In-vitro Evaluation des Einflusses der Lokalanästhetika Ropivacain und Bupivacain auf die Kontraktilität des humanen Herzmuskels

In-vitro evaluation of the influence of local anesthetics ropivacaine and bupivacaine on the contractility of human heart muscle

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-210465
  • Der Einsatz von Regionalanästhesien nahm in den letzten Jahren stark zu. Durch die Blockade von spannungsabhängigen Natriumkanälen verhindern Lokalanästhetika eine Depolarisation sowie die neuronale Fortleitung der Schmerzimpulse. In höheren Dosierungen kann es jedoch zu ausgedehnten Blockaden im Myokard mit toxischen Wirkungen auf die Funktion der Muskelzellen kommen. Bis zur Einführung der Lipidemulsionen als Behandlungsoption bei einer Lokalanästhetikaintoxikation war eine prolongierte kardio-pulmonale Reanimation die einzige therapeutischeDer Einsatz von Regionalanästhesien nahm in den letzten Jahren stark zu. Durch die Blockade von spannungsabhängigen Natriumkanälen verhindern Lokalanästhetika eine Depolarisation sowie die neuronale Fortleitung der Schmerzimpulse. In höheren Dosierungen kann es jedoch zu ausgedehnten Blockaden im Myokard mit toxischen Wirkungen auf die Funktion der Muskelzellen kommen. Bis zur Einführung der Lipidemulsionen als Behandlungsoption bei einer Lokalanästhetikaintoxikation war eine prolongierte kardio-pulmonale Reanimation die einzige therapeutische Option. In dieser Arbeit wurden die aktuell häufig verwendeten langwirksamen Substanzen Bupivacain und Ropivacain hinsichtlich einer divergierenden Kardiotoxizität verglichen und die Präinkubation mit Lipofundin® als Möglichkeit zur Reduktion der Kardiotoxizität getestet. Mit Zustimmung der Ethikkommission wurden insgesamt 46 humane Herzmuskelbündel in einem Organbad untersucht. Es erfolgte im Abstand von drei Minuten eine Inkubation mit Koffein in steigenden Konzentrationen (0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 3,0; 4,0 mmol/l) und nachfolgend die Applikation von handelsüblichen Lösungen von Lokalanästhetika (50 – 100 – 150 µl). Es wurden entweder Bupivacain (0,25, 0,5, 0,75 mg), Ropivacain (0,375, 0,75, 1,125 mg) oder Ropivacain in Kombination mit Lipofundin® 20% N (200µl in Verdünnung 1:100) appliziert. Abschließend erfolgte die hochdosierte Gabe von Koffein (Gesamtkonzentration 32 mmol/l), um eine maximale Kontraktur auszulösen. Es zeigte sich kein signifikanter Unterschied zwischen Bupivacain und Ropivacain hinsichtlich der Kontraktionsamplitude und der Grundspannung bei ähnlichem Verhalten in beiden Gruppen. Die Präinkubation mit Lipofundin® ergab im Vergleich zur Kontrollgruppe keinen signifikanten Effekt. Eine signifikante konzentrationsabhängige Abnahme der Kontraktionsamplitude und der Grundspannung zeigte sich während der initialen Inkubation mit Koffein. Initiale Schädigungen, passagere Ermüdungserscheinungen oder hypoxische Stoffwechselzustände könnten trotz bestmöglicher Bedingungen die Ergebnisse beeinträchtigt haben. Die vorliegenden in-vitro-Ergebnisse lassen sich nur limitiert auf in-vivo-Bedingungen übertragen und verlangen nach weiteren Studien, die eine differenzierte und präzise Wirkweise sowie Dosierung von Lipidemulsionen evaluieren.show moreshow less
  • The use of local anesthesia has increased significantly in the last several years. Local anesthetics prevent neuronal transmission of pain impulses by blocking voltage-dependent sodium channels and preventing depolarization. At higher doses, however, extensive blockade in the myocardium can occur with toxic effects on the function of muscle cells. Until the introduction of lipid emulsions as a treatment option for local anesthetic toxicity, prolonged cardiopulmonary resuscitation was the only therapeutic option. In this in-vitro study, theThe use of local anesthesia has increased significantly in the last several years. Local anesthetics prevent neuronal transmission of pain impulses by blocking voltage-dependent sodium channels and preventing depolarization. At higher doses, however, extensive blockade in the myocardium can occur with toxic effects on the function of muscle cells. Until the introduction of lipid emulsions as a treatment option for local anesthetic toxicity, prolonged cardiopulmonary resuscitation was the only therapeutic option. In this in-vitro study, the cardiotoxicity of frequently used long-acting local anesthetics bupivacaine and ropivacaine were compared and preincubation with the lipid emulsion Lipofundin® was tested as a possible reduction of cardiotoxicity. With the approval of the ethics committee, a total of 46 human cardiac muscle bundles were examined in an organ bath. Incubation with caffeine was performed at increasing concentrations (0.5; 1.0; 1.5; 2.0; 3.0; 4.0 mmol/l) at intervals of three minutes, followed by the application of commercially available solutions of local anesthetics (50-100-150 µl). Either bupivacaine (0.25, 0.5, 0.75 mg), ropivacaine (0.375, 0.75, 1.125 mg) or ropivacaine in combination with Lipofundin® 20% N (200 µl diluted 1: 100) were administered. Finally, caffeine was given in high doses (total concentration 32 mmol/l) in order to induce a maximum contraction. There was no significant difference in contraction and basic tension between muscle groups incubated in bupivacaine and ropivacaine with similar behavior in both groups. The preincubation with Lipofundin® showed no significant effect compared to the control group. A significant concentration-dependent decrease in the contraction and the basic tension was seen during the initial incubation with caffeine. Despite optimal laboratory conditions, results may have been affected by initial muscle damage, temporary symptoms of fatigue, or a hypoxic metabolic state. These in-vitro results can only be applied to in-vivo conditions to a limited extent and further studies are required to evaluate different dosage of lipid emulsions and their effect on human subjects.show moreshow less

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Metadaten
Author: Anja Ziegler
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-210465
Document Type:Doctoral Thesis
Granting Institution:Universität Würzburg, Medizinische Fakultät
Faculties:Medizinische Fakultät / Klinik und Poliklinik für Anästhesiologie (ab 2004)
Referee:Prof. Dr. Frank Schuster
Date of final exam:2020/08/06
Language:German
Year of Completion:2020
DOI:https://doi.org/10.25972/OPUS-21046
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
GND Keyword:Lokalanästhesie; Bupivacain; Ropivacain
Tag:Lokalanästhetikaintoxikation
Release Date:2020/08/25
Licence (German):License LogoCC BY-NC-ND: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung, Nicht kommerziell, Keine Bearbeitungen 4.0 International