Inotropa, kronotropa och dromotropa effekter förmedlade via parasympatiska ganglier i hundhjärtat

Effektiva vagala nervfibrer kontrollerar hjärtat via ganglionsceller i hjärtats väggar. Nästan alla parasympatiska ganglionceller för sinusknutans pacemakeraktivitet finns i den fettvävnad som överlagrar de högra lungvenerna (SA-fettkudde), och de för den atrioventrikulära (AV) ledningen finns i fettvävnaden i korsningen mellan den nedre vena cava och det vänstra förmaket (AV-fettkudde) (1, 7-9, 19,20). De parasympatiska neurala element som kontrollerar sinusfrekvensen finns också i den fettvävnad som överlagrar de högra lungvenerna i människohjärtan (3). Klustrade parasympatiska ganglionsceller som kontrollerar förmaks kontraktila kraft har dock ännu inte identifierats i däggdjurshjärtat, även om stimulering av de parasympatiska neurala elementen vid SA-fettkudden ökar den spontana sinuscykelns längd (SCL) och delvis minskar förmaks kontraktila kraft i hundhjärtat (9). Nyligen rapporterade Chiou et al. (4) att det finns ganglionsceller i fettkudden som är belägen mellan den mediala övre vena cava och aortaroten (SVC-Ao fettkudden) och att radiofrekvenskateterablation till SVC-Ao fettkudden ledde till fullständig vagal denervering eller till en dämpning av den vagalt inducerade förkortningen av effektiv refraktärperiod (ERP) i höger och vänster förmak hos hund. Många autonoma nervfibrer passerar dock genom och runt SVC-Ao fettkudden hos hunden (17, 21, 22). I den här studien undersökte vi därför om de parasympatiska ganglionscellerna i SVC-Ao fettkudden selektivt och fullständigt kontrollerar höger förmaks kontraktila och elektriska svar på aktivering av vagusnerven hos den bedövade hunden. För att uppnå detta syfte studerade vi effekterna av topisk injektion av en ganglionär nikotinreceptorblockerare, trimetafan, och en natriumkanalblockerare, lidokain, i SVC-Ao-fettkudden på den första derivatan av det högra förmakstrycket (RA dP/d t), SCL och AV-ledningstiden (AVCT) som svar på parasympatisk nervstimulering. Vi stimulerade elektriskt båda sidorna av cervikala vagusnerver, sinusfrekvensrelaterade parasympatiska nervelement i SA-fettkudden eller AV-ledningsrelaterade parasympatiska nervelement i AV-fettkudden separat (8,9).

Förberedelse.

Våra djurförsök godkändes av Shinshu University School of Medicine Animal Studies Committee. Trettioett mongolhundar, som vägde 10-23 kg, sövdes med pentobarbitalnatrium (30 mg/kg iv), och kompletterande doser gavs för att upprätthålla en stabil anestesi. En trakealkanyl sattes in och intermittent ventilation med positivt tryck påbörjades. Bröstkorgen öppnades tvärs över det fjärde interkostalrummet. För att blockera den neurala ledningen ligerades båda de cervikala vagusnerverna hårt och krossades i nacken, och båda stellatganglierna krossades med en fast ligatur vid deras korsningar med ansa subclaviae. Dessa manövrer tar bort nästan all tonisk nervaktivitet till hjärtat (10).

För att registrera den elektriska aktiviteten i höger förmak och höger kammare placerades två bipolära elektroder på basen av epikardialytan av höger förmaksända respektive på epikardialytan av höger kammare. De spontana SCL- och AVCT-värdena mättes och visades på en värmeskrivande rectigraf (modell WT 685T; Nihon Kohden, Tokyo, Japan). Trycket i höger förmak mättes med en tryckgivare med kateterspets (modell TCP2, Nihon Kohden) som fördes in i mitten av höger förmakshåla via den högra jugularvenen. Tryck i höger förmak och RAdP/d t registrerades på rectigrafen. Det systemiska arteriella trycket mättes också via höger lårartär.

Två bipolära silverelektroder, med ett interelektrodavstånd på 2 mm, användes för att stimulera de intrakardiella parasympatiska neurala elementen. Den ena placerades på den fettvävnad som ligger över den högra förmaksidan av de högra lungveinernas sammanfogning (8, 19); vi kallar denna elektriska stimulering av de intrakardiella parasympatiska neurala elementen till SA-nodalregionen för SAPS. En annan placerades på fettvävnaden vid korsningen mellan den nedre vena cava och vänster förmak. Vi kallar denna elektriska stimulering av de intrakardiella neurala elementen till AV-nodalregionen för AVPS. Båda elektroderna var anslutna till en elektrisk stimulator (modell SEN 7103, Nihon Kohden). Stimuleringen var subtröskel för aktivering av pacemakerceller och hjärtmuskelceller när en ganska smal stimuleringspulsduration (0,01-0,06 ms) för parasympatisk nervstimulering användes (8). För att stimulera extrakardiella parasympatiska efferenta nerver till hjärtat sattes två fina kopparnålselektroder in i varje cervikal vagusnerv i nacken; vi kallar sådan elektrisk stimulering för det cervikala vagala komplexet (CVS). Före försöket bestämde vi godtyckligt pulslängden och frekvensen för stimuleringen (SAPS och AVPS, 0,01-0,06 ms och 10-30 Hz; CVS, 0,01-0,04 ms och 5-20 Hz) för att öka SCL med 300 ms och förlänga AVCT med 30 ms. Spänningsamplituden för stimuleringen var 10 V.

Protokoll.

Vi genomförde två serier av experiment. I den första serien, för att fastställa vilken roll de parasympatiska ganglionscellerna i SVC-Ao fettkudden spelar för de kardiella reaktionerna, undersökte vi effekterna av topisk injektion av trimetafan (n = 8), en antagonist för nikotiniska ganglionsreceptorer, eller lidokain (n = 6), en natriumkanalblockerare, i SVC-Ao fettkudden på de inotropa, kronotropa och dromotropa reaktionerna på CVS hos de sövda hundarna. Trimetafan injicerades i en dos av 0,3 mg i en volym av 0,2 ml saltlösning och lidokain injicerades i en dos av 3,0 mg i en volym av 0,2 ml saltlösning. De använda doserna av trimetafan eller lidokain påverkade inte SCL, AVCT och förmaks-kontraktilitet på ett signifikant sätt. Direkta hjärteffekter av en blockerare bestämdes 3 min efter läkemedelsadministrationen, och därefter bestämdes läkemedelseffekterna på hjärtats reaktioner på CVS i slutet av en 30-stimulering.

I den andra serien, för att bestämma de olika rollerna mellan de parasympatiska ganglionscellerna i SVC-Ao-fettkudden och de i SAPS-lokalen, studerade vi effekterna av topisk injektion av trimetafan i en dos på 0.3 mg (n = 8) eller lidokain i en dos av 3,0 mg (n = 5) i en volym av 0,2 ml saltlösning i SAPS locus på de inotropa, kronotropa och dromotropa reaktionerna på CVS, SAPS eller AVPS. Dessutom studerade vi effekterna av topisk injektion av trimetafan i fettkudden SVC-Ao följt av injektion av trimetafan i SAPS-lokus på de inotropa och kronotropa reaktionerna på CVS eller SAPS hos fyra sövda djur. Varje stimulering separerades med intervaller på 1 min eller mer för att ge tillräcklig återhämtningstid.

Läkemedel.

Läkemedel som användes i experimenten var trimetafan camsylat (Nippon Rosch, Tokyo, Japan) och lidokainhydroklorid (Fujisawa, Osaka, Japan).

Statistisk analys.

Alla data är medelvärden ± SE. ANOVA med Bonferroni-test användes för den statistiska analysen av multipla jämförelser av data. Studentens t -test för pariedata användes för jämförelse mellan de två grupperna. P-värden mindre än 0,05 ansågs vara statistiskt signifikanta.

RESULTAT

Effekter av trimetafan eller lidokain som injiceras i fettkudden SVC-Ao.

För behandling med trimetafan eller lidokain i SVC-Ao fettkudden bestämde vi förmaks kontraktila kraft, den spontana SCL och AVCT som svar på stimulering av båda sidor av CVS, stimulering av de hastighetsrelaterade parasympatiska neurala elementen till SA-nodalregionen vid SA-fettkudden (SAPS), eller stimulering av de AV-ledningsrelaterade parasympatiska neurala elementen till AV-nodalregionen vid AV-fettkudden (AVPS) enligt fig.1. CVS minskade trycket i höger förmak och RA dP/d t, ökade SCL och förlängde AVCT (fig. 1A). Vi använde RA dP/d t som en indikator på förmaks kontraktila kraft. Å andra sidan ökade SAPS SCL med en minskning av förmaksryckssvaren men förlängde inte AVCT (fig. 1B), och AVPS förlängde AVCT utan förändringar i SCL och förmaksryckssvar (fig. 1C). Sammanfattade data visas i tabell 1.

För att fastställa hur de parasympatiska ganglionscellerna i SVC-Ao fettkudden kontrollerar hjärtats reaktioner studerade vi sedan effekterna av trimetafan injicerat i SVC-Ao fettkudden på förändringarna i höger förmaks kontraktila kraft, SCL och AV-ledning som svar på CVS. Tre minuter efter topisk injektion av trimetafan i SVC-Ao fettkudden förändrades den bedövade hundens basala hjärtfrekvens och arteriella blodtryck inte signifikant från de förbehandlade kontrollnivåerna.

Topisk injektion av trimetafan i en dos på 0.3 mg i en volym av 0,2 ml saltlösning i fettkudden SVC-Ao dämpade på liknande sätt minskningar av RA dP/d t, ökningar av SCL och förlängningen av AVCT som svar på CVS med 37,4 ± 4,7 %, 34,3 ± 5,4 % och 33,1 ± 6,5 % från respektive kontrollnivå (100 %) i åtta experiment (fig. 2). De 0,2 ml saltlösning som injicerades i fettkudden SVC-Ao påverkade inte hjärtreaktionerna och det arteriella blodtrycket.

För att hämma verkan av de nervfibrer som passerar genom SVC-Ao fettkudden samt den ganglionära nikotinreceptormedierade verkan studerade vi effekterna av lidokain injicerat i SVC-Ao fettkudden på hjärtats svar på CVS. Topisk injektion av lidokain i en dos på 3,0 mg minskade minskningen av RA dP/d t, ökningen av SCL och förlängningen av AVCT som svar på CVS med 83,1 ± 2,4 %, 89,0 ± 2,2 % och 53,2 ± 13,1 % från respektive kontrollnivå (100 %) i sex experiment (fig. 3). Tre minuter efter lidokainbehandlingen förändrades inte basal hjärtfrekvens och arteriellt blodtryck signifikant från de förbehandlade kontrollnivåerna.

Effekter av trimetafan eller lidokain som injiceras i SAPS locus.

För att undersöka förhållandet mellan den funktionella rollen för de parasympatiska ganglionscellerna i SVC-Ao-fettkudden och de i SAPS-lokalen studerade vi effekterna av trimetafan injicerat i SAPS-lokalen på förändringarna i höger förmaks kontraktila kraft, SCL och AVCT som svar på CVS, SAPS eller AVPS. Topisk injektion av trimetafan i SAPS lokus undertryckte de negativa kronotropa och inotropa reaktionerna på SAPS med 98,0 ± 1,0 % och 95,8 ± 2,0 % respektive 95,8 ± 2,0 %.3 % från respektive kontrollnivå (100 %), respektive, och det undertryckte också det negativa kronotropa svaret på CVS med 86,0 ± 3,5 % (fig. 4). Trimetafan som injicerades i SAPS-lokus dämpade dock det negativa inotropa svaret på CVS delvis med 42,4 ± 3,5 %. Dromotropa svar på CVS och AVPS påverkades inte av trimetafan injicerat i SAPS locus.

Vi undersökte också effekterna av lidokain injicerat i SAPS-lokalen på hjärtats svar på CVS, SAPS eller AVPS (fig. 5). Topisk injektion av lidokain i en dos av 3,0 mg i en volym av 0,2 ml saltlösning i SAPS locus upphävde de negativa kronotropa svaren på SAPS och CVS och det negativa inotropa svaret på SAPS. Lidokain dämpade det negativa inotropa svaret på CVS delvis med 56,0 ± 6,7 % från respektive kontrollnivå (100 %). Dessa effekter av lidokain på hjärtats svar på CVS och SAPS liknade effekterna av trimetafan som injicerades i SAPS-lokalen (fig. 4 och 5). Lidokain påverkade inte de dromotropa svaren på varje parasympatisk stimulering.

Därtill undersökte vi effekterna av trimetafan på hjärtats reaktioner på CVS eller SAPS när trimetafan injicerades i SVC-Ao-fettkudden följt av injektion i SAPS-lokalen hos fyra sövda hundar (fig. 6). Topisk injektion av trimetafan i SVC-Ao fettkudden dämpade de negativa inotropa (fig. 6A) och kronotropa (fig. 6B) reaktionerna på CVS med 29,9 ± 6,4 % respektive 35,6 ± 9,3 % från kontrollnivån (100 %). Injektionen av trimetafan i SAPS-lokalen efter trimetafaninjektionen i SVC-Ao-fettkudden dämpade sedan ytterligare det negativa inotropa svaret på CVS med 49,9 ± 2,4 % från kontrollnivån före läkemedelsbehandlingen och undertryckte det kvarvarande negativa kronotropa svaret på CVS med 91,8 ± 2,0 %. De negativa inotropa (fig. 6C) och kronotropa (fig. 6D) reaktionerna på SAPS dämpades något men inte signifikant av injektionen av trimetafan i SVC-Ao-fettkudden och undertrycktes av den efterföljande injektionen av trimetafan i SAPS-lokalen. Hämningarna av trimetafan injicerat i SVC-Ao fettkudden och SAPS locus av de negativa hjärtresponserna på CVS eller SAPS var inte additiva till hämmningen av enbart trimetafanbehandling.

DISKUSSION

Parasympatiska ganglionsceller i SAPS locus och AVPS locus kontrollerar selektivt den atriella pacemakeraktiviteten respektive AV-ledningsförmågan i hundhjärtat (5, 7). Eftersom SAPS orsakade en negativ kronotropisk och inotropisk effekt och blockerades av behandling med hexamethomium (7) eller med trimetafan i den här studien, kan det hända att de ganglionära cellerna inte aktiveras direkt av stimulus utan snarare de preganglionära fibrerna. Miyazaki et al. (13) visade att 1) vagal neuronal överföring i hjärtat hämmades lätt av antingen hexametonium, en ganglionisk blockerare, eller tetrodotoxin, en axonal blockerare, och 2) sympatisk neurotransmission blockerades av tetrodotoxin men inte av hexametonium. I denna studie visade vi att trimetafan, en ganglionär blockerare, lätt blockerade SAPS-inducerade negativa kronotropa och inotropa effekter, vilket bekräftar de resultat som Miyazaki et al. visat (13). För att hämma förkortningen av förmaksrefraktärperioden genom parasympatisk aktivering tillämpade Chiou et al. (4) epikardiell radiofrekvenskateterablation på SVC-Ao-fettkudden i hundhjärtat. Utifrån deras resultat trodde de att de parasympatiska neurala elementen i SVC-Ao-fettkudden var huvudstationen för vagala fibrer till båda förmaken och till sinus- och AV-knutarna i hunden. De undersökte förändringar i förmaks refraktärperiod i fettkuddarna, men de studerade inte andra hjärtreaktioner, trots att det finns parasympatiska ganglionsceller i SVC-Ao-fettkudden hos hunden. 1992 rapporterade Mick et al. (12) att en annan fettkudde som kontrollerar sinusfunktionen finns vid det bakre förmaksområdet (PAFP, posterior atrial fat pad) i närheten av SVC-Ao-fettkudden i hundhjärtat. PAFP är dock inte identisk med SVC-Ao fettkudden som Chiou et al. (4) rapporterade om när det gäller den anatomiska placeringen, eftersom SVC-Ao fettkudden är belägen mellan den mediala SVC och aortaroten, över den högra lungartären, och PAFP är belägen vid det bakre förmaksområdet. I denna studie visade vi för första gången att parasympatiska ganglionsceller i SVC-Ao fettkudden kontrollerar höger förmaks kontraktionskraft, sinusnodens aktivitet och AV-ledning delvis och icke-selektivt i hundhjärtat. Dessa resultat tyder på att de parasympatiska ganglionscellerna i SVC-Ao fettkudden är funktionellt annorlunda än de i SAPS locus och AVPS locus. De parasympatiska ganglionscellerna i SAPS locus och AVPS locus kontrollerar selektivt den kronotropa respektive dromotropa aktiviteten. Å andra sidan påverkar de i SVC-Ao fettkudden i viss utsträckning den inotropa, kronotropa respektive dromotropa aktiviteten.

Kontroll av sinusknutens pacemakeraktivitet.

Effekt av applicering av lidokain eller trimetafan i SAPS locus eller SVC-Ao fettkudden (fig. 2-5) tyder på att1) nästan alla parasympatiska nervfibrer som inducerar den negativa kronotropa effekten passerar genom SVC-Ao fettkudden,2) de ändrar den ganglioniska neurotransmissionen vid de parasympatiska ganglioniska cellerna i hundhjärtat, och 3) några av de cervikala nervfibrerna ändrar synapserna i SVC-Ao fettkudden och/eller SAPS locus i hundhjärtat.

Kontroll av förmaks kontraktila kraft.

Vi studerade a-vågstrycket och dess första derivat i höger förmak som en indikator på höger förmaks myokardiella kontraktilitet i hundhjärtat. Den första derivatan av a-vågstrycket speglar summan av sammandragningen av de högra förmaksmusklerna bildar den högra intra-atriella håligheten, även om a-vågstrycket påverkas av tidpunkten för stängning av trikuspidalventilerna och andra faktorer, t.ex, venöst återflöde som förbelastning och trycket i höger kammare som efterbelastning (16).

I den här studien bekräftar vi att parasympatiska ganglionsceller i SAPS locus från båda sidor av CVS delvis kontrollerar den högra förmaksmuskelns kontraktilitet i hundhjärtat (9). Dessutom undertryckte lidokain som injicerades i SVC-Ao-fettkudden det negativa inotropa svaret på CVS (fig. 3), och trimetafan som injicerades i enbart SVC-Ao-fettkudden och i SVC-Ao-fettkudden och SAPS-lokalen dämpade också delvis det inotropa svaret på CVS (fig. 2 och 6). Dessa resultat tyder därför på att hälften av de parasympatiska gangliaceller som kontrollerar den högra förmakskontraktiliteten finns i SAPS locus och SVC-Ao fettkudden, och att det kanske inte finns något selektivt kluster av de intrakardiella parasympatiska gangliacellerna för kontroll av förmakskontraktisk kraft i hundhjärtat. Det finns många kluster av ganglionsceller i hundhjärtat (2,24), men AVPS eller stimulering av klustren av ganglionscellerna vid AV-fettkudden påverkade inte höger förmaks kontraktilitet hos den bedövade hunden (14). Hjärtans svar på vagusstimulering regleras också av intrakardiell och extrakardiell neuronal reglering i hundhjärtat (11). För att styra förmaks-kontraktionskraften vid de parasympatiska ganglierna behöver vi således ytterligare studier för att definiera de kvarvarande parasympatiska ganglionära cellerna i hjärtat eller på platser utanför hjärtat.

I den här studien har vi fokuserat på den selektiva styrningen av de parasympatiska ganglionära cellerna i SVC-Ao fettkudden på den förmaks-kontraktila kraften. Vi undersökte således inte exakt förhållandet mellan de parasympatiska ganglionscellerna i SVC-Ao fettkudden och de i AVPS-lokalen. Utifrån föreliggande resultat och tidigare rapporter (7, 18) kan vi dock spekulera i att kontrollen av det dromotropa svaret på parasympatiska nervaktiveringar på liknande sätt involverar både SVC-Ao fettkudde och SAPS locus.

Det finns tre funktionella parasympatiska gangliagrupper i hundhjärtat: parasympatiska gangliaceller i SA-fettkudden för pacemakeraktiviteten och de i AV-fettkudden för AV-ledningsförmågan (1, 8, 19) och parasympatiska gangliaceller i SVC-Ao-fettkudden för pacemakeraktiviteten, förmaks-kontraktiliteten och AV-ledningsförmågan som visats i den aktuella studien. De parasympatiska ganglierna i SA-fettkudden fungerar som en regulator av förmaksfrekvensen och de i AV-fettkudden fungerar som en regulator av AV-ledningen. Vi har undersökt om dessa parasympatiska ganglier styr respektive hjärtfunktioner på den presynaptiska platsen eller i hjärtat (6-9, 14, 23). Vissa av de parasympatiska ganglierna i SA-fettkudden reglerar förmaks kontraktionskraft och refraktärperiod endast delvis (9, 23). Å andra sidan trodde Chiou et al. (4) att de parasympatiska neurala elementen inklusive parasympatiska ganglierna i SVC-Ao-fettkudden var huvudstationen för de vagala fibrerna till båda förmaken och till SA- och AV-noderna hos hunden. I den aktuella studien presenterade vi dock att de parasympatiska ganglierna i SVC-Ao fettkudden kanske inte är huvudstationen för vagala fibrer till höger förmak och till sinus- och AV-noderna hos hunden. De kan fungera som en övergripande modulerare av förmaks pacemakeraktivitet, förmaks kontraktilitet och AV-ledning i hundhjärtat. Denna regulator kan balansera pacemakeraktivitet och AV-ledningsförmåga för att slutföra hjärtslag som tidigare föreslagits (15).

FOOTNOTER

• Adress för begäran om nytryck och korrespondens: S. Chiba, Department of Pharmacology, Shinshu University School of Medicine, Matsumoto 390-8621, Japan.

• Kostnaderna för publicering av denna artikel täcktes delvis genom betalning av sidavgifter. Artikeln måste därför härmed markeras som ”annons” i enlighet med 18 U.S.C. Section 1734 enbart för att ange detta faktum.