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Investigation into spinal anesthetic failure with hyperbaric bupivacaine: the role of cold exposure on bupivacaine degradation

  • Ellen K. WasanEmail author
  • Calen Sacevich
  • Anas El-Aneed
  • Munawar Mohammed
  • Jaweria Syeda
  • Erin Neville
  • Tatiana Orlowski
  • David Campbell
  • Jonathan Gamble
Reports of Original Investigations

Abstract

Purpose

Hyperbaric bupivacaine (0.75% in dextrose) is used for spinal obstetric anesthesia. Occasional clusters of anesthetic failures occur in this setting, not readily attributable to clinical factors. We hypothesized that cold temperature exposure is related to bupivacaine instability.

Methods

An electronic survey was distributed to Canadian anesthesiologists to determine consistencies in spinal anesthesia practice, and to invite submission of failed bupivacaine samples for analysis. Another survey for hospital pharmacists focused on bupivacaine logistics. Ultraviolet (UV) spectrometry, differential scanning calorimetry, and high performance liquid chromatography were used to evaluate the effect of temperature on bupivacaine chemical stability. Mass spectrometry (MS) was used to observe bupivacaine and dextrose degradation in laboratory samples of hyperbaric 0.75% bupivacaine in dextrose. Hyperbaric bupivacaine that failed to produce adequate anesthesia in labour and delivery patients was subject to tandem MS/MS analysis on commonly observed ions to look for ion patterns consistent with bupivacaine degradation products and to compare with laboratory samples subjected to cold temperatures.

Results

Canadian obstetric anesthesiologists report similar practices and use hyperbaric bupivacaine for spinal anesthesia. Pharmacists surveyed indicated facility storage at room temperature but variable temperatures during shipping. No standard procedure for failure reporting was identified. Analysis of bupivacaine showed a slight decrease in bupivacaine concentration or UV spectral changes after incubation at temperatures ≤ 4°C. Mass spectrometric analysis of hyperbaric bupivacaine from failed spinal anesthesia cases showed complex and inconsistent patterns of ion formation, and different from the ion patterns observed for cooled vs uncooled bupivacaine solutions. Temperature-related changes were noted for dextrose in cooled samples in which dextrose-related ions were formed.

Conclusions

Canadian clinical practice and handling of hyperbaric bupivacaine is consistent. Most respondents indicated an interest in a formal reporting and collection process. Cold exposure did not degrade bupivacaine. A complex and possibly inconsistent reaction involving dextrose was identified that requires further analysis of a larger sample size to elucidate the mechanisms.

Enquête sur les échecs de la rachianesthésie réalisée avec de la bupivacaïne hyperbare : étude du rôle de l’exposition au froid sur la dégradation de la bupivacaïne

Résumé

Objectif

La bupivacaïne hyperbare (0,75 % dans du dextrose) est utilisée pour l’anesthésie obstétricale rachidienne. Il arrive parfois que plusieurs anesthésies rapprochées soient inefficaces dans cette situation, et ces échecs ne sont pas nécessairement attribuables à des facteurs cliniques. Nous avons émis l’hypothèse qu’une exposition de la bupivacaïne au froid expliquerait son instabilité.

Méthode

Un sondage électronique a été distribué aux anesthésiologistes canadiens afin de déterminer les similitudes dans la pratique de la rachianesthésie, et nous avons invité les médecins à nous envoyer des échantillons de bupivacaïne à des fins d’analyse lorsque leur anesthésie était inefficace. Un autre sondage, envoyé aux pharmaciens hospitaliers, mettait l’emphase sur la logistique entourant la manutention de la bupivacaïne. Nous avons utilisé une spectrométrie de rayons ultraviolets (UV), une analyse calorimétrique différentielle et une chromatographie liquide à haute performance afin d’évaluer l’effet de la température sur la stabilité chimique de la bupivacaïne. Une spectrométrie de masse (SM) a été utilisée pour observer la dégradation de la bupivacaïne et du dextrose dans des échantillons de laboratoire de bupivacaïne hyperbare 0,75 % dans le dextrose. La bupivacaïne hyperbare qui n’a pas procuré une anesthésie adéquate chez des patientes en travail ou en accouchement a été sujette à une analyse de SM/SM en tandem sur les ions fréquemment observés afin d’identifier des modèles ioniques correspondant aux produits de dégradation de la bupivacaïne et les comparer à des échantillons de laboratoire soumis au froid.

Résultats

Les anesthésiologistes obstétricaux canadiens font état de pratiques semblables et utilisent de la bupivacaïne hyperbare pour réaliser une rachianesthésie. Les pharmaciens interrogés ont indiqué que la bupivacaïne était entreposée à température ambiante au sein de leur établissement mais qu’elle était exposée à des températures variables pendant l’expédition. Aucune procédure standardisée n’a été identifiée pour rapporter les échecs d’anesthésie. L’analyse de la bupivacaïne a montré une légère réduction dans la concentration de bupivacaïne ou des changements spectraux UV après une période d’incubation à des températures ≤ 4°C. L’analyse par spectrométrie de masse des échantillons de bupivacaïne hyperbare utilisés lors d’échecs de la rachianesthésie a révélé des types de formation des ions complexes et incohérents, lesquels différaient des modèles des ions observés dans les solutions de bupivacaïne refroidies vs non refroidies. Les changements liés à la température ont été notés sur le dextrose dans les échantillons refroidis dans lesquels des ions liés au dextrose se sont formés.

Conclusion

La pratique clinique canadienne et la manutention de la bupivacaïne hyperbare est homogène. La plupart des répondants ont indiqué être intéressés par un processus formel d’enregistrement et de récolte des données. L’exposition au froid n’a pas dégradé la bupivacaïne. Une réaction complexe et possiblement inconstante ayant un rapport avec le dextrose a été identifiée; elle requiert des analyses approfondies sur un échantillonnage plus important afin d’en élucider les mécanismes.

Notes

Acknowledgements

This work was funded by the College of Pharmacy and Nutrition, University of Saskatchewan (Ellen K. Wasan) and by the Dept. of Anesthesiology, Royal University Hospital, Saskatoon, SK (Calen Sacevich, Jonathan Gamble). The authors thank Dr. Jacqueline Cawthray, University of Saskatchewan, for performing the NMR analysis.

Disclaimers

The views expressed in this article are that of the authors, and are not the position of any institution or funder.

Conflicts of interest

None declared.

Editorial responsibility

This submission was handled by Dr. Gregory L. Bryson, Deputy Editor-in-Chief, Canadian Journal of Anesthesia.

Author contributions

Ellen K. Wasan contributed to all aspects of this manuscript, including study conception and design, acquisition, analysis, and interpretation of data, and drafting the article. Calen Sacevich contributed to study design, survey execution, data interpretation, and drafting of the article. Anas El-Aneed assisted with data analysis and interpretation related to mass spectrometry. Munawar A. Mohammed assisted with experimental data acquisition and analysis. Jaweria T.M. Syeda assisted with experimental data acquisition and analysis, and contributed to drafting of the article. Erin Neville contributed to survey design and execution, and data analysis. Tatiana M. Orlowski assisted with data analysis and drafting of the article. David Campbell contributed to conception of the study, data interpretation, and critical review of the article. Jonathan Gamble contributed to study conception and design, interpretation of data, and drafting the article.

Supplementary material

12630_2019_1343_MOESM1_ESM.pdf (131 kb)
Supplementary material 1 (PDF 132 kb)

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Copyright information

© Canadian Anesthesiologists' Society 2019

Authors and Affiliations

  • Ellen K. Wasan
    • 1
    Email author
  • Calen Sacevich
    • 2
  • Anas El-Aneed
    • 1
  • Munawar Mohammed
    • 1
  • Jaweria Syeda
    • 1
  • Erin Neville
    • 1
  • Tatiana Orlowski
    • 1
  • David Campbell
    • 2
  • Jonathan Gamble
    • 2
  1. 1.College of Pharmacy and NutritionUniversity of SaskatchewanSaskatoonCanada
  2. 2.Department of Anesthesiology, College of MedicineUniversity of Saskatchewan and Royal University HospitalSaskatoonCanada

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