Summary
Malignant hyperthermia is a rare but severe complication of modern anesthesia, induced by halothane and succinylcholine. The syndrome is characterized by a rapid sustained and extreme rise in body temperature associated with muscular rigidity, tachycardia, tachypnoea and cyanosis. The lethality is about 60%. The present paper describes the histological, histochemical and electron microscopical findings performed on muscle biopsies of 3 patients with malignant hyperthermia (1 patient died) and a so called risk patient.
In all patients morphological findings consistent with a pre-existent myopathy were found. Histologioally there were acute necrotic muscular fibers as well as in types I and II, variations in the fiber diameter and centralization of the nuclei. In two cases even fibers that had a normal aspect in HE slides, showed a pathologic pattern after phosphorylase reaction. In addition to acute rhabdomyolysis, electron-microscopic investigations revealed cystic expansion of the cisterns of the sarcoplasmic reticulum with a peculiar proliferation of the sarcolemma. In a degenerating mitochondrium, a crystalline inclusion was identified.
These findings support the pathogenetic concept of Britt and coworkers of a functional defect in the calcium release or binding mechanism of sareoplasmic reticulum.
Since it is known that malignant hyperthermia has a familial predilection, it seems very important that clinical, biochemical, and morphological investigations be performed such as CPK estimations and muscular biopsies not only of the patients but also of the relatives in order to rule out this type of latent myopathy.
Zusammenfassung
Die maligne Hyperthermie ist charakterisiert durch einen rapiden Anstieg der Körpertemperatur, Muskelkontraktionen und zunehmende Hypoxie. Sie ist eine moderne Narkosekomplikation mit einem sehr hohen Letalitätsrisiko von über 60%. Da über die morphologischen Veränderungen bei maligner Hyperthermie sehr wenig bekannt ist, wurden an Muskelbiopsien von 3 Patienten mit maligner Hyperthermie und einem sog. Risikopatienten histologische, histochemische und elektronenmikroskopische Untersuchungen durchgeführt.
Histologisch zeigten sich akute Muskelfasernekrosen, außerdem wurden Hinweise für eine latente Myopathie erhoben. Histochemisch ergab sich, daß beide Muskelfasertypen I und II befallen waren. Mit der Phosphorylase-Reaktion konnten auch bei Fasern, die bei üblicher histologischer Bearbeitung unauffällig waren, pathologische Veränderungen nachgewiesen werden. Elektronenmikroskopisch konnten neben einer akuten Rhabdomyolyse eine Erweiterung der Zisternen des sarkoplasmatischen Beticulums und eine eigentümliche Einrollung bzw. Wucherung des Sarkolemms beobachtet werden.
Die Befunde unterstützen die pathogenetische Vorstellung anderer Autoren, daß dieses Syndrom, das durch Inhalationsnarcotica und Muskelrelaxantien (Halothan bzw. Succinylcholin) ausgelöst wird, auf der Grundlage eines Defektes caloiumspeichernder Membranen des sarkoplasmatischen Reticulums beruht. Wegen des familiären Auftretens dieser Komplikation sollte angestrebt werden, klinische, laborchemische und morphologische Untersuchungen auch bei den Verwandten solcher Patienten zum Ausschluß einer derartigen latenten Myopathie durchzuführen.
Similar content being viewed by others
Literatur
Anderson, P. J., Song, S. K., Slotwiner, P.: The fine structure of spheromembranous degeneration of skeletal muscle induced by vincristine. J. Neuropath, exp. Neurol. 26, 15–24 (1967)
Bernhardt, D., Schiller, H.: Maligne Hyperthermie in Allgemeinanaesthesie. Abnorme histochemische und elektronenoptische Muskelbefunde in Kombination mit pathologischen Serum-CPK-Werten als Beweis für das Vorliegen einer primären Myopathie. Anaesthesist 22, 367–372 (1973)
Bradley, W. G.: The neuromyopathy of vincristine in the guinea pig. An electrophysiological and pathological study. J. neurol. Sci. 10, 133–162 (1970)
Britt, B. A.: Zur Behandlung der malignen Hyperthermie. Anaesthesist 21, 201–205 (1972)
Britt, B. A.: Malignant Hyperthermia: a pharmacogenetic disease of skeletal and cardiac muscle. New Engl. J. Med., May 1974, 1140–1142
Britt, B. A., Kalow, W.: Malignant hyperthermia: aetiology unknown. Canad. Anaesth. Soc. J. 17, 316–330 (1970)
Britt, B. A., Kalow, W., Gordon, A., Humphrey, J. G., Rewcastle, N. B.: Malignant hyperthermia: an investigation of five patients. Canad. Anaesth. Soo. J. 20, 431–467 (1973)
Bracker, R. F., Williams, C. H., Popinigis, J., Galvez, T. L., Vail, W. J., Taylor, C. A.: In vitro studies on liver mitochondria and skeletal muscle sarcoplasmic reticulum fragments isolated from hyperpyrexic swine. In: International Symposium on Malignant Hyperthermia, ed. by Gordon, R. A., Britt, B. A., Kalow, W. Springfield (Ill.): Ch. C. Thomas Publ. 1973
Cour, la D., Juul-Jensen, P., Reske-Nielsen, E.: Central and peripheral mechanisms in malignant hyperthermia. In: International Symposium on Malignant Hyperthermia, p. 380–386, ed. by Gordon, R. I., Britt, B. A., Kalow, W. Springfield (Ill.): Ch. C. Thomas Publ. 1973
Denborough, M. A., Forster, J. F. A., Lovell, R. R. H., Maplestone, P. A., Villiers, J. D.: Anaesthetic deaths in a family. Brit. J. Anaesth. 34, 395–396 (1962)
Denborough, M. A., Lovell, R. R. H.: Anaesthetic deaths in a family. Lancet 1960 II, 45
Dubowitz, V., Brooke, M. H.: Muscle biopsy. A modern approach. London-Philadelphia-Toronto: W. B. Saunders Co. Ltd. 1973
Ehehalt, V.: Fallbericht einer frühzeitig erkannten „malignen Hyperthermie”. Anaesthesist 22, 377–378 (1973)
Ellis, F. R.: Coexisting biochemical and muscle abnormalities. In: International Symposium on Malignant Hyperthermia, p. 350–354; ed. by Gordon, R. A., Britt, B. A., Kalow, W. Springfield (Ill.): Ch. C. Thomas Publ. 1973
Ellis, F. R., Clarke, I. M. C., Appleyard, T. N., Dinsdale, R. C. W.: Malignant hyperpyrexia induced by nitrous oxide and treated with dexamethasone. Brit. med. J. 4, 270–271 (1974)
Ellis, F. R., Harriman, D. G. F.: A new screening test for susceptibility to malignant hyperpyrexia. Brit. J. Anaesth. 45, 638 (1973)
Engel, A. G.: Vacuolar Myopathies. Multiple etiologies and sequential structural studies. In: The striated muscle. Ed. by Pearson, C. M., Mostofi, F. K. Baltimore: Williams & Wilkins Co. 1973
Faber, P., Gullotta, F., Koenen, F. W.: Klinische und morphologische Befunde bei maligner Hyperthermie. Fallbericht mit Familienuntersuchung. (Im Druck) Dtsch. med. Wschrft.
Ghatak, N. R., Erenberg, G., Hirano, A., Golden, G. S.: Idiopathic rhabdomyolysis in children. J. neurol. Sci. 20, 253–268 (1973)
Gordon, R. A., Britt, B. A., Kalow, W. (editors): International Symposium on Malignant Hyperthermia. Springfield (Ill.): Ch. C. Thomas Publ. 1973
Gjengstö, H., Myking, A. O.: Maligne Hyperpyrexie durch Allgemeinanaesthesie mit möglicher Verbindung zu primärer Muskelkrankheit. Ein Bericht über 2 Fälle. Anaesthesist 20, 306–309 (1971)
Haase, J., Reske-Nielsen, E., Kelstrup, J., Hanel, H.: Malignant hyperthermia in a danish family. Clinical, serological and lightmieroscopical investigations. IIIrd Inter. Congress on Muscle Diseases (Newcastle upon Tyne, Sept. 1974), No. 334. Amsterdam: Bxeerpta Medica 1974
Isaacs, H., Barlow, M. B.: Malignant hyperpyrexia. Further muscle studies in asymptomatic carriers identified by creatinine phosphokinase screening. J. Neurol. Neurosurg. Psychiat. 36, 228–243 (1973)
Isaacs, H., Barlow, M. B.: Malignant hyperpyrexia occurring in a second Johannesburg family. Brit. J. Anaesth. 45, 901–906 (1973)
Isaacs, H., Frere, G., Mitchell, J.: Histological, histochemical and ultramicroscopic findings in muscle biopsies from carriers of the trait for malignant hyperpyrexia. Brit. J. Anaesth. 45, 860–868 (1973)
Jerusalem, F., Engel, A. G., Gomez, M. R.: Sarcotubular myopathy. A newly recognized, benign, congenital, familial muscle disease. Neurology (Minneap.) 23, 897–906 (1973)
Jerusalem, F., Ketelsen, U. P.: Ultrastrukturelle mitochondriale Anomalien bei Myopathien und ihre diagnostische Bedeutung. Fortschr. Neurol. Psychiat. 39, 217–227 (1971)
Kalow, W., Britt, B. A., Terreau, M. E., Haist, C.: Metabolie error of muscle metabolism after recovery from malignant hyperthermia. Lancet 1970 II, 895–898
King, J. O., Denborough, M. A.: Malignant hyperthermia in Australia and New Zealand. Med. J. Aust. 1, 525–528 (1973)
King, J. O., Denborough, M. A., Zapf, P. W.: Inheritance of malignant hyperpyrexia. Lancet 1972 I, 365–370
Korten, K.: Maligne Hyperthermie. Ärztl. Mitt. (Köln) 69, 3279–3281 (1972)
Lavard, D. G., Rice, C. P., Robinson, R., Spencer, R. W., Westhead, R. A.: Malignant hyperthermia. A study of an affected family. Brit. J. Anaesth. 44, 93–96 (1972)
Macdonald, R. D., Rewcastle, N. B., Humphrey, J. G.: The myopathy of hyperkalemic periodic paralysis. Arch. Neurol. 19, 274–283 (1968)
Mair, W. G. P., Tomé, F. M. S.: Atlas of the ultrastructure of diseased human muscle. Edinburgh and London: Churchill Livingstone 1972
Morley, J. B., Lambert, T. F., Kakulas, B. A.: A case of hyperpyrexia with myotonia congenita. Und Intern. Congress on Muscle Diseases (Perth, Nov. 1971), No. 237. Amsterdam: Excerpta Medica 1971
Mortier, W., Mortier, R.: Maligne Hyperthermie. Histologische, histochemische und elektronenoptische Befunde. In: Fortschritte in Erkennung und Behandlung der Muskelkrankheiten. Symposium in Hinterzarten, Mai 1974. Freiburg i.Br.: Gutenbergdruckerei R. Oberkirch, im Druck
Relton, J. E. S., Britt, B. A., Steward, D. J.: Malignant hyperpyrexia. Brit. J. Anaesth. 45, 269–275 (1973)
Reske-Nielsen, E., Haase, J., Kelstrup, J.: Malignant hyperthermia in a danish family. III. Electron-microscopical study of probable congenital misconstruction of the sarcomere. IIIrd Intern. Congress on Muscle Diseases (Newcastle upon Tyne, Sept. 1974). No. 334. Amsterdam: Excerpta Medica 1974
Schiller, H. H.: Histochemical abnormalities of muscle in malignant hyperpyrexia (MH). Z. Neurol. 203, 265–269 (1973)
Schiller, H. H., Mair, W. G. P.: Ultrastructural changes of muscle in malignant hyperthermia. J. Neurol. Sci. 21, 93–100 (1974)
Schröder, J. M., Becker, P. E.: Anomalien des T-Systems und des sarkoplasmatischen Reticulums bei der Myotonie, Paramyotonie und Adynamie. Virchows Arch. Abt. A 357, 319–344 (1972)
Thompson, D. E. A., Tallack, J. A.: Coexistent muscle disease and malignant hyperpyrexia. In: Intern. Sympsium on Malignant Hyperthermia, ed. by Gordon, R. A., Britt, B. A., Kalow, W.; pp. 309–318. Springfield (Ill.): Ch. C. Thomas Publ. 1973
Wedley, J. R., Jaffe, E. C.: Malignant hyperpyrexia and the dental outpatient. Anaesthesia 28, 146–154 (1973)
Zinganell, K., Kreutz, F. H., Suchenwirth, R.: Enzymveränderungen, Myoglobinurie und Muskelnekrosen nach maligner Hyperpyrexie. Z. prakt. Anästh. 7, 161–167 (1972)
Author information
Authors and Affiliations
Additional information
Die technische Mitarbeit von Frau F. Lorenz und Frl. A. Wandke sei dankbar hervorgehoben.
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Gullotta, F., Helpap, B. Histologische, histochemische und elektronenmikroskopische Befunde bei maligner Hyperthermie. Virchows Arch. A Path. Anat. and Histol. 367, 181–194 (1975). https://doi.org/10.1007/BF00430706
Received:
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1007/BF00430706