Eckehard Alfred Erwin Stuth
Dr. med.
Dose-dependent Effects of Halothane on the Phrenic Nerve Responses to Carotid Body
Chemoreceptor Stimulation by Acute Hypoxia or Carbon Dioxide in Vagotomized Dogs
Geboren am 9.01.1959 in Sindelfingen, Baden-Württemberg
Reifeprüfung (Baccalaureat International) am 1. Juli 1977 in St. Donat’s Castle, U.K.
Studiengang der Fachrichtung Medizin vom WS 1977 bis SS 1983
Physikum am 28.9.1979 an der Universität Heidelberg
Klinisches Studium in Heidelberg
Praktisches Jahr in Mannheim
Staatsexamen am 19.10.1983 an der Universität Heidelberg (Klinikum Mannheim)
Promotionsfach: Anaesthesiologie
Doktorvater: Priv.-Doz. Dr. med H. Böhrer
Einleitung: Bisherige Untersuchungen am Hund wie auch am Menschen konnten zeigen, daß der
durch Hypoxie und Kohlendioxid (CO2) über die Carotis-Chemorezeptoren verstärkte
Atemantrieb bereits durch subanästhetische Halothankonzentrationen beeinträchtigt und durch
anästhetische Konzentrationen komplett unterdrückt wird. Um die Reizantwort des Nervus
phrenicus auf einen akuten hypoxischen Reiz oder CO2-Reiz via der Carotis-Chemorezeptoren
besser charakterisieren zu können, haben wir die folgenden Untersuchungen in einem
Hundemodell mit offener Rückkoppelungsschleife durchgeführt. Die Amplitude der Aktivität
des Nervus phrenicus, welche eng mit dem Atemzugvolumen unter Spontanatmung korreliert, gilt
in diesem Modell als Maß für den zentralnervösen Atemantrieb.
Methoden: Die Wirkung anästhetischer Konzentrationen von Halothan auf die Reizantwort des
Nervus phrenicus auf einen kurzen, potenten Stimulus an den Carotis-Chemorezeptoren wurde in
zwei Versuchsreihen an insgesamt 30 Hunden untersucht. In der ersten Versuchsreihe (14
Hunde) wurden die Carotis-Chemorezeptoren durch einen isokapnischen hypoxischen Reiz von
einer Minute Dauer stimuliert. Der Sauerstoffpartialdruck betrug dabei minimal 36-38 mm Hg.
In der zweiten Versuchsreihe (16 Hunde) bestand der Carotis-Chemorezeptorenreiz aus einer 1-
1,5 Sekunden langen Infusion von 100% CO2 gesättigter, isotoner Kochsalzlösung in die
autoperfundierten Arteriae carotides communes. Alle Experimente wurden an mechanisch
beatmeten, nicht prämedizierten, vagotomierten Hunden unter Halothan/Muskelrelaxans Narkose
durchgeführt. Innerhalb der beiden Versuchsreihen wurden jeweils drei Versuchsprotokolle
eingesetzt. Im ersten Protokoll wurde die Wirkung der Halothandosis (0,5-2,0 MAC) auf die
Reizantwort des Nervus phrenicus unter konstanten hyperkapnischen Bedingungen (isokapnische
Hyperkapnie mit arteriellem CO2-Partialdruck von 60-65 mm Hg) untersucht. Im zweiten
Protokoll wurde die Wirkung unterschiedlicher arterieller CO2-Konzentrationen auf die
Reizantwort des Nervus phrenicus unter konstanter Halothannarkose (1,0 MAC) untersucht. Im
dritten Protokoll wurde durch Denervierung der Carotis-Chemorezeptoren die Rezeptorspezifität
für die beiden Stimuli bestätigt.
Ergebnisse: Protokoll 1: Die maximale Amplitude der elektrischen Aktivität des Nervus
phrenicus wurde durch beide Arten der Carotis-Chemorezeptorenreizung im Vergleich zu den
isokapnischen Ausgangswerten signifikant erhöht. Die Reizantwort wurde dosisabhängig von der
Halothankonzentration abgeschwächt, aber selbst durch hohe Halothankonzentrationen nicht
völlig unterdrückt.
Protokoll 2: Die Reizantwort des Nervus phrenicus auf die beiden Carotis-
Chemorezeptorenreize zeigte trotz unterschiedlicher basaler arterieller CO2-Konzentrationen
keine signifikanten Unterschiede. Protokoll 3: Beidseitige Denervierung der Carotis-
Chemorezeptoren verhinderte die Entwicklung einer Reizantwort des Nervus phrenicus in beiden
Versuchsreihen.
Schlußfolgerungen: Die Reizantwort des Nervus phrenicus sowohl auf einen akuten
isokapnischen hypoxischen Reiz, als auch auf eine kurze hochkonzentrierte CO2-Infusion in die
Aa. carotides communes konnte dosisabhängig durch Halothan abgeschwächt werden, aber selbst
durch hohe Halothankonzentrationen (> 1 MAC) nicht vollständig unterdrückt werden. Die
Wirkung beider Carotis-Chemorezeptorenstimuli auf die Reizantwort des Nervus phrenicus
erwies sich nur als additiv, aber nicht als synergistisch zur basalen CO2-Spannung im arteriellen
Blut. Die basale arterielle CO2-Spannung spiegelt unter den experimentellen hyperoxischen
Ausgangsbedingungen hauptsächlich den durch die (im Hirnstamm lokalisierten) zentralen
Chemorezeptoren vermittelten Atemantrieb wieder. Die relative Abschwächung der
Phrenicusaktivität durch eine Dosiserhöhung des Halothan um 1,0 MAC erreichte während der
hypoxischen Stimulation bzw. des CO2-Bolusreizes (d.h. bei Stimulation der peripheren Carotis-
Chemorezeptoren) und während den hyperoxischen Ausgangsbedingungen (im wesentlichen ein
Maß der Stimulierung der zentralen Chemorezeptoren) ein vergleichbares Ausmaß. Somit lassen
unsere Versuche nicht den Schluß auf eine selektive Abschwächung der Carotis-Chemorezeptoren
im Vergleich zu den zentralen Chemorezeptoren durch Halothan zu. Da in unseren
vagotomierten Hunden eine beidseitige Denervierung der Carotis-Chemorezeptoren zu einer
kompletten Unterdrückung der Reizantwort des Nervus phrenicus auf beide Reizarten (Hypoxie
und CO2 Bolus) führte, läßt sich folgern, daß beide Reizarten spezifisch für den Carotis-
Chemorezeptor sind. Zusammenfassend zeigen unsere Untersuchungen wesentliche
Unterschiede in der Wirkung des Halothan auf die peripheren Carotis-Chemorezeptoren zwischen
Hund und Menschen auf. Beim Menschen führen bereits sedative Konzentrationen von Halothan
zu einer starken, relativ selektiven Abschwächung und Konzentrationen von 1 MAC Halothan zur
völligen Blockade der peripheren Chemorezeptoren.
