Efecte inotrope, cronotrope și dromotrope mediate prin ganglioni parasimpatici în inima câinelui

Fibrele nervoase vagale diferite controlează inima prin intermediul celulelor ganglionare din pereții inimii. Aproape toate celulele ganglionare parasimpatice pentru activitatea pacemakerului nodului sinusal există în țesutul adipos care acoperă venele pulmonare drepte (pernuța adipoasă SA), iar cele pentru conducerea atrioventriculară (AV) există în țesutul adipos de la joncțiunea dintre vena cavă inferioară și atriul stâng (pernuța adipoasă AV) (1, 7-9, 19,20). Elementele neuronale parasimpatice care controlează frecvența sinusală există, de asemenea, în țesutul adipos care acoperă venele pulmonare drepte ale inimii umane (3). Cu toate acestea, celulele ganglionare parasimpatice grupate care controlează forța contractilă atrială nu au fost încă identificate în inima mamiferelor, deși stimularea elementelor neuronale parasimpatice la nivelul plăcuței adipoase SA crește durata ciclului sinusal spontan (SCL) și scade parțial forța contractilă atrială în inima câinelui (9). Recent, Chiou și colab. (4) au raportat că există celule ganglionare în pernuța de grăsime situată între vena cavă superioară medială și rădăcina aortică (pernuța de grăsime SVC-Ao) și că ablația prin cateter cu radiofrecvență la nivelul pernuței de grăsime SVC-Ao a dus la denervarea vagală completă sau la atenuarea scurtarea perioadei refractare efective (ERP) induse vagal în atriile drepte și stângi ale câinelui. Cu toate acestea, multe fibre nervoase autonome trec prin și în jurul tamponului adipos SVC-Ao la câine (17, 21,22). Prin urmare, în studiul de față, am examinat dacă celulele ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SVC-Ao controlează în mod selectiv și total răspunsurile contractile și electrice ale atriului drept la activarea nervilor vagi la câinele anesteziat. Pentru a realiza acest scop, am studiat efectele injecției topice a unui blocant al receptorilor nicotinici ganglionari, trimetafan, și a unui blocant al canalelor de sodiu, lidocaină, în tamponul adipos SVC-Ao asupra primei derivate a presiunii atriale drepte (RA dP/d t), a SCL și a timpului de conducere AV (AVCT) ca răspuns la stimularea nervului parasimpatic. Am stimulat electric ambele părți ale nervilor vagi cervicali, elementele neuronale parasimpatice legate de rata sinusală în tamponul adipos SA sau elementele neuronale parasimpatice legate de conducerea AV în tamponul adipos AV separat (8,9).

Preparare.

Experimentele noastre pe animale au fost aprobate de către Comitetul de studii pe animale al Școlii de Medicină a Universității Shinshu. Treizeci și unu de câini mongrel, cântărind 10-23 kg, au fost anesteziați cu pentobarbital sodic (30 mg/kg iv), iar doze suplimentare au fost administrate pentru a menține anestezia stabilă. S-a introdus o canulă traheală și s-a început ventilația intermitentă cu presiune pozitivă. Toracele a fost deschis transversal la nivelul celui de-al patrulea spațiu intercostal. Pentru a bloca conducerea neuronală, ambii nervi vagi cervicali au fost legați strâns și striviți la nivelul gâtului, iar ambii ganglioni stelați au fost striviți cu o ligatură strânsă la joncțiunea lor cu ansa subclaviae. Aceste manevre elimină aproape toată activitatea neuronală tonică către inimă (10).

Pentru a înregistra activitatea electrică a atriului și ventriculului drept, au fost plasați doi electrozi bipolari la baza suprafeței epicardice a apendicelui atrial drept și, respectiv, pe suprafața epicardică a ventriculului drept. SCL și AVCT spontane au fost măsurate și afișate pe un rectigraf cu scriere termică (model WT 685T; Nihon Kohden, Tokyo, Japonia). Presiunea atrială dreaptă a fost măsurată cu ajutorul unui traductor de presiune cu vârf de cateter (model TCP2, Nihon Kohden) care a fost introdus în mijlocul cavității atriale drepte prin vena jugulară dreaptă. Presiunea atrială dreaptă și RAdP/d t au fost înregistrate pe rectigraf. Presiunea arterială sistemică a fost, de asemenea, măsurată prin intermediul arterei femurale drepte.

Doi electrozi bipolari de argint, la o distanță între electrozi de 2 mm, au fost utilizați pentru a stimula elementele neuronale parasimpatice intracardiace. Unul a fost plasat pe țesutul adipos care acoperă partea atrială dreaptă a joncțiunii venelor pulmonare drepte (8, 19); ne referim la această stimulare electrică a elementelor neuronale parasimpatice intracardiace către regiunea nodală SA ca SAPS. Un altul a fost plasat pe țesutul adipos de la joncțiunea dintre vena cavă inferioară și atriul stâng; ne referim la această stimulare electrică a elementelor neuronale intracardiace către regiunea nodală AV ca AVPS. Ambii electrozi au fost conectați un stimulator electric (model SEN 7103, Nihon Kohden). Stimularea a fost sub pragul de activare a celulelor pacemaker și a celulelor musculare cardiace atunci când a fost utilizată o durată a impulsului de stimulare destul de îngustă (0,01-0,06 ms) pentru stimularea nervului parasimpatic (8). Pentru a stimula nervii eferenți parasimpatici extracardiaci eferenți la inimă, au fost introduși doi electrozi fini cu ac de cupru în fiecare nerv vag cervical la nivelul gâtului; ne referim la o astfel de stimulare electrică ca fiind complexul vagal cervical (CVS). Înainte de experiment, am determinat în mod arbitrar durata impulsului și o frecvență a stimulării (SAPS și AVPS, 0,01-0,06 ms și 10-30 Hz; CVS, 0,01-0,04 ms și 5-20 Hz) pentru a crește SCL cu 300 ms și a prelungi AVCT cu 30 ms. Amplitudinea tensiunii de stimulare a fost de 10 V.

Protocoale.

Am efectuat două serii de experimente. În prima serie, pentru a determina rolul celulelor ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SVC-Ao asupra răspunsurilor cardiace, am investigat efectele injecției topice de trimetafan (n = 8), un antagonist al receptorilor ganglionari nicotinici, sau de lidocaină (n = 6), un blocant al canalelor de sodiu, în tamponul adipos SVC-Ao asupra răspunsurilor inotropice, cronotropice și dromotrope la CVS la câinii anesteziați. Trimetafanul a fost injectat la o doză de 0,3 mg într-un volum de 0,2 ml de soluție salină, iar lidocaina a fost injectată la o doză de 3,0 mg într-un volum de 0,2 ml de soluție salină. Dozele utilizate de trimetafan sau lidocaină nu au influențat în mod semnificativ SCL, AVCT și contractilitatea atrială. Efectele cardiace directe ale unui blocant au fost determinate la 3 min după administrarea medicamentului, iar apoi efectele medicamentului asupra răspunsurilor cardiace la CVS au fost determinate la sfârșitul unei stimulări de 30 de secunde.

În a doua serie, pentru a determina rolurile diferite între celulele ganglionare parasimpatice din pernuța de grăsime SVC-Ao și cele din locașul SAPS, am studiat efectele injecției topice de trimetafan la o doză de 0,5 %.3 mg (n = 8) sau de lidocaină în doză de 3,0 mg (n = 5) într-un volum de 0,2 ml de soluție salină în locașul SAPS asupra răspunsurilor inotropice, cronotropice și dromotrope la CVS, SAPS sau AVPS. În plus, am studiat, de asemenea, efectele injecției topice de trimetafan în tamponul de grăsime SVC-Ao, urmată de injecția de trimetafan în locașul SAPS, asupra răspunsurilor inotropice și cronotropice la CVS sau SAPS la patru animale anesteziate. Fiecare stimulare a fost separată de intervale de 1 min sau mai mult pentru a permite un timp de recuperare suficient.

Medicamente.

Medicamentele utilizate în experimente au fost trimetafan camsilat (Nippon Rosch, Tokyo, Japonia) și clorhidrat de lidocaină (Fujisawa, Osaka, Japonia).

Analiză statistică.

Toate datele sunt medii ± SE. ANOVA cu testul Bonferroni a fost utilizat pentru analiza statistică a comparațiilor multiple ale datelor. Testul t al lui Student pentru date paralele a fost utilizat pentru comparația între cele două grupuri. Valorile P mai mici de 0,05 au fost considerate semnificative din punct de vedere statistic.

REZULTATE

Efectele trimetafanului sau ale lidocainei injectate în tamponul adipos SVC-Ao.

Înainte de tratamentul cu trimetafan sau lidocaină în tamponul adipos SVC-Ao, am determinat forța contractilă atrială, SCL spontană și AVCT ca răspuns la stimularea ambelor părți ale CVS, stimularea elementelor neuronale parasimpatice legate de viteză la nivelul regiunii nodale SA la nivelul plăcuței adipoase SA (SAPS) sau stimularea elementelor neuronale parasimpatice legate de conducția AV la nivelul regiunii nodale AV la nivelul plăcuței adipoase AV (AVPS), după cum se arată în Fig.1. CVS a scăzut presiunea atrială dreaptă și RA dP/d t, a crescut SCL și a prelungit AVCT (Fig. 1A). Am folosit RA dP / d t ca indicator al forței contractile atriale. Pe de altă parte, SAPS a crescut SCL cu o scădere a răspunsurilor la presiunea atrială, dar nu a prelungit AVCT (Fig. 1B), iar AVPS a prelungit AVCT fără modificări ale SCL și ale răspunsurilor la presiunea atrială (Fig. 1C). Datele rezumate sunt prezentate în tabelul 1.

Pentru a determina modul în care celulele ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SVC-Ao controlează răspunsurile cardiace, am studiat apoi efectele trimetafanului injectat în tamponul adipos SVC-Ao asupra modificărilor forței contractile atriale drepte, a SCL și a conducerii AV ca răspuns la CVS. La trei minute după injectarea topică a trimetafanului în tamponul adipos SVC-Ao, frecvența cardiacă bazală și tensiunea arterială a câinelui anesteziat nu s-au modificat semnificativ față de nivelurile de control pre-medicament.

Injectarea topică a trimetafanului la o doză de 0,5 %.3 mg într-un volum de 0,2 ml de soluție salină în plăcuța de grăsime SVC-Ao a atenuat în mod similar scăderile RA dP/d t, creșterile SCL și prelungirea AVCT ca răspuns la CVS cu 37,4 ± 4,7%, 34,3 ± 5,4% și 33,1 ± 6,5% față de nivelul de control respectiv (100%) în opt experimente (Fig. 2). Cei 0,2 ml de soluție salină injectată în plăcuța de grăsime SVC-Ao nu au afectat răspunsurile cardiace și tensiunea arterială.

Pentru a inhiba acțiunea fibrelor nervoase care trec prin tamponul adipos SVC-Ao, precum și acțiunea mediată de receptorii nicotinici ganglionari, am studiat efectele lidocainei injectate în tamponul adipos SVC-Ao asupra răspunsurilor cardiace la CVS. Injectarea topică de lidocaină la o doză de 3,0 mg a diminuat scăderile RA dP / d t, creșterile SCL și prelungirea AVCT ca răspuns la CVS cu 83,1 ± 2,4%, 89,0 ± 2,2% și 53,2 ± 13,1% față de nivelul de control respectiv (100%) în șase experimente (Fig.3). La trei minute după tratamentul cu lidocaină, frecvența cardiacă bazală și tensiunea arterială nu s-au modificat semnificativ față de nivelurile de control anterioare administrării medicamentului.

Efectele trimetafanului sau ale lidocainei injectate în locusul SAPS.

Pentru a investiga relația dintre rolul funcțional al celulelor ganglionare parasimpatice din pernuța de grăsime SVC-Ao și cele din locașul SAPS, am studiat efectele trimetafanului injectat în locașul SAPS asupra modificărilor forței contractile atriale drepte, SCL și AVCT ca răspuns la CVS, SAPS sau AVPS. Injectarea topică a trimetafanului în locusul SAPS a suprimat răspunsurile cronotropice și inotropice negative la SAPS cu 98,0 ± 1,0% și 95,8 ± 2.3% de la nivelul de control respectiv (100%) și, respectiv, a suprimat răspunsul cronotropic negativ la CVS cu 86,0 ± 3,5% (Fig. 4). Cu toate acestea, trimetafanul injectat în locusul SAPS a atenuat parțial răspunsul inotropic negativ la CVS cu 42,4 ± 3,5%. Răspunsurile dromotrope la CVS și AVPS nu au fost afectate de trimetafanul injectat în locusul SAPS.

Am studiat, de asemenea, efectele lidocainei injectate în locașul SAPS asupra răspunsurilor cardiace la CVS, SAPS sau AVPS (Fig.5). Injectarea topică de lidocaină în doză de 3,0 mg într-un volum de 0,2 ml de soluție salină în locașul SAPS a abolit răspunsurile cronotropice negative la SAPS și CVS și răspunsul inotropic negativ la SAPS. Lidocaina a atenuat parțial răspunsul inotropic negativ la CVS cu 56,0 ± 6,7 % față de nivelul de control respectiv (100 %). Aceste efecte ale lidocainei asupra răspunsurilor cardiace la CVS și SAPS au fost similare cu efectele trimetafanului injectat în locașul SAPS (figurile 4 și 5). Lidocaina nu a afectat răspunsurile dromotrope la fiecare stimulare parasimpatică.

În mod suplimentar, am investigat efectele trimetafanului asupra răspunsurilor cardiace la CVS sau SAPS atunci când trimetafanul a fost injectat în tamponul adipos SVC-Ao urmat de injectarea în locașul SAPS la patru câini anesteziați (Fig. 6). Injectarea topică a trimetafanului în tamponul adipos SVC-Ao a atenuat răspunsurile inotropice negative (Fig. 6A) și cronotropice (Fig.6B) la CVS cu 29,9 ± 6,4% și, respectiv, 35,6 ± 9,3% față de nivelul de control (100%). Injectarea trimetafanului în locașul SAPS după injectarea trimetafanului în tamponul adipos SVC-Ao a atenuat apoi și mai mult răspunsul inotropic negativ la CVS cu 49,9 ± 2,4 % față de nivelul de control predrogat și a suprimat răspunsul cronotropic negativ rezidual la CVS cu 91,8 ± 2,0 %. Răspunsurile inotropic negativ (Fig. 6C) și cronotropic (Fig. 6D) la SAPS au fost atenuate ușor, dar nu semnificativ, prin injectarea de trimetafan în pernuța de grăsime SVC-Ao și au fost suprimate de următoarea injectare de trimetafan în locașul SAPS. Inhibarea de către trimetafanul injectat în tamponul adipos SVC-Ao și în locul SAPS a răspunsurilor cardiace negative la CVS sau SAPS nu a fost aditivă la inhibiția prin tratamentul cu trimetafan singur.

DISCUȚII

Celulele ganglionare parasimpatice din locusul SAPS și locusul AVPS controlează selectiv activitatea stimulatorului atrial și, respectiv, conducerea AV, în inima câinelui (5, 7). Deoarece SAPS a provocat un efect cronotropic și inotropic negativ și a fost blocat prin tratament cu hexametomiu (7) sau cu trimetafan în acest studiu, este posibil ca celulele ganglionare să nu fie activate direct de stimul, ci mai degrabă fibrele preganglionare. Miyazaki și colab. (13) au demonstrat că 1) transmisia neuronală vagală în inimă a fost ușor inhibată fie de hexametoniu, un blocant ganglionar, fie de tetrodotoxină, un blocant axonal, și 2) neurotransmisia simpatică a fost blocată de tetrodotoxină, dar nu de hexametoniu. În studiul de față, am arătat că trimetafanul, un blocant ganglionar, a blocat cu ușurință efectele cronotropice și inotropice negative induse de SAPS, confirmând rezultatele demonstrate de Miyazaki și colab. (13). Pentru a inhiba scurtarea perioadei refractare atriale prin activarea parasimpatică, Chiou și colab. (4) au aplicat ablația prin cateter de radiofrecvență epicardică la nivelul plăcii de grăsime SVC-Ao în inima câinelui. Din rezultatele lor, aceștia au considerat că elementele neuronale parasimpatice din tamponul adipos SVC-Ao au fost stația de căpătâi a fibrelor vagale către ambele atrii și către nodurile sinusale și AV la câine. Ei au investigat modificările perioadei refractare atriale în tampoanele adipoase, dar nu au studiat alte răspunsuri cardiace, deși există celule ganglionare parasimpatice în tampoanele adipoase SVC-Ao ale câinelui. În 1992, Mick și colab. (12) au raportat că un alt tampon adipos care controlează funcția sinusală există în zona atrială posterioară (PAFP, tampon adipos atrial posterior) vecin cu tamponul adipos SVC-Ao în inima câinelui. Cu toate acestea, PAFP nu este identic cu tamponul adipos SVC-Ao pe care Chiou et al. (4) l-au raportat, din punct de vedere al locației anatomice, deoarece tamponul adipos SVC-Ao este situat între SVC medial și rădăcina aortică, superior arterei pulmonare drepte, iar PAFP este situat în zona atrială posterioară. În studiul de față am demonstrat pentru prima dată că celulele ganglionare parasimpatice din pad-ul adipos SVC-Ao controlează forța contractilă atrială dreaptă, activitatea nodului sinusal și conducerea AV parțial și neselectiv în inima de câine. Aceste rezultate sugerează că celulele ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SVC-Ao sunt diferite din punct de vedere funcțional de cele din locul SAPS și locul AVPS. Celulele ganglionare parasimpatice din locusul SAPS și din locusul AVPS controlează în mod selectiv activitatea cronotropică și, respectiv, dromotropică. Pe de altă parte, cele din tamponul adipos SVC-Ao afectează într-o oarecare măsură activitatea inotropă, cronotropă și, respectiv, dromotropă.

Controlul activității pacemakerului nodului sinusal.

Efectul aplicării de lidocaină sau trimetafan în locusul SAPS sau în tamponul adipos SVC-Ao (Fig. 2-5) sugerează că1) aproape toate fibrele nervoase parasimpatice care induc efectul cronotropic negativ trec prin tamponul adipos SVC-Ao,2) acestea modifică neurotransmisia ganglionară la nivelul celulelor ganglionare parasimpatice din inima câinelui și 3) unele dintre fibrele nervoase cervicale modifică sinapsele din tamponul adipos SVC-Ao și/sau din locul SAPS din inima câinelui.

Controlul forței contractile atriale.

Am studiat presiunea undei a și prima sa derivată din atriul drept ca indicator al contractilității miocardice atriale drepte în inima de câine. Prima derivată a presiunii undei a reflectă suma contracției mușchilor atriului drept formează cavitatea intraatrială dreaptă, deși presiunea undei a este influențată de momentul închiderii valvelor tricuspide și de alți factori, de ex, întoarcerea venoasă ca preîncărcare și presiunea ventriculară dreaptă ca postîncărcare (16).

În studiul de față, confirmăm că celulele ganglionare parasimpatice din locașul SAPS de ambele părți ale CVS controlează parțial contractilitatea miocardului atrial drept în inima de câine (9). Mai mult, lidocaina injectată în tamponul adipos SVC-Ao a suprimat răspunsul inotropic negativ la CVS (Fig. 3), iar trimetafanul injectat în tamponul adipos SVC-Ao singur și în tamponul adipos SVC-Ao și în locașul SAPS a atenuat, de asemenea, parțial răspunsul inotropic la CVS (Fig. 2și 6). Aceste rezultate sugerează, prin urmare, că jumătate din celulele ganglionare parasimpatice care controlează contractilitatea atrială dreaptă există în locul SAPS și în pernuța de grăsime SVC-Ao și este posibil să nu existe un grup selectiv al ganglionilor parasimpatici intracardiaci pentru controlul forței contractile atriale în inima de câine. Există multe grupuri de celule ganglionare în inima câinelui (2,24), dar AVPS sau stimularea grupurilor de celule ganglionare de la nivelul plăcuței adipoase AV nu a afectat contractilitatea atrială dreaptă la câinele anesteziat (14). Răspunsurile cardiace la stimularea vagului sunt, de asemenea, reglementate de reglarea neuronală intracardiacă și extracardiacă în inima câinelui (11). Astfel, pentru a controla forța contractilă atrială la nivelul ganglionilor parasimpatici, avem nevoie de studii suplimentare pentru a defini celulele ganglionare parasimpatice reziduale din inimă sau din situri extra-cardiace.

În studiul de față, ne-am concentrat pe controlul selectiv al celulelor ganglionare parasimpatice din pernuța de grăsime SVC-Ao asupra forței contractile atriale. Astfel, nu am investigat cu precizie relația dintre celulele ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SVC-Ao și cele din locul AVPS. Cu toate acestea, din rezultatele prezente și din rapoartele anterioare (7, 18), putem specula că controlul răspunsului dromotropic la activările nervoase parasimpatice implică în mod similar atât tamponul adipos SVC-Ao, cât și locusul SAPS.

Există trei grupuri ganglionare parasimpatice funcționale în inima câinelui: celulele ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SA pentru activitatea pacemakerului și cele din tamponul adipos AV pentru conducerea AV (1, 8, 19) și celulele ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SVC-Ao pentru activitatea pacemakerului, contractilitatea atrială și conducerea AV, demonstrate în studiul de față. Ganglionii parasimpatici din pernuța adipoasă SA funcționează ca un regulator al ritmului atrial, iar cei din pernuța adipoasă AV funcționează ca un regulator al conducerii AV. Am investigat dacă acești ganglioni parasimpatici controlează funcțiile cardiace respective la nivelul locului presinaptic sau la nivelul inimii (6-9, 14, 23). Unele dintre celulele ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SA reglează doar parțial forța contractilă atrială și perioada refractară (9, 23). Pe de altă parte, Chiou și colab. (4) au considerat că elementele neuronale parasimpatice, inclusiv ganglionii parasimpatici din tamponul adipos SVC-Ao, au fost stația de căpătâi a fibrelor vagale către ambele atrii și către nodurile SA și AV la câine. Cu toate acestea, în studiul de față, am prezentat faptul că celulele ganglionare parasimpatice din tamponul adipos SVC-Ao ar putea să nu fie stația de căpătâi a fibrelor vagale către atriul drept și către nodurile sinusale și AV la câine. Acestea ar putea funcționa ca un modulator general al activității stimulatorului atrial, al contractilității atriale și al conducerii AV în inima câinelui. Acest modulator ar putea echilibra activitatea stimulatorului cardiac și conductivitatea AV pentru a finaliza bătăile inimii, așa cum s-a sugerat anterior (15).

FOOTNOTES

• Adresă pentru cereri de retipărire și corespondență: S. Chiba, Departamentul de Farmacologie, Școala de Medicină a Universității Shinshu, Matsumoto 390-8621, Japonia.

• Costurile de publicare a acestui articol au fost acoperite parțial prin plata taxelor de pagină. Prin urmare, articolul trebuie să fie marcat prin prezenta cu mențiunea „reclamă”, în conformitate cu 18 U.S.C. Secțiunea 1734, numai pentru a indica acest fapt.

.