In anaesthesia a multitude of distinct drugs with differential mechanisms of action are in use, on the one hand to induce analgesia against surgically generated pain and, on the other hand, for the treatment of acute, chronic and neuropathic pain states. Thereby, the elimination of pain processing as the wanted main effect faces unwanted, to some extend severe, side effects of some drugs and drug classes. Local anaesthetics are administered to induce various forms of regional anaesthesia where they inhibit generation and propagation of action potentials in nerve fibers by block of voltage-gated sodium channels and finally prevent perception of pain at the peripheral level. A direct neurotoxicity, as occurs especially in the context of plexus, epidural, and spinal anaesthesia, as well as a pronounced painfulness during injection represent two clinically relevant side effects of local anaesthetics. Their underlying molecular transduction mechanisms, however, have largely been unclear. General anaesthesia is achieved by hypnotics such as Propofol which, among other effects, reduces the spontaneous activity and excitability of the central nervous system by an interaction with the GABAA receptor; this results in loss of consciousness and hereby of perception in general as well as of pain sensation, even though nociception is retained. As an unwanted side effect of using Propofol, pain upon injection occurs very commonly; again the transduction mechanism has been poorly understood. By means of electrophysiological experiments, using the single-fiber recording technique on the skin-nerve preparation of the mouse, the local anaesthetic Lidocaine was shown to block action potentials at high micromolar concentrations. In regard to the IC50 (half maximal inhibitory concentration) of action potential block by Lidocaine significant differences between C-fibers (~700 µM) and Aδ-fibers (~250 µM), as well as between C-fibers from wildtype and those from Nav1.8-knockout mice (~300 µM) were demonstrated. These results provide evidence for a hypothesized higher affinity of Lidocaine towards TTX sensitive compared to TTX resistant sodium channels. Various local anaesthetics in clinically relevant millimolar concentrations showed a significant stimulatory effect on neuropeptide release of CGRP from the mouse peripheral nerve. This action could be identified as being mediated by activation of the TRPV1 channel and supposedly also of TRPA1. By means of patch-clamp recordings on dorsal root ganglion (DRG) neurons from mice and on transfected HEK293t cells the excitatory action of different millimolar local anaesthetics could be confirmed to be due to an activation as well as sensitisation of both TRPV1 and TRPA1 at the molecular level. The general anaesthetic Propofol was investigated with experiments on CGRP release from the isolated nerve preparation of the mouse; a dose-dependent stimulatory effect at millimolar concentrations was found. A contribution of TRP channels as well as GABA receptors to an excitatory action was demonstrated by electrophysiological studies using the patch-clamp recording technique on cultured DRG neurons from mice. In experiments on TRPV1/A1 double-knockout mice Propofol at high micromolar concentrations retained its excitatory effect which provided evidence for the involvement of GABAA receptors –besides of TRPV1 and TRPA1. Furthermore, patch-clamp experiments confirmed a dose-dependent excitatory action of Propofol through both TRPV1 as well as TRPA1 receptor-channels. The performed studies were able to identify a novel molecular action principal of local anaesthetics as well as the general anaesthetic Propofol, by which nociceptive neurons are excited through direct activation and sensitisation of TRPV1 and to a lesser extent of TRPA1. TRPV1 is as specific receptor channel involved in the polymodal transduction of noxious stimuli in peripheral nerve endings and fibers, and its activation gives a plausible explanation for the side effects of pain upon injection and neurotoxicity exerted by the common anaesthetics. The obtained results could contribute to developing future drugs with higher specificity and lower potential of side effects for the treatment of diverse pain states in clinical pain therapy.

In der Anästhesie werden zur Ausschaltung operativ bedingter Schmerzen und zur Behandlung von akuten, chronischen oder neuropathischen Schmerzzuständen eine Vielzahl von verschiedenen Arzneistoffen mit unterschiedlichen Wirkungsmechanismen eingesetzt. Dabei stehen der Ausschaltung der Schmerzverarbeitung als erwünschter Hauptwirkung bei einigen Substanzen bzw. Substanzklassen unerwünschte, zum Teil schwerwiegende Nebenwirkungen gegenüber. Lokalanästhetika werden für verschiedene Formen der Regionalanästhesie verwendet, wobei sie durch eine Blockade spannungsabhängiger Natriumkanäle auf peripherer Ebene die Entstehung und Fortleitung von Aktionspotentialen an Nervenfasern inhibieren und dadurch die Schmerzempfindung verhindern. Eine direkte Neurotoxizität, wie sie insbesondere im Rahmen von Plexus-, Epidural- und Spinalanästhesien auftritt, sowie eine ausgeprägte Schmerzhaftigkeit während der Injektion stellen zwei klinisch relevante Nebenwirkungen von Lokalanästhetika dar, über deren zugrunde liegende molekulare Transduktionsmechanismen bislang nur wenig detaillierte Erkenntnisse existierten. Eine Allgemeinanästhesie wird durch Narkotika wie Propofol erreicht, welches unter anderem durch eine Interaktion mit dem GABAA-Rezeptor die spontane Erregungsbildung und Erregbarkeit des zentralen Nervensystems herabsetzt und auf zentraler Ebene zu einer Ausschaltung des Bewusstseins und damit der gesamten Wahrnehmung führt. Als eine unerwünschte Nebenwirkung treten bei Propofolanwendung sehr häufig erhebliche Injektionsschmerzen auf, deren Vermittlungsmechanismus bis heute ebenfalls weitgehend ungeklärt ist. Anhand von elektrophysiologischen Untersuchungen mittels Einzelfasertechnik am Haut-Nervenpräparat der Maus zeigte sich für das Lokalanästhetikum Lidocain im hochmikromolaren Konzentrationsbereich eine inhibitorische Wirkung durch die Blockade spannungsabhängiger Natriumkanäle. Hinsichtlich der IC50 (halbmaximale inhibitorische Konzentration) von Lidocain für die Blockade von Aktionspotentialen zeigten sich signifikante Unterschiede zwischen C-Fasern (~700 µM Lidocain) und Aδ-Fasern (~250 µM Lidocain), wie auch zwischen C-Fasern aus Wildtyp- und solchen aus Nav1.8-Knockout-Mäusen (~300 µM Lidocain). Diese Ergebnisse stellten einen Beweis für die hypothetisierte höhere Affinität von Lidocain gegenüber TTX-sensitiven im Vergleich zu TTX-resistenten Natriumkanälen dar. In Freisetzungsexperimenten des Neuropeptids CGRP am Nervenpräparat der Maus zeigten verschiedene Lokalanästhetika in klinisch relevanten, millimolaren Konzentrationen eine signifikant exzitatorische Wirkung. Dieser Effekt konnte als durch eine Aktivierung des TRPV1-Rezeptorkanals, daneben aber vermutlich auch von TRPA1, vermittelt identifiziert werden. Anhand von Patch-clamp-Untersuchungen an Spinalganglienzellen von Mäusen sowie transfizierten HEK293t-Zellen konnte die exzitatorische Wirkung der verschiedenen Lokalanästhetika durch eine Aktivierung -sowie eine Sensibilisierung- sowohl des TRPV1- als auch des TRPA1-Rezeptors bestätigt werden. Für das Anästhetikum Propofol zeigte sich in Freisetzungsexperimenten von CGRP am Nervenpräparat der Maus im millimolaren Konzentrationsbereich eine exzitatorische und konzentrationsabhängige Wirkung. Eine Beteiligung von TRP-Rezeptorkanälen sowie GABAA-Rezeptoren an dieser Wirkungskomponente wurde anhand elektrophysiologischer Untersuchungen mit der Patch-clamp-Technik an Spinalganglienzellen von Mäusen nachgewiesen. In Experimenten an Wildtyp- sowie TRPV1/A1-Doppelknockout-Mäusen zeigte Propofol in hochmikromolaren Konzentrationen eine exzitatorische Wirkung, was neben einer Aktivierung von TRPV1- und TRPA1-Rezeptoren den Nachweis für eine aktivierende Wirkung an GABAA-Rezeptoren erbrachte. Desweiteren konnten Patch-clamp-Experimente eine konzentrationsabhängige, exzitatorische Wirkung von Propofol durch Aktivierung des TRPV1- sowie des TRPA1-Rezeptors bestätigen. Die in vorliegender Arbeit durchgeführten Studien konnten für Lokalanästhetika sowie das Anästhetikum Propofol einen neuartigen molekularen Transduktionsmechanismus identifizieren, über welchen durch eine direkte Aktivierung und Sensibilisierung des TRPV1- sowie in geringerem Maße auch des TRPA1-Rezeptorkanals eine exzitatorische Wirkung in nozizeptiven Neuronen vermittelt wird. Dieser Transduktionsweg über den TRPV1-Rezeptor, der als spezifisches Transduktionsmolekül an der Umformung nozizeptiver Reize in peripheren Nervenendigungen und -fasern beteiligt ist, gibt eine plausible Erklärung für die durch Anästhetika vermittelten Nebenwirkungen des Injektionsschmerzes sowie der Neurotoxizität. Die erhaltenen Ergebnisse könnten dazu beitragen, für die Zukunft Arzneistoffe mit höherer Wirksamkeit und geringerem Nebenwirkungspotential oder auch selektivere Therapieschemata zur Behandlung unterschiedlicher Schmerzformen in der klinischen Schmerztherapie zu entwickeln.