TY  - THES
A1  - Schwab, Thomas Henrik
T1  - Charakterisierung humaner Tumorzelllinien hinsichtlich der Expression von Oberflächenmarkern und des Warburg-Effektes
T1  - Characterization of human cancer cell lines concerning the expression of surface proteins and the Warburg effect
N2  - Tumoren weisen oftmals einen veränderten Energiestoffwechsel auf, der durch den Begriff „Warburg-Effekt“ bzw. „aerobe Glykolyse“ charakterisiert ist. Hierunter wird die Stoffwechselsituation verstanden, auch in Gegenwart von Sauerstoff aus Glukose Laktat zu bilden. Benigne Zellen zeigen diesen Effekt in aller Regel nicht so stark wie Tumorzellen. In dieser Arbeit wurden neun Tumorzelllinien, die von unterschiedlichen humanen Tumoren etabliert wurden, hinsichtlich ihres Energiestoffwechsels untersucht. Da der Warburg-Effekt auf einem erhöhten Glukosemetabolismus beruht, wurde die Stärke der Glukoseaufnahme und Laktatbildung für die neun Tumorzelllinien bestimmt. Wesentliches Ziel dieser Arbeit war, einen Zusammenhang zwischen dem Warburg-Effekt und weiteren Eigenschaften der Tumorzellen wie ihrem Oberflächenprofil bzw. ihrer Malignität nachzuweisen. Zur Phänotypisierung wurden die Oberflächenmoleküle CD44 und CD24 ausgewählt, da sie Zellinteraktionen, Zelladhäsion und Zellmigration von Tumorzellen vermitteln. Die Malignität wurde im Xenograft-Modell überprüft. Hierzu wurden Tumorzellen unter die Haut immuninkompetenter Mäuse injiziert und anschließend die Wachstumsgeschwindigkeit der entstehenden, soliden Tumoren gemessen. Die Menge an produziertem Laktat durch Tumorzellen war eindeutig von der Anwesenheit von Glukose im Nährmedium abhängig. Insgesamt waren fünf der neun Tumorzelllinien starke Laktatbildner, was einer Laktatbildung von über 2,5 mmol/L innerhalb von 48 Stunden entspricht. Hierzu gehört u.a. die Mammakarzinomzelllinie MDAMB-231, wohingegen MCF-7, eine andere Mammakarzinomzelllinie, nur wenig Laktat bildete. Im Gegensatz zu MDAMB-231 wuchs MCF-7 zudem auch nicht im Xenograft-Modell. Dies scheint ein Hinweis darauf zu sein, dass starke Laktatbildner aggressiver, d.h. schneller wachsen, als schwache Laktatbildner. Darüber hinaus wurde in dieser Arbeit eine temperaturabhängige Aufnahme des Glukoseanalogons 2-NBDG beo-bachtet. Auch hier fiel die Tumorzelllinie MCF-7 im Vergleich zur Tumorzelllinie MDAMB-231 durch eine geringere Aufnahme von 2-NBDG auf. Dies wird als Hinweis darauf gedeutet, dass MCF-7 Glukose in erster Linie in den Mitochondrien veratmet, anstatt sie zu Laktat zu vergären. Die beiden Glukosetransporter GLUT-1 und GLUT-3 wurden hingegen auf den Zellen aller neun Tumorzelllinien gleichermaßen nachgewiesen. Lediglich auf den Zellen der Tumorzelllinien HT-29 und MDAMB-468 war GLUT-3 schwach exprimiert. Sechs der neun Tumorzelllinien weisen den so genannten „Phänotyp 1“ auf. Hierunter wird in dieser Arbeit die gemeinsame Expression von CD44 und CD24 auf der Zelloberfläche verstanden. Zwei Zelllinien waren ausschließlich positiv für CD44 („Phänotyp 2“), eine Zelllinie ausschließlich positiv für CD24 („Phänotyp 3“). Keiner dieser Phänotypen wies eine charakteristische Glukoseaufnahme bzw. Laktatbildung auf, auch wenn drei der fünf Zelllinien mit besonders starker Laktatbildung zum Phänotyp 2 bzw. 3 gehörten. Die im menschlichen Blut vorzufindende nicht-essentielle Aminosäure Glutamin ist auch in Kulturmedien unerlässlich. Deshalb wurde die Laktatbildung aus Glukose in neun Tumorzelllinien sowohl in An- als auch Abwesenheit von Glutamin gemessen. Dabei wurde festgestellt, dass sich die Menge an gebildetem Laktat nach Inkubation in Glukose-haltigem, aber Glutamin-freiem Medium (Glc+ Gln-) besonders stark verringerte. Dieses Phänomen wurde für die Tumorzelllinien HT-29, 23132/87, BXPC-3 und HRT-18 beobachtet und deutet darauf hin, dass Glutamin in diesen Tumorzelllinien in irgendeiner Form auf die Laktatbildung aus Glukose Einfluss nimmt. Denkbar wäre, dass Glutamin Enzyme der Glykolyse über einen allosterischen Effekt moduliert, wodurch die Laktatbildung ansteigt. Dass diese Zellen eine Glutamin-abhängige Laktatbildung in Form der Glutaminolyse aufweisen, konnte in dieser Arbeit nicht beobachtet werden. Um diese Beobachtung abschließend zu klären, sind jedoch weiterführende Untersuchungen notwendig.
N2  - Unlike normal cells, the energy metabolism in tumour cells is characterised by the Warburg effect, which means high aerobic glycolysis even in the presence of oxygen. Most of the glucose is metabolised to lactate, which is not observed to this extent in normal cells. The present thesis examines the energy metabolism of nine cancer cell lines which were all established from different human solid tumours. Because of the high glucose consumption of the Warburg effect, glucose uptake and lactate output were quantified. The objective was to find out whether there is a link between the Warburg effect and other properties of the tumour cells, e.g. the cell-surface phenotype or malignancy. The surface proteins CD44 and CD24, markers for cellular interactions, cellular adhesion and migration, were selected as phenotyping molecules. Tumour malignancy was validated in xenograft experiments in which tumour cells were injected subcutaneously into immunodeficient mice and the subsequent rate of tumour growth determined. The amount of lactate produced in tumours cells was dependent on the presence of glucose in the culture medium. Five out of nine tumour cell lines produced lactate in high concentrations (on average more than 2.5 mmol/L within 48 hours). One of these was MDAMB-231, a breast tumour cell line. In contrast, another breast tumour cell line, MCF-7, showed a low rate of lactate production and no growth in xenograft experiments. This implies that lactate production correlates with malignancy. Moreover, the uptake of the glucose analogon 2-NBDG was dependent on temperature. Again, MCF-7 showed a lower uptake of 2-NBDG than the cells of MDAMB-231, which suggests that MCF-7 metabolizes glucose in the mitochondria rather than via aerobic glycolysis. However, the expression of glucose carriers GLUT-1 and GLUT-3 was nearly equal on all tumour cell lines except for the cells of HT-29 and MDAMB-468 where GLUT-3 was seen only sparsely. Six out of nine tumour cell lines displayed the phenotype CD44+ / CD24+, meaning the concomitant expression of CD44 and CD24. The single expression of CD44 was seen on two tumour cell lines and one tumour cell line showed the single expression of CD24. A correlation between glucose uptake, lactate production and a particular phenotype respectively could not be shown unambiguously, albeit three out of five tumour cell lines with a high lactate production exhibited the single expression of CD44 or CD24. The non-essential amino-acid glutamine is a constituent of human blood and therefore, was added to the culture medium. The tumour cell lines’ lactate production was measured in the presence and absence of glutamine. The lactate production in some tumour cell lines decreased strongly in glutamine-free but glucose-containing culture medium (Glc+ Gln-). The tumour cell lines HT-29, 23132/87, BXPC-3 and HRT-18 showed this phenomenon, indicating an influence of glutamine on the metabolism of glucose to lactate. For example, glutamine may affect glycolysis by an allosteric impact on particular enzymes, resulting in a higher lactate production. Lactate production by glutaminolysis could not be proven within this thesis. Further investigations are required to elucidate this.
KW  - Lactate
KW  - Glutaminstoffwechsel
KW  - Antigen CD44
KW  - Warburg Effekt
KW  - CD24
KW  - Warburg effect
KW  - CD44
KW  - CD24
KW  - glutamine
KW  - lactate
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-66684
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wenk, Florian
T1  - Charakteristika ergospirometrischer und metabolischer Parameter während submaximaler Belastung über 100 Minuten auf einem Fahrradergometer
T1  - Characteristics of spiroergometric and metabolic parameters during 100 minutes of submaximal exercise on a cycle ergometer
N2  - Traditioneller Parameter zur Festlegung der Herzfrequenzen für die verschiedenen Trainingsbereiche in Ausdauersportarten ist die Laktatkonzentration des Athleten in einem Stufenleistungstest. Nur wenige Autoren beschreiben bisher das Verhalten physiologischer Parameter während längerer Belastung. Daher untersuchten wir über eine Dauer von 100 Minuten sowohl metabolische als auch spirometrische Daten von 18 Probanden (13 "gut-trainierte" Radrennfahrer und 5 "trainierte" Tourenfahrer) auf einem Radergometer (Vita-maxima-Stufenleistungstest (Test 1) zur Festlegung der Intensitäten, Test 2 bei konstanter Herzfrequenz-, Test 3 bei konstanter Leistungsvorgabe). Die individuellen Vorgaben für die beiden 100-minütigen Tests wurden ausgehend von einer Laktatkonzentration von 3,0 mmol/l im Stufenleistungstest festgelegt, der nach dem Protokoll des Bundes Deutscher Radfahrer (BDR, Beginn mit 100 W, Steigerung 20 W, Stufendauer 3 Minuten) durchgeführt wurde. Ergebnis der vorliegenden Untersuchung ist, dass 1. Stufenleistungstests mit einer Stufendauer von 3 Minuten weder eine verlässliche Schätzung eines Laktat-Steady-States noch eine Voraussage über die Leistung des Athleten während längerer Belastung mit konstanter Intensität zulassen, 2. Sauerstoffaufnahme, Leistung und Herzfrequenz zwischen Stufenleistungstest und Belastungen bei konstanter Herzfrequenz- bzw. Leistungsvorgabe auch bei Gruppen von Athleten mit unterschiedlichem Trainingshintergrund viel besser korrespondieren als der metabolische Parameter Laktat, 3. basierend hierauf Leistung in Verbindung mit Herzfrequenz eine ideale Möglichkeit zur Vorgabe von Trainingsintensitäten und somit zur Trainingssteuerung im Radsport darstellen könnte.
N2  - Traditional parameters for determining the different heart rate training zones in endurance sports are the athlete's lactate concentrations in an incremental stage test. As only few authors observed physiological parameters during prolonged exercise, we monitored metabolic as well as spirometric parameters of 18 subjects (13 "well-trained" and 5 "trained" road cyclists) in two trials over 100 minutes duration (session 2 at constant heart rate, session 3 at constant workload) on a cycle ergometer. Based on the protocol of the German National Cycling Federation (BDR, starting cycling at 100 W and increase of workload by 20 W every 3 min), individual intensities for the 100-minute trials were calculated from the subject's lactate concentration of 3.0 mmol/l in the stage test. We found, that 1. incremental stage tests with a stage duration of 3 minutes do neither provide a reliable estimation of the athlete's lactate steady state nor allow a prediction of the athlete's performance during prolonged exercise at constant intensities, 2. in groups of athletes with different training background, VO2, workload and HR show a much higher correspondence among incremental and constant heart rate resp. constant workload trials than the metabolic parameter lactate, 3. based on this, workload combined with heart rate could mean an ideal way of training intensity prediction and monitoring in cycling.
KW  - Ergospirometrie
KW  - Laktat
KW  - submaximale Intensität
KW  - Vorhersage der Ausdauerleistungsfähigkeit
KW  - spiroergometry
KW  - lactate
KW  - submaximal exercise
KW  - endurance prediction
Y1  - 2005
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-15148
ER  - 
TY  - THES
A1  - Negele, Sabrina
T1  - Koffein, Halothan und Sevofluran als Triggersubstanzen in einem minimal-invasiven Test zur Maligne-Hyperthermie-Diagnostik
T1  - Caffeine, halothane and sevoflurane as trigger substances in a minimally-invasive test for the diagnosis of malignant hyperthermia
N2  - Die Maligne Hyperthermie (MH) ist eine erbliche Myopathie, die bei prädisponierten Patienten durch Anwendung volatiler Anästhetika sowie depolarisierender Muskelrelaxanzien bei Narkosen verursacht wird. Die klinische Symptomatik umfasst einen Anstieg des endexspiratorischen Kohlendioxidpartialdrucks, metabolische Azidose und Hyperthermie. Dieser Prozess wird durch einen abnorm erhöhten Einstrom von Kalzium aus dem sarkoplasmatischen Retikulum in das Zytoplasma ausgelöst, welcher durch eine Mutation im Ryanodinrezeptor der Skelettmuskulatur bedingt ist. Der Goldstandard für die Diagnostik einer MH-Veranlagung ist der Koffein-Halothan-In-vitro-Kontrakturtest. Eine Alternative zu diesem operativen Eingriff stellt der minimal-invasive Test dar. Untersucht wurde, ob der intramuskuläre Laktatspiegel durch eine lokale Applikation der Triggersubstanzen Halothan 6 Vol%, Koffein 80 mM und Halothan 4 Vol% in Abhängigkeit von der MH-Prädisposition gesteigert wird. Ziel der Studie war es zu überprüfen, ob dies eine Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Individuen ermöglicht. Da Halothan in naher Zukunft kommerziell nicht mehr erhältlich sein könnte, wurde Sevofluran als neueres Inhalationsanästhetikum im Tierversuch in unterschiedlichen Konzentrationen intramuskulär appliziert um zu testen, ob sich der Laktatwert in Abhängigkeit von der MH-Veranlagung verändert und eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Tieren erlaubt. Ziel war es, die erhobenen Daten auf eine mögliche Dosis-Wirkungs-Beziehung zu untersuchen. In der Probandenstudie wurden bei 23 Freiwilligen (neun MHS-Patienten, sieben MHN-Patienten, sieben Kontrollpersonen) über Venenverweilkatheter Mikrodialysesonden mit Zuspritzschläuchen in den M. vastus lateralis eingeführt. An die Spitze der Messsonden wurden nach einer Äquilibrierungsphase die Triggersubstanzen Halothan 6 Vol% (nur in der Kontrollgruppe), Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM lokal als Bolus von 200 µl über Zuspritzschläuche appliziert und die resultierenden intramuskulären Laktatveränderungen im Dialysat photospektrometrisch gemessen. Sowohl nach Stimulation mit Koffein als auch mit Halothan 4 Vol% zeigten sich Maximalwerte der Laktatkonzentrationen bei MHS-Patienten, die sich als signifikant höher als die der MHN- und Kontrollgruppe erwiesen. In der Kontrollgruppe wurde eine zusätzliche Messung mit einer Konzentration von Halothan 6 Vol% durchgeführt. Bei den Messungen wurden Werte erreicht, die für MHS-Patienten typisch sind. Im Tiermodell wurden bei gleichem Versuchsaufbau Messsonden in den Adduktorenmuskeln der Hinterläufe von neun MHS- und sechs MHN-Pietrain-Schweinen platziert. Als Triggersubstanz wurde Sevofluran in den Konzentrationen 3%, 7,5%, 15% und 28 Vol% gelöst in Sojabohnenöl als Bolus von 100 µl appliziert. Die Laktat- und Pyruvatwerte sowie die Laktat-Pyruvat-Quotienten stiegen dosisabhängig an. Es war ein signifikanter Unterschied zwischen den Maximalwerten der MHS- und MHN-Tiere nachweisbar. Die Vitalparameter wurden in beiden Versuchen kontinuierlich überwacht und metabolische Parameter vor und nach den Untersuchungen bestimmt. Es traten weder bei den untersuchten Probanden noch bei den Versuchstieren signifikante systemische oder lokale Nebenwirkungen auf. Wie schon vorhergehende Untersuchungen belegen diese beiden Studien, dass die intramuskuläre Stimulation mit MH-Triggersubstanzen zu einer Veränderung der lokalen Stoffwechselvorgänge mit signifikantem Laktatanstieg führt, welche bei MH-Prädisponierten stärker ausgeprägt ist als bei Gesunden. Koffein 80 mM und Halothan 4 Vol% ermöglichen eine sehr gute Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Probanden. Eine zu hohe Konzentration an Triggersubstanz (Halothan 6 Vol%) ruft auch in nicht-veranlagten Patienten eine lokale, MH-ähnliche Reaktion hervor. In diesem Fall kann keine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Individuen auf der Grundlage der Stoffwechselvorgänge getroffen werden. Bei der intramuskulären Applikation von Sevofluran ist eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Tieren über die resultierende Laktatkonzentration wiederum zu erreichen, so dass Sevofluran im Rahmen des Versuchsprotokolls als Ersatz für Halothan geeignet ist. Es ergibt sich eine klassische Dosis-Wirkungs-Beziehung für diese Substanz. Die von uns erhobenen Daten zeigen, dass mittels des im Rahmen dieser Arbeit eingesetzten Untersuchungsverfahrens eine zuverlässige Diagnostik einer MH-Veranlagung möglich ist. Das minimal-invasive Testverfahren könnte in naher Zukunft die heutige MH-Diagnostik ergänzen.
N2  - Malignant hyperthermia (MH) is an autosomal dominant inherited myopathy triggered by volatile anesthetics and/or depolarizing muscle relaxants. It is caused by an abnormal intracellular calcium release mediated via the ryanodine receptor, leading to a potentially lethal hypermetabolic syndrome with a massive increase of carbon dioxide, metabolic failure and heat production. The standard procedure for diagnosing MH susceptibility is the halothane-caffeine-contracture test which requires an invasive muscle biopsy. Therefore an alternative test, which is less invasive, is needed. We hypothesized that intramuscular injection of halothane 6 vol%, caffeine 80 mM and halothane 4 vol % would increase local lactate concentrations in individuals susceptible to MH (MHS) but not in those who are not susceptible (MHN) or healthy. Due to the probable lack of availability of halothane in the near future, we conducted the same experiments using sevoflurane. We proposed that local intramuscular injection of sevoflurane increases the lactate concentration dose-dependently in MH-susceptible pigs more than in MH-nonsusceptible pigs and allows a differentiation between these two groups. Microdialysis probes with attached microtubing catheters were placed in the lateral vastus muscle in nine MHS, seven MHN and seven control participants. After equilibration, 200 µl of halothane 6 vol% (only in controls), halothane 4 vol% , both dissolved in soybean oil, and 200 µl of caffeine 80 mM were injected as single boli into the tip of the microdialysis probe and the resulting lactate-increase was measured spectrophotometrically. Lactate increased significantly in MHS participants compared to MHN and control individuals after injection with caffeine and halothane 4 vol%. However, control participants showed relevant increases of lactate after injection of halothane 6 vol% comparable with the reaction of MHS patients. In a second series of investigations, microdialysis probes were inserted into the hindlimbs of nine MHS- and six MHN-Pietrain pigs. We used 100 µl of Sevoflurane 3%, 7.5%, 15% and 28 Vol% dissolved in soybean oil as a trigger substance. A dose-dependent response for lactate and the lactate/pyruvate ratio was observed only in MHS individuals. Systemic hemodynamic und metabolic parameters were monitored throughout both experiments. There were no significant side effects in humans or pigs. The results demonstrate that intramuscular injection of caffeine, halothane and sevoflurane induces a hypermetabolic reaction in skeletal muscle which can be measured by an increase of local lactate concentration. Sevoflurane can be used as a suitable replacement for halothane in the minimally invasive metabolic test. The findings of this study allow a differentiation of MHS and MHN individuals by measuring the local lactate concentration after application of a defined dose of a trigger substance. Thus, our minimally invasive test could be used to supplement routine testing for MH-susceptibility.
KW  - Maligne Hyperthermie
KW  - Lactate
KW  - Sevofluran
KW  - Halothan
KW  - Coffein
KW  - Mikrodialyse
KW  - Skelettmuskel
KW  - minimal invasiv
KW  - malignant hyperthermia
KW  - lactate
KW  - sevoflurane
KW  - halothane
KW  - caffeine
KW  - microdialysis
KW  - sceletal muscle
KW  - minimal invasive
Y1  - 2008
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-36490
ER  - 
TY  - THES
A1  - Metterlein, Thomas
T1  - Methodische Untersuchungen zur Entwicklung eines minimal-invasiven Tests für die Diagnostik einer Veranlagung zur Malignen Hyperthermie
T1  - Methodical studies to develop a minimally invasive test for the diagnosis of a susceptibility to malignant hyperthermia
N2  - Die Maligne Hyperthermie (MH) ist eine akut lebensbedrohliche subklinische Myopathie. Volatile Anästhetika und depolarisierende Muskelrelaxantien verursachen in der Skelettmuskulatur von Patienten mit entsprechender Veranlagung einen potentiell tödlichen Hypermetabolismus, der durch eine Laktatazidose und eine massive Kohlendioxidproduktion gekennzeichnet ist. Zur Zeit stellt der In-vitro-Kontraktur-Test (IVCT) die beste Möglichkeit der MH-Diagnose dar, allerdings wird hierfür eine offene Muskelbiopsie benötigt. In unsere Studie gingen wir davon aus, dass die intramuskuläre Applikation von Koffein und Halothan den lokalen Laktatspiegel sowie den lokalen Kohlendioxidpartialdruck (pCO2) bei Patienten mit entsprechender Veranlagung im Vergleich zu gesunden Individuen erhöhen würde, ohne eine systemische Nebenwirkung zu induzieren. Ziel sollte dabei sein einen minimal-invasiven Test für die MH-Diagnostik zu entwickeln. Mit Genehmigung der Ethikkommission wurden 6 Probanden mit MH Veranlagung (MHS), 7 ohne entsprechende Veranlagung (MHN) und 7 gesunde Kontrollprobanden ohne MH-Vorgeschichte in der Familie untersucht. PCO2- und Mikrodialysesonden mit einem Zuspritzkatheter wurden ultraschallgesteuert mit mindestens 2 cm Abstand in den Musculus rectus femoris platziert. Nach Äquilibrierung wurden an die Sondensitze jeweils 100 µl Halothan 10% (vol/vol) gelöst in Sojabohnenöl und 500 µl Koffein 80 mM injiziert. Laktat im aufgefangenen Dialysat wurden alle 15 min spektrometrisch bestimmt. PCO2 wurde kontinuierlich aufgezeichnet. Systemisch metabolische und hämodynamische Parameter sowie Schmerz wurden intermittierend aufgezeichnet. Nach Koffein und Halothaninjektion waren die Laktatspiegel in der MHS-Gruppe signifikant höher als in der MHN- oder Kontrollgruppe. Vor Stimulation bestanden keine Unterschiede in der Laktatkonzentration zwischen den Gruppen. PCO2-Messungen nach Injektion von Koffein und Halothan führten in der MHS-Gruppe zu einem signifikant höheren Kohlendioxidpartialdruckanstieg als in der MHN- oder Kontrollgruppe. Höhere Myoglobin- und Kreatinkinasespiegel in der MHS-Gruppe weisen auf eine Rhabdomyolyse in Folge der hypermetabolen Reaktion hin, ohne dass klinisch relevante Nebenwirkungen beobachtet wurden. Die Ergebnisse der Studie zeigen, dass die intramuskuläre Injektion von Koffein und Halothan einen transienten Anstieg der lokalen Laktat- und PCO2-Konzentration bei MH-Suszeptiblen, nicht aber bei MHN- oder Kontrollindividuen induziert. Ein systemischer Hypermetabolismus sowie andere schwerwiegende Nebenwirkungen wurden durch die lokale Triggerapplikation nicht erzeugt. Der hier dargestellte metabolische Test könnte durch die lokale Stimulation mit Koffein und Halothan eine minimal-invasive Diagnostik der Malignen Hyperthermie ermöglichen.
N2  - Malignant hyperthermia (MH) is an acute life-threatening myopathy. In the skeletal muscle of predisposed patients, volatile anaesthetics and depolarising muscle relaxants induce a potentially lethal uncontrolled hypermetabolism, characterised by lactic acidosis and excessive carbon dioxide production. Presently, the best method for diagnosing MH susceptibility is the in-vitro contracture test (IVCT), which requires an invasive open muscle biopsy. We hypothesized that intramuscular caffeine and halothane application would increase local lactate concentration and carbon dioxide partial pressure (PCO2) in individuals susceptible to MH but not in those who are non-susceptible or in healthy individuals, without initiating systemic side effects. Diagnosis of susceptibility to MH may be possible with this minimally invasive metabolic test. 6 MH susceptible probands (MHS), 7 MH non-susceptible probands (MHN), and 7 healthy controls without personal or family history of MH were studied with the approval of the local ethic committee. PCO2 probes and microdialysis probes with attached microtubing were placed ultrasound guided in the rectus femoris muscle of the thigh at least 2 cm apart. 500 µl caffeine 80 mM and 100 µl of Halothane 10 % (vol/vol), dissolved in soybean oil, were injected to the tip of each probe following equilibration. Spectrophotometry was used to analyze dialysate samples for lactate at 15 minute intervals. PCO2 was recorded continuously. Throughout the experiment, systemic hemodynamic and metabolic parameters, as well as pain, were measured. Local concentrations of lactate in MH-susceptibles were significantly higher than in MH-non-susceptible probands or healthy controls after intramuscular injection of caffeine and halothane respectively. There was no difference between the three study groups in control measurements of lactate before stimulation by halothane or caffeine. PCO2 measurements revealed that local injection of caffeine and halothane leads to a significantly higher PCO2 increase in MH-susceptibles than in MH-non-susceptibles or controls. Higher serum creatine kinase and myoglobin levels in the group of the MH-susceptibles during trigger application may be the result of rhabdomyolsis due to a hypermetabolic reaction. Under the conditions used here, no clinically relevant systemic side-effects were observed. The results of this study demonstrate that local intramuscular caffeine and halothane application induces a transient increase in local lactate and PCO2 in MH susceptible probands but not in MH non-susceptible, nor in healthy control individuals. Systemic hypermetabolic symptoms or other serious side-effects are not induced by local MH trigger application. A metabolic test with local stimulation using caffeine and halothane may allow a minimally invasive test to diagnose MH susceptibility.
KW  - Maligne Hyperthermie
KW  - metabolischer test
KW  - minimal- invasiv
KW  - Laktat
KW  - pCO2
KW  - Malignant hyperthermia
KW  - metabolic test
KW  - minimally invasive
KW  - lactate
KW  - PCO2
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-18841
ER  - 
TY  - THES
A1  - Roth, Cosima
T1  - Modifikation eines minimal-invasiven, metabolischen Tests – mittels Einsatz standardisierter Mikrodialysesonden mit integriertem Zuspritzkatheter - zur Diagnostik einer Malignen Hyperthermie-Disposition
T1  - Modification of a minimally invasive, metabolic test - using standardised microdialyse probes including an attached microtubing - for the diagnosis of malignant hyperthermia
N2  - Die Maligne Hyperthermie ist eine latente metabolische Myopathie, die durch Exposition mit volatilen Anästhetika oder depolarisierenden Muskelrelaxantien in disponierten Individuen zu einem potentiell lebensbedrohlichen hypermetabolen Syndrom der Skelettmuskulatur führen kann. Dieser Zustand basiert auf einer unkontrollierten sarkoplasmatischen Kalziumfreisetzung über funktionell veränderte Ryanodinrezeptoren. Die klinische Symptomatik umfasst einen Anstieg des Kohlendioxidpartialdrucks und der Körperkerntemperatur sowie eine Tachykardie, Laktatazidose und Muskelspasmen. Zur Diagnostik einer MH-Veranlagung stellt der In-Vitro-Kontrakturtest bis heute das einzige verlässliche diagnostische Verfahren dar. Der in dieser Studie untersuchte metabolische Test bietet aufgrund seiner minimalen Invasivität und seinem geringeren zeitlichen bzw. kostenintensiven Aufwand relevante Vorteile gegenüber dem In-Vitro-Kontrakturtest. In dieser Studie wurde untersucht, ob unter Einsatz der MAB 7 Mikrodialysesonden mit integriertem Zuspritzkatheter der intramuskuläre Laktatspiegel durch lokale Applikation von Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM gesteigert werden kann und somit eine Differenzierung zwischen MHS- und MHN-Individuen möglich ist. Mit Genehmigung der örtlichen Ethikkommission wurden bei 7 MHS-, 9 MHN-, 7 MHN-Neuro- und 7 Kontrollprobanden je vier Mikrodialysesonden im Musculus vastus lateralis platziert. Nach 20-minütiger Äquilibrierungszeit wurden über je 2 Sonden 200 µl Koffein 80 mM bzw. 200 µl Halothan gelöst in Sojabohnenöl mit einer Flussgeschwindigkeit von 70 µl/min injiziert und die Laktatkonzentration im Dialysat spektrophotometrisch gemessen. Sowohl nach Stimulation mit Halothan 4 Vol% als auch Koffein 80 mM kam es in der MHS-Gruppe zu einem signifikanten Anstieg der Laktatkonzentrationen im Vergleich zu allen drei anderen Probandengruppen. Ebenso waren die erreichten Maximalwerte der MHS-Probanden signifikant höher verglichen mit denen der MHN-, MHN-Neuro- und Kontrollgruppen. Als Zeichen der stärker abgelaufenen Stoffwechselreaktion waren die Kreatinkinase und die VAS-Werte nach Triggerapplikation in der MHS-Gruppe signifikant erhöht. Systemische hämodynamische und metabolische Parameter blieben bei allen vier Probandengruppen im Normbereich. Wie schon in vorangegangenen Untersuchungen gezeigt, belegt diese Studie, dass die intramuskuläre Stimulation mit MH-Triggersubstanzen zu einer Aktivierung der lokalen Stoffwechselvorgänge führt mit einem signifikanten Laktatanstieg in MH-disponierten Individuen. Die gewählten Triggerkonzentrationen von Halothan 4 Vol% und Koffein 80 mM ermöglichten eine Unterscheidung zwischen MHS- und MHN-Probanden. Es kam jedoch bei drei nicht MH-veranlagten Probanden zu einem falsch-positiven Ergebnis. Die erstmalig eingesetzten MAB 7 Mikrodialysesonden mit integriertem Zuspritzkatheter zeigten konstante relative Recovery-Werte unter den jeweiligen Flussgeschwindigkeiten. Die Einführung dieser Sonden stellt einen weiteren Schritt zur Vereinfachung und Standardisierung des Verfahrens dar. Durch weitere methodische Untersuchungen mit variierenden Parametern wie Trigger-konzentration, Menge und Applikationsintervall scheint es möglich, noch eindeutigere Grenzen zur sicheren Unterscheidung zwischen MHS und MHN ziehen zu können. In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass die Entwicklung des minimal-invasiven Testverfahrens eine für die Zukunft vielversprechende klinische Grundlage zur Diagnostik einer MH-Veranlagung darstellt.
N2  - Malignant hyperthermia (MH) is a potentially lethal hypermetabolic syndrome which develops in predisposed individuals after exposure to trigger substances: depolarizing neuromuscular blocking agents and volatile anesthetics. In skeletal muscles of MH susceptible (MHS) individuals, a mutated ryanodine receptor leads to an intracellular Ca2+ release. This alters mitochondrial energy turnover resulting in a significant increase in oxygen consumption and an overwhelming production of carbon dioxide and heat. The breakdown of the cellular homeostasis leads to lactic acidosis and rhabdomyolyis. At the moment, the standard testing to diagnose a MH susceptibility is the in-vitro contracture test (IVCT), which requires an invasive open muscle biopsy. We hypothesized that intramuscular injection of halothane 4 vol% and caffeine 80 mM using standardised microdialyse probes MAB 7 would increase local lactate concentrations in individuals susceptible to MH (MHS) but not in those who are not susceptible (MHN) or healthy control individuals. Furthermore we examined how MHN individuals (MHN-Neuro) with elevated creatine kinase (CK) levels behave in the minimally invasive, metabolic test. Custom made microdialysis probes (MAB7, Microbiotec, Stockholm, Sweden) including an attached microtubing that ended in the middle of the microdialysis membrane were inserted in the lateral vastus muscle in 7 MHS, 9MHN, 7MHN-Neuro and 7 control individuals. After equilibration, 200 µl halothane 4 vol% and 200 µl caffeine 80 mM were injected to the tip of each probe with an injection rate of 70µl/min and the lactate concentrations of the dialysate samples were measured spectrophotometrically. Moreover microdialysis was performed to verify the relative recovery of the MAB 7 microdialysis probes. Lactate and CK increased significantly in MHS probands compared to MHN, MHN-Neuro and control individuals after injection of caffeine 80mM and halothane 4 vol%. 3 MHN-Neuro probands showed a relevant increase of lactate after injection of halothane 4 vol% comparable to the reaction of MHS patients. Stable relative recovery was observed. The results demonstrate that a differentiation between MHS and MHN individuals using the standardised microdialyse probe MAB 7 is possible. It is a further step to standardisation and simplification of the metabolic test. Concerning the MHN-Neuro probands, the muscle metabolism is more sensitive compared to MHN individuals without elevated CK levels. It supports various guidelines to abstain from classic MH trigger substances succinylcholin and volatile anesthetics in patients with known or suspected myopathies.
KW  - Maligne Hyperthermie
KW  - minimal-invasiv
KW  - metabolischer Test
KW  - Mikrodialyse
KW  - Koffein
KW  - Halothan
KW  - Laktat
KW  - malignant hyperthermia
KW  - minimal-invasive
KW  - metabolic test
KW  - lactate
KW  - mikrodialysis
KW  - caffeine
KW  - halothane
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-73857
ER  -