Influence of temperature on isometric contraction and passive muscular tension in paramyotonia congenita (Eulenburg)

Summary

Four patients without symptoms of episodic hyperkalemic weakness from two families with paramyotonia congenita (Eulenburg) are described.

• 1. Maximum voluntary muscle contraction of the upper and lower arm was studied under isometric conditions at different temperatures. If the temperature was lowered stepwise, distinct paresis occured at 32–31°C which increased with the amount of muscular effort. The upper arm muscles, however, developed weakness gradually after cooling.

• 2. During cooling of the resting muscle, the EMG showed dense spontaneous activity of the fibrillary type, which decreased again at about 30°C. It can be assumed that in paramyotonia congenita cooling produces muscle cell membrane depolarization which at a critical level causes the firing of action potentials and finally muscular paresis.

• 3. Increasing muscular stiffness can be interpreted as abnormally slow muscular relaxation after isometric contraction. In the forearm muscles the time to 3/4 relaxation after cooling was about six times normal, in the upper arm muscles only two times normal. As an additional parameter the mechanical resistance to passive stretching of a muscle has been studied. This passive muscular tension increased simultaneously with the onset of weakness.

• 4. The close relation between weakness and stiffness suggests that both symptoms are caused by the same basic defect which is probably located in the sarcolemma. It is suggested that a defect of the sodium channel causes a cooling-dependent increase in sodium conductance. Raised intracellular sodium causes in the first place membrane depolarization, and in the second place depression of calcium reuptake through competition by sodium for calcium binding sites. This would explain muscle stiffness and delayed relaxation as well.

Zusammenfassung

Es werden 4 Patienten aus zwei neuentdeckten Familien mit Paramyotonia congenita (Eulenburg) beschrieben.

• 1. Untersucht wurde die maximale willkürliche Muskelkontraktion unter isometrischen Bedingungen bei unterschiedlichen Temperaturen. Wurde die Muskelarbeit konstant gehalten und die Temperatur schrittweise gesenkt, so trat an den Flexormuskeln des Unterarms bei 32–31°C eine ausgeprägte Parese auf. An den Oberarmmuskeln entwickelte sich dagegen die Schwäche nach Kühlung allmählich.

• 2. Während der Abkühlung des ruhenden Muskels wurde dichte spontane, fibrillationsartige Aktivität im EMG registriert, die bei etwa 30°C wieder abnahm. Daraus läßt sich folgern, daß durch Abkühlung bei Paramyotonie die Muskelzellmembran depolarisiert, wodurch bei einem kritischen Potentialniveau das Feuern der Aktionspotentiale verursacht wird und schließlich die Lähmung.

• 3. Die zunehmende Muskelsteife („paradoxe Myotonie“) läßt sich als verzögerte Muskelerschlaffung nach einer isometrischen Kontraktion registrieren. An den Flexoren des Unterarms war die Zeit bis zur 3/4-Erschlaffung nach Kühlung auf das Sechsfache verlängert, an den Oberarmmuskeln nur auf das Zweifache. Als ein weiterer Parameter wurde der mechanische Muskelwiderstand bei passiver Dehnung gemessen. Dieser passive Widerstand steigt zur selben Zeit erheblich an, in der die Muskelschwäche beginnt.

• 4. Die enge Verbindung von Schwäche und Muskelsteifigkeit legt den Gedanken nahe, daß beide Symptome durch ein und denselben Defekt hervorgerufen werden, welcher wahrscheinlich im Sarcolemm liegt. Als Hypothese wird vorgeschlagen, daß sich die Natriumleitfähigkeit der Membran unter Abkühlung erhöht. Vermehrung des intracellulären Natriums würde erstens eine Membrandepolarisierung hervorrufen, und zweitens könnte durch Verdrängung an den Calciumbindungsstellen die Calciumrückresorption in das sarkoplasmatische Retikulum behindert werden. Dadurch wäre die paramyotone Muskelsteifigkeit zu erklären.