Neuromuskuläre Übertragung und Monitoring

SAFFET KARACA

ISTANBUL UNIVERSITÄT

CERRAHPAŞA MEDICINISCHE FAKULTÄT

ANAESTHESIE ABTEILUNG

NEUROMUSKULÄRE ÜBERTRAGUNG

Neuromuscular übertragung ist ein lebenswichtiger Prozeß, der unserem Zentralnervensystem ermöglicht, die Bewegung der Muskeln in unseren Körpern zu steuern und zu ermöglichen.

Muskelrelaxanzien

• Neuromuskuläre Übertragung wird durch Muskelrelaxanzien in der Anästhesiepraxis blockiert.

• Muskelrelaxanzien sind Subtanzen, die eine revesible schlaffe Lähmung der Skelettmuskulatur hervorrufen.

• Die Lähmung entsteht durch eine Hemmung der Impulsübertragung an der motorischen Endplatte des Muskels.

Geschichte

• Kurare ist das älteste Muskelrelaxans.

• Diese Substanz wurde von südamerikanischen Indianern als Pfeil und Speergift für die Jagd, verwendet.

• Gewonen wurde das Gift aus Chondrodendron tomentosum

Das Blatt der Kurare

• Claude Bernard erkannte bei seinen Experimenten, daß das Pfeilgift an den peripheren Nervenendigungen bzw. Neuromuskulären Verbindungsstellen angreift und eine Lähmung der quergestreiften Muskulatur hervorruft.

• In die Anaesthesie wurde Curare am 23.1.1942 von Griffith und Johnson eingeführt.

Wenn der markhaltige Nerv die Muskelfascie erreicht hat, verliert seine Myelinscheide.

•Er teilt sich in einzelne Nervenfasern, von denen jede eine bestimmte Zahl von Muskelnfibrillen versogt.

•In den feinmotorischen Muskel, z.B. Am Auge, sind es nur wenige, in der gröberen Haltemuskulatur bis zu 150 Fasern, die mit dem zugehörigen Nervenende eine motorische Einheit bilden.

• Gegen den Muskel hin wird das terminele Axon des Nerven durch die präsynaptishe Membran abgedeckt.

• Ihr gegenüber liegt die postsynaptische Membran.

• Beide Membranen sind durch den synaptischen Spalt von etwa 500 Å getrennt und gefaltet, so daß sich eine große Kontaktfläche ergibt.

• Die an der motorischen Nervenendigung eintreffende Errengung setzt aus den Vesikeln Azetylcholin frei.

• Hierfür wird Ca2+ benötigt.

• Der Transmitter diffundiert durch den Synaptischen Spalt zum cholinergen Rezeptor in der subsynaptischen Membran der Muskelzelle

• Durch die Bindung von Azetylcholin an den Rezeptor ändert sich die Membran permeabilität der Endplattenregion für Natrium and Kalium ionen.

• Natrium strömt von der Außenseite der Mebrane zur Innenseite.

• Hierdurch entsthet aus dem Ruhepotential der Membran ein Endplattenpotential.

• Überschreitet das Endplattenpotential einen schwellenwert, so wird ein Aktionspotential ausgelöst, das sich über die gesamte Muskelfaser ausbreitet.

• Anschließend kontrahiert sich die Muskelfaser.

• Der nikotinartigen cholinerge Rezeptor der motorischen Endplatte ist ein Glykoprotein, das aus 5 rosettenförmig angeordneten Untereinheiten (2, 1, 1, 1 Einheit) aufgebaut ist, in deren Mitte ein Kanal (Ionophor) gebildet wird.

• Das Ionophor öffnet sich, wenn die zwei -Einheiten mit einem Agonisten besetz sind. Dadurch wird der Ionenkanal für Kationen durchlässig, K+ kann aus der Zelle aus und Na+ in die Zelle einströmen, so dass ein Aksiyonpotential ausgelöst wird, was durch Übertragung auf die benachbarten Muskelzellen zur Kontraktion führt.

• Ist die Nervenaktivität eingeschränkt, wie dies bei Denervierung oder Trauma der fall ist, proliferiert eine andere Art von Rezeptoren.

• Diese liegen außerhalb der Endplatte extrasynaptisch im Sarkolemm, sind in ihren Aufbau verändert(eine - statt einer -Einheit).

• Bei Aktivierung bleiben sie länger geöffnet, was zur Hyperkaliämie führen kann.

• Depolarisierende Muskelrelaxanzien besetzen die zwei -Einheiten lösen somit eine Kontraktion (Faszikulationen) aus, werden aber nicht durch die ACH-Esterase abgebaut, so daß sie länger am Rezeptor haften.

• Die aufrechterhaltane Depolarisation führt zur Abnahme der Empfindlichkeit der Muskelmembran für weitere AP und lähmt somit den Muskel.

Depolarisationsblock (Phase-I-Block)

• Ist bereits eine der -Einheten mit einem Antagonisten besetz, kann das Ionophor nicht mehr geöffnet werden.

• Es ist also bei der kompetitiven Hemmung das Gleichgewicht zu Gunsten der nicht depolarisierende Muskelrelaxanzien verschoben.

• Charakterisch für diese Blockadeform ist die Antagonisierbarkeit mit Cholineseterasinhibitoren.

Nichtdepolarisationblock

Desensitisationsblock

• Ionophore, die Agonisten binden, bei denen der Kanal aber nicht ionendurchlässig wird, werden als desensitiert bezeichnet.

• Verschiedene Pharmaka können durch einen nicht kompetitiven Mechnismus zur Desensitisation führen:

• ACH-Agonisten, Cholinesteraseinhibitoren• Barbiturate , Inhalationsanästhetika• LA, Kalzium antagonisten• Antibiotika, Alkohole

Offener Kanalblock

• Beim offenen Kanalblock “verklmemt”sich ein positiv geladenes Molekül im Kanal, der somit nicht mehr durchlässig für Ionen ist.

• Diese Blockadeart wird durch ACH potenziert, da dieses das Ionophor öffnet und somit zugänglich macht für die blockierende Substanz.

Geschlossener Kanalblock

• Diese Blockadeform ensteht bei geschlossenem oder offenem Kanal, in dem sich große Moleküle an die äußere Öffnung legen oder in diese eindringen und das Ionophor blockieren.

Dual Block (Phase-II-Block)

• Ensteht durch die kontinuierliche oder hochdosierte Zufuhr von depolarisierenden Muskelrelaxanzien.

• Charakteristischerweise ist dieser Blockadetyp anfangs nicht, mit zunehmender Zeitdauer jedoch durch Cholinesteraseinhibitoren antagonisierbar.

Neuromuskuläres Monitoring

• Viele Einflußfaktoren modulieren die Wirkung der Muskelrelaxanzien, so daß Wirkung, Wirkdauer und das Abklingen der Relaxation nicht mehr exakt vorhersagbar sind.

• So wurde in Untersuchungen im Aufwachraum in bis zu 50% Relaxazienüberhänge gefunden.

• Dies untermauert, daß neben der klinischen Beurteilung eine zusätzich apparative Überwachung der Muskelrelaxation nötig ist.

Intraoperativ Beurteilung

• Spontanbewegung

• Beurteilung durch den Operateur

• Anstieg des Beatmungsdruckes

• Zwichenatmen in der CO2-Kurve

• Die zur Narkoseausleitung oft verwendeten Parameter wie ausreichendes AZV oder inspiratorische Kraft schliessen einen Relaxanzienüberhang nicht aus und sind weniger empfindlich wie das Drücken der Hände und Öffnen der Augen.

• Der empfindlichste klinische Parameter ist das Heben des Kopfes über 5 sec. Kann aber nur am wachen Pat. Getestet werden.

• Dies macht zur Vermeidung von Relaxansüberhängen die Notwendigkeit einer zusätzlichen Kontrollmethode notwendig.

Meßverfahren

• Als relaxometrische Meßverfahren stehen neben dem Elektromyogramm (EMG) das Mechanomyogramm (MMG) und das Acceleromyogramm (AMG) zur Verfügung.

• Elektromyographie:     mißt die biphasischen Summenaktionspotentiale unmittelbar vor Muskelkontraktion

• Mechanomyographie: mißt die Kraft, z.B. des Daumens bei Muskelkontraktion

• Acceleromyographie: mißt die Beschleunigung, z.B. des Daumens bei Muskelkontraktion.

• Üblicherweise wird die isometrische Kontraktionskraft des M.adductor pollicis bei supramaximaler Stimulation des N.ulnaris gemessen.

• Eine Hand wird supiniert und fixiert

• Der Daumen wird unter einer Vorspannug von 2 bis 3 N abduziert und dieser Position gehalten Mechanomyographie

• Es wird die Beschleunigung des stimulierten Muskel gemessen.

• Zweiten Newtonschen GesetzesKraft = Masse x Beschleunigung

Mit einem auf dem Daumen fixiertenpiezoelektrischen Sensor wird die Beschleunigung des Daumens gemessen.

Akzeleromyographie

• Bei der Muskelkontraktion treten niedrigfrequente Geräusche auf, die durch geeignete Mikrophone von der Hautoberfläche aufgezeichnet und mit ähnlichen Algorithmen wie das EMG ausgewertet werden

PHONOMYOGRAPHIE

PHONOMYOGRAPHIE• Eine erste klinische Studie, in der dieses

Verfahren mit den klinisch etabilierten Methoden Mechanomyographie, Elektromyographie und Akzelerographie verglichen wurde, zeigte eine gute Übereinstimmung mit der Mechanomyographie und Akzelerographie, jedoch größere Diskrepanzen zur Elektromyographie.

• Dascalu A, Geller E at al.Acoustic monitoring of intraoperative neuromuscular block. Br J Anaesth 83:405-409

Elektrodenanlage über dem N.ulnaris (M.Adductor pollicis)

Für die Relaxometrie wird als Standartmuskel der M.AdductorPollicis, der vom N.ulnaris innerviert wird, verwendet.

Elektrodenanlage über dem N.Facialis (M.Orbicalis oculi)

Elektrodenanlage über dem N.Tibialis posterior (M.flexor hallucis)

Stromstärke, Reizform und Frequenz

• Bei dem elektrischen Reiz handelt es sich üblicherweise um einen monophasischen Rechteckimpuls mit 0,1-0,2 ms Dauer.

• Der Strom sollte zur Sicherheit supramaximal eingestellt werden

Bei Stimulationsfrequenzen über 0.1 Hz ist eine Abnahme der muskulären Antwort zu beobachtenso daß Einzelreizen bzw. TOF erstnach 10-15 sec wiederholt werden sollte.

Stimulationsmuster Einzelreizung oder Single Twitch Stimulation

Dabei handelt es sich um eine Einzelreizung mit supramaximaler stärkemit der Dauer von 0,1-0,2 ms und einer Frequenz von unter 0.1Hz.

Vierer-Reizseri oder Train-of-Four (TOF)

Bei TOF werden 4 Einzelreize mit einer Frequenz von 2 Hz in 2 sec appliziert

• Bei einer partiellen NMB mit nicht depolarisierende Muskelrelaxanzien kommt es bis zum vierten Reiz zu einer Abnahme der muskulären Antwort, was als Fading beziechnet wird.

• Dieses Fading kann durch den TOF-Ratio, der das Verhältnis der vierten zur ersten Reizantwort angibt, weiter quantifiziert werden.

• Ein TOF-Ratio von größer 75% wird als zuverlässiger Indikator für eine klinisch ausreichende neuromuskuläre Erholung angesehen.

• Wenn die dritte und vierte Reizantwort nicht mehr wahrnehmbar ist, beträgt neuromuskuläre Blockade 75-80%, wenn nur noch der erste Reiz beantwortet wird beträgt sie 90-95%.

• Wenn drei Reizeantwort erfaßt werden können, wird in der Regel eine Erhaltungsdosis notwendig.

0

25

50

75

100Prozent Relaxierung TOF

Anschlagzeit

DUR 25 klinische WirkdauerErholungsindex

ausreichende neuromuskuläre Funktion

Relaxansgabe

ausreichende RelaxationAntagonisieren nicht sinnvoll

Antagonierbarkeit der neuromuskulären Blockade

TOF-Quotient 75%

Zeit bis zur neuromuskulär ausreichender Erholung (TOF-Quotient 75%)

• Bei einem Depolarisationsblock werden alle vier Reizantwort gleich vermindert wiedergegeben, einen Ermüdungsreaktion ist nicht wahrnehmbar.

• Kommt es unter depolarisierenden Muskelrelaxanzien zu einem Abfall des TOF-Ratio, so ist dies ein Hinweis auf einen Dual-Block.

Double burst Stimulation (DBS)

• Bei der DBS handelt es sich um zwei Reizeserien mit jeweils drei kurzen tetanischen Reizen(50 Herz für 20 ms) mit einem Abstand von 750 msec.

Posttetanische Potanzierung

• Werden nach Injektion eines nicht depolarisierenden Muskelrelaxanz Einzelreize vor und nach tetanischer Reizung appliziert, so ist nach dem Tetanus die Kontraktionsamplitude größer.

• Dies wird posttetanische Potenzierung bezeichnet.

Post-Tetanic Count (PTC)

• Bei diesem Reizmuster werden Einzelreize (1 Hz über 1 min), danach eine Tetanus von 50 Hz über 5 sec. Gefolgt von einer Latenzzeit von 3 sec.und anschließend erneut Einzelreize (1Hz) appliziert.

• Die erste bis letzten Reizantwort wird gezählt und als PTC bezeichnet.

• PTC dient der Erfassung und Steuerung sehr tiefer Muskelrelaxationsgrade z.B. Bei Eingrriffen, bei denen keine Zwerchfellbewegung (Husten oder Pressen) erlaubt ist.

• Da das Zwerchfell eine größere Sicherheitsreserve als der M.adductor pollicis hat,bei denen trotz voller Relaxation des Daumens (TOF 0/4) Zwerchfellbewegungen wahr genommen werden können

• Dosis-Wirkungs-Kurven von Muskelrelaxanzien am Zwerchfell sind im Vergleich zum M.adductor pollicis nach rechts verschoben.

• Die Unterdrückung der Reizantwort des Zwerchfells erfordet verglichen mit dem M.adductor pollicis etwa die 1,5-bis 2fache Muskelrelaxanzien.

• Die Anschlagszeiten am Zwerchfell sind in der Regel um 30 bis 50 s kürzer verglichen mit dem M.adductor pollicis.

Die Wahl des Testmuskels

• Intubation: Corrugator supercilii

• Intraoperativ: Adductor pollicis (PTC) Corrugator supercilii (TOF) Fleksör hallucis brevis

• Erholungs: Adductor pollicis

Klinische Anwendung der einzelnen Stimulationsmuster

Wirkungseintritt IntraoperativesMonitoring

NeuromuskuläreErholung

TOF TOFPTC

TOFDBS