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Critical illness polyneuromyopathy: novel approach to pathophysiology, diagnosis and clinical course

English title Critical illness polyneuromyopathy: novel approach to pathophysiology, diagnosis and clinical course
Applicant Z'Graggen Werner
Number 125160
Funding scheme Project funding (Div. I-III)
Research institution Klinik und Poliklinik für Neurologie Inselspital
Institution of higher education University of Berne - BE
Main discipline Neurophysiology and Brain Research
Start/End 01.12.2009 - 30.11.2011
Approved amount 220'666.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Neurophysiology and Brain Research
Pathophysiology

Keywords (11)

critical illness polyneuropathy; critical illness myopathy; nerve membrane; muscle membrane; nerve excitability testing; muscle fiber velocity recovery cycles; intensive care; electrophysiology; nerve membrane potential; muscle membrane potential; membrane depolarization

Lay Summary (German)

Lead
Lay summary
Die "critical illness"-Polyneuropathie und -Myopathie sind häufige und schwere Komplikationen bei Patienten, welche eine intensivmedizinische Behandlung benötigen. In diesem Projekt werden die Ursachen dieser Erkrankung untersucht.Hintergrund: Klinisch stehen bei der "critical illness"-Polyneuropathie und -Myopathie Probleme bei der Entwöhnung des Patienten von der künstlichen Beatmung und eine generalisierte Muskelschwäche im Vordergrund. Der "critical illness"-Polyneuropathie liegt eine Schädigung der Nervenfasern, der "critical illness"-Myopathie eine Schädigung der Muskelfasern zu Grunde. Beide gehen mit einer erhöhten Mortalität sowie einer Verlängerung der Hospitalisationsdauer einher. Bei schwerer Ausprägung kann die Erholung inkomplett sein. Die geltenden Diagnosekriterien erlauben die Diagnosestellung frühestens 10 bis 14 Tage nach Eintritt des Patienten auf die Intensivstation. Die Ursache beider Erkrankungen ist bis heute nicht geklärt. In zwei eigenen Studien konnten wir mittels neuen elektrophysiologischen Methoden zeigen, dass zum Zeitpunkt der klinischen Verdachtsdiagnose eine Störung der elektrischen Eigenschaften der Nerven- respektive der Muskelfasern-Membran bestand (Depolarisation). Es besteht gute Evidenz, dass die chronische Depolarisation der Nerven- und Muskelmembran zum Zelluntergang führt, dieser Zusammenhang konnte jedoch noch nicht bewiesen werden.Ziel: Ziel dieser Studie ist es, bei Patienten, welche eine intensivmedizinische Behandlung benötigen, die Ursache dieser Erkrankungen zu erforschen. Dazu sollen Veränderungen des Funktionszustandes der Nerven- und Muskelmembran mittels Nerven- respektive Muskelfaser-Exzitabilitätsmessungen bei Patienten während ihrer Behandlung auf der Intensivstation prospektiv untersucht werden. Es soll dabei geklärt werden, i) ob und wie sich die Eigenschaften der Nerven- und Muskelmembranen im Verlauf der Behandlung auf der Intensivstation verändern, ii) ob sich eine Korrelation zwischen den Änderungen der Nerven und Muskelfaserexzitabilität und den Änderungen der Serumelektrolyte und des Säuren-Basen-Gleichgewichts findet und iii) ob die Methode der Nerven- respektive Muskelfaser-Exzitabilitätsmessungen sich für eine frühzeitigere Diagnose eignen.Bedeutung: Dieses Projekt will dazu beitragen die Ursache der "critical illness"-Polyneuropathie und Myopathie besser zu verstehen und eine Frühdiagnose zu ermöglichen. Es sollte uns erlauben, neue Strategien für die Prävention dieser Erkrankungen zu entwickeln und damit die Inzidenz dieser schweren Komplikation der modernen intensivmedizinischen Behandlung zu senken.
Direct link to Lay Summary Last update: 21.02.2013

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Early changes of muscle membrane properties in porcine faecal peritonitis
Ackermann Karin, Bostock Hugh, Brander Lukas, Schröder Ralph, Djafarzadeh Siamak, Tuchscherer Daniel, Jakob Stephan, Takala Jukka, Z'Graggen Werner (2014), Early changes of muscle membrane properties in porcine faecal peritonitis, in Critcal Care, 18, 484.
Potassium and the excitability properties of normal human motor axons in vivo
Boërio Delphine, Bostock Hugh, Spescha Romana, Z'Graggen Werner (2014), Potassium and the excitability properties of normal human motor axons in vivo, in PLoS One, 9(6), e98262.
Validity of multi-fiber muscle velocity recovery cycles recorded at a single site using submaximal stimuli
Bostock Hugh, Tan Veronica, Boërio Delphine, Z'Graggen Werner (2013), Validity of multi-fiber muscle velocity recovery cycles recorded at a single site using submaximal stimuli, in Clin Neurophysiol, 123(11), 2296-2305.
Muscle velocity recovery cycles: Effects of repetitive stimulation on two muscles
Boerio Delphine, Z'Graggen Werner J, Tan Veronica S, Guetg Andri, Ackermann Karin, Bostock Hugh (2012), Muscle velocity recovery cycles: Effects of repetitive stimulation on two muscles, in Muscle & Nerve, 46(1), 102-111.
Temperature dependency of human muscle velocity recovery cycles
Bostock Hugh, Baumann Corina, Humm Andrea M, Z'Graggen Werner J (2012), Temperature dependency of human muscle velocity recovery cycles, in Muscle & Nerve, 46(2), 264-266.
Velocity recovery cycles of human muscle action potentials: Repeatability and variability
Bostock Hugh, Tan Veronica S, Boerio Delphine, Z'Graggen Werner J (2012), Velocity recovery cycles of human muscle action potentials: Repeatability and variability, in Clinical Neurophysiology, 123(11), 2296-2305.
Die Methode der Nervenexzitabilitätsmessung
Z'Graggen Werner, Bostock Hugh (2011), Die Methode der Nervenexzitabilitätsmessung, in Klin Neurophysiol , 42, 149-155.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Prof. H. Bostock, Institute of Neurology, University College London Great Britain and Northern Ireland (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication
- Research Infrastructure
- Exchange of personnel

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
British Society for Clinical Neurophysiology Talk given at a conference ITU neuro-myopathy 31.03.2014 Oxford, Great Britain and Northern Ireland Z'Graggen Werner;
Gemeinsame Jahrestagung Schweizerische Neurologische Gesellschaft und Schweizerische Gesellschaft für Schlafforschung, Schlafmedizin und Chronobiolobie Talk given at a conference Critical illness” Polyneuropathy and Myopathy 03.11.2011 St. Gallen, Schweiz, Switzerland Z'Graggen Werner;
Nerve Excitability Workshop Talk given at a conference Muscle excitability studies 21.09.2011 Chicheley Hall, United Kingdom, Great Britain and Northern Ireland Z'Graggen Werner; Boerio-Guéguen Delphine;
7th Swiss Experimental Surgery Symposium Talk given at a conference Models for sepsis associated muscle function disturbances 20.01.2011 Freibourg, Schweiz, Switzerland Jakob Stephan; Z'Graggen Werner;


Abstract

In this project, recently developed nerve and muscle excitability tests sensitive to membrane potential will be combined with conventional methods to investigate the pathogenesis of critical illness polyneuropathy (CIP) and critical illness myopathy (CIM). CIP and CIM are frequent and serious complications of intensive care, which both result in weakness that delays weaning from mechanical ventilation and increases mortality. CIP and CIM are strongly associated with the systemic inflammatory response syndrome (SIRS), but the mechanisms leading to nerve and muscle damage are not well understood. However, in preliminary nerve and muscle excitability studies we have found evidence of chronic membrane depolarization in patients with CIP and CIM. Membrane depolarization has been implicated as a causative factor in other axonal neuropathies and myopathies. To test the hypothesis that CIP and CIM are caused by depolarization of nerve and muscle fibres respectively, this study will follow 80 patients longitudinally through their stay in the intensive care unit at Inselspital, Bern. They will be investigated clinically, by the new nerve and muscle excitability tests, and by conventional nerve conduction and electromyographic studies, within two days of admission and at day 4, 7 and 14 of their stay on intensive care. To assess involvement of C-fibers in the course of CIP, skin biopsies will be performed within two days of admission and at day 14. Diagnosis of CIP and CIM will be made according to the criteria proposed by Bolten (2005). For firm diagnosis of CIM muscle biopsy is needed, which will be performed on day 14. The study will be complemented by an animal study to investigate changes in nerve and muscle excitability within the first 24 hours of sepsis. The nerve excitability testing involves measurement of strength-duration behaviour, recovery cycle after a single action potential (refractoriness, superexcitability and late subexcitability), threshold electrotonus and a current-threshold relationship. The muscle excitability testing measures the velocity recovery cycle of fibres at rest. About 50% of the patients are expected to develop CIP or CIM, so that we will be able to assess the contribution of membrane depolarization in the pathophysiology of these disorders. The results will improve understanding of the pathophysiology of CIP and CIM, and should enable us to suggest new strategies to reduce the incidence of these expensive and sometimes fatal complications of intensive care.
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