Inotropní, chronotropní a dromotropní účinky zprostředkované parasympatickými ganglii v srdci psa

Různá vagová nervová vlákna ovládají srdce prostřednictvím gangliových buněk ve stěnách srdce. Téměř všechny parasympatické gangliové buňky pro kardiostimulační činnost sinusového uzlu existují v tukové tkáni nad pravými plicními žilami (SA tukový polštářek) a buňky pro atrioventrikulární (AV) vedení existují v tukové tkáni na rozhraní dolní duté žíly a levé síně (AV tukový polštářek) (1, 7-9, 19,20). Parasympatické nervové elementy řídící sinusovou frekvenci existují také v tukové tkáni překrývající pravé plicní žíly lidského srdce (3). Seskupené parasympatické gangliové buňky řídící síňovou kontraktilitu však dosud nebyly v savčím srdci identifikovány, ačkoli stimulace parasympatických nervových elementů v SA tukovém polštářku zvyšuje spontánní délku sinusového cyklu (SCL) a částečně snižuje síňovou kontraktilitu u psího srdce (9). Nedávno Chiou a spol (4) uvedli, že v tukovém polštářku umístěném mezi mediální horní dutou žílou a kořenem aorty (SVC-Ao fat pad) se nacházejí gangliové buňky a že radiofrekvenční katetrová ablace do SVC-Ao fat padu vedla k úplné vagové denervaci nebo útlumu vagově indukovaného zkrácení efektivní refrakterní periody (ERP) pravé a levé síně psa. Mnoho autonomních nervových vláken však u psa prochází tukovým polštářkem SVC-Ao a jeho okolím (17, 21,22). V této studii jsme proto zkoumali, zda parasympatické gangliové buňky v tukovém polštářku SVC-Ao selektivně a zcela kontrolují kontraktilní a elektrické odpovědi pravé síně na aktivaci bloudivých nervů u anestezovaného psa. Za tímto účelem jsme studovali účinky lokální injekce blokátoru gangliových nikotinových receptorů, trimetafanu, a blokátoru sodíkových kanálů, lidokainu, do tukového polštářku SVC-Ao na první derivát tlaku v pravé síni (RA dP/d t), SCL a dobu vedení AV (AVCT) v odpovědi na stimulaci parasympatiku. Odděleně jsme elektricky stimulovali obě strany krčních bloudivých nervů, parasympatické nervové elementy související se sinusovou rychlostí v tukovém polštářku SA nebo parasympatické nervové elementy související s AV vedením v tukovém polštářku AV (8,9).

Příprava.

Naše pokusy na zvířatech byly schváleny komisí Shinshu University School of Medicine Animal Studies Committee. Třicet jedna mongrelských psů o hmotnosti 10-23 kg bylo anestezováno pentobarbitalem sodným (30 mg/kg iv) a k udržení stabilní anestezie byly podávány doplňkové dávky. Byla zavedena tracheální kanyla a zahájena přerušovaná přetlaková ventilace. Hrudník byl otevřen příčně ve čtvrtém mezižeberním prostoru. K zablokování nervového vedení byly oba krční bloudivé nervy pevně podvázány a rozdrceny na krku a obě hvězdicová ganglia byla rozdrcena pevnou ligaturou v místě jejich spojení s ansa subclaviae. Těmito manévry byla odstraněna téměř veškerá tonická nervová aktivita směřující do srdce (10).

Pro záznam elektrické aktivity pravé síně a komory byly umístěny dvě bipolární elektrody na bázi epikardiálního povrchu ouška pravé síně, resp. na epikardiálním povrchu pravé komory. Spontánní SCL a AVCT byly měřeny a zobrazovány na termografickém rektigrafu (model WT 685T; Nihon Kohden, Tokio, Japonsko). Tlak v pravé síni byl měřen snímačem tlaku na hrotu katétru (model TCP2, Nihon Kohden), který byl zaveden do středu pravé síně přes pravou krční žílu. Tlak v pravé síni a RAdP/d t byly zaznamenány na rektigrafu. Systémový arteriální tlak byl rovněž měřen přes pravou femorální tepnu.

Dvě bipolární stříbrné elektrody v interelektrodové vzdálenosti 2 mm byly použity ke stimulaci intrakardiálních parasympatických nervových elementů. Jedna byla umístěna na tukovou tkáň překrývající pravou síň na straně spojnice pravých plicních žil (8, 19); tuto elektrickou stimulaci intrakardiálních parasympatických nervových elementů do oblasti SA uzlu označujeme jako SAPS. Další byla umístěna na tukovou tkáň na spojnici dolní duté žíly a levé síně; tuto elektrickou stimulaci nitrosrdečních nervových elementů do oblasti AV uzlu označujeme jako AVPS. K oběma elektrodám byl připojen elektrický stimulátor (model SEN 7103, Nihon Kohden). Stimulace byla podprahová pro aktivaci kardiostimulačních buněk a buněk srdečního svalu, když byla použita poměrně úzká doba trvání stimulačního impulzu (0,01-0,06 ms) pro stimulaci parasympatiku (8). Ke stimulaci extrakardiálních parasympatických eferentních nervů k srdci byly do každého krčního bloudivého nervu na krku zavedeny dvě tenké měděné jehlové elektrody; takovou elektrickou stimulaci označujeme jako cervikální vagový komplex (CVS). Před experimentem jsme libovolně určili délku trvání impulzu a frekvenci stimulace (SAPS a AVPS, 0,01-0,06 ms a 10-30 Hz; CVS, 0,01-0,04 ms a 5-20 Hz) tak, abychom zvýšili SCL o 300 ms a prodloužili AVCT o 30 ms. Napěťová amplituda stimulace byla 10 V.

Protokoly.

Provedli jsme dvě série experimentů. V první sérii jsme s cílem určit úlohu parasympatických gangliových buněk v tukovém polštářku SVC-Ao na srdeční odpovědi zkoumali vliv lokální injekce trimetafanu (n = 8), antagonisty nikotinových gangliových receptorů, nebo lidokainu (n = 6), blokátoru sodíkových kanálů, do tukového polštářku SVC-Ao na inotropní, chronotropní a dromotropní odpovědi na CVS u anestezovaných psů. Trimetafan byl aplikován v dávce 0,3 mg v objemu 0,2 ml fyziologického roztoku a lidokain byl aplikován v dávce 3,0 mg v objemu 0,2 ml fyziologického roztoku. Použité dávky trimetafanu nebo lidokainu neměly významný vliv na SCL, AVCT a kontraktilitu síní. Přímý kardiální účinek blokátoru byl stanoven 3 min po podání léku a poté byl stanoven účinek léku na srdeční odpovědi na CVS na konci 30sekundové stimulace.

V druhé sérii jsme za účelem určení rozdílných rolí mezi parasympatickými gangliovými buňkami v tukovém polštářku SVC-Ao a buňkami v lokusu SAPS studovali účinky lokální injekce trimetafanu v dávce 0,5 mg.3 mg (n = 8) nebo lidokainu v dávce 3,0 mg (n = 5) v objemu 0,2 ml fyziologického roztoku do lokusu SAPS na inotropní, chronotropní a dromotropní odpovědi na CVS, SAPS nebo AVPS. Kromě toho jsme také studovali účinky lokální injekce trimetafanu do tukového polštářku SVC-Ao s následnou injekcí trimetafanu do lokusu SAPS na inotropní a chronotropní odpovědi na CVS nebo SAPS u čtyř anestezovaných zvířat. Každá stimulace byla oddělena intervalem 1 min nebo delším, aby byla dostatečná doba na zotavení.

Léčiva.

Léčiva použitá v experimentech byla trimetafan kamzylát (Nippon Rosch, Tokio, Japonsko) a lidokain hydrochlorid (Fujisawa, Osaka, Japonsko).

Statistická analýza.

Všechny údaje jsou průměry ± SE. Pro statistickou analýzu vícenásobného porovnání dat byla použita ANOVA s Bonferroniho testem. Pro porovnání dvou skupin byl použit Studentův t -test pro paritní data. Hodnoty P menší než 0,05 byly považovány za statisticky významné.

VÝSLEDKY

Účinky trimetafanu nebo lidokainu podaného do tukového polštářku SVC-Ao.

Před léčbou trimetafanem nebo lidokainem do tukového polštářku SVC-Ao jsme stanovili síňovou kontrakční sílu, spontánní SCL a AVCT v odpovědích na stimulaci obou stran CVS, stimulaci parasympatických nervových elementů souvisejících s rychlostí do oblasti SA uzlu v tukovém polštářku SA (SAPS) nebo stimulaci parasympatických nervových elementů souvisejících s AV vedením do oblasti AV uzlu v tukovém polštářku AV (AVPS), jak je znázorněno na obr. 1.1. CVS snížil tlak v pravé síni a RA dP/d t, zvýšil SCL a prodloužil AVCT (obr. 1A). Jako ukazatel síňové kontrakční síly jsme použili RA dP/d t. Naproti tomu SAPS zvýšil SCL s poklesem tlakových odpovědí síní, ale neprodloužil AVCT (obr. 1B), a AVPS prodloužil AVCT beze změn SCL a tlakových odpovědí síní (obr. 1C). Souhrnné údaje jsou uvedeny v tabulce 1.

Abychom zjistili, jak parasympatické gangliové buňky v tukovém polštářku SVC-Ao řídí srdeční odpovědi, studovali jsme poté vliv trimetafanu injikovaného do tukového polštářku SVC-Ao na změny kontrakční síly pravé síně, SCL a AV vedení v reakci na CVS. Tři minuty po lokální injekci trimetafanu do tukového polštářku SVC-Ao se bazální srdeční frekvence a arteriální krevní tlak anestetizovaného psa významně nezměnily oproti kontrolním hodnotám před podáním léku.

Topická injekce trimetafanu v dávce 0,5 mg.3 mg v objemu 0,2 ml fyziologického roztoku do tukového polštářku SVC-Ao podobně oslabila pokles RA dP/d t, zvýšení SCL a prodloužení AVCT v reakci na CVS o 37,4 ± 4,7 %, 34,3 ± 5,4 % a 33,1 ± 6,5 % od příslušné kontrolní úrovně (100 %) v osmi experimentech (obr. 2). Fyziologický roztok v dávce 0,2 ml podaný do tukového polštářku SVC-Ao neovlivnil srdeční reakce a arteriální krevní tlak.

Pro inhibici působení nervových vláken procházejících tukovým polštářkem SVC-Ao i působení zprostředkovaného gangliovými nikotinovými receptory jsme studovali vliv lidokainu podaného do tukového polštářku SVC-Ao na srdeční odpovědi na CVS. Lokální injekce lidokainu v dávce 3,0 mg potlačila pokles RA dP/d t, zvýšení SCL a prodloužení AVCT v odpovědi na CVS o 83,1 ± 2,4 %, 89,0 ± 2,2 % a 53,2 ± 13,1 % z příslušné kontrolní hladiny (100 %) v šesti experimentech (obr. 3). Tři minuty po podání lidokainu se bazální srdeční frekvence a arteriální krevní tlak významně nezměnily od kontrolních hodnot před podáním léku.

Účinky trimetafanu nebo lidokainu podaného do lokusu SAPS.

Pro zjištění vztahu mezi funkční úlohou parasympatických gangliových buněk v tukovém polštářku SVC-Ao a buněk v lokusu SAPS jsme studovali účinky trimetafanu injikovaného do lokusu SAPS na změny kontrakční síly pravé síně, SCL a AVCT v reakci na CVS, SAPS nebo AVPS. Lokální injekce trimetafanu do lokusu SAPS potlačila negativní chronotropní a inotropní odpovědi na SAPS o 98,0 ± 1,0 % a 95,8 ± 2 %.3 % z příslušné kontrolní hladiny (100 %), resp. potlačil negativní chronotropní odpověď na CVS o 86,0 ± 3,5 % (obr. 4). Trimetafan podaný do lokusu SAPS však negativní inotropní odpověď na CVS částečně oslabil o 42,4 ± 3,5 %. Dromotropní odpovědi na CVS a AVPS nebyly trimetafanem injikovaným do lokusu SAPS ovlivněny.

Studovali jsme také vliv lidokainu podaného do lokusu SAPS na srdeční odpovědi na CVS, SAPS nebo AVPS (obr. 5). Lokální injekce lidokainu v dávce 3,0 mg v objemu 0,2 ml fyziologického roztoku do lokusu SAPS zrušila negativní chronotropní odpovědi na SAPS a CVS a negativní inotropní odpověď na SAPS. Lidokain oslabil negativní inotropní odpověď na CVS částečně o 56,0 ± 6,7 % z příslušné kontrolní hladiny (100 %). Tyto účinky lidokainu na srdeční odpovědi na CVS a SAPS byly podobné účinkům trimetafanu podaného do místa SAPS (obr. 4 a 5). Lidokain neovlivnil dromotropní odpovědi na jednotlivé parasympatické stimulace.

Dále jsme zkoumali vliv trimetafanu na srdeční odpovědi na CVS nebo SAPS, když byl trimetafan aplikován do tukového polštářku SVC-Ao s následnou injekcí do lokusu SAPS u čtyř anestezovaných psů (obr. 6). Lokální injekce trimetafanu do tukového polštářku SVC-Ao oslabila negativně inotropní (obr. 6A) a chronotropní (obr. 6B) odpovědi na CVS o 29,9 ± 6,4 %, resp. 35,6 ± 9,3 % oproti kontrolní hladině (100 %). Injekce trimetafanu do lokusu SAPS následující po injekci trimetafanu do tukového polštářku SVC-Ao pak dále oslabila negativní inotropní odpověď na CVS o 49,9 ± 2,4 % z kontrolní úrovně před podáním léku a potlačila reziduální negativní chronotropní odpověď na CVS o 91,8 ± 2,0 %. Negativní inotropní (obr. 6C) a chronotropní (obr. 6D) odpovědi na SAPS byly mírně, ale nevýznamně oslabeny injekcí trimetafanu do tukového polštářku SVC-Ao a potlačeny následující injekcí trimetafanu do lokusu SAPS. Potlačení negativních srdečních odpovědí na CVS nebo SAPS injekcí trimetafanu do tukového polštářku SVC-Ao a do lokusu SAPS nebylo aditivní k potlačení samotnou léčbou trimetafanem

DISKUSE

Parasympatické gangliové buňky v lokusu SAPS a v lokusu AVPS selektivně řídí aktivitu síňového pacemakeru a AV vedení, v uvedeném pořadí, v srdci psa (5, 7). Vzhledem k tomu, že SAPS způsoboval negativní chronotropní a inotropní účinek a byl blokován léčbou hexametomiem (7) nebo trimetafanem v této studii, gangliové buňky nemusely být podnětem aktivovány přímo, ale spíše pregangliová vlákna. Miyazaki et al (13) prokázali, že 1) vagový neuronální přenos v srdci byl snadno inhibován buď hexamethoniem, blokátorem ganglií, nebo tetrodotoxinem, blokátorem axonů, a 2) sympatická neurotransmise byla blokována tetrodotoxinem, ale ne hexamethoniem. V této studii jsme prokázali, že trimetafan, gangliový blokátor, snadno blokoval negativní chronotropní a inotropní účinky vyvolané SAPS, což potvrzuje výsledky prokázané Miyazakim et al (13). K potlačení zkracování refrakterní periody síní aktivací parasympatiku aplikovali Chiou et al. (4) epikardiální radiofrekvenční katetrovou ablaci tukového polštářku SVC-Ao v srdci psa. Ze svých výsledků usoudili, že parasympatické nervové elementy v tukovém polštářku SVC-Ao jsou hlavovou stanicí vagových vláken do obou síní a do sinusového a AV uzlu u psa. Zkoumali změny refrakterní periody síní v tukových polštářcích, ale nezkoumali další srdeční odpovědi, ačkoli v tukovém polštářku SVC-Ao psa jsou parasympatické gangliové buňky. V roce 1992 Mick et al (12) uvedli, že v místě zadní síně (PAFP, posterior atrial fat pad) sousedícím s tukovým polštářkem SVC-Ao v srdci psa existuje další tukový polštářek kontrolující sinusovou funkci. PAFP však není totožný s tukovým polštářkem SVC-Ao, který uvedli Chiou et al. (4), co do anatomické lokalizace, protože tukový polštářek SVC-Ao se nachází mezi mediální SVC a kořenem aorty, výše než pravá plicní tepna, a PAFP se nachází v místě zadní síně. V této studii jsme nejprve prokázali, že parasympatické gangliové buňky v tukovém polštářku SVC-Ao kontrolují u psího srdce částečně a neselektivně sílu kontrakce pravé síně, aktivitu sinusového uzlu a AV vedení. Tyto výsledky naznačují, že parasympatické gangliové buňky v tukovém polštářku SVC-Ao jsou funkčně odlišné od buněk v lokusu SAPS a lokusu AVPS. Parasympatické gangliové buňky v lokusu SAPS a lokusu AVPS selektivně řídí chronotropní a dromotropní aktivitu. Na druhé straně ty v tukovém polštářku SVC-Ao do určité míry ovlivňují inotropní, chronotropní, respektive dromotropní aktivitu.

Kontrola aktivity kardiostimulátoru sinusového uzlu.

Vliv aplikace lidokainu nebo trimetafanu do lokusu SAPS nebo do tukového polštářku SVC-Ao (obr. 1 a 2). 2-5) naznačuje, že1) téměř všechna parasympatická nervová vlákna, která vyvolávají negativní chronotropní účinek, procházejí tukovým polštářkem SVC-Ao,2) mění gangliovou neurotransmisi na parasympatických gangliových buňkách v psím srdci a 3) některá krční nervová vlákna mění synapse v tukovém polštářku SVC-Ao a/nebo v lokusu SAPS v psím srdci.

Kontrola síňové kontraktility.

Studovali jsme tlak vlny a a jeho první derivát v pravé síni jako ukazatel kontraktility myokardu pravé síně v srdci psa. První derivace tlaku vlny a odráží součet kontrakcí svalů pravé síně tvořících pravou nitrosíňovou dutinu, ačkoli tlak vlny a je ovlivněn načasováním uzávěru trikuspidálních chlopní a dalšími faktory, např, žilní návrat jako preload a tlak v pravé komoře jako afterload (16).

V této studii jsme potvrdili, že parasympatické gangliové buňky v lokusu SAPS z obou stran CVS částečně kontrolují kontraktilitu myokardu pravé síně u psího srdce (9). Navíc lidokain vstříknutý do tukového polštářku SVC-Ao potlačil negativní inotropní odpověď na CVS (obr. 3) a trimetafan vstříknutý do samotného tukového polštářku SVC-Ao a do tukového polštářku SVC-Ao a lokusu SAPS také částečně oslabil inotropní odpověď na CVS (obr. 2a 6). Tyto výsledky tedy naznačují, že polovina parasympatických ganglií kontrolujících kontraktilitu pravé síně existuje v lokusu SAPS a tukovém polštářku SVC-Ao a že nemusí existovat žádné selektivní seskupení intrakardiálních parasympatických ganglií pro kontrolu síňové kontraktility v srdci psa. V psím srdci existuje mnoho shluků gangliových buněk (2,24), ale AVPS nebo stimulace shluků gangliových buněk v AV tukovém polštářku neovlivnily kontraktilitu pravé síně u anestezovaného psa (14). Srdeční odpovědi na vagovou stimulaci jsou v psím srdci rovněž regulovány intrakardiální a extrakardiální nervovou regulací (11). K řízení síňové kontraktility na úrovni parasympatických ganglií je tedy zapotřebí dalších studií, které by definovaly zbytkové parasympatické gangliové buňky v srdci nebo na mimokardiálních místech.

V této studii jsme se zaměřili na selektivní řízení parasympatických gangliových buněk v tukovém polštářku SVC-Ao na síňovou kontraktilitu. Nezkoumali jsme tedy přesně vztah mezi parasympatickými gangliovými buňkami v tukovém polštářku SVC-Ao a buňkami v místě AVPS. Na základě současných výsledků a předchozích zpráv (7, 18) však můžeme spekulovat, že na řízení dromotropní odpovědi na aktivaci parasympatiku se podobně podílí jak tukový polštářek SVC-Ao, tak lokus SAPS.

V psím srdci existují tři funkční skupiny parasympatických ganglií: parasympatické gangliové buňky v tukovém polštářku SA pro aktivitu kardiostimulátoru a ty v tukovém polštářku AV pro AV vedení (1, 8, 19) a parasympatické gangliové buňky v tukovém polštářku SVC-Ao pro aktivitu kardiostimulátoru, kontraktilitu síní a AV vedení, které byly prokázány v této studii. Parasympatická ganglia v SA tukovém polštářku fungují jako regulátor síňové frekvence a ganglia v AV tukovém polštářku fungují jako regulátor AV vedení. Zkoumali jsme, zda tato parasympatická ganglia řídí příslušné srdeční funkce v presynaptickém místě nebo v srdci (6-9, 14, 23). Některé z parasympatických ganglií v SA tukovém polštářku regulují síňovou kontrakční sílu a refrakterní periodu pouze částečně (9, 23). Na druhou stranu Chiou et al. (4) se domnívali, že parasympatické nervové elementy včetně parasympatických ganglií v tukovém polštářku SVC-Ao jsou hlavovou stanicí vagových vláken do obou síní a do SA a AV uzlu u psa. V této studii jsme však prezentovali, že parasympatické gangliové elementy v tukovém polštářku SVC-Ao nemusí být hlavovou stanicí vagových vláken do pravé síně a do SA a AV uzlu u psa. Mohly by fungovat jako celkový modulátor aktivity síňového pacemakeru, síňové kontraktility a AV vedení v psím srdci. Tento modulátor může vyvažovat aktivitu kardiostimulátoru a AV vodivost k dokončení srdečního rytmu, jak bylo dříve navrženo (15).

FOTOGRAFIE

• Adresa pro žádosti o dotisk a korespondenci: S. Chiba, Department of Pharmacology, Shinshu University School of Medicine, Matsumoto 390-8621, Japonsko.

• Náklady na publikaci tohoto článku byly částečně uhrazeny z poplatků za stránky. Článek proto musí být tímto označen jako „reklama“ v souladu s 18 U.S.C. Section 1734 výhradně za účelem upozornění na tuto skutečnost.

.