Effetti inotropi, cronotropi e dromotropi mediati dai gangli parasimpatici nel cuore del cane

Le diverse fibre nervose vagali controllano il cuore attraverso cellule gangliari nelle pareti del cuore. Quasi tutte le cellule gangliari parasimpatiche per l’attività pacemaker del nodo del seno esistono nel tessuto adiposo sovrastante le vene polmonari destre (cuscinetto adiposo SA), e quelle per la conduzione atrioventricolare (AV) esistono nel tessuto adiposo alla giunzione della vena cava inferiore e dell’atrio sinistro (cuscinetto adiposo AV) (1, 7-9, 19,20). Gli elementi neurali parasimpatici che controllano la frequenza sinusale esistono anche nel tessuto adiposo sovrastante le vene polmonari di destra dei cuori umani (3). Tuttavia, le cellule gangliari parasimpatiche raggruppate che controllano la forza contrattile atriale non sono state ancora identificate nel cuore dei mammiferi, anche se la stimolazione degli elementi neurali parasimpatici al cuscinetto grasso SA aumenta la lunghezza del ciclo sinusale spontaneo (SCL) e diminuisce parzialmente la forza contrattile atriale nel cuore del cane (9). Recentemente, Chiou et al. (4) hanno riferito che ci sono cellule gangliari nel cuscinetto di grasso situato tra la vena cava superiore mediale e la radice aortica (cuscinetto di grasso SVC-Ao) e che l’ablazione con catetere a radiofrequenza al cuscinetto di grasso SVC-Ao ha portato alla completa denervazione vagale o all’attenuazione del periodo refrattario effettivo (ERP) indotto vagalmente dell’atrio destro e sinistro del cane. Tuttavia, molte fibre nervose autonome passano attraverso e intorno al cuscinetto grasso SVC-Ao nel cane (17, 21,22). Nel presente studio, quindi, abbiamo esaminato se le cellule gangliari parasimpatiche nel pad grasso SVC-Ao selettivamente e totalmente controllare la destra atriale contrattile e risposte elettriche per l’attivazione dei nervi vago nel cane anestetizzato. Per raggiungere questo scopo, abbiamo studiato gli effetti dell’iniezione topica di un bloccante dei recettori nicotinici gangliari, trimethaphan, e un bloccante dei canali del sodio, lidocaina, nel cuscinetto grasso SVC-Ao sulla derivata prima della pressione atriale destra (RA dP/d t), SCL, e il tempo di conduzione AV (AVCT) in risposta alla stimolazione nervosa parasimpatica. Abbiamo stimolato elettricamente entrambi i lati dei nervi vaghi cervicali, elementi neurali parasimpatici legati alla velocità del seno nel cuscinetto grasso SA, o elementi neurali parasimpatici legati alla conduzione AV nel cuscinetto grasso AV separatamente (8,9).

Preparazione.

I nostri esperimenti sugli animali sono stati approvati dalla Shinshu University School of Medicine Animal Studies Committee. Trentuno cani bastardi, del peso di 10-23 kg, sono stati anestetizzati con pentobarbital sodico (30 mg/kg iv), e dosi supplementari sono state date per mantenere stabile l’anestesia. Una cannula tracheale è stata inserita e la ventilazione intermittente a pressione positiva è stata avviata. Il petto è stato aperto trasversalmente al quarto spazio intercostale. Per bloccare la conduzione neurale, entrambi i nervi vaghi cervicali sono stati legati strettamente e schiacciati al collo, ed entrambi i gangli stellati sono stati schiacciati con una legatura stretta alle loro giunzioni con la subclavia ansa. Queste manovre rimuovono quasi tutta l’attività neurale tonica al cuore (10).

Per registrare l’attività elettrica dell’atrio e del ventricolo destro, due elettrodi bipolari sono stati posti sulla base della superficie epicardica dell’appendice atriale destra e sulla superficie epicardica del ventricolo destro, rispettivamente. La SCL spontanea e la AVCT sono state misurate e visualizzate su un termografo (modello WT 685T; Nihon Kohden, Tokyo, Giappone). La pressione atriale destra è stata misurata da un trasduttore di pressione con punta di catetere (modello TCP2, Nihon Kohden) che è stato inserito nel mezzo della cavità atriale destra attraverso la vena giugulare destra. La pressione atriale destra e la RAdP/d t sono state registrate sul rectigrafo. La pressione arteriosa sistemica è stata misurata anche attraverso l’arteria femorale destra.

Due elettrodi d’argento bipolari, a una distanza interelettrodo di 2 mm, sono stati utilizzati per stimolare gli elementi neurali parasimpatici intracardiaci. Uno è stato posto sul tessuto adiposo sovrastante il lato atriale destro della giunzione delle vene polmonari destre (8, 19); ci riferiamo a questa stimolazione elettrica degli elementi neurali parasimpatici intracardiaci alla regione del nodo SA come SAPS. Un altro è stato posto sul tessuto adiposo alla giunzione della vena cava inferiore e atrio sinistro; ci riferiamo a questa stimolazione elettrica degli elementi neurali intracardiaci alla regione del nodo AV come AVPS. Entrambi gli elettrodi sono stati collegati uno stimolatore elettrico (modello SEN 7103, Nihon Kohden). La stimolazione era sottosoglia per l’attivazione delle cellule pacemaker e cellule muscolari cardiache quando una durata abbastanza stretta impulso di stimolazione (0.01-0.06 ms) per la stimolazione del nervo parasimpatico è stato utilizzato (8). Per stimolare i nervi efferenti parasimpatici extracardiaci al cuore, due elettrodi di rame sottili sono stati inseriti in ogni nervo vago cervicale al collo; ci riferiamo a tale stimolazione elettrica come il complesso vagale cervicale (CVS). Prima dell’esperimento, abbiamo determinato arbitrariamente la durata dell’impulso e la frequenza della stimolazione (SAPS e AVPS, 0.01-0.06 ms e 10-30 Hz; CVS, 0.01-0.04 ms e 5-20 Hz) per aumentare la SCL di 300 ms e prolungare la AVCT di 30 ms. L’ampiezza di tensione della stimolazione era 10 V.

Protocolli.

Abbiamo condotto due serie di esperimenti. Nella prima serie, per determinare il ruolo delle cellule gangliari parasimpatiche nel pad grasso SVC-Ao sulle risposte cardiache, abbiamo studiato gli effetti dell’iniezione topica di trimethaphan (n = 8), un antagonista dei recettori gangliari nicotinici, o lidocaina (n = 6), un bloccante dei canali del sodio, nel pad grasso SVC-Ao sulle risposte inotropa, cronotropa e dromotropa al CVS nei cani anestetizzati. Trimetafano è stato iniettato alla dose di 0,3 mg in un volume di 0,2 ml di soluzione salina, e lidocaina è stato iniettato alla dose di 3,0 mg in un volume di 0,2 ml di soluzione salina. Dosi utilizzate di trimetafano o lidocaina non hanno influenzato significativamente la SCL, l’AVCT, e la contrattilità atriale. Gli effetti cardiaci diretti di un bloccante sono stati determinati 3 min dopo la somministrazione del farmaco, e poi gli effetti del farmaco sulle risposte cardiache al CVS sono stati determinati alla fine di una stimolazione di 30-s.

Nella seconda serie, per determinare i diversi ruoli tra le cellule gangliari parasimpatiche nel cuscinetto adiposo SVC-Ao e quelle nel locus SAPS, abbiamo studiato gli effetti dell’iniezione topica di trimethaphan alla dose di 0.3 mg (n = 8) o lidocaina alla dose di 3.0 mg (n = 5) in un volume di 0.2 ml di soluzione salina nel locus SAPS sulle risposte inotropa, cronotropa e dromotropa a CVS, SAPS, o AVPS. Inoltre, abbiamo anche studiato gli effetti dell’iniezione topica di trimetafano nel pad grasso SVC-Ao seguita da iniezione di trimetafano nel locus SAPS sulle risposte inotrope e cronotrope a CVS o SAPS in quattro animali anestetizzati. Ogni stimolazione è stata separata da intervalli di 1 min o più per consentire un tempo sufficiente di recupero.

Farmaci.

Farmaci utilizzati negli esperimenti erano trimethaphan camsylate (Nippon Rosch, Tokyo, Giappone) e lidocaina cloridrato (Fujisawa, Osaka, Giappone).

Analisi statistica.

Tutti i dati sono medie ± SE. ANOVA con il test di Bonferroni è stato utilizzato per l’analisi statistica dei confronti multipli dei dati. Per il confronto tra i due gruppi è stato utilizzato il test t di Student per dati uguali. I valori di P inferiori a 0,05 sono stati considerati statisticamente significativi.

RESULTATI

Effetti del trimetafano o della lidocaina iniettati nel cuscinetto di grasso SVC-Ao.

Prima del trattamento con trimethaphan o lidocaina nel cuscinetto grasso SVC-Ao, abbiamo determinato la forza contrattile atriale, la SCL spontanea, e AVCT in risposta alla stimolazione di entrambi i lati del CVS, stimolazione degli elementi neurali parasimpatici legati alla velocità alla regione nodale SA al cuscinetto grasso SA (SAPS), o la stimolazione degli elementi neurali parasimpatici legati alla conduzione AV alla regione nodale AV al cuscinetto grasso AV (AVPS) come mostrato in Fig.1. CVS diminuito la pressione atriale destra e RA dP / t, SCL aumentato, e prolungato AVCT (Fig.1A). Abbiamo usato il RA dP/d t come indicatore della forza contrattile atriale. D’altra parte, SAPS aumentato il SCL con una diminuzione delle risposte di pressione atriale, ma non ha prolungato il AVCT (Fig. 1B), e AVPS prolungato il AVCT senza cambiamenti in SCL e risposte di pressione atriale (Fig. 1C). Dati riassunti sono riportati nella tabella 1.

Per determinare come le cellule gangliari parasimpatiche nel pad grasso SVC-Ao controllare le risposte cardiache, abbiamo poi studiato gli effetti del trimethaphan iniettato nel pad grasso SVC-Ao sui cambiamenti nella forza contrattile atriale destra, SCL, e la conduzione AV in risposta a CVS. Tre minuti dopo l’iniezione topica di trimetafano nel cuscinetto grasso SVC-Ao, la frequenza cardiaca basale e la pressione sanguigna arteriosa del cane anestetizzato non è cambiata significativamente dai livelli di controllo predrug.

Iniezione topica di trimetafano ad una dose di 0.3 mg in un volume di 0,2 ml di soluzione fisiologica nel pad grasso SVC-Ao analogamente attenuato diminuzioni in RA dP / t, aumenti in SCL, e il prolungamento di AVCT in risposta a CVS da 37.4 ± 4.7%, 34.3 ± 5.4%, e 33.1 ± 6.5% dal rispettivo livello di controllo (100%) in otto esperimenti (Fig. 2). I 0,2 ml di soluzione fisiologica iniettati nel cuscinetto di grasso SVC-Ao non hanno influenzato le risposte cardiache e la pressione sanguigna arteriosa.

Per inibire l’azione delle fibre nervose che passano attraverso il cuscinetto grasso SVC-Ao così come l’azione gangliare recettore nicotinico mediato, abbiamo studiato gli effetti della lidocaina iniettata nel pad grasso SVC-Ao sulle risposte cardiache al CVS. Iniezione topica di lidocaina ad una dose di 3.0 mg depresso diminuzioni di RA dP / t, aumenti di SCL, e il prolungamento di AVCT in risposta a CVS da 83.1 ± 2.4%, 89.0 ± 2.2%, e 53.2 ± 13.1% dal livello di controllo rispettivo (100%) in sei esperimenti (Fig.3). Tre minuti dopo il trattamento con lidocaina, la frequenza cardiaca basale e la pressione arteriosa non sono cambiati significativamente dai livelli di controllo predrug.

Effetti del trimethaphan o della lidocaina iniettata nel locus SAPS.

Per indagare il rapporto tra il ruolo funzionale delle cellule gangliari parasimpatiche nel cuscinetto grasso SVC-Ao e quelle del locus SAPS, abbiamo studiato gli effetti del trimetafano iniettato nel locus SAPS sui cambiamenti nella forza contrattile atriale destra, SCL, e AVCT in risposta a CVS, SAPS, o AVPS. Iniezione topica di trimethaphan nel locus SAPS soppresso le risposte negative cronotropa e inotropa a SAPS da 98.0 ± 1.0% e 95.8 ± 2.3% dal rispettivo livello di controllo (100%), rispettivamente, e ha anche soppresso la risposta cronotropa negativa a CVS da 86.0 ± 3.5% (Fig. 4). Tuttavia, trimethaphan iniettato nel locus SAPS attenuato la risposta negativa inotropa a CVS parzialmente da 42.4 ± 3.5%. Risposte dromotropiche a CVS e AVPS non sono stati influenzati da trimethaphan iniettato nel locus SAPS.

Abbiamo anche studiato gli effetti della lidocaina iniettata nel locus SAPS sulle risposte cardiache a CVS, SAPS, o AVPS (Fig.5). L’iniezione topica di lidocaina alla dose di 3,0 mg in un volume di 0,2 ml di soluzione fisiologica nel locus SAPS ha abolito le risposte cronotrope negative a SAPS e CVS e la risposta inotropa negativa a SAPS. La lidocaina ha attenuato la risposta inotropa negativa a CVS in parte del 56,0 ± 6,7% dal rispettivo livello di controllo (100%). Questi effetti della lidocaina sulle risposte cardiache a CVS e SAPS erano simili a quelli effetti del trimetafano iniettato nel locus SAPS (Figg. 4 e 5). La lidocaina non ha influenzato le risposte dromotropiche ad ogni stimolazione parasimpatica.

Inoltre, abbiamo studiato gli effetti del trimetafano sulle risposte cardiache a CVS o SAPS quando il trimetafano è stato iniettato nel cuscinetto grasso SVC-Ao seguito da iniezione nel locus SAPS in quattro cani anestetizzati (Fig. 6). L’iniezione topica di trimetafano nel cuscinetto adiposo SVC-Ao ha attenuato le risposte inotrope negative (Fig. 6A) e cronotrope (Fig. 6B) al CVS del 29,9 ± 6,4% e 35,6 ± 9,3% dal livello di controllo (100%), rispettivamente. L’iniezione di trimetafano nel locus SAPS dopo l’iniezione trimetafano nel pad grasso SVC-Ao poi ulteriormente attenuato la risposta negativa inotropa a CVS da 49,9 ± 2,4% dal livello di controllo predrug e soppresso la risposta cronotropa residua negativo a CVS da 91,8 ± 2,0%. Le risposte inotropa negativa (Fig. 6C) e cronotropa (Fig. 6D) a SAPS erano leggermente ma non significativamente attenuate dall’iniezione di trimetaphan nel cuscinetto grasso SVC-Ao e soppresse dalla seguente iniezione di trimetaphan nel locus SAPS. Le inibizioni da trimethaphan iniettato nel pad grasso SVC-Ao e locus SAPS delle risposte cardiache negative a CVS o SAPS non erano additivi per l’inibizione dal trattamento trimethaphan solo.

DISCUSSIONE

Cellule gangliari parasimpatiche nel locus SAPS e locus AVPS controllare selettivamente l’attività pacemaker atriale e la conduzione AV, rispettivamente, nel cuore del cane (5, 7). Poiché la SAPS ha causato un effetto negativo cronotropo e inotropo ed è stato bloccato dal trattamento con esametomio (7) o con trimethaphan in questo studio, le cellule gangliari potrebbe non essere attivato direttamente dallo stimolo, ma piuttosto le fibre pregangliari erano. Miyazaki et al. (13) hanno dimostrato che 1) la trasmissione neuronale vagale nel cuore è stata prontamente inibita dall’esametonio, un bloccante gangliare, o dalla tetrodotossina, un bloccante assonale, e 2) la neurotrasmissione simpatica è stata bloccata dalla tetrodotossina ma non dall’esametonio. Nel presente studio, abbiamo dimostrato che il trimetafano, un bloccante gangliare, ha prontamente bloccato gli effetti cronotropi e inotropi negativi indotti dalla SAPS, confermando i risultati dimostrati da Miyazaki et al. Per inibire l’accorciamento del periodo refrattario atriale da parte dell’attivazione parasimpatica, Chiou et al. (4) hanno applicato l’ablazione epicardica con catetere a radiofrequenza al cuscinetto grasso SVC-Ao nel cuore del cane. Dai loro risultati, hanno pensato che gli elementi neurali parasimpatici nel cuscinetto grasso SVC-Ao erano la stazione di testa delle fibre vagali ad entrambi gli atri e ai nodi senoatriali e AV nel cane. Hanno studiato i cambiamenti nel periodo refrattario atriale nei cuscinetti grassi, ma non hanno studiato altre risposte cardiache, anche se ci sono cellule gangliari parasimpatiche nel cuscinetto grasso SVC-Ao del cane. Nel 1992, Mick et al. (12) hanno riferito che un altro cuscinetto grasso che controlla la funzione del seno esiste nel sito atriale posteriore (PAFP, cuscinetto grasso atriale posteriore) vicino al cuscinetto grasso SVC-Ao nel cuore del cane. Tuttavia, il PAFP non è identico al cuscinetto di grasso SVC-Ao che Chiou et al. (4) hanno riportato, in posizione anatomica, perché il cuscinetto di grasso SVC-Ao si trova tra la SVC mediale e la radice aortica, superiore all’arteria polmonare destra, e il PAFP si trova il sito atriale posteriore. Nel presente studio abbiamo dimostrato in primo luogo che le cellule gangliari parasimpatiche nel pad grasso SVC-Ao controllare la forza contrattile atriale destra, l’attività del nodo del seno e la conduzione AV parzialmente e non selettivamente nel cuore del cane. Questi risultati suggeriscono che le cellule gangliari parasimpatiche nel cuscinetto grasso SVC-Ao sono funzionalmente diverse da quelle del locus SAPS e del locus AVPS. Le cellule gangliari parasimpatiche nel locus SAPS e nel locus AVPS controllano selettivamente l’attività cronotropa e dromotropa, rispettivamente. D’altra parte, quelli nel cuscinetto grasso SVC-Ao influenzano in qualche misura l’attività inotropa, cronotropa e dromotropa, rispettivamente.

Controllo dell’attività del pacemaker del nodo del seno.

L’effetto dell’applicazione di lidocaina o trimethaphan nel locus SAPS o nel cuscinetto grasso SVC-Ao (Figg. 2-5) suggerisce che1) quasi tutte le fibre nervose parasimpatiche che inducono l’effetto cronotropo negativo passano attraverso il cuscinetto grasso SVC-Ao, 2) cambiano la neurotrasmissione gangliare alle cellule gangliare parasimpatiche nel cuore del cane, e 3) alcune delle fibre nervose cervicali cambiano le sinapsi nel cuscinetto grasso SVC-Ao e/o nel locus SAPS nel cuore del cane.

Controllo della forza contrattile atriale.

Abbiamo studiato la pressione dell’onda a e la sua prima derivata dell’atrio destro come indicatore della contrattilità miocardica atriale destra nel cuore del cane. La prima derivata della pressione dell’onda a riflette la somma della contrazione dei muscoli atriali destri formano la cavità intra-atriale destra, anche se la pressione dell’onda a è influenzata dal tempo della chiusura delle valvole tricuspide e altri fattori, ad es, il ritorno venoso come precarico, e la pressione ventricolare destra come postcarico (16).

Nel presente studio, confermiamo che le cellule gangliari parasimpatiche nel locus SAPS da entrambi i lati del CVS controllano parzialmente la contrattilità miocardica atriale destra nel cuore del cane (9). Inoltre, lidocaina iniettato nel pad grasso SVC-Ao soppresso la risposta negativa inotropa a CVS (Fig. 3), e trimethaphan iniettato nel pad grasso SVC-Ao solo e nel pad grasso SVC-Ao e il locus SAPS anche attenuato la risposta inotropa a CVS in parte (Figs. 2e 6). Questi risultati, quindi, suggeriscono che la metà delle cellule gangliari parasimpatiche che controllano la contrattilità atriale destra esistono nel locus SAPS e pad grasso SVC-Ao, e non ci può essere un cluster selettivo dei gangli parasimpatici intracardiaci per il controllo della forza contrattile atriale nel cuore del cane. Ci sono molti cluster delle cellule gangliari nel cuore del cane (2,24), ma AVPS o la stimolazione dei cluster delle cellule gangliari al pad grasso AV non ha influenzato la contrattilità atriale destra nel cane anestetizzato (14). Le risposte cardiache alla stimolazione vagale sono anche regolate dalla regolazione neurale intracardiaca ed extracardiaca nel cuore del cane (11). Così, per controllare la forza contrattile atriale ai gangli parasimpatici, abbiamo bisogno di ulteriori studi per definire le cellule gangliari parasimpatiche residue nel cuore o siti extra-cardiaci.

Nel presente studio, ci siamo concentrati sul controllo selettivo delle cellule gangliari parasimpatiche nel pad grasso SVC-Ao sulla forza contrattile atriale. Così non abbiamo indagato con precisione il rapporto tra le cellule gangliari parasimpatiche nel pad grasso SVC-Ao e quelli nel locus AVPS. Tuttavia, dai risultati attuali e dai rapporti precedenti (7, 18), possiamo ipotizzare che il controllo della risposta dromotropica alle attivazioni nervose parasimpatiche coinvolga analogamente sia il cuscinetto adiposo SVC-Ao che il locus SAPS.

Ci sono tre gruppi di gangli parasimpatici funzionali nel cuore del cane: le cellule gangliari parasimpatiche nel cuscinetto grasso SA per l’attività del pacemaker e quelle nel cuscinetto grasso AV per la conduzione AV (1, 8, 19), e le cellule gangliari parasimpatiche nel cuscinetto grasso SVC-Ao per l’attività del pacemaker, la contrattilità atriale e la conduzione AV mostrata nel presente studio. I gangli parasimpatici nel cuscinetto grasso SA lavorano come controllore della frequenza atriale e quelli nel cuscinetto grasso AV lavorano come controllore della conduzione AV. Abbiamo studiato se questi gangli parasimpatici controllano le rispettive funzioni cardiache al sito presinaptico o al cuore (6-9, 14, 23). Alcune delle cellule gangliari parasimpatiche nel cuscinetto grasso SA regolano la forza contrattile atriale e il periodo refrattario solo in parte (9, 23). D’altra parte, Chiou et al. (4) pensavano che gli elementi neurali parasimpatici compresi i gangli parasimpatici nel cuscinetto grasso SVC-Ao fossero la stazione di testa delle fibre vagali ad entrambi gli atri e ai nodi SA e AV nel cane. Tuttavia, nel presente studio, abbiamo presentato che le cellule gangliari parasimpatiche nel cuscinetto grasso SVC-Ao potrebbero non essere la stazione di testa delle fibre vagali all’atrio destro e ai nodi senoatriali e AV nel cane. Potrebbero funzionare come un modulatore generale dell’attività del pacemaker atriale, della contrattilità atriale e della conduzione AV nel cuore del cane. Questo modulatore può bilanciare l’attività del pacemaker e la conducibilità AV per completare il battito cardiaco come precedentemente suggerito (15).

FOOTNOTES

• Indirizzo per richieste di ristampa e corrispondenza: S. Chiba, Dipartimento di Farmacologia, Shinshu University School of Medicine, Matsumoto 390-8621, Giappone.

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