ÚVOD
Podle Torrenta-Guaspa a dalších autorů1-6 se komorový myokard skládá ze souvislého pásu svaloviny, který se táhne od kořene plicní tepny ke kořeni aorty a tvoří šroubovici se dvěma spirálami a ohraničuje dvě komorové dutiny. Tento pás myokardu by se měl skládat z „bazální smyčky“ a „apikální smyčky“. Bazální smyčka je převážně horizontální a dělí se na levý a pravý segment; apikální smyčka je převážně vertikální a skládá se ze sestupného a vzestupného segmentu (obr. 1). Ejekce by vznikla postupnou kontrakcí pravého bazálního a levého bazálního segmentu, což vede ke zúžení báze srdce a následné kontrakci sestupného apikálního segmentu. To následně způsobí zkrácení podélných rozměrů srdce a přiblížení báze k hrotu. Komorové plnění by mělo začít kontrakcí vzestupného apikálního segmentu, doprovázenou podélným prodloužením a následovanou relaxací komorových stěn. Během srdečního cyklu zůstává hrot nehybný, zatímco báze se pohybuje směrem dolů, což je hlavní příčinou podélného zkrácení a vypuzení krve, po němž následuje další pohyb vzhůru, kterému se přičítá nasátí krve z levé síně.7-9
Obrázek 1. Schémata znázorňující segmenty myokardiálního pásu (Torrent-Guasp) a polohu dvojic krystalů implantovaných do myokardu, znázorněných jako malá kolečka spojená čarou. V levém horním diagramu jsou krystaly odpovídající subendokardiálnímu P2 (v sestupném segmentu apikální smyčky) znázorněny otevřenými kroužky.
V klasické doktríně začíná plnění levé komory komorovou relaxací, což je aktivní energeticky náročný proces, který snižuje intraventrikulární tlak na hodnotu nižší, než odpovídá tlaku v levé síni. Křížení tlaků způsobí otevření mitrální chlopně a zahájení časného rychlého plnění. Za faktory určující tento mechanismus se považuje elastické zotavení, na němž se podílejí různé složky, jako je obsah elastinu v kolagenu extracelulární matrix10 nebo protein titin, který obnovuje sílu sarkomery pro její zotavení po deformaci vzniklé během systoly11 , a relaxace stěny myokardu. Hemodynamicky se jedná o 80 % plnícího objemu a vzniká téměř bez přispění síňových faktorů.10
Těžko představitelná a prokazatelná je skutečnost, že izovolumická relaxační fáze a následné rychlé plnění jsou důsledkem kontrakce závěrečné části myokardiálního pásu. To by však vysvětlovalo, proč vždy, když vznikne systolická dysfunkce, je doprovázena diastolickou dysfunkcí, proč index T (časová konstanta poklesu tlaku během izovolumické fáze kontrakce) závisí na kontraktilitě a je zlepšován izoproterenolem12 , a dokonce proč je diastolická dysfunkce při normální nebo „zachované“ systolické funkci entitou, jejíž význam, identifikace a léčba zůstávají nejasné.13-17
Experimentální studie, které zde předkládáme, byly provedeny za účelem stanovení myokardiálních mechanismů podílejících se na časném diastolickém transmitrálním průtoku. Konkrétně jsme chtěli zjistit, zda je fáze rychlého plnění komory procesem relaxace nebo kontrakce.18 K řešení této otázky budeme zkoumat, zda se kontrakce vzestupného segmentu apikální kličky časově shoduje s tzv. izovolumickou relaxační fází levé komory a zda má navození hypokineze nebo akineze omezené na tento segment negativní vliv na časný transmitrální průtok, rychlost poklesu nitrokomorového tlaku během izovolumické fáze a minimální tlak dosažený v levé komoře.
METODY
Studovali jsme 12 prasat obou pohlaví o průměrné hmotnosti 28,2 (5,1) kg. Byla chována na veterinárním oddělení Výzkumného centra naší nemocnice. Pokusy byly prováděny v souladu se španělskými a evropskými směrnicemi pro „Ochranu zvířat používaných pro pokusné a jiné vědecké účely“ (královský dekret 223/1988 a královský dekret 1201/2005). Chirurgické zákroky prováděli vyšetřovatelé, kteří byli držiteli evropského certifikátu o školení v oblasti pokusů na zvířatech (Královský dekret 1201/2005).
Příprava pokusů
V den pokusu jsou zvířata v boxech předanestetizována a uspána intramuskulární injekcí midazolamu (0,5 mg/kg tělesné hmotnosti) a ketaminu (10 mg/kg tělesné hmotnosti). Anestezie se navodí na pokusném operačním sále intravenózní cestou (thiopental, 10 mg/kg tělesné hmotnosti) a provede se endotracheální intubace a katetrizace zevní jugulární žíly. Anestezie je udržována sevofluranem (2,5 %) ve směsi 40 % kyslíku a 60 % oxidu dusného, který je dodáván pomocí ventilátoru (Temel VT3, Španělsko). Analgezie a relaxace se zahajují vekuroniumbromidem (0,08 mg/kg tělesné hmotnosti) a morfin-hydrochloridem (0,7 mg/kg tělesné hmotnosti) a udržují se vekuroniumbromidem (0,08 mg/kg tělesné hmotnosti) a 20 mg morfin-hydrochloridu v 50 ml séra v infuzní pumpě rychlostí 12 ml/hod. Provede se střední sternotomie a následně perikardiektomie. Mechanická ventilace se nastaví na rychlost mezi 16 a 20 dechy za minutu a na průtok plynu přibližně 5 l/min v závislosti na oxymetriích v krvi. Po celou dobu experimentu je monitorován periferní elektrokardiogram, pH krve, krevní plyny, hematokrit a rektální teplota. Teplota se udržuje pomocí elektrické přikrývky.
Segmentální funkce
Tři páry ultrazvukových mikrokrystalů (Biopac Systems, Santa Barbara, Kalifornie, USA) jsou implantovány do myokardu: jeden pár v mezokardu (v hloubce přibližně 4 až 5 mm) laterální strany levé komory odpovídající bazální kličce, levému laterálnímu segmentu (P1), ve směru podélné osy srdce; další pár v subendokardu přední strany střední třetiny levé komory, mezi první a druhou diagonální větví přední sestupné tepny a tangenciálně k ní, zóna odpovídající sestupnému segmentu apikální kličky (P2); a konečně další pár v subepikardu (v hloubce 1 až 2 mm) přední strany levé komory, mezi první a druhou diagonální větví přední sestupné tepny a paralelně s přední sestupnou tepnou směrem ke kořeni aorty, v zóně odpovídající vzestupnému segmentu apikální kličky (P3) (obrázek 1). Páry mikrokrystalů jsou zarovnány podle směru svalových vláken zóny, ve které jsou umístěny. Jsou od sebe vzdáleny přibližně 2 cm. Páry P2 se ukotví v subendokardu pomocí transseptální punkce, dosáhnou komorové dutiny a stáhnou se zpět, aby se uložily v subendokardu a vytvořily kříž s páry P3 v subepikardu. Páry krystalů nám umožňují poznat relativní posun 2 bodů v myokardu, nad kterými jsou zajištěny, a tím i dynamické vlastnosti segmentu obsaženého mezi nimi. Získání regionálních křivek kontraktility myokardu se provádí pomocí digitálního ultrazvukového měřicího systému Sonometrics Corporation (London, Ontario, Kanada).
Intrakavitární tlaky
Katétr je zaveden přes volnou stěnu levé komory pro monitorování tlaku v levé komoře a druhý je zaveden přes ušní boltec pro měření tlaku v levé síni; oba katétry jsou připojeny k tlakovým převodníkům (Transpac IV, USA).
Průtok aortou
Kořen aorty se rozřízne a umístí se elektromagnetický průtokoměr (Transonic Systems, New York, USA).
Přenosový průtok
Provede se dopplerovský echokardiogram (Interspec XL Doppler, USA) s 5MHz sondou přímo nad epikardem, aby se zaznamenal přenosový průtok z apikálního čtyřkomorového pohledu, nejprve za výchozích podmínek a poté po injekci zředěného formaldehydu do stěny myokardu.
Indukce segmentální akineze
To zahrnuje injekce formaldehydu19 zředěného na 2,5 % pomocí atraumatické jehly do subepikardu (v hloubce 1 až 2 mm) vzestupného segmentu apikální kličky, kde se nacházejí páry krystalů P2. Vstříkne se maximálně 0,8 ml uvedeného ředění, které se rozdělí mezi 3 a 4 injekce. Po každé injekci se sleduje účinek vyvolaný na frakci zkrácení segmentu, dokud se v daném segmentu nedosáhne akineze nebo dyskineze.
Sběr dat
Záznamy odpovídající: EKG (I, II nebo III), tlak v levé komoře v mm Hg, tlak v levé síni v mm Hg, aortální průtok (ml/min) a sonometrické údaje 3 uvedených segmentů myokardu se digitalizují a ukládají do elektronické paměti (BIOPAC Systems Inc, Santa Barbara, Kalifornie, USA). Samostatně jsou uloženy křivky transmitrální rychlosti průtoku a hodnoty získané pomocí dopplerovské echokardiografie (m/s).
Po ukončení pokusů jsou zvířata usmrcena v anestezii pomocí intravenózní injekce chloridu draselného. Po odstranění anatomické struktury (srdce) se ověří anatomické umístění 3 párů krystalů, vypreparuje se přední stěna levé komory po trase interventrikulární tepny a ověří se hloubka, v níž je každý krystal implantován, a oblast svaloviny infiltrované formaldehydem.
Analyzované parametry
V dopplerovském echokardiogramu se studují maximální transmitrální průtokové rychlosti na začátku (E) a na konci (A) diastoly a poměr E/A. V případě, že je průtok na začátku diastoly vyšší než na konci diastoly, studuje se poměr E/A. Nitrokomorové tlakové křivky poskytují maximální systolický tlak v levé komoře, minimální tlak v levé komoře, enddiastolický tlak v levé komoře (LVEDP), dobu, která uplyne od uzavření aortální chlopně do doby, kdy nitrokomorový tlak převýší enddiastolický tlak o 10 mm Hg, což odpovídá izovolumické relaxační době12; v tomto okamžiku si můžeme být jisti, že se jedná o izovolumickou fázi s dosud uzavřenou mitrální chlopní. Segmentové funkční křivky odhalují zkracovací frakci a aortální průtokové křivky ukazují střední aortální průtok a časový vztah mezi koncem kontrakce každého ze tří segmentů (P1, P2 a P3) a pozastavením aortálního průtoku (čas uzavření aorty – kontrakce P1, P2, P3). Všechny tyto parametry jsou analyzovány před a po injekci formaldehydu do vzestupného segmentu. Frakce zkrácení se měří po každé injekci formaldehydu, dokud není ověřena adekvátní změna v injikovaném segmentu.
Analýza výsledků
Studované proměnné jsou spojité a výsledky jsou vyjádřeny jako průměr plus nebo minus směrodatná odchylka. Byly studovány změny proměnných po blokádě formaldehydem vzhledem k výchozím podmínkám. Porovnání průměrů bylo provedeno pomocí Studentova t testu pro párové vzorky nebo Mannova-Whitneyho neparametrického testu pro data, která nevykazovala normální rozdělení. Hodnota P menší než .05 byla považována za významnou. Byl použit statistický balík SPSS (verze 9.0).
VÝSLEDKY
Hemodynamické změny (tabulka 1)
Injekce formaldehydu významně prodlužuje dobu potřebnou k překonání konečného diastolického tlaku levé komory o 10 mm Hg po uzavření aortální chlopně, zvyšuje minimální tlak v levé komoře, který je dosažen v časné diastole, mění se z negativních na pozitivní tlaky, zvyšuje – i když ne příliš významným způsobem – LVEDP a významně zvyšuje střední tlak v síních. Během systoly nedochází k okamžitým významným změnám průtoku aortou ani tlaku v levé komoře (obr. 2).
Obrázek 2. V případě, že se v srdeční síni vyskytne nějaký problém, je možné, že se v srdeční síni vyskytne nějaký problém. Záznam tlaku v levé komoře (PVI); elektrokardiogram (EKG-DI); segmentální kontraktilita v levém laterálním segmentu bazální kličky, sestupném segmentu apikální kličky a vzestupném segmentu apikální kličky; a průtok kořenem aorty za výchozích podmínek (A) a po injekci formaldehydu (B). Šipky označují body odpovídající uzávěru aortální chlopně. Změny vyvolané injekcí formaldehydu jsou popsány v textu.
Konec kontrakce myokardu a začátek diastoly
Pro určení začátku izovolumické relaxační fáze jsme na křivce aortálního průtoku a na odpovídajících sonometrických křivkách (obr. 2) identifikovali čas, kdy ustává ejekce krve, a fázi segmentální kontrakce.
Ve všech experimentech se vzestupný segment (P3) nacházel v kontrakci po ukončení aortálního průtoku a uzavření aortální chlopně. Kontrakce posledního segmentu myokardu skončila v průměrném čase 72,7 (26,3) ms po uzavření aortální chlopně, což se shoduje s tzv. izovolumickou relaxační fází v časné diastole (obr. 2), zatímco sestupný segment (P2) dosáhl maximální kontrakce 10,6 (44,6) ms po uzavření aortální chlopně a konec kontrakce segmentu P1 (bazální smyčka) předcházel uzavření aortální chlopně (tab. 1).
Transmitrální průtok
Tabulka 2 ukazuje účinek, který ve frakci zkrácení sledovaného segmentu vyvolala injekce formaldehydu do vzestupného segmentu apikální kličky. Dochází k poklesu na úroveň dyskineze (podle protokolu) v injektovaném segmentu (P3, vzestupný segment) a hypokineze v sousedním segmentu, sestupném segmentu (P2) apikální kličky. Zóny odpovídající levému laterálnímu segmentu bazální kličky (P1) nejsou změněny. Současně je ovlivněn transmitrální průtok se změnami v rychlosti plnění komor v časné diastole a v poměru E/A; vlna E se snížila při zvýšení vlny A, přičemž poměr E/A se významně snížil (P
Obr. 3. Vlny E a A v časné diastole. Okamžité změny transmitrálního průtoku měřené dopplerovskou echokardiografií sekundárně po infiltraci 2,5% formaldehydem ve vzestupném segmentu apikální kličky. Obrázek upraven pro reprodukci.
DISKUSE
Když komora přestane vypuzovat krev, končí systola a začíná diastola. Od tohoto okamžiku až do otevření mitrální chlopně trvá období, během něhož jsou obě chlopně uzavřeny a které se nazývá izovolumická relaxační fáze. Během této fáze klesá intraventrikulární tlak konstantní rychlostí12 a vede k transmurálním a transvalvulárním tlakovým gradientům směrem do nitra komory. Vzniká sací efekt, kterému je bezprostředně přičítána rychlost časného plnění komor a jehož úplná nebo částečná ztráta je příčinou diastolické dysfunkce levé komory, patofyziologického substrátu srdečního selhání se zachovanou systolickou funkcí.
V klinické praxi16,20,21 závisí diagnóza srdečního selhání v důsledku diastolické dysfunkce na 3 podmínkách: přítomnosti známek nebo příznaků srdečního selhání, normální nebo mírně snížené ejekční frakci levé komory a zvýšeném plnícím tlaku levé komory. Posledně jmenovaný faktor má vliv a lze jej měřit v křivce plnění levé komory na dopplerovském echokardiogramu, v prodloužení izovolumické relaxační periody, v poklesu časné diastolické rychlosti (E), v prodloužení decelerační doby, ve zvýšení koncové diastolické rychlosti (A) a ve snížení poměru E/A. Vliv posledně jmenovaného faktoru se projevuje v prodloužení časné diastolické rychlosti (E) a ve snížení poměru E/A.
Plnění komor, které identifikuje diastolický čas, bylo až do roku 1954 přisuzováno kontrakci síní.3,4 Nyní se uznává, že levá komora se aktivně podílí na sací síle, o které jsme se zmínili výše. Jedná se o aktivní proces22,23 , který spotřebovává energii a zahrnuje výměnu Ca2+ . Řada autorů považuje diastolu za důsledek prodlužování myokardiálních vláken stěn uzavřené komory. Mělo by jít o jev spojený se svalovou relaxací (oddělením myozinových vláken) a s elastickým zotavením vláken, do něhož zasahuje elastin obsažený v kolagenové síti tvořící extrafibrilární pojivovou tkáň a také protein titin jako prvek zotavení sarkomer deformovaných během systoly10,11 . Mechanická aktivace komor během diastoly je heterogenní, se subendokardiálním-subepikardiálním relaxačním gradientem na začátku diastoly.22,24,25
V teorii Torrenta-Guaspa se jedná o systolický jev spojený se svalovou kontrakcí.23,26 Vyhřeznutí krve je důsledkem kontrakce sestupného segmentu apikální kličky; jeho kontrakce „přišroubuje“ bázi přes hrot a obě části přiblíží. Dalším a posledním segmentem svalového pásu je vzestupný segment apikální kličky, který pokrývá sestupný segment a tvoří epikard přední strany až ke kořeni aorty a který byl kontrakcí předchozího segmentu „roztažen a svinut“. Při kontrakci vykonává vzestupný segment pohyb, který „odšroubovává“ bázi, oddaluje ji od apexu, zvětšuje podélnou osu srdce a vytváří sání podobné tomu, k němuž dochází uvnitř válce, který se vzdaluje od svého pístu, což je dynamika, která byla pozorována u lidí na snímcích z magnetické rezonance.27
V této studii jsme přispěli údaji, které ukazují, že sací síla vznikající během izovolumické relaxační fáze závisí na kontrakci, protože vzniká ve fázi segmentální kontrakce, a navíc, že její funkčnost je silně spojena s kontrakcí vzestupného segmentu apikální kličky, konkrétně:
1. Ukázali jsme, že na začátku a během fáze izovolumické relaxace levé komory se vzestupný segment apikální kličky kontrahuje.
2. Infiltrace vzestupného segmentu apikální kličky zředěným formaldehydem přímo ovlivňuje schopnost snížit intraventrikulární tlak nebo jinými slovy sací sílu. Tento aspekt byl prokázán prodloužením doby potřebné k poklesu intraventrikulárního tlaku na 10 mm Hg nad enddiastolický tlak, což je úroveň, která nám umožňuje zajistit, že mitrální chlopeň je stále uzavřená a že nižší rychlost (tj. více uplynulého času) při poklesu tlaku je v uzavřené (izovolumické) komoře. To se také projevilo nižším minimálním intraventrikulárním tlakem dosaženým v časné diastole, který je významně ovlivněn, když infiltrujeme zmíněný vzestupný segment.
3. V důsledku nižší pádové rychlosti a méně výrazného konečného poklesu intraventrikulárního tlaku během izovolumické fáze je sací účinek menší a rychlost plnění komor se během časné diastoly snižuje a zvyšuje se kompenzačně během enddiastoly v důsledku kontrakce „plnější“ levé síně. To bylo prokázáno změnami hodnot E, A a poměru E/A, jakož i postupným zvyšováním tlaku v síních začínajícím v časné diastole.
Omezení studie
Použití ultrazvukových krystalů je vhodné, pokud předpokládáme, že struktura myokardu je uspořádána částečně nebo zcela v pásu a že jsme ultrazvukové krystaly implantovali ve stejné linii, která vyznačuje směr pohybu vláken. Tato metoda není schopna izolovat funkci jednoho segmentu, protože je součástí stejného kontinua jako ostatní. Změna kteréhokoli segmentu by tedy změnila kontrakci v celém pásmu, jak k tomu dochází v našem modelu, v němž injekce do vzestupného segmentu také významně mění kontrakci vláken obsažených v P2, identifikovaných jako patřící k sestupnému segmentu, který sousedí s injikovaným segmentem.
Pro identifikaci segmentů a směru jejich vláken, stejně jako pro postmortální potvrzení v anatomických vzorcích, nám poradil Dr. Torrent-Guasp. Subendokardiální vlákna sestupného segmentu v zóně přední strany levé komory procházejí mezokardem v určité hloubce a kříží se kolmo s vlákny vzestupného segmentu,28 což je okolnost, kterou jsme potvrdili na anatomických vzorcích. Z tohoto důvodu krystaly ukotvené v subendokardu sledovaly směr, kterým se dvojice implantovaná do příslušného epikardu (vzestupného segmentu) křížila kolmo.
Svalové postižení sekundárně způsobené injekcí zředěného formaldehydu je obtížně standardizovatelné a samozřejmě ovlivňuje všechny aktivní i pasivní vlastnosti vlákna, snižuje kontrakci, relaxaci a elasticitu na nejnižší mez. Snahou bylo minimalizovat změny vyvolané formaldehydem, omezit množství a počet injekcí ve všech experimentech a sledovat účinek v závislosti na změně kontraktility injikovaného segmentu a ověřit změnu transmitrálního průtoku. Teorie doktora Torrenta-Guaspa otevřely pro mnoho výzkumníků cesty, po kterých mohou pokročit v poznávání fyziologie srdečního svalu. Jiné body je nadále obtížné sladit s předchozími údaji.18
ZÁVĚRY
V tomto novém pojetí diastolické funkce by se podílely 3 vlastnosti myokardiálních vláken, které by dodržovaly určité pořadí a zároveň by se překrývaly. Počáteční sání při uzavřené komoře by bylo důsledkem kontrakce posledního segmentu pásma, jak jsme se pokusili prokázat zde uvedenými experimenty; relaxace vláken po sobě jdoucích segmentů při otevřené mitrální chlopni by umožnila rychlé plnění a konečně distenzibilita by umožnila poddajnost stěny myokardu v reakci na zvýšení tlaku/objemu vyvolané vstřikem do síně.
PODĚKOVÁNÍ
Tato studie byla provedena na památku Dr. Francisca Torrenta-Guaspa.
Tato studie byla financována grantem č. 99/1002 španělského Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS).