Double-blind randomized study of lidocaine, bupivacaine, levobupivacaine, and ropivacaine myotoxicity in rats

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Background. Myotoxicity of local anesthetics in a clinical practice was revealed at various types of regional anesthesia. The degree of functional recovery of damaged muscles and the length of time before the recovery differ significantly in different studies. Despite the generally accepted opinion about the anti-inflammatory effect of local anesthetics, a number of experimental studies have shown that an inflammatory reaction developed at the place of injection into a muscle tissue.

Material and methods. A double-blind randomized study was conducted on 800 rats. A control group was formed whose members were introduced with 0.9% sodium chloride solution. Lidocaine concentrations under the study were 0.5%, 1%, 1.5%, 2%; bupivacaine, ropivacaine – 0.25%, 0.5%, 0.75%, 1%; ropivacaine – 0.25%, 0.5%, 0.75%. A 0.2-mL drug was injected into the biceps muscle under the ultrasound control. The sampling of drugs was as follows: stage 1 was in 1 h after the injection, stage 2 was in 2 days, stage 3 was in 7 days, stage 4 was in 14 days, stage 5 was in 21 days. Signs of an inflammation and damage of a muscle tissue were examined.

Results. An injection of a saline solution to laboratory animals of the control group caused the expansion of intercellular spaces and connective tissue partitions. There were no signs of cell necrosis or apoptosis. The injection of local anesthetics within an hour caused an inflammatory infiltration and a damage to a muscle tissue. The data of pairwise comparisons showed that at the stages of 1 h and day 2 in all the studied groups, the severity of a damage and an inflammation was greater than in the control group with the introduction of 0.9% sodium chloride solution. Then, there was a decrease in signs of a damage and an inflammation. At the stage of day 21, there were no statistical differences in comparison with group 1 in any of the study groups. The dependence of the appearances of damage or inflammation in a muscle tissue on the concentration of a local anesthetic was determined by an ordinal regression model. The regression model indicators were significant. They allowed us to describe 87% for damage and 95% for inflammatory changes.

Сonclusion. The toxicity of local anesthetics appeared as a damaging effect and development of an inflammatory infiltration. Local anesthetics were toxic in all studied groups with all concentrations. The higher the concentration of the anesthetic, the more expressed was the damaging effect and the development of signs of the inflammation. The maximum development of the damaging effect was at the stages of hour 1 and day 2 of the study, then there was a decrease in signs of myotoxicity, and by 21 days, the signs of damage and inflammation completely disappeared. The comparative analysis did not reveal any statistical differences that allow us to expressly form a rating from the most to the least myotoxic drug.

About the authors

Roman E. Lakhin

S. M. Kirov Military medical Academy of the Ministry of defense of the Russian Federation

Author for correspondence.
Email: doctor-lahin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-6431-439X

doctor of medical sciences, professor of the department of military anesthesiology and reanimatology

Russian Federation, 194044, Saint Petersburg

I. A. Gemua

S. M. Kirov Military medical Academy of the Ministry of defense of the Russian Federation

Email: doctor-lahin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-8643-252X
Russian Federation, 194044, Saint Petersburg

D. A. Averyanov

S. M. Kirov Military medical Academy of the Ministry of defense of the Russian Federation

Email: doctor-lahin@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0003-4353-4953
Russian Federation, 194044, Saint Petersburg

References

  1. Kim C.H., Kim U.S. Response to: Bilateral lateral rectus myotoxicity after retrobulbar anesthesia. Indian J. Ophthalmol. 2016;64(6):473-4. doi: 10.4103/0301-4738.187685.
  2. Kalantzis G., Papaconstantinou D., Karagiannis D., Koutsandrea C., Stavropoulou D., Georgalas I. Post-cataract surgery diplopia: aetiology, management and prevention. Clin. Exp. Optom. 2014;97(5):407-10. doi: 10.1111/cxo.12197
  3. Neal J.M., Salinas F.V., Choi D.S. Local Anesthetic-Induced Myotoxicity After Continuous Adductor Canal Block. Reg. Anesth. Pain. Med. 2016;41(6):723-7. doi: 10.1097/AAP.0000000000000466.
  4. Rhee S.M., Chung N.Y., Jeong H.J., Oh J.H. Subacromial Local Anesthetics Do Not Interfere With Rotator Cuff Healing After Arthroscopic Repair. Am. J. Sports Med. 2018;46(5):1097-105. doi: 10.1177/0363546517753827.
  5. Scott N.A., Guo B., Barton P.M., Gerwin R.D. Trigger point injections for chronic non-malignant musculoskeletal pain: a systematic review. Pain Med. 2009;10(1):54-69. doi: 10.1111/j.1526-4637.2008.00526.x.
  6. Hussain N., McCartney C.J.L., Neal J.M., Chippor J., Banfield L., Abdallah F.W.. Local anaesthetic-induced myotoxicity in regional anaesthesia: a systematic review and empirical analysis. Br. J. Anaesth. 2018;121(4):822-841. doi: 10.1016/j.bja.2018.05.076.
  7. Neal J.M., Barrington M.J., Brull R. et al. The Second ASRA Practice Advisory on Neurologic Complications Associated With Regional Anesthesia and Pain Medicine: Executive Summary 2015. Reg. Anesth. Pain Med. 2015;40(5):401-30. doi: 10.1097/AAP.0000000000000286.
  8. Zink W., Sinner B., Zausig Y., Graf B.M. Myotoxicity of local anaesthetics: experimental myth or clinical truth? Anaesthesist. 2007; 56(2):118-127. doi: 10.1007/s00101-006-1121-5.
  9. Zink W., Graf B.M. Local anesthetic myotoxicity. Reg. Anesth. Pain. Med. 2004;29(4):333-40. doi: 10.1016/j.rapm.2004.02.008.
  10. McAlvin J.B., Reznor G., Shankarappa S.A., Stefanescu C.F., Kohane D.S. Local toxicity from local anesthetic polymeric microparticles. Anesth. Analg. 2013;116(4):794-803. doi: 10.1213/ANE.0b013e31828174a7.
  11. Oz Gergin O., Bayram A., Gergin I.S. et al. Comparison of myotoxic effects of levobupivacaine, bupivacaine and ropivacaine: apoptotic activity and acute effect on pro-inflammatory cytokines. Biotech. Histochem. 2019;94(4):252-260. doi: 10.1080/10520295.2018.1548711.
  12. Zhang C., Phamonvaechavan P., Rajan A., Poon D.Y., Topcu-Yilmaz P., Guyton D.L. Concentration-dependent bupivacaine myotoxicity in rabbit extraocular muscle. J. AAPOS. 2010;14(4):323-327. doi: 10.1016/j.jaapos.2010.05.009.
  13. Fayed N.A., el-Zoghby S.A. Myotoxic effects of different doses of lidocaine with or without epinephrine in rats. Egypt Dent. J. 1987;33(3):297-307.
  14. Komorowski T.E., Shepard B., Okland S., Carlson B.M. An electron microscopic study of local anesthetic-induced skeletal muscle fiber degeneration and regeneration in the monkey. J. Orthop. Res. 1990;8(4):495-503. doi: 10.1002/jor.1100080405.
  15. Benoit P.W., Yagiela A., Fort N.F. Pharmacologic correlation between local anesthetic-induced myotoxicity and disturbances of intracellular calcium distribution. Toxicol. Appl. Pharmacol. 1980;52(2):187-98. doi: 10.1016/0041-008x(80) 90105-2.
  16. Kapoukranidou D., Amaniti E., Kalpidis J. et al. Effect of ropivacaine infiltration on muscle regeneration: a morphometric analysis. Hippokratia. 2013;17(4):351-4.
  17. Yildiz K., Efesoy S.N., Ozdamar S. et al. Myotoxic effects of levobupivacaine, bupivacaine and ropivacaine in a rat model. Clin. Invest. Med. 2011;34(5):E273. Published 2011 Oct 1. doi: 10.25011/cim.v34i5.15670.
  18. Zink W., Seif C., Bohl J.R. et al. The acute myotoxic effects of bupivacaine and ropivacaine after continuous peripheral nerve blockades. Anesth. Analg. 2003;97(4):1173-9. doi: 10.1213/01.ane.0000080610.14265.c8.
  19. Park C.Y., Park S.E., Oh S.Y. Acute effect of bupivacaine and ricin mAb 35 on extraocular muscle in the rabbit. Curr .Eye Res. 2004;29(4-5):293-301. doi: 10.1080/027136804905161.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Scheme of introduction to the experiment and elimination of animals from the experiment

Download (357KB)
3. Fig. 2. Signs of damage to muscle fibers after administration of bupivacaine (hematoxylin and eosin staining, increased × 400): A – perimuscular edema, groups of muscle fibers with dystrophic changes, phenomena of polychromasia and apoptosis of cells; B – perimuscular edema, muscle fibers with the formation of contractile contractures, with the phenomena of polychromasia, a decrease in transverse striation

Download (781KB)
4. Fig. 3. Infiltration of tissue with inflammatory cells (hematoxylin and eosin, magnification × 400) And the tissue without signs of inflammatory infiltration; B - single cells within the interstitium around vessels around individual nerve, muscle; predominate neutrophils are macrophages, lymphocytes isolated; In inflammatory cells in moderate quantity in the interstices around the vessels, in muscles, in the nerves; mainly cells of the macrophage type, there are a small number of neutrophils and lymphocytes; G-inflammatory cells fill the entire interstitial space, permeate muscle tissue, surround blood vessels and nerves; the predominant cell type: neutrophils, macrophages, there are single lymphocytes

Download (1MB)

Copyright (c) 2020 Eco-Vector


 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».