) sowie das räumliche und zelluläre Expressionsmuster (Immunhistochemie) von hsp32/HO-1 nach Schock und Retransfusion von Vehikellösung (n=5), bzw. der Antioxidanzien N-Azetylzystein (NAC 75 mg/kg KG; n=2), Haes-Desferoxamin (Haes-DFO 40% des Blutverlusts; Chelatorkonzentration 25 mM; n=3) oder des wasserlöslichen Vitamin-E Analogons Trolox® (6 mg/kg KG; n=2) untersucht. In einem weiteren Versuchsabschnitt erfolgte basierend auf den Ergebnissen zum zeitlichen Verlauf der hsp32/HO-1 Genexpression, die Blockade des Stoffwechselwegs mittels Zinn-Protoporphyrin-IX (SnPP-IX 50 µmol/kg KG; Vehikel n=8; SnPP-IX n=9) 5 h nach Beginn der Volumentherapie. Bei einer weiteren Gruppe erfolgte eine Koadministration von SnPP-IX und Trolox® (Trolox Vehikel n=6; Trolox SnPP-IX n=6). Zur morphometrischen Analyse der Nekroseflächen erfolgte die Entnahme der Lebern 11 h nach Beginn der Volumentherapie (d.h. 6 h nach Blockade des HO Stoffwechsels). Die morphometrische Analyse der Nekroseflächen wurde verblindet durchgeführt. Statistische Auswertung erfolgte mittels einfaktorieller Varianzanalyse für nicht parametrische Stichproben nach Kruskal-Wallis (Signifikanzniveau p<0,05). Ergebnisse. Die gemessenen makrohämodynamischen Parameter (MAP, HR, HZV) waren bei den scheinoperierten Kontrollen während des gesamten Untersuchungszeitraums stabil. In den Gruppen mit hämorrhagischem Schock bestanden für die erhobenen makrohämodynamischen Parameter keine Unterschiede zwischen den Gruppen. Schock und Volumentherapie führten zur Akkumulation von hsp32/HO-1 mRNA (5 h nach Beginn der Volumentherapie: 12,5±4,2; 11 h: 12,1±0,6fache des Ausgangswerts) und Protein (5 h: 4,8±1,0; 11 h: 6,5±1,3fache des Ausgangswerts), welche durch die untersuchten Antioxidanzien vermindert wurde (HO-1 mRNA: Schock/Vehikel: 3,0±0,4, Trolox®:1,2±0,1 NAC: 1,6±0,2 Haes-DFP: 1,5±0,1 relative densitometrische Einheiten). Die Expression von hsp32/HO-1 erfolgte in

* Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Ba 1601/1–1) Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen Tabelle 1 Nekrosefläche

keine

<20%

<40%

<60%

>60%

Vehikel SnPP-IX Trolox/Vehikel Trolox/SnPP-IX

65,7% 43,7% 94,8% 55,5%

11,0% 10,2% 4,0% 7,2%

12,8% 28,3% 1,2% 16,9%

7,4% 14,0% 0% 13,3%

3,1% 3,8% 0% 7,1%

Kupferzellen und perizentralen Hepatozyten, dabei war eine Verminderung der hsp 32/HO-1 Expression durch die untersuchten Antioxidanzien insbesondere in den Parenchymzellen zu beobachten. Blockade des HO-Stoffwechselwegs durch SnPP-IX führte zu einer signifikanten Zunahme der Inzidenz und Schwere von Perizentralnekrosen (n=561–746 Hemiazini/Gruppe; Tabelle 1). Alleinige Gabe von Trolox® 5 h nach Beginn der Volumentherapie verhinderte das Auftreten von Perizentralnekrosen, während bei Koadministration von SnPP-IX und Trolox® lediglich eine partielle Reduktion der Inzidenz von Perizentralnekrosen beobachtet wurde. Schlußfolgerungen. Diese Ergebnisse legen nahe, daß ROS eine zentrale Rolle für die Induktion der hsp32/HO-1 Genexpression insbesondere in Hepatozyten zukommt. Die Induktion von HO-1 ist für die Modulation des hepatozellulären Schadens bedeutsam, jedoch nur partiell über Neutralisierung von ROS vermittelt. Additiv könnte z.B. die Aufrechterhaltung des hepatischen Blutflusses durch Bildung von CO hierfür bedeutsam sein [1]. Die deutliche protektive Wirkung des Vitamin-E Analogons Trolox® selbst 5 h nach Beginn der Volumentherapie ist vereinbar mit einer über die unmittelbare Reperfusionsphase hinausgehenden ROS-Bildung und von möglicher therapeutischer Bedeutung. Literatur. 1. Bauer M, Pannen BHJ, Bauer I, Herzog C, Wanner GA, Hanselmann R, Zhang JX, Clemens MG, Larsen R (1996) Evidence for a functional link between stress response and vascular control in hepatic portal circulation. Am J Physiol 271:G929–G935. – 2. DeMaio A (1995) The heat shock response. New Horizons 3:198–207

Halothan während der frühen Reperfusion nach regionaler Myokardischämie reduziert die Infarktgröße in vivo B. Preckel1 · V. Thämer1 · W. Schlack2 1 Institut für Herz- und Kreislaufphysiologie und 2 Institut für Klinische Anaesthesiologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

asts und folgender 120minütiger Reperfusion unterzogen. Sieben Tiere erhielten 1,0 MAC Halothan in den ersten 15 min der Reperfusion (H), acht Tiere dienten als unbehandelte Kontrolle (KON). Um ausreichend hohe Konzentrationen zu Beginn der Reperfusion zu erzielen, wurde Halothan bereits in den letzten 3 min der Ischämie gegeben. Bei 7 weiteren Tieren wurden die durch Halothan bedingten hämodynamischen Effekte mittels intravenöser Noradrenalin-Infusion (1,1–2,0 µgkg−1min−1) aufgehoben (H-NADR). Der linksventrikuläre Druck (LVD) wurde mit einem Tip-Manometer und das Herzzeitvolumen (HZV) mit einem Ultraschallflußmeßkopf um die Aorta ascendens gemessen. Am Reperfusionsende wurden die Herzen mit kardioplegischer Lösung stillgestellt, an eine Langendorff-Apparatur überführt und die Koronararterie erneut verschlossen. Das Herz wurde retrograd mit Evans Blue gefärbt. Im dann ungefärbten Risikogebiet wurde die Infarktgröße mittels Triphenyltetrazoliumfärbung und anschließender Planimetrie bestimmt. Statistik: ANOVA, Tukey-B-test als post-hoc test. Ergebnisse. (*, p<0,05 vs. Kontrollgruppe) (Tabelle 1). Die Ausgangswerte des LVD, des dP/dtmax und des HZV waren in allen Gruppen gleich groß. Die Koronarokklusion führte zu einer in allen Gruppen gleich großen Reduktion der hämodynamischen Meßwerte. Während Halothangabe wurde eine weitere Reduktion dieser Meßwerte beobachtet, die durch gleichzeitige intravenöse Noradrenalininfusion aufgehoben wurde. Die Infarktgröße betrug 49±6% des Risikogebiets in der KON-Gruppe und wurde signifikant reduziert durch Halothan auf 32±3% in der H-Gruppe (p<0,05) und auf 30±3% in der H-NADR-Gruppe (p<0,05). Um auszuschließen, daß Unterschiede der Größen des Risikogebiets zwischen den Gruppen für die beobachtete Infarktgrößenreduktion verantwortlich sind, wurde die Beziehung von Infarktgröße und Risikogebiet mittels RegressionsanaTabelle 1 Ausgang

LVD (mmHg)

dP/dtmax Kontrolle (mmHg/s) Halothan H-NADR HZV (ml/min)

Fragestellung. Protektive Effekte des Halothans gegen den ischämischen Myokardschaden sind lange bekannt. An isolierten Rattenherzen konnten wir kürzlich zeigen, daß die Kardioprotektion deutlich ausgeprägt war, wenn Halothan erst nach der Ischämie während der Reperfusion gegeben wurde, als wenn die Substanz während der Ischämie zugeführt wurde [1]. Dieses läßt protektive Effekte gegen den Reperfusionsschaden durch Halothan vermuten. An isolierten anoxisch-reoxygenierten Kardiomyozyten konnten wir als möglichen Protektionsmechanismus eine Verhinderung der reoxygenationsbedingten Ca2+-Oszillationen am sarkoplasmatischen Retikulum zeigen [2]. Ziel der vorliegenden Studie war es, in vivo die Wirkung von Halothan gegen den myokardialen Reperfusionsschaden nach regionaler Myokardischämie zu untersuchen. Daher wurde Halothan nur während der frühen Reperfusion gegeben. Methodik. Mit Genehmigung der örtlichen Behörden wurden 22 anästhesierte Kaninchen (α-Chloralose, Körpergewicht 2,8–4,2 kg) nach Thorakotomie einer 30minütigen Okklusion eines koronaren Haupt-

1106 |

Der Anaesthesist 12·97

Kontrolle Halothan H-NADR

Abb. 1 m

Kontrolle Halothan H-NADR

Ischämie (%)

Rep.5 (%)

Rep.60 (%)

Rep.120 (%)

97±6 91±8 89±7

93±1 92±2 90±4

82±5 66±6 84±6

82±4 81±7 71±6

71±5 75±9 66±6

4635±379 4039±481 4149±577

84±4 86±3 82±6

64±4 43±6* 51±4

67±4 63±9 50±6

61±8 59±9 47±5

274±20 310±20 285±35

93±2 91±3 89±4

79±5 80±6 77±7

69±1 77±6 72±8

87±7 80±5 71±7

lyse untersucht (Abb. 1). Dabei war die Steigung der Geraden der HGruppe (y=0,21 (SEM 0,10) · −0,18(0,19)) und der H-NADR-Gruppe (y=0,37(0,12) · −0,09 (0,17)) signifikant geringer als die Steigung der Geraden der KON-Gruppe (y=0,86(0,07) · −0,54(0,13), beide p<0,01). Zwei Tiere wurden aufgrund zu kleiner Risikogebiete ausgeschlossen. Interpretation. Die Ergebnisse zeigen, daß Halothan während der frühen Reperfusion nach regionaler Ischämie das Myokard gegen den Reperfusionsschaden in vivo schützt. Die Infarktgrößenreduktion war vergleichbar, wenn die negativ inotrope und vasodilatierende Wirkung des Halothan mittels Noradrenalininfusion aufgehoben wurde, so daß der protektive Effekt nicht auf hämodynamische Veränderungen, sondern auf einen spezifischen Effekt des Halothan auf das reperfundierte Myokard zurückzuführen ist. Literatur. 1. Schlack W, Hollmann M, Stunneck J, Thämer V (1996) Effect of halothane on myocardial reoxygenation injury in the isolated rat heart. Br J Anaesth 76:860–867. – 2. Schlack W, Siegmund B, Piper HM (1996) Der Protektionsmechanismus von Halothan gegen den myokardialen Reoxygenationsschaden. Anaesthesist 45:1235–1236

Sauerstoffbilanz von Leber und Dünndarm unter progredienter systemischer Hypoxämie A. Fittkau · G.F.E. Nöldge-Schomburg · K. Armbruster K.H. Kopp · K. Geiger Anaesthesiologische Universitätsklinik Freiburg i.Br. Fragestellung. Die O2-Aufnahme (VO2) der meisten Organe bleibt unter einem abnehmenden O2-Angebot (DO2) konstant (supply independent), bis ein kritischer Wert unterschritten wird, und die VO2, nun abhängig von der DO2, abnimmt (supply dependent). Diese biphasische DO2/VO2-Beziehung wurde für die Leber und den Dünndarm unter zunehmender Hämorrhagie bzw. regionaler Ischämie bestätigt [1–3]. Es wurde jedoch jeweils nur ein Splanchnicusorgan untersucht. In dieser tierexperimentellen Studie wurde die Beziehung zwischen DO2 und VO2 der beiden Splanchnicusorgane Leber und Dünndarm unter progredienter systemischer Hypoxämie untersucht. Methodik. Nach Genehmigung des Untersuchungsprotokolls durch das Regierungspräsidium wurden bei 8 anästhesierten (Ketamin, Flunitrazepam, Pancuronium) und beatmeten Hausschweinen die A. pulmonalis,V. cava superior,Aorta abdominalis und nach Laparotomie die V. mesenterica superior (VMS), V. portae (VP) und V. hapetica (VH) kanüliert. Um die A. hepatica, V. protae und A. mesenterica superior wurden Ultraschall-Flußmeßköpfe plaziert. Nach hämodynamischer Stabilisierung wurden unter einer FIO2 von 0,23 die Kontrollwerte erhoben (Tabelle 1). Daraufhin wurde die FIO2 schrittweise auf minimal 0,10 reduziert. Zwischen der Einstellung der hypoxämischen FIO2 Werte und Erhebung der Daten wurde jeweils eine 15minütige Stabilisierungszeit gegeben. Bei weiterer Reduzierung verstarben die Versuchstiere. Die O2-Gehaltsparameter wurden mit folgenden Formeln berechnet: O2-Gehalt=(1,34·Hb·O2-Sätt.)+0,003·pO2); DO2=O2-Gehalt·Q; VO2=(art.-ven. O2-Gehalt)·Q. Die statistische Auswertung der Meßdaten erfolgte mit dem Bonferoni Holm-Test. Ergebnisse. Die Reduzierung der FIO2 führte zu einer progredienten Abnahme der paO2 Werte bis 22 mmHg unter einer FIO2 von 0,1.Ab einem mittleren paO2 von 27 mmHg kam es zu einer Steigerung der Blutflüsse. Gegenüber dem Kontrollstatus betrug die Steigerung bei der Leber 13%, beim Dünndarm 26%. Die DO2 fiel dennoch progredient auf minimal 15% (Leber) bzw. 28% (Dünndarm) der Kontrollwerte ab. Während die O2-Extraktionsrate (EO2) des Dünndarms auf jede Erniedrigung des paO2 hin gesteigert wurde, wurde bei der Leber die maximale EO2 bereits unter einer FIO2 von 0,13 erreicht. Die

Tabelle 1 FIO2/paO2 mmHg

0,23/85±7

0,19/61±12

0,13/27±6

0,10/22±3

MAP mmHg HZV l/min Hb mg% Temp.rektal °C Q Leber ml/min Q Drm ml/min DO2 Leber ml/min DO2 Darm ml/min VO2 Leber ml/min VO2 Darm ml/min SvO2% SVHO2% SVMSO2% EO2 Leber EO2 Darm

98±17 100±17 102±24 89±19 4,2±1,0 4,2±1,2 5,2±1,4* 4,7±0,6* 10,6±1,2 10,7±0,9 12,0±1,8 12,7±2,3* 37,2±1,1 37,3±1,1 37,2±1,0 37,4±1,2 810±137 784±161 879±161* 917±211* 385±33 378±68 465±71* 482±151* 94±18 78±19* 26±10* 14±5* 57±6 49±9* 24±8* 16±5* 20±9 22±8 18±6 10±3* 16±4 15±3 15±4 12±5 70±6 60±14 12±7* 6±4* 60±11 47±15 6±6* 3±2* 70±8 59±11 13±10* 6±4* 0,22±0,12 0,30±0,15 0,72±0,17* 0,73±0,15* 0,28±0,07 0,32±0,07 0,64±0,15* 0,74±0,12*

Mittelwerte±SD, *=p<0,05 vergl.mit Kontrollgruppe.Q=Blutfluß; SVHO2, SVMSO2=O2 Sättigung V.hepatica bzw.V.mesenterica sup.

niedrigste O2-Sättigung lag im mesenterialvenösen Blut bei minimal 6%, im Blut der V. hepatica bei 3%. Während die VO2 der Leber unter einer FIO2 von 0,1 signifikant abnahm, änderte sich die VO2 des Dünndarms nicht. Schlußfolgerungen. In dieser Untersuchung konnte die Gültigkeit der biphasischen DO2/VO2-Beziehung unter systemischer Hypoxämie bis zum Versterben der Versuchstiere nur für die Leber, nicht jedoch für den Dünndarm bestätigt werden. Mögliche Erklärungen für den geringeren Abfall der VO2 unter progredienter systemischer Hypoxämie beim Dünndarm im Vergleich zur Leber bieten die Beobachtung, daß die Steigerung der Perfusion ausgeprägter war (26% vs. 13%) und die O2-Extraktion auf jede Erniedrigung des paO2 weiter gesteigert wurde. Literatur. 1. Nelson DP et al. (1987) Systemic and intestinal limits of O2 extraction in the dog. J Appl Physiol 63:387–394. – 2. Samsel RW et al. (1991) Hepatic oxygen and lactate extraction during stagnant hypoxia. J Appl Physiol 70:186–1931. – 3. Schlichtig R et al. (1992) Hepatic dysoxia commences during O2 supply dependence. J Appl Physiol 72:1499–1505

Hinweise für eine Entkopplung des Ryanodinrezeptors vom Kopplungsprotein FKBP12 während der Halothan-induzierten malignen Hyperthermie M. Steinfath · I. Buxmann · J. Scholz · F. Wappler · J. Schulte am Esch Abteilung für Anästhesiologie, Universitäts-Krankenhaus Eppendorf, Hamburg Fragestellung. Eine zentrale Bedeutung für die Pathophysiologie der malignen Hyperthermie (MH) besitzt der Ryanodinrezeptor, der als intrazellulärer Kalziumfreisetzungskanal am sarkoplasmatischen Retikulum (SR) der Skelettmuskelzelle lokalisiert ist. Die Brücke zum Extrazellularraum wird über Dihydropyridinrezeptoren in der T-Tubulusmembran und das zwischen beiden Rezeptoren liegende Kopplungsprotein FKBP12 geschlagen. In der vorliegenden Studie sollten die Rezeptorbindungscharakteristika Bmax (maximale spezifische Rezeptordichte) und KD (Bindungsaffinität) des Ryanodinrezeptors nach Halothanexposition, Dantrolenbehandlung und nach Entkopplung des Proteins FKBP12 vom Ryanodinrezeptor durch FKBP12 untersucht werden. Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen Tabelle 1 KD-Werte in nmol/l als Maß für die Bindungsaffinität des Ryanodinrezeptors in Abhängigkeit von verschiedenen Kalziumkonzentrationen und Untersuchungsbedingungen 0,1 µM Ca++

1 µM Ca++

10 µM Ca++

100 µM Ca++

1000 µM Ca++

MHN-Muskeln: Kontrolle Halothanexpos. Dantrolenvorbeh. Halo.+Dantrolen FK506 FK506+Dantrol.

26,8±1,6 25,0±1,5 28,9±2,2 28,2±2,1 20,8±1,0* 28,1±1,4

11,3±0,67 11,1±0,65 12,6±0,58 12,0±0,72 8,5±0,34* 11,8±0,71

7,2±0,36 7,3±0,29 8,3±0,41 8,0±0,40 4,6±0,23* 8,0±0,42

12,8±0,76 10,2±0,61* 14,2±0,84 11,8±0,66 5,8±0,29* 11,0±0,55

28,2±1,7 19,2±0,99* 29,8±1,67 25,3±1,27 $ 9,0±0,46* 24,1±1,21 $

MHS-Muskeln: Kontrolle Halothanexpos. Dantrolenvorbeh. Halo.+Dantrolen FK506 FK506+Dantrol.

26,2±1,3 20,2±1,2+ 28,2±1,7§ 25,1±1,5§ 20,2±1,2+ 24,8±1,7§

11,8±0,72 8,3±0,41+ 14,1±0,71§ 11,2±0,56§ 8,1±0,32+ 10,8±0,56§

7,4±0,37 4,2±0,22+ 8,4±0,42§ 7,2±0,36§ 4,2±0,21+ 7,0±0,38§

9,8±0,52* 5,2±0,26+ 11,1±0,56§ 8.8±0,49§ 5,4±0,27+ 8,4±0,41§

18,4±0,93* 8,6±0,44+ 22,8±1,1§ 16,8±0,69§ 8,6±0,52+ 14,9±0.83§

Für Details siehe Text.n=10–12 je Untersuchungsbedingung.* p<0,05 vs.MHN-Kontrolle; + p<0,05 vs.MHS-Kontrolle; $ p<0,05vs.MHN plus Halothan; § p<0,05 vs.MHS plus Halothan Methodik. Mit Genehmigung durch die örtliche Ethikkommission und Einverständnis der Patienten wurden im Rahmen der MH-Diagnostik Skelettmuskelbiospien von 132 Patienten untersucht (66 MHN=kein MH-Verdacht, 66 MHS=MH-Verdacht). Die Membranpräparation und der Rezeptorbindungsassay sind bei Valdivia et al. [1] beschrieben. (3H)-Ryanodin wurde als Radioligand eingesetzt. Die Exposition erfolgte mit 0,44 mmol/l Halothan, 10 µmol/l FK506 bzw. 20 µmol/l Dantrolen. Bmax- und KD-Werte wurden durch Scatchardanalysen bestimmt. Die statistische Auswertung erfolgte mit dem „Student’s t-test“ und „Bonferroni’s method for multiple comparison“ (Mittelwert±SEM; p<0,05). Ergebnisse. Der KD-Wert ist ein Maß für die Affinität eines Rezeptors. Je niedriger der KD-Wert ist, desto höher ist die Affinität für den Liganden. Die Affinität des Ryanodinrezeptors ist kalziumabhängig (Tabelle 1). In der MHN- und MHS-Kontrollgruppe wurde die höchste Affinität bei 10 µmol/l Kalzium gemessen. In der MHN-Gruppe führen niedrigere und höhere Kalziumkonzentrationen zu einer Abnahme der Affinität, während in der MHS-Gruppe die Abnahme bei höheren Kalziumkonzentrationen signifikant geringer ist (Tabelle 1). Exposition mit Halothan bewirkt bei MHN eine etwas gesteigerte Affinität im höheren Kalziumbereich (Tabelle 1). Bei MHS wird nach Halothanexposition im niedrigen eine leichte und im hohen Kalziumbereich eine markante Zunahme der Affinität beobachtet (Tabelle 1). Nach Entkopplung durch FK506 wird bei MHN und MHS eine Steigerung der Affinität wie bei MHS in Gegenwart von Halothan beobachtet (Tabelle 1). Nach Vorbehandlung mit Dantrolen sind die beschriebenen Effekte von Halothan und FK506 nicht nachweisbar. Die Bmax ist unverändert in Abhängigkeit von der Kalziumkonzentration und den verschiedenen Untersuchungsbedingungen und beträgt bei MHN 1,29–1,38 pmol/mg und MHS 1,18–1,26 pmol/mg. Die Bindungscharakteristika von (3H)-Dantrolen (MHN: Bmax: 2,6–3,2 pmol/mg, KD: 61–73 nmol/l; MHS: Bmax: 2,4–2,9 pmol/mg, KD: 66–75 nmol/l) sind signifikant unterschiedlich im Vergleich zum Ryanodinrezeptor. Ryanodin- und Dantrolenrezeptoren wurden beide in der SR- und nicht in der T-Tubulusmembran der Skelettmuskulatur nachgewiesen. Interpretation. Die Kalziumabhängigkeit der Affinität des Ryanodinrezeptors kann als Regulationsgröße angesehen werden. Das Optimum des Rezeptorkomplexes liegt bei etwa 10 µmol/l Kalzium. Bei niedrigeren und höheren Konzentrationen ist die Affinität vermindert und der Kalziumkanal inaktiv. Bei MHS-Muskeln ist diese Autoregulation kompromitiert insofern als die Affinität im höheren Kalziumbereich gesteigert ist, was die längere Öffnungswahrscheinlichkeit

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Der Anaesthesist 12·97

des Ryanodinrezeptors bei MHS erklären kann. Diese höhere Affinität könnte als Dispositionsmerkmal des MHS-Muskels für eine MHEpisode angesehen werden. Halothanexposition führt bei MHNMuskeln zu einer Zunahme der Affinität des Ryanodinrezeptors und erreicht Niveaus, die der MHS-Kontrollgruppe vergleichbar sind. Diese Affinitätssteigerung dürfte allerdings zu gering sein, um eine MH-Krise zu induzieren. Erst die ausgeprägte Zunahme der Affinität bei MHS nach Exposition mit Halothan und der markante Verlust der Autoregulation dürfte zur Entgleisung der Kalziumfreisetzung führen, was dann letztlich als MH imponiert. Dieser markante Verlust der Autoregulation wird auch nach Entkopplung des Proteins FKBP12 vom Ryanodinrezeptor beobachtet, was die Vermutung nahelegt, daß im Rahmen der MH-Episode bei MH-Disposition möglicherweise eine Entkopplung der Signaltransduktion vorliegt. Nach Vorbehandlung mit Dantrolen sind die Halothan- und FK506-induzierten Effekte nicht nachweisbar, was dafür sprechen könnte, daß Dantrolen- und Ryanodinrezeptoren miteinander interagieren. Literatur. 1.Valdivia HH, Hogan K, Coronado R (1991) Altered binding sites for Ca2+ in the ryanodine receptor of human malignant hyperthermia. Am J Physiol 261:C237–C245

4-Chloro-m-Cresol induziert Kontrakturen an Skelettmuskelpräparaten von Patienten mit Disposition zu maligner Hyperthermie: Eine MH-Triggersubstanz? F. Wappler · J. Scholz · V. von Richthofen · M. Fiege M. Steinfath · J. Schulte am Esch Abteilung für Anästhesiologie, Universitäts-Krankenhaus Eppendorf, Hamburg Fragestellung. Succinylcholin ist eine Triggersubstanz der malignen Hyperthermie (MH). Das Handelspräparat von Succinylcholin enthält den Konservierungsstoff 4-Chloro-m-Cresol (4-CmC), welches in vitro zu Kontrakturen an Skelettmuskelpräparaten von Patienten mit MH-Disposition führt [1]. Als Ursache wurde ein Defekt des Ca2+-Freisetzungskanals des sarkoplasmatischen Retikulums, dem Ryanodin-Rezeptor, vermutete [3]. So konnte im Tierexperiment nachgewiesen werden, daß 4-CmC ein potenter Aktivator der Ryanodin-Rezeptor-vermittelten Ca2+-Freisetzung ist [3]. Darüber hinaus konnte eine durch 4-CmC verstärkte Bindungsaffinität von [3H]-Ryanodin am Rezeptor demonstriert werden [2]. In der vorliegenden

Studie wurde daher geprüft, welche Effekte 4-CmC bei der Untersuchung menschlicher Muskelpräparate von MH-Anlageträgern (MHS) und Nichtanlageträgern (MHN) entwickelt und, ob durch unterschiedliche Konzentrationen von 4-CmC eine bessere Diskriminierung zwischen MHS und MHN erzielt werden kann. Methodik. Die untersuchten Skelettmuskelbündel wurden durch eine offene Biopsie des Musculus quadriceps femoris von Patienten mit Verdacht auf MH-Disposition gewonnen. Die Biopsie, der in vitroKontrakturtest (IVKT) und die Klassifizierung der Patienten, erfolgten standardisiert nach dem Protokoll der „European MH Group“. Nach Abschluß der MH-Diagnostik wurden verbliebene vitale Muskelbündel von 35 Patienten im Alter von 6–61 Jahren (29,6±14,1) für die Studie verwendet. Versuchsaufbau und Untersuchungstechnik entsprachen dem IVKT. Im ersten Experiment wurde 4-CmC den Organbändern kumulativ in Konzentrationen von 25, 50, 75, 100, 150 und 200 µmol/l zugeführt. Ausgewertet wurde die 4-CmC-induzierte Kontrakturentwicklung bei den angegebenen Konzentrationen. Im zweiten Experiment wurde 4-CmC als Bolus in den Konzentrationen 50, 75 oder 100 µmol/l den Organbädern zugegeben. Die Beschreibung der Kontrakturentwicklung nach der Bolusgabe von 4-CmC wurde durch drei verschiedene Kontrakturniveaus festgelegt, gemessen vom Zeitpunkt der Substanzgabe in Minuten: 1. Zeitpunkt: Beginn der Kontraktur; 2. Zeitpunkt: Kontraktur von 2 mN und 3. Zeitpunkt: Kontraktur von 10 mN. Die Daten sind angegeben als Mittelwerte±SEM. Die statistische Auswertung erfolgte nach Prüfung auf Normalverteilung mittels Varianzanalyse sowie dem U-Test nach Mann und Whitney (p<0,05). Ergebnisse. Von den untersuchten Patienten wurden 15 als MHS und 20 als MHN anhand des IVKT klassifiziert. 1. 4-CmC bewirkte konzentrationsabhängig eine Kontrakturentwicklung der Skelettmuskelpräparate (Abb. 1). Die Kontrakturen entwickelten sich in der MHSGruppe schneller und waren signifikant stärker ausgeprägt als in der MHN-Gruppe. 2. Nach Bolusgabe von 50 µmol/14-CmC entwickelten sich bei 12 von 15 MHS-Muskeln Kontrakturen, nach 75 und 100 µmol/l war bei allen Muskelpräparaten eine Kontraktur zu messen. In der MHN-Gruppe führte 4-CmC in Konzentrationen von 50 und 75 µmol/l zu keinen Kontrakturen, nur nach Gabe von 100 µmol/14CmC wurden Muskelkontrakturen registriert. Sämtliche Kontraktniveaus nach Gabe von 100 µmol/14-CmC wurden in der MHS-Gruppe signifikant schneller erreicht als in der MHN-Gruppe. Es gab zwischen den Gruppen keine Überschneidung der Einzelwerte. Interpretation. 4-CmC führte konzentrationsabhängig zu einer signifikant stärkeren Kontrakturentwicklung bei Skelettmuskelpräparaten von MHS- als von MHN-Patienten. Die in-vitro-Kontrakturtestung mit 4-CmC führt zu einer eindeutigen Diskriminierung zwischen MHS- und MHN-Patienten und scheint eine spezifische MHDiagnostik zu erlauben. Bislang ist allerdings noch nicht abschließend geklärt, ob 4-CmC eine MH-Triggerpotenz aufweist

und somit bei MHS-Patienten kontraindiziert wäre. Da 4-CmC in einer Vielzahl von Handelspräparaten, wie Insulin-, Hormon- und Heparinpräparaten, als Konservierungsstoff enthalten ist, ergibt sich möglicherweise ein hohes Gefährdungspotential für Patienten mit MH-Disposition. Zur Risikominimierung sollten daher bei Patienten mit MH-Disposition bis zum Abschluß weiterer Untersuchungen keine cresolhaltigen Arzneimittel Verwendung finden. Literatur. 1. Galloway GJ, Denborough MA (1986) Suxamethonium chloride and malignant hyperpyrexia. Br J Anaesth 58:447–450. – 2. Herrmann-Frank A, Richter M, Sarközi S, Mohr U, Lehmann-Horn F (1996) 4-Chloro-m-cresol, a potent and specific activator of the skeletal muscle ryanodine receptor. Biophys Biochim Acta 1289:31–40. – 3. Zorzato F, Scutari E, Tegazzin V, Clementi E, Treves S (1993) Chlorocresol: an activator of ryanodine receptor-mediated Ca2+ release. Mol Pharmacol 44:1192–1201

Lipopolysaccharide nicht aber Cytokine destabilisieren und hemmen die Bildung von Mikrotubuli in vitro* S. Rußwurm1 · K.J. Böhm2 · N. Ghaleb1 · E. Unger2 · K. Reinhart1 1 Klinik für Anästhesiologie und Intensivtherapie, Friedrich-Schiller-Universität Jena 2 Institut für Molekulare Biotechnologie e.V., Jena Fragestellung. Sepsis und Multiorganversagen bilden heute die Haupttodesursache auf operativen Intensivstationen. Zwei Pathomechanismen für das Multiorganversagen werden diskutiert. Bisher galt die Gewebshypoxie als wesentlicher Faktor in der Pathogenese des septischen Multiorganversagens. Die Effektivität aus diesen Überlegungen resultierender Therapieansätze wird jedoch aufgrund jüngerer Untersuchungen zunehmend in Frage gestellt [2]. Damit rückt die zweite Hypothese der direkten zellschädigenden Effekte von Erregerbestandteilen wie Endo- und Exotoxinen bzw. endogen produzierten Sepsismediatoren mehr in das Zentrum des wissenschaftlichen Interesses. Mikrotubuli sind ubiquitäre, aus Proteinen bestehende Elemente der Eukaryotenzelle, die an vielzähligen zellulären Prozessen beteiligt sind. Dazu gehören die Aufrechterhaltung der Zellformen, der intrazelluläre Transport von Vesikeln und Organellen, die Segregation des genetischen Materials bei der Zellkernteilung, die Cilienund Flagellenbewegung, die Sekretion von Wirkstoffen, einschließlich Signaltransferprozesse [3]. Zielstellung. In der vorliegenden Arbeit wurden an einem zellfreien Modell die Effekte von unterschiedlichen LPS (Klebsiella pneumoniae, E. coli, Pseudomonas aeruginosa und Salmonella minnesota) und Cytokinen (Il-1β, Il-6, Il-10, PAF und TNF-α) auf die Polymerisation mikrotubulären Proteins und die Struktur präformierter Mikrotubuli untersucht. Methodik. Hochaufgereinigtes mikrotubuläres Protein (Tubulin und Mikrotubulus-assoziierte Proteine) hat die Eigenschaft bei physiologischen Temperaturen in Gegenwart von Kofaktoren (GTP und Magnesiumionen) zu reassemblieren, d.h. in vitro Mikrotubuli zu bilden [1]. Auf dieser Grundlage können Auf- und Abbauprozesse des mikrotubulären Systems in vitro simuliert und Studien zur direkten Mikrotubulus-Effektor-Interaktion ausgeführt werden. Ergebnisse. Die in vitro-Bildung von Mikrotubuli wurde pH- und Konzentrations-abhängig durch Lipopolysaccharide, aber nicht durch die untersuchten pro- und antiinflammatorischen Zytokine

Abb. 1 m In vitro-Effekte von 4-Chloro-m-Cresol auf Skelettmuskelpräparate von MH-Anlageträgern (MHS) und Nicht-Anlageträgern (MHN).p<0,05: * vs.MHN

* Unterstützt durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (Re 653/5-1) und das Tübinger Ministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst (F 3.1-908/7-143) Der Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen gehemmt. Die stärksten Hemmeffekte wurden mit LPS von Pseudomonas aeruginosa (pH 7,0, 37° C, 50 µg/ml LPS, 20 min, 55% Hemmung; n=3) und Salmonella minnesota (at pH 7,0, 37° C, 50 µg/ml, 20 min, 62% Hemmung; n=3) beobachtet. Elektronenmikroskopische Untersuchungen zeigten starke Strukturveränderungen bei in Anwesenheit von LPS in vitro-gebildeten Mikrotubuli.Weiterhin führte die Inkubation mit LPS zu einem fast vollständigen Abbau präformierter Mikrotubuli. Der hemmende Einfluß von LPS auf die Polymerisation mikrotubulären Proteins konnte durch Zugabe von gereinigten Mikrotubulus-assoziierten Protein (MAP) 1, Tau-Proteinen und Taxol kompensiert werden. Mittels Elektrophorese konnte gezeigt werden, daß LPS MAP 1, MAP 2 und Tau-Protein an der Interaktion mit Tubulin hindert. Schlußbemerkung. Die Resultate zeigen,daß das mikrotubuläre Zytoskelett und besonders Mikrotubuliassoziierte Proteine ein bisher unbekannter Angriffspunkt für Lipopolysaccharide sind. Dadurch wird die Hypothese unterstützt, daß Lipopolysaccharide auch durch direkte zellschädigende Effekte eine Rolle in der Pathogenese des Multiorganversagens spielen. Literatur. 1. Gaskin F, Cantor CR, Shelanski ML (1974) Turbidimetric studies of the in vitro assembly and disassembly of porcine neurotubules. J Mol Biol 89:737–758. – 2. Gattinoni L, Brazzi L, Pelost P, Latini R, Tognoni G, Pesenti A, Fumagalli R (1995) A trial of goal-oriented hemodynamic therapy in critically ill patients. N Engl J Med 333:1025–1032. – 3. Schliwa M (1986) In: Schliwa M (ed) The cytoskeleton. An introductory survey. Springer, Wien New York

Ein pharmakokinetisch/dynamisches Modell zur Beschreibung der opioidinduzierten Atemdepression T. Bouillon1 · C. Schmidt1 · G. Garstka1 · D. Stafforst2 · H. Schwilden3 A. Hoeft1 1 Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie und spezielle Intensivmedizin, Universität Bonn 2 Zentrum für Anästhesiologie, Rettungs- und Intensivmedizin, Universität Göttingen 3 Klinik für Anästhesiologie, Universität Erlangen Fragestellung. Pharmakokinetisch/dynamische (PKPD) Modelle werden mit großem Erfolg bei der quantitativen Analyse von u.a. anästhesierelevanten Medikamentenwirkungen und Arzneimittelinteraktionen eingesetzt. Für Opioide existieren derartige Modelle zur Beschreibung des analgetischen Effekts und des Effekts auf das EEG. Ein PKPD Modell der opioidinduzierten Atemdepression würde den exakten Vergleich der atemdepressiven Wirkung verschiedener Opioide und der Kombination von Opioiden mit anderen Medikamenten erlauben. Die Entwicklung eines solchen Modells war Ziel der vorliegenden Studie. Methodik. Nach Genehmigung durch die örtliche Ethikkommission und schriftlicher Einwilligung wurden 14 männliche Patienten (ASA I–II; Alter: 42 (20–71) Jahre; Gewicht: 82,5 (68–108) kg, Median und Range), die sich größeren urologischen Eingriffen unterziehen mußten, in die Studie eingeschlossen.Vor Narkoseeinleitung erhielten die nicht prämedizierten Patienten Alfentanil als intravenöse Infusion (2,3 µg·kg−1·min−1 bis zur Höchstdosis von 70 µg·kg−1).Alternative Abbruchkriterien waren entweder ein endexspiratorischer CO2-Partialdruck (pCO2ee) von 65 mmHg und/oder Apnoephasen von mehr als60 s Dauer.Während eines Zeitraums von 60 min nach Beginn der Infusion wurden arterielle Blutproben zur Bestimmung der Alfentanilkonzentration und des CO2-Partialdrucks (pCO2art) entnommen. Die Patienten atmeten während des gesamten Versuchszeitraums 50% O2 über eine dicht sitzende CPAP-Maske. Sowohl die Ventilation als auch die Oxygenation der Patienten wurde kontinuierlich kapnometrisch

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bzw. pulsoxymetrisch überwacht. Der Zeitverlauf der Alfentanilkonzentration wurde über den Untersuchungszeitraum von 60 min mit einem Zweikompartimentmodell beschrieben. Da CO2 kontinuierlich, im Ruhezustand in einer approximativ konstanten Rate produziert wird, im steady state mit der gleichen Rate eliminiert wird und diese Elimination durch Opioide inhibiert wird, liegt es nahe, die CO2-Konzentration über die Zeit mit einem sog. „indirect response model“ zu beschreiben [2]. Die Eliminationskonstante entspricht dann dem Quotienten aus alveolärer Ventilation und virtuellem Verteilungsvolumen. Da es sich bei der alveolären Ventilation um eine vornehmlich über den aktuellen CO2-Partialdruck geregelte Größe handelt, muß das Modell einen CO2-abhängigen Rückkopplungsmechanismus beinhalten. Dieser wird durch Opiate konzentrationsabhängig inaktiviert [1]. Das verwendete pharmakodynamische Modell wird durch folgende Gleichung dargestellt:   Calf (t ) dpCO2art = kel ⋅ pCO2art (0) − kel ⋅ 1 −  + dt EC C t ( ( )) 50 alf   R

 pCO2art (t )  ⋅  ⋅ pCO2art (t )  pCO2art (t )  dpCO2art : Änderung des arteriellen CO2-Partialdrucks über die dt Zeit [mmHg/min]; pCO2art(O) und pCO2art(t): arterieller CO2-Partialdruck zum jeweiligen Zeitpunkt [mmHg]; kel: Eliminationskonstante von CO2 [min−1]; Calf(t): Alfentanilkonzentration im zentralen kinetischen Kompartiment zum Zeitpunkt (t), [ng/ml]; EC50: Opioidkonzentration, bei der der halbmaximale Effekt erzielt wird [ng/ml]; R: Exponent, der die CO2-Empfindlichkeit des Systems bestimmt, dimensionslos. Alle Berechnungen wurden mit NONMEM unter Verwendung der FOCE-Methode durchgeführt. Da es nicht möglich war, sowohl die Mittelwerte als auch die interindividuelle Varianz aller Parameter simultan zu bestimmen, wurde der Mittelwert von kel auf 0,1 gesetzt, was einem Anstieg des CO2-Partialdrucks pro Minute bei Apnoe um 10% des Ausgangswerts entspricht [3]. Ergebnisse. Keiner der Patienten mußte vorzeitig beatmet oder intubiert werden. Bei 6 der 14 Patienten, darunter den 3 ältesten Patienten, wurde die Alfentanilinfusion vorzeitig abgebrochen (pCO2ee >65 mmHg oder Apnoephasen von mehr als 60 s). Eine Regressionanalyse der erhaltenen Dosis vs. Alter führte jedoch nicht zu einem signifikanten Ergebnis (Tabelle 1). Interpretation. Bisher wurde kein PKPD Modeling der atemdepressiven Wirkung von Medikamenten vorgenommen. Ein physiologisches „indirect response“ Modell schließt diese Lücke und bietet die Möglichkeit, die atemdepressive Wirkung von Medikamenten/Medikamentenkombinationen und den Einfluß von Kovariablen wie Alter, Geschlecht, Gewicht etc. quantitativ zu untersuchen. Literatur. 1. Florez J, Hurle MA (1993) Opioids in respiration and vomiting. In: Hertz A (ed) Handbook of Experimental PharmacoTabelle 1 Mittelwerte, Standardfehler und 16–84% Quantil der Parameter Parameter

Mittelwert (SE)

16–84% Quantil

CO2(0) (mmHg) kel (min−1) R EC50 (ng/ml)

40,1 (0,708) auf 0,1 fixiert (−) 2,71 (0,514) 82,3 (22,1)

37,7–42,6 0,064–0,156 2,05–3,58 66,2–102,3

logy. Springer, Berlin Heidelberg New York, pp 269–270. – 2. Jusko WJ, Ko HC (1994) Physiologic indirect response models characterize diverse types of pharmacodynamic effects. Clin Pharmacol Ther 56:406–419. – 3. Nunn JF (1977) Applied Respiratory Physiology, 2nd edn. Butterworth, London Boston, p 358

Wieviel Sauerstoff verbraucht die menschliche Lunge? S.A. Loer · T.W.L. Scheeren · J. Tarnow Zentrum für Anaesthesiologie, Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf Fragestellung. Die Lunge bezieht Sauerstoff für ihren eigenen Metabolismus direkt aus der Atemluft. Dieser Anteil ist bislang lediglich approximativ bestimmt (Differenz von Gesamtkörper-V˙O2 und V˙O2Fick), jedoch nicht direkt gemessen worden. Die Kenntnis des Sauerstoffverbrauchs gesunder Lungen ist indes nicht nur von akademischem Interesse, sondern auch von praktischer Bedeutung, z.B. im Hinblick auf die Frage, ob explantierte für eine Transplantation vorgesehene Lungen oder Lungen während einer prolongierten extrakorporalen Zirkulation (EKZ) mit Sauerstoff versorgt, d.h. beatmet werden sollten. Wir haben uns daher gefragt, wieviel Sauerstoff während dieser Zeit aus dem Bronchialraum von belüfteten aber pulmonalarteriell nicht durchbluteten Lungen aufgenommen wird. Methodik. Untersucht wurden 16 lungengesunde Patienten für eine Operation am offenen Herzen (Alter 65±9 Jahre, Körpergewicht 76±12 kg). Während der EKZ wurden die Lungen mit niedrigen Minutenvolumina beatmet (VT: 150 ml, f: 6 min−1, FIO2: 0,5, PEEP 3 mmHg), die ausgeatmeten Gase gesammelt und die pulmonale Sauerstoffaufnahme (V˙O2), Kohlendioxidabgabe (V˙CO2) sowie der respiratorische Quotient (RQ) jede Minute über indirekte Kalorimetrie (Deltatrac II, Datex Instrumentarium, Helsinki, Finnland) ermittelt. Ausgewertet wurden 10 konsekutive Werte während konstanter ösophagealer Temperatur (TÖS) und konstantem systemischen Perfusionsfluß. Zusätzlich wurde die Ganzkörper-V˙O2 vor EKZ bestimmt. Bei weiteren 8 Patienten wurde der Beitrag der Bronchialzirkulation zum pulmonalen Gasaustausch während der EKZ abgeschätzt. Hierzu wurde dem Gasstrom zum Oxygenator 2% Enfluran zugesetzt und die Konzentration im Bronchialraum gemessen (Spezialsonde 2 cm oberhalb der Carina, Ultima, Datex) unter der Vorstellung, daß bei einem relevanten Beitrag der Bronchialzirkulation Enfluran im Bronchialraum nachzuweisen sein muß. Ergebnisse. Die menschliche Lunge nimmt während der EKZ 5,3±1,6 ml·min−1 O2 (MW±SD) aus dem Bronchialraum bei einer TÖS von 28° C auf, Registrierbeispiel Abb. 1. Die Ganzkörper V˙O2 vor EKZ betrug 198±28 ml·min−1 bei einer TÖS von 36° C. RQ von Lunge und Ganzkörper waren ähnlich (0,84±0,09 bzw. 0,77±0,09).Die exspiratorische

Enflurankonzentration fiel auf unter 0,1%, so daß die Bronchialzirkulation keinen wesentlichen Beitrag zum pulmonalen Gasaustausch während der EKZ leistet. Interpretation. Extrapoliert man die pulmonale V˙O2 auf Normothermie (9% Zunahme pro °C) so erhält man etwa 11 ml·min−1. Unter Berücksichtigung der besonderen Bedingungen während der EKZ (fehlender pulmonalarterieller Blutfluß, offener Thorax, herzkranke Patienten) und damit der eingeschränkten Übertragbarkeit auf physiologische Bedingungen, beträgt der pulmonale Anteil an der GesamtkörperV˙O2 etwa 5%. Unsere in vivo-Bestimmungen ergänzen Daten von Lungenzellkulturen [2], isolierten Lungen [3] sowie indirekten Messungen (Differenz von kalorimetrisch bestimmter V˙O2 und V˙O2Fick) [1], und legen nahe, Patienten mit längerdauernder EKZ lungenadaptiert, d.h. mit niedrigem Atemminutenvolumen, zu beatmen, um metabolische Bedürfnisse der Lungen zu befriedigen. Literatur. 1. Fritts HW (1961) Oxygen consumption of tissues in the human lung. Science 133:1070–1072. – 2. Massaro GD, Gail DB, Masaro D (1975) Lung oxygen consumption in mitochondria of alveolar epithelial and endothelial cells. J Appl Physiol 38:588–592. – 3. Weber KC, Visscher MB (1961) Metabolism of the isolated canine lung.Am J Physiol 217:1044–1052

Beurteilung der regionalen Lungenventilation mit Hilfe der funktionellen elektrischen Impedanztomographie (f-EIT) W. Golisch · I. Frerichs · G. Hahn · M. Kurpitz · H. Burchardi G. Hellige Zentrum Anaesthesiologie, Rettungs- und Intensivmedizin, Universität Göttingen Veränderungen der Ventilationsverteilung während der Beatmung konnten bisher nur mit relativ komplizierten und z.T. invasien Methoden (Szintigraphie, CT, NMR) aufgezeigt werden. So wiesen z.B. Tokics et al. [3] während Halothananästhesie in Rückenlage eine Zunahme von Atelektasen und damit eine Abnahme der Ventilation in dorsalen Lungenarealen mit dem CT nach. Die elektrische Impedanztomographie ist ein neues nichtinvasives bildgebendes Verfahren, das die elektrischen Eigenschaften biologischer Gewebe nutzt, um Querschnittsbilder der untersuchten Körperregion zu erstellen. Mit den von Hahn et al. [2] entwickelten funktionellen EIT-Algorithmus (f-EIT) werden Abbildungen der Lunge erzeugt, die die regionale Verteilung der Impedanzänderungen, bedingt durch unterschiedliche Luftfüllung, in der untersuchten Ebene des Thorax als Ausdruck unterschiedlicher Ventilation wiedergeben. Mit der Methode konnten im Tierversuch regionale Ventilationsausfälle ab einem Volumen von ca. 20 ml nachgewiesen werden [2]. In einer Probandenstudie konnte mit der f-EIT die bekannte schwerkraftabhängige Ventilationsverteilung in der Lunge in unterschiedlichen Körperpositionen nachvollzogen werden [1]. Fragestellung. Ziel der vorgelegten Untersuchung war es, zum einen die bekannten Veränderungen der regionalen Verteilung der Lungenventilation [3] bei beatmeten Patienten mit der f-EIT nachzuvollziehen. Zum anderen wurden erstmalig mit der f-EIT in einer Pilotstudie pathologische Veränderungen der Ventilationsverteilung bei beatmeten Intensivpatienten dargestellt und verfolgt.

Abb. 1 m Pulmonale V˙O2 und V˙CO2 während totaler EKZ

Methodik. Zehn Patienten wurden nach Zustimmung durch die örtliche Ethikkommission, Aufklärung und Einverständniserklärung perioperativ in Rückenlage mit der f-EIT untersucht: spontanatmend vor Narkoseeinleitung, während IPPV/PEEP 0 und IPPV/PEEP 5 cm H2O nach Intubation und erneut spontanatmend nach Extubation. Die Untersuchungen wurden mit dem Sheffield APT System Mark I (IBEES, Sheffield, UK) durchgeführt. Dabei wurden 16 konventionelle EKGDer Anaesthesist 12·97

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Kurze wissenschaftliche Mitteilungen Elektroden ringförmig um den Thorax befestigt und nach Einspeisung eines Wechselstroms fortlaufend zwischen zwei Elektroden die resultierenden Potentialveränderungen an den verbleibenden Elektrodenpaaren gemessen. Mit dem oben erwähnten [2] funktionellen EIT-Algorithmus wurden aus den gemessenen Impedanzveränderungen Abbildungen der regionalen Lungenventilation erstellt und die räumliche Lokalisation des Schwerpunkts der Ventilation im Thoraxquerschnitt von dorsal nach ventral ermittelt (Schwerpunkt des dorsoventralen Profils der ventilatorischen Impedanzvariation). Ferner wurden drei Patienten mit pathologischen Lungenbefunden (1. Unterlappenatelektase rechts, 2. Lungenkontusion rechts, 3. Pneumonie) während des gesamten Aufenthalts auf der ITS mit der f-EIT wie oben beschrieben untersucht und die Auswirkungen der therapeutischen Interventionen vergleichend mit der f-EIT und etablierten Methoden (CT, Nativ-Röntgen, Szintigraphie, Blutgasanalyse) verfolgt. Ergebnisse. Bei den perioperativ untersuchten Patienten konnte nach Narkoseeinleitung und Intubation mit der f-EIT eine signifikante Verschiebung des Schwerpunkts der Ventilation von dorsalen, abhängigen Lungenregionen in ventrale, oben liegende Anteile nachgewiesen werden (Abb. 1). Nach Beatmung mit einem PEEP von 5 cm H2O zeigte sich eine Rückverlagerung des Schwerpunkts der Ventilation in dorsalere, weiter unten liegende Regionen. Nach Extubation fand sich schließlich kein Unterschied mehr zur präoperativen Situation. Pathologische Lungenveränderungen i.S. von Atelektasen, die mit Nativröntgenbildern bzw. mit Ventilationsszintigraphie bei den untersuchten Intensivpatienten beschrieben worden waren, konnten ebenfalls mit der f-EIT zuverlässig nachgewiesen werden. Der untersuchte Patient mit Unterlappenatelektase zeigte in der Ventilationsszintigraphie eine Minderanreicherung im rechten Lungenunterfeld, die auch mit der f-EIT bestätigt wurde. Bei dem 2. untersuchten Patienten mit subtotaler Atelektase der rechten Lunge in Folge einer Kontusion (bestätigt durch CT) fand sich in Linksseitenlage (Lagerungstherapie) in der fEIT eine deutliche Zunahme der Ventilation der erkrankten Lunge. Bei Patient 2 und 3 korrelierten Verbesserungen in den Blutgasanalysen mit einer Zunahme der ventilierten Areale in der f-EIT. Interpretation. Mit der f-EIT wurden Veränderungen der Ventilationsverteilung unter Anästhesie und kontrollierter Beatmung nicht-

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Abb. 1 m Schwerpunkt der Ventilation im Thoraxquerschnitt von dorsal nach ventral.(t-Test für abhängige Stichproben, Adjustierung des Signifikanzniveaus nach Holm) invasiv korrekt erfaßt. Die mit konventionellen Methoden diagnostizierten pathologischen Veränderungen der Ventilationsverteilung bei Intensivpatienten wurden ebenso eindeutig mit der f-EIT aufgezeigt. Therapeutische Effekte durch Veränderung des Beatmungsmusters oder Lageänderung wurden z.T. unmittelbar mit der f-EIT nachgewiesen. Die Ergebnisse zeigen, daß die f-EIT zuverlässig zum Monitoring pathologischer Veränderungen der Ventilation am Patienten eingesetzt werden kann. Damit könnte in Zukunft ein interessantes und bettseitig anwendbares Monitoringverfahren für beatmete Patienten zur Verfügung stehen. Literatur. 1. Frerichs I, Hahn G, Hellige G (1996) Gravity dependent phenomena in lung ventilation determined by functional EIT. Physio Meas 17:A149–A157. – 2. Hahn G, Sˇipinková I, Baisch F, Hellige G (1995) Changes in the thoracic impedance distribution under different ventilatory conditions. Physiol Meas 16:A161–A173. – 3. Tokics L, Hedenstierna G, Strandberg Å, Brismar B, Lundquist H (1987) Lung collapse and gas exchange during general anesthesia: effects of spontaneous breathing, muscle paralysis and positive end-expiratory pressure. Anesthesiology 66:157–167