Inotrope, kronotrope og dromotrope virkninger formidlet via parasympatiske ganglier i hundehjertet

Effektive vagale nervefibre styrer hjertet via ganglionceller i hjertets vægge. Næsten alle parasympatiske ganglionceller til sinus nodal pacemakeraktivitet findes i det fedtvæv, der ligger over de højre lungevener (SA-fedtpude), og dem til atrioventrikulær (AV) ledelse findes i fedtvævet ved krydset mellem den nedre vena cava og venstre atrium (AV-fedtpude) (1, 7-9, 19,20). De parasympatiske neurale elementer, der kontrollerer sinusfrekvensen, findes også i det fedtvæv, der ligger over de højre pulmonalvener i menneskets hjerte (3). Der er imidlertid endnu ikke blevet identificeret klynger af parasympatiske ganglionceller, der kontrollerer den atriale kontraktile kraft, i pattedyrhjerter, selv om stimulering af de parasympatiske neurale elementer ved SA-fedtpuden øger den spontane sinuscykluslængde (SCL) og delvis mindsker den atriale kontraktile kraft i hundehjerter (9). For nylig har Chiou et al. (4) rapporteret, at der er ganglionære celler i fedtpuden, der er placeret mellem den mediale overlegne vena cava og aortakassen (SVC-Ao fedtpuden), og at radiofrekvent kateterablation til SVC-Ao fedtpuden førte til fuldstændig vagal denervation eller dæmpning af vagalt induceret effektiv refraktær periode (ERP) forkortelse af højre og venstre forkammer hos hunden. Mange autonome nervefibre passerer imidlertid gennem og omkring SVC-Ao-fedtpuden hos hunden (17, 21, 22). I den foreliggende undersøgelse undersøgte vi derfor, om de parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden selektivt og fuldstændigt kontrollerer de højre atriale kontraktile og elektriske responser på aktivering af vagusnerverne hos den bedøvede hund. For at opnå dette formål undersøgte vi virkningerne af den aktuelle injektion af en ganglionær nikotinreceptorblokker, trimethaphan, og en natriumkanalblokker, lidocain, i SVC-Ao-fedtpuden på den første afledte af det højre atriale tryk (RA dP/d t), SCL og AV-konduktionstiden (AVCT) som reaktion på parasympatisk nervestimulering. Vi stimulerede elektrisk begge sider af cervikale vagusnerver, sinushastighedsrelaterede parasympatiske neurale elementer i SA-fedtpuden eller AV-konduktionsrelaterede parasympatiske neurale elementer i AV-fedtpuden separat (8,9).

Forberedelse.

Vores dyreforsøg blev godkendt af Shinshu University School of Medicine Animal Studies Committee. 31 mongrelhunde, der vejede 10-23 kg, blev bedøvet med pentobarbitalnatrium (30 mg/kg iv), og der blev givet supplerende doser for at opretholde en stabil bedøvelse. Der blev indsat en trachealkanyle, og der blev påbegyndt intermitterende overtryksventilation. Brystkassen blev åbnet transversalt ved fjerde interkostalrum. For at blokere den neurale ledelse blev begge cervikale vagusnerver ligeret tæt og knust i nakken, og begge stellatganglier blev knust med en tæt ligatur ved deres krydsninger med ansa subclaviae. Disse manøvrer fjerner næsten al tonisk nerveaktivitet til hjertet (10).

For at registrere den elektriske aktivitet i højre atrium og ventrikel blev der anbragt to bipolære elektroder på henholdsvis basen af den epikardiale overflade af højre atriale appendiks og på den epikardiale overflade af højre ventrikel. Den spontane SCL og AVCT blev målt og vist på en termograferet rectigraf (model WT 685T; Nihon Kohden, Tokyo, Japan). Trykket i højre atrium blev målt ved hjælp af en tryktransducer med kateterspids (model TCP2, Nihon Kohden), der blev indsat midt i højre atriumhule via den højre halsvenen. Højre atrialtryk og RAdP/d t blev registreret på rectigrafen. Det systemiske arterielle tryk blev også målt via højre femoralarterie.

To bipolære sølvelektroder med en afstand på 2 mm mellem elektroderne blev anvendt til at stimulere de intrakardiale parasympatiske neurale elementer. Den ene blev placeret på det fedtvæv, der ligger over den højre atriale side af krydset mellem de højre pulmonalvener (8, 19); vi betegner denne elektriske stimulering af de intrakardiale parasympatiske neurale elementer til SA-knudeområdet som SAPS. En anden blev anbragt på fedtvævet ved sammenløbet af den nedre vena cava inferior og venstre atrium; vi betegner denne elektriske stimulering af de intrakardiale neurale elementer til AV-knudeområdet som AVPS. Begge elektroder var forbundet med en elektrisk stimulator (model SEN 7103, Nihon Kohden). Stimulationen var subthreshold for aktivering af pacemakerceller og hjertemuskelceller, da der blev anvendt en ret smal stimulationspulsvarighed (0,01-0,06 ms) til parasympatisk nervestimulation (8). For at stimulere ekstrakardiale parasympatiske efferente nerver til hjertet blev der indsat to fine kobbernåleelektroder i hver cervikal vagusnerve i nakken; vi kalder en sådan elektrisk stimulering for det cervikale vagale kompleks (CVS). Før forsøget bestemte vi vilkårligt impulsvarigheden og en frekvens for stimuleringen (SAPS og AVPS, 0,01-0,06 ms og 10-30 Hz; CVS, 0,01-0,04 ms og 5-20 Hz) for at øge SCL med 300 ms og forlænge AVCT med 30 ms. Spændingsamplituden af stimuleringen var 10 V.

Protokoler.

Vi udførte to serier af eksperimenter. I den første serie undersøgte vi for at bestemme den rolle, som de parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden spiller for de kardiale reaktioner, virkningerne af topisk injektion af trimethaphan (n = 8), en nikotinisk ganglionreceptorantagonist, eller lidocain (n = 6), en natriumkanalblokker, i SVC-Ao-fedtpuden på de inotrope, kronotrope og dromotrope reaktioner på CVS hos de bedøvede hunde. Trimethaphan blev injiceret i en dosis på 0,3 mg i et volumen på 0,2 ml saltvand, og lidocain blev injiceret i en dosis på 3,0 mg i et volumen på 0,2 ml saltvand. Anvendte doser af trimethaphan eller lidocain havde ingen signifikant indflydelse på SCL, AVCT og atriel kontraktilitet. De direkte kardiale virkninger af en blocker blev bestemt 3 min. efter lægemiddeladministrationen, og derefter blev lægemiddelvirkningerne på de kardiale reaktioner på CVS bestemt ved afslutningen af en 30-stimulering.

I den anden serie, for at bestemme de forskellige roller mellem de parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden og dem i SAPS-lokaliteten, undersøgte vi virkningerne af topisk injektion af trimethaphan i en dosis på 0.3 mg (n = 8) eller lidokain i en dosis på 3,0 mg (n = 5) i et volumen på 0,2 ml saltvand i SAPS locus på de inotrope, kronotrope og dromotrope reaktioner på CVS, SAPS eller AVPS. Desuden undersøgte vi også virkningerne af lokal injektion af trimethaphan i SVC-Ao-fedtpuden efterfulgt af injektion af trimethaphan i SAPS locus på de inotropiske og kronotropiske responser på CVS eller SAPS hos fire bedøvede dyr. Hver stimulering blev adskilt af intervaller på 1 min eller mere for at give en tilstrækkelig restitutionstid.

Midler.

Midler anvendt i forsøgene var trimethaphan-camsylat (Nippon Rosch, Tokyo, Japan) og lidocainhydrochlorid (Fujisawa, Osaka, Japan).

Statistisk analyse.

Alle data er middelværdier ± SE. ANOVA med Bonferroni-test blev anvendt til den statistiske analyse af flere sammenligninger af dataene. Student’s t -test for pariedata blev anvendt til sammenligning mellem de to grupper. P-værdier under 0,05 blev betragtet som statistisk signifikante.

RESULTATER

Virkninger af trimethaphan eller lidokain injiceret i SVC-Ao-fedtpuden.

Forinden behandling med trimethaphan eller lidocain i SVC-Ao-fedtpuden bestemte vi den atriale kontraktil kraft, den spontane SCL og AVCT som svar på stimulering af begge sider af CVS, stimulering af de hastighedsrelaterede parasympatiske neurale elementer til SA-knudeområdet ved SA-fedtpuden (SAPS) eller stimulering af de AV-konduktionsrelaterede parasympatiske neurale elementer til AV-knudeområdet ved AV-fedtpuden (AVPS) som vist i fig.1. CVS nedsatte højre atrialtryk og RA dP/d t, øgede SCL og forlængede AVCT (Fig.1A). Vi brugte RA dP/d t som en indikator for den atriale kontraktile kraft. På den anden side øgede SAPS SCL med et fald i atriale trykresponser, men forlængede ikke AVCT (Fig. 1B), og AVPS forlængede AVCT uden ændringer i SCL og atriale trykresponser (Fig. 1C). Sammenfattede data er vist i tabel 1.

For at bestemme, hvordan de parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden kontrollerer de kardiale reaktioner, undersøgte vi derefter virkningerne af trimethaphan injiceret i SVC-Ao-fedtpuden på ændringerne i højre atriets kontraktil kraft, SCL og AV-ledning som reaktion på CVS. Tre minutter efter topisk injektion af trimethaphan i SVC-Ao-fedtpuden ændrede basal hjertefrekvens og arterielt blodtryk hos den bedøvede hund sig ikke signifikant fra de forudgående kontrolniveauer.

Topisk injektion af trimethaphan i en dosis på 0.3 mg i et volumen på 0,2 ml saltvand i SVC-Ao-fedtpuden svækkede på samme måde faldet i RA dP/d t, stigninger i SCL og forlængelsen af AVCT som reaktion på CVS med 37,4 ± 4,7%, 34,3 ± 5,4% og 33,1 ± 6,5% fra det respektive kontrolniveau (100%) i otte forsøg (Fig. 2). De 0,2 ml saltvand, der blev injiceret i SVC-Ao-fedtpuden, havde ingen indflydelse på de kardiale reaktioner og det arterielle blodtryk.

For at hæmme virkningen af de nervefibre, der passerer gennem SVC-Ao-fedtpuden, samt den ganglionære nikotinreceptormedierede virkning undersøgte vi virkningerne af lidocain injiceret i SVC-Ao-fedtpuden på de kardiale reaktioner på CVS. Topisk injektion af lidocain i en dosis på 3,0 mg dæmpede faldet i RA dP/d t, stigninger i SCL og forlængelsen af AVCT som reaktion på CVS med 83,1 ± 2,4 %, 89,0 ± 2,2 % og 53,2 ± 13,1 % fra det respektive kontrolniveau (100 %) i seks forsøg (Fig.3). Tre minutter efter lidocainbehandling ændrede basal hjertefrekvens og arterielt blodtryk sig ikke signifikant i forhold til kontrolniveauerne før lægemiddelbehandling.

Virkninger af trimethaphan eller lidokain injiceret i SAPS-lokaliteten.

For at undersøge forholdet mellem den funktionelle rolle af de parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden og dem i SAPS-lokaliteten undersøgte vi virkningerne af trimethaphan injiceret i SAPS-lokaliteten på ændringerne i højre atriums kontraktil kraft, SCL og AVCT som reaktion på CVS, SAPS eller AVPS. Topisk injektion af trimethaphan i SAPS locus undertrykte de negative kronotrope og inotrope responser på SAPS med 98,0 ± 1,0 % og 95,8 ± 2,0 %.3% fra det respektive kontrolniveau (100%), og det undertrykte også det negative kronotrope respons på CVS med 86,0 ± 3,5% (fig. 4). Imidlertid svækkede trimethaphan injiceret i SAPS-lokus det negative inotropiske respons på CVS delvist med 42,4 ± 3,5 %. Dromotrope responser på CVS og AVPS blev ikke påvirket af trimethaphan injiceret i SAPS locus.

Vi undersøgte også virkningerne af lidocain injiceret i SAPS-lokaliteten på de kardiale reaktioner på CVS, SAPS eller AVPS (Fig. 5). Topisk injektion af lidocain i en dosis på 3,0 mg i et volumen på 0,2 ml saltvand i SAPS-lokaliteten ophævede de negative kronotrope responser på SAPS og CVS og det negative inotrope respons på SAPS. Lidocain svækkede det negative inotrope respons på CVS delvist med 56,0 ± 6,7 % i forhold til det respektive kontrolniveau (100 %). Disse virkninger af lidocain på de kardiale responser på CVS og SAPS lignede virkningerne af trimethaphan, der blev injiceret i SAPS-lokaliteten (fig. 4 og 5). Lidocain påvirkede ikke de dromotrope responser på hver enkelt parasympatisk stimulering.

Derudover undersøgte vi virkningerne af trimethaphan på de kardiale reaktioner på CVS eller SAPS, når trimethaphan blev injiceret i SVC-Ao-fedtpuden efterfulgt af injektion i SAPS-lokaliteten hos fire bedøvede hunde (Fig. 6). Aktuel injektion af trimethaphan i SVC-Ao-fedtpuden dæmpede de negative inotrope (Fig. 6A) og kronotrope (Fig. 6B) responser på CVS med henholdsvis 29,9 ± 6,4 % og 35,6 ± 9,3 % fra kontrolniveauet (100 %). Injektion af trimethaphan i SAPS locus efter trimethaphaninjektion i SVC-Ao-fedtpuden dæmpede derefter yderligere det negative inotrope respons på CVS med 49,9 ± 2,4 % i forhold til kontrolniveauet før lægemidlet og undertrykte det resterende negative kronotrope respons på CVS med 91,8 ± 2,0 %. De negative inotrope (fig. 6C) og kronotrope (fig. 6D) responser på SAPS blev svagt, men ikke signifikant svækket ved injektion af trimethaphan i SVC-Ao-fedtpuden og undertrykt ved den efterfølgende injektion af trimethaphan i SAPS-lokaliteten. Hæmningerne af trimethaphan injiceret i SVC-Ao-fedtpuden og SAPS-lokus af de negative kardiale responser på CVS eller SAPS var ikke additive i forhold til hæmningen ved trimethaphanbehandling alene.

DISCUSSION

Parasympatiske ganglionceller i SAPS locus og AVPS locus kontrollerer selektivt henholdsvis den atriale pacemakeraktivitet og AV-ledning i hundehjertet (5, 7). Da SAPS forårsagede en negativ kronotropisk og inotropisk effekt og blev blokeret ved behandling med hexamethomium (7) eller med trimethaphan i denne undersøgelse, blev de ganglionære celler muligvis ikke aktiveret direkte af stimulus, men snarere af de præganglionære fibre. Miyazaki et al. (13) viste, at 1) vagal neuronal transmission i hjertet blev let hæmmet af enten hexamethonium, en ganglionisk blokkeringsmiddel, eller tetrodotoxin, en axonal blokkeringsmiddel, og 2) sympatisk neurotransmission blev blokeret af tetrodotoxin, men ikke af hexamethonium. I den foreliggende undersøgelse viste vi, at trimethaphan, en ganglionær blocker, let blokerede SAPS-inducerede negative kronotrope og inotrope virkninger, hvilket bekræfter de resultater, der blev påvist af Miyazaki et al. (13). For at hæmme forkortelsen af den atriale refraktære periode ved parasympatisk aktivering anvendte Chiou et al. (4) epikardial radiofrekvent kateterablation på SVC-Ao-fedtpuden i hundehjerte for at hæmme forkortelsen af den atriale refraktære periode ved parasympatisk aktivering. Ud fra deres resultater mente de, at de parasympatiske neurale elementer i SVC-Ao-fedtpuden var hovedstationen for vagale fibre til begge forkamre og til sinus- og AV-knuderne i hunden. De undersøgte ændringer i den atriale refraktærperiode i fedtpuderne, men de undersøgte ikke andre kardiale reaktioner, selv om der findes parasympatiske ganglionsceller i SVC-Ao-fedtpuden hos hunden. I 1992 rapporterede Mick et al. (12), at der findes en anden fedtpude, der kontrollerer sinusfunktionen, på det posteriore atriale sted (PAFP, posterior atrial fat pad), der støder op til SVC-Ao-fedtpuden i hundehjertet. PAFP er imidlertid ikke identisk med SVC-Ao-fedtpuden, som Chiou et al. (4) rapporterede om, hvad angår den anatomiske placering, fordi SVC-Ao-fedtpuden er placeret mellem den mediale SVC og aorticaroden, over for den højre lungearterie, og PAFP er placeret på det posteriore atriale sted. I denne undersøgelse viste vi for første gang, at parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao fedtpuden kontrollerer den højre atriale kontraktile kraft, sinusknudeaktivitet og AV-ledning delvist og ikke-selektivt i hundehjertet. Disse resultater tyder på, at de parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden er funktionelt forskellige fra dem i SAPS-lokaliteten og AVPS-lokaliteten. De parasympatiske ganglionceller i SAPS locus og AVPS locus kontrollerer selektivt henholdsvis den kronotrope og dromotrope aktivitet. På den anden side påvirker dem i SVC-Ao-fedtpuden i nogen grad henholdsvis den inotrope, kronotrope og dromotrope aktivitet.

Kontrol af sinusknuden pacemakeraktivitet.

Effekt af påføring af lidocain eller trimethaphan i SAPS locus eller SVC-Ao-fedtpuden (Figs. 2-5) tyder på, at1) næsten alle parasympatiske nervefibre, der inducerer den negative kronotrope effekt, passerer gennem SVC-Ao-fedtpuden,2) de ændrer den ganglionære neurotransmission ved de parasympatiske ganglionceller i hundehjertet, og 3) nogle af de cervikale nervefibre ændrer synapserne i SVC-Ao-fedtpuden og/eller SAPS-lokus i hundehjertet.

Kontrol af atriets kontraktile kraft.

Vi undersøgte a-bølgetrykket og dets første afledte i højre atrium som en indikator for højre atriums myokardiekontraktilitet i hundehjertet. Den første afledte af a-bølgetrykket afspejler summen af kontraktionen af de højre atriale muskler danner det højre intra-atriale hulrum, selv om a-bølgetrykket påvirkes af timingen af lukningen af trikuspidalklapperne og andre faktorer, f.eks, det venøse returløb som preload og det højre ventrikulære tryk som afterload (16).

I den foreliggende undersøgelse bekræfter vi, at parasympatiske ganglionceller i SAPS locus fra begge sider af CVS kontrollerer den højre atriale myokardiekontraktilitet delvist i hundehjertet (9). Desuden undertrykte lidokain injiceret i SVC-Ao-fedtpuden det negative inotrope respons på CVS (fig. 3), og trimethaphan injiceret i SVC-Ao-fedtpuden alene og i SVC-Ao-fedtpuden og SAPS-lokus dæmpede også delvist det inotrope respons på CVS (fig. 2og 6). Disse resultater tyder derfor på, at halvdelen af de parasympatiske ganglionceller, der kontrollerer den højre atriale kontraktilitet, findes i SAPS locus og SVC-Ao fedtpuden, og at der muligvis ikke er nogen selektiv klynge af de intrakardiale parasympatiske ganglier til kontrol af atrial kontraktil kraft i hundehjertet. Der er mange klynger af ganglioncellerne i hundehjertet (2,24), men AVPS eller stimulering af klyngerne af ganglioncellerne ved AV-fedtpuden påvirkede ikke den højre atriale kontraktilitet hos den bedøvede hund (14). Hjertets respons på vagusstimulering reguleres også af intracardiac og extracardiac neurale regulering i hundehjertet (11). For at kontrollere den atriale kontraktile kraft ved de parasympatiske ganglier har vi således brug for yderligere undersøgelser for at definere de resterende parasympatiske ganglionceller i hjertet eller ekstrakardiale steder.

I den foreliggende undersøgelse har vi fokuseret på den selektive kontrol af de parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden på den atriale kontraktil kraft. Vi undersøgte således ikke præcist forholdet mellem de parasympatiske ganglionære celler i SVC-Ao-fedtpuden og dem i AVPS-lokaliteten. Ud fra de foreliggende resultater og tidligere rapporter (7, 18) kan vi imidlertid spekulere, at kontrollen af det dromotrope respons på parasympatiske nerveaktiveringer på samme måde involverer både SVC-Ao-fedtpuden og SAPS-lokaliteten.

Der er tre funktionelle parasympatiske gangliongrupper i hundehjertet: parasympatiske ganglionceller i SA-fedtpuden for pacemakeraktiviteten og dem i AV-fedtpuden for AV-ledning (1, 8, 19) og parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden for pacemakeraktiviteten, atrialkontraktilitet og AV-ledning vist i den foreliggende undersøgelse. De parasympatiske ganglier i SA-fedtpuden fungerer som kontrollør af atrialfrekvensen, og de parasympatiske ganglier i AV-fedtpuden fungerer som kontrollør af AV-konduktionen. Vi har undersøgt, om disse parasympatiske ganglier styrer de respektive hjertefunktioner på det præsynaptiske sted eller i hjertet (6-9, 14, 23). Nogle af de parasympatiske ganglionceller i SA-fedtpuden regulerer kun delvist den atriale kontraktil kraft og refraktær periode (9, 23). På den anden side mente Chiou et al. (4), at de parasympatiske neurale elementer, herunder parasympatiske ganglier i SVC-Ao-fedtpuden, var hovedstationen for de vagale fibre til begge forkamre og til SA- og AV-knuderne i hunden. I den foreliggende undersøgelse præsenterede vi imidlertid, at de parasympatiske ganglionceller i SVC-Ao-fedtpuden måske ikke er hovedstationen for vagale fibre til højre atrium og til sinus- og AV-knuderne hos hunden. De kan fungere som en overordnet modulator af den atrielle pacemakeraktivitet, atriel kontraktilitet og AV-ledning i hundehjertet. Denne modulator kan balancere pacemakeraktivitet og AV-ledningsevne for at fuldføre hjerteslag, som tidligere foreslået (15).

FOOTNOTER

• Adresse for anmodninger om genoptryk og korrespondance: S. Chiba, Department of Pharmacology, Shinshu University School of Medicine, Matsumoto 390-8621, Japan.

• Udgifterne til offentliggørelse af denne artikel blev delvist dækket ved betaling af sideafgifter. Artiklen skal derfor hermed markeres som “reklame” i overensstemmelse med 18 U.S.C. Section 1734 udelukkende for at angive dette forhold.