INDLEDNING
I henhold til Torrent-Guasp og andre forfattere1-6 består det ventrikulære myokardium af et kontinuerligt muskelbånd, der strækker sig fra pulmonalarterieroden til aortakulærroden og danner en spiralformet struktur med to spiraler, der afgrænser de to ventrikulære hulrum. Dette myokardbånd vil være sammensat af “basal loop” og “apikal loop”. Den basale loop er overvejende horisontal og opdeles i venstre og højre segment; den apikale loop er overvejende vertikal og består af det descenderende segment og det ascenderende segment (figur 1). Ejektion vil blive frembragt ved successiv kontraktion af det højre basale og venstre basale segment, hvilket fører til en indsnævring af hjertets bund, efterfulgt af en kontraktion af det nedadgående apikale segment. Dette medfører igen en afkortning af hjertets længdedimensioner, hvorved basen bringes tættere på apex. Ventrikelfyldningen vil begynde med kontraktion af det opstigende apikale segment, ledsaget af forlængelse i længderetningen og efterfulgt af afslapning af ventrikelvæggene. I løbet af hjertecyklussen forbliver apex stationær, mens basen bevæger sig nedad, hvilket er hovedårsagen til den langsgående forkortelse og til udstødningen af blodet, efterfulgt af endnu en opadgående bevægelse, som tilskrives sugningen af blodet fra venstre atrium.7-9
Figur 1. Diagrammer, der viser segmenterne af myokardbåndet (Torrent-Guasp) og placeringen af de krystalpar, der er implanteret i myokardiet, repræsenteret som små cirkler, der er forbundet med en linje. I det øverste venstre diagram er de krystaller, der svarer til subendokardialt P2 (i det nedadgående segment af den apikale løkke), repræsenteret ved åbne cirkler.
I den klassiske doktrin begynder venstre ventrikels fyldning med ventrikulær afslapning, en aktiv energiforbrugende proces, der reducerer det intraventrikulære tryk til mindre end det, der svarer til venstre atrium. Krydset mellem trykkene forårsager åbning af mitralklappen og indledning af tidlig hurtig fyldning. De faktorer, der er bestemmende for denne mekanisme, anses for at være elastisk genopretning, som involverer forskellige komponenter såsom elastinindholdet i kollagenet i den ekstracellulære matrix10 eller proteinet titin, som genopretter kraft til sarkomeren for at genoprette den efter den deformation, der er produceret under systolen11 , og afslapningen af myokardvæggen. Hæmodynamisk set drejer det sig om 80 % af fyldningsvolumenet, og det sker næsten uden bidrag fra atriale faktorer.10
Det er vanskeligt at forestille sig og påvise, at den isovolumiske afslapningsfase og den efterfølgende hurtige fyldning er en følge af kontraktionen af den sidste del af myokardiebåndet. Dette ville imidlertid forklare, hvorfor systolisk dysfunktion, hver gang der udvikles systolisk dysfunktion, ledsages af diastolisk dysfunktion, hvorfor indeks T (tidskonstanten for trykfaldet i den isovolumiske kontraktionsfase) afhænger af kontraktiliteten og forbedres af isoproterenol12 , og endda hvorfor diastolisk dysfunktion med normal eller “bevaret” systolisk funktion er en enhed, hvis betydning, identifikation og behandling fortsat er uklar13-17 .
De eksperimentelle undersøgelser, som vi præsenterer her, er blevet udført med henblik på at bestemme de myokardiale mekanismer, der er involveret i tidlig diastolisk transmitral flow. Specifikt ønskede vi at vide, om fasen med hurtig ventrikelfyldning er en afslapnings- eller kontraktionsproces.18 For at besvare dette spørgsmål vil vi undersøge, om kontraktionen af det opstigende segment af den apikale løkke tidsmæssigt falder sammen med den såkaldte venstre ventrikulære isovolumiske afslapningsfase, og om induktion af hypokinese eller akinese begrænset til dette segment har en negativ effekt på tidlig transmitral flow, hastigheden af det intraventrikulære trykfald i løbet af den isovolumiske fase og det minimumstryk, der nås i venstre ventrikel.
METODE
Vi undersøgte 12 grise af begge køn med en gennemsnitsvægt på 28,2 (5,1) kg. De var blevet opdrættet i den veterinære afdeling af forskningscentret på vores hospital. Forsøgene blev udført i overensstemmelse med de spanske og europæiske retningslinjer for “Beskyttelse af dyr, der anvendes til forsøg og andre videnskabelige formål” (kongeligt dekret 223/1988 og kongeligt dekret 1201/2005). De kirurgiske indgreb blev udført af investigatorer, der var i besiddelse af det europæiske certifikat for uddannelse i dyreforsøg (kongeligt dekret 1201/2005).
Forberedelse af forsøgene
Dagen for forsøget er dyrene præbedøvet og bedøvet i deres stalde ved intramuskulær injektion af midazolam (0,5 mg/kg kropsvægt) og ketamin (10 mg/kg kropsvægt). I forsøgsoperationslokalet indledes bedøvelsen intravenøst (thiopental, 10 mg/kg legemsvægt), og der foretages endotracheal intubation og kateterisering af den ydre halsvenen. Anæstesien opretholdes med sevofluran (2,5 %) i en blanding af 40 % ilt og 60 % lattergas, som gives ved hjælp af en ventilator (Temel VT3, Spanien). Analgesi og afslapning indledes med vecuroniumbromid (0,08 mg/kg legemsvægt) og morfinhydrochlorid (0,7 mg/kg legemsvægt) og opretholdes med vecuroniumbromid (0,08 mg/kg legemsvægt) og 20 mg morfinhydrochlorid i 50 mL serum i en infusionspumpe med en hastighed på 12 mL/h. Der foretages median sternotomi, efterfulgt af perikardiektomi. Den mekaniske ventilation justeres til en hastighed på mellem 16 og 20 vejrtrækninger pr. minut og til et gasflow på ca. 5 L/min, afhængigt af oximetrierne i blodet. Det perifere elektrokardiogram, blodets pH-værdi, blodgasser, hæmatokrit og rektal temperatur overvåges under hele forsøget. Temperaturen opretholdes med et elektrisk tæppe.
Segmental funktion
Tre par ultralydsmikrokrystaller (Biopac Systems, Santa Barbara, Californien, USA) er implanteret i myokardiet: et par i mesokardiet (i en dybde på ca. 4 til 5 mm) i venstre ventrikels laterale side svarende til den basale løkke, venstre laterale segment (P1), i retning af hjertets længdeakse; et andet par i subendocardiet i den forreste del af den midterste tredjedel af venstre ventrikel, mellem den forreste nedadgående arteries første og anden diagonale gren og tangentielt til den, et område svarende til det nedadgående segment af den apikale løkke (P2); og endelig et andet par i subepikardiet (i en dybde på 1-2 mm) af venstre ventrikels forreste side mellem den forreste nedadgående arteries første og anden diagonale gren og parallelt med den forreste nedadgående arterie i retning af aortakroppen i et område svarende til det opadgående segment af den apikale løkke (P3) (figur 1). Parrene af mikrokrystaller er rettet ud efter retningen af muskelfibrene i den zone, hvor de er placeret. De er adskilt med ca. 2 cm. P2-parrene forankres i subendocardium ved hjælp af en transseptal punktering, der når frem til ventrikelhulen og trækkes tilbage for at deponere dem i subendocardium, idet de danner et kryds med P3-parrene i subepicardium. Krystalparrene giver os mulighed for at kende den relative forskydning af de 2 punkter i myokardiet, som de er fastgjort over, og dermed de dynamiske egenskaber af det segment, der ligger mellem dem. Optagelsen af de regionale myokardkontraktilitetskurver sker ved hjælp af Sonometrics Corporation Digital Ultrasonic Measurement System (London, Ontario, Canada).
Intrakavitære tryk
Der indføres et kateter gennem venstre ventrikels frie væg til overvågning af venstre ventrikels tryk og et andet kateter gennem auricula til måling af venstre atrialtryk; begge katetre er forbundet til tryktransducere (Transpac IV, USA).
Aortisk flow
Aortikaroden dissekeres, og der anbringes en elektromagnetisk flowmåler (Transonic Systems, New York, USA).
Transmitral flow
Der blev udført et Doppler-echokardiogram (Interspec XL Doppler, USA) med en 5 MHz-sonde direkte over epikardiet for at registrere det transmitrale flow fra et apikalt firekammerbillede, først under baselineforhold og derefter efter injektion af fortyndet formaldehyd i myokardvæggen.
Induktion af segmental akinesi
Dette indebærer injektion af formaldehyd19 fortyndet til 2,5 % ved hjælp af en atraumatisk nål i subepicardium (i en dybde på 1 til 2 mm) i det opstigende segment af den apikale løkke, hvor P2-krystalparrene er placeret. Der injiceres højst 0,8 mL af den angivne fortynding, fordelt på 3 og 4 injektioner. Efter hver injektion overvåges virkningen på segmentforkortningsbrøken, indtil der opnås akinesi eller dyskinesi i det pågældende segment.
Dataindsamling
Det er muligt at få optegnelser svarende til: EKG (I, II eller III), venstre ventrikeltryk i mm Hg, venstre atrialtryk i mm Hg, aortaflow (mL/min) og sonometriske data for de 3 angivne myokardiale bandsegmenter digitaliseres og lagres i en elektronisk hukommelse (BIOPAC Systems Inc, Santa Barbara, Californien, USA). De transmitrale flowhastighedskurver og de værdier, der er opnået ved hjælp af Doppler-ekkokardiografi (m/s), lagres separat.
Når forsøgene er afsluttet, aflives dyrene i bedøvelse ved hjælp af en intravenøs injektion af kaliumklorid. Efter fjernelse af den anatomiske struktur (hjertet) kontrolleres det anatomiske sted for de 3 par krystaller, den forreste venstre ventrikelvæg dissekeres efter arteria interventricularis rute, og det kontrolleres, i hvilken dybde hvert krystal er implanteret, ligesom det område af musklen, der er infiltreret med formaldehyd.
Analyserede parametre
I Doppler-ekkokardiogrammet undersøger vi de maksimale transmitrale strømningshastigheder i begyndelsen (E) og slutningen (A) af diastolen og E/A-forholdet. De intrakavitære trykkurver giver det maksimale systoliske tryk i venstre ventrikel, det minimale tryk i venstre ventrikel, det enddiastoliske tryk i venstre ventrikel (LVEDP), den tid, der er gået fra lukning af aortaklappen, indtil det intraventrikulære tryk overstiger det enddiastoliske tryk med 10 mm Hg, hvilket svarer til den isovolumiske afslapningstid12; på dette tidspunkt kan vi være sikre på, at dette er den isovolumiske fase, hvor mitralklappen stadig er lukket. De segmentale funktionskurver afslører forkortningsfraktionen, og aortaflowkurverne viser det gennemsnitlige aortaflow og det tidsmæssige forhold mellem afslutningen af kontraktionen af hvert af de tre segmenter (P1, P2 og P3) og suspensionen af aortaflowet (tid aortalukning-kontraktion P1, P2, P3). Alle disse parametre er analyseret før og efter indsprøjtning af formaldehyd i det opstigende segment. Forkortningsfraktionen måles efter hver formaldehydinjektion, indtil der er konstateret en passende ændring i det injicerede segment.
Analyse af resultaterne
De undersøgte variabler er kontinuerlige, og resultaterne er udtrykt som gennemsnit plus eller minus standardafvigelse. Ændringerne i variablerne efter blokaden med formaldehyd i forhold til grundforholdene er blevet undersøgt. Sammenligningen af middelværdierne blev foretaget ved hjælp af Student t-test for parrede prøver eller den ikke-parametriske Mann-Whitney-test for data, der ikke viste en normalfordeling. En P-værdi på mindre end 0,05 blev anset for at være signifikant. Den statistiske pakke SPSS (version 9.0) blev anvendt.
RESULTATER
Hemodynamiske ændringer (tabel 1)
Injektionen af formaldehyd forlænger signifikant den tid, der er nødvendig for at overskride det venstre ventrikulære endediastoliske tryk med 10 mm Hg efter lukning af aortaklappen, øger det mindste venstre ventrikulære tryk, der nås i den tidlige diastole, idet der skiftes fra negativt til positivt tryk, øger – om end ikke på en meget signifikant måde – LVEDP og øger signifikant det gennemsnitlige atriale tryk. Der er ingen umiddelbare signifikante ændringer i aortaflowet eller i det venstre ventrikulære tryk under systolen (Figur 2).
Figur 2. Registrering af venstre ventrikels tryk (PVI); elektrokardiogram (EKG-DI); segmental kontraktilitet i venstre laterale segment af basal loop, descenderende segment af apikal loop og ascenderende segment af apikal loop; og aortisk rodflow under baselineforhold (A) og efter formaldehydinjektion (B). Pilene angiver de punkter, der svarer til lukning af aortaklappen. De ændringer, der induceres ved injektion af formaldehyd, er beskrevet i teksten.
Enden af myokardiekontraktion og indledning af diastole
For at bestemme indledningen af den isovolumiske afslapningsfase identificerede vi det tidspunkt, hvor blodudstødningen ophører i aortaflowkurven og den segmentale kontraktionsfase i de tilsvarende sonometriske kurver (figur 2).
I alle eksperimenter var det ascenderende segment (P3) i kontraktion, efter at aortaflowet ophørte, og aortaklappen lukkede. Kontraktionen af det sidste myokardisegment sluttede i gennemsnit 72,7 (26,3) ms efter lukning af aortaklappen, hvilket faldt sammen med den såkaldte isovolumiske afslapningsfase i den tidlige diastole (figur 2), mens det nedadgående segment (P2) nåede maksimal kontraktion 10,6 (44,6) ms efter lukning af aortaklappen, og afslutningen af kontraktionen af P1-segmentet (basal loop) gik forud for lukningen af aortaklappen (tabel 1).
Transmitral flow
Tabel 2 viser den virkning, som injektion af formaldehyd i det opstigende segment af den apikale løkke har haft på forkortningsfraktionen af det overvågede segment. Der er et fald til dyskinesieniveauer (i henhold til protokollen) i det injicerede segment (P3, opstigende segment) og hypokinesi i nabosegmentet, det nedadgående segment (P2) af den apikale løkke. De zoner, der svarer til det venstre laterale segment af den basale løkke (P1), er ikke ændret. Parallelt hermed påvirkes det transmitrale flow med ændringer i de ventrikulære fyldningshastigheder i tidlig diastole og i E/A-forholdet; E-bølgen faldt, mens A-bølgen steg, idet E/A-forholdet var signifikant reduceret (P
Figur 3. Umiddelbare ændringer i den transmitrale flowhastighed, målt ved Doppler-ekkokardiografi, som følge af infiltration med 2,5 % formaldehyd i det opstigende segment af den apikale loop. Figuren er korrigeret med henblik på gengivelse.
DISKUSSION
Når ventriklen ophører med at udstøde blodet, slutter systolen og diastolen begynder. Fra dette tidspunkt og indtil mitralklappen åbner sig, er der et tidsrum, hvor begge klapper er lukkede, hvilket kaldes den isovolumiske relaxationsfase. I denne fase falder det intraventrikulære tryk med en konstant hastighed12 og fører til transmurale og transvalvulære trykgradienter mod kammerets indre. Der opstår en sugeeffekt, som den hurtige tidlige ventrikelfyldning umiddelbart tilskrives, og hvis fuldstændige eller delvise tab er årsag til venstre ventrikels diastoliske dysfunktion, som er det patofysiologiske substrat for hjertesvigt med bevaret systolisk funktion.
I klinisk praksis16,20,21 afhænger diagnosen hjertesvigt på grund af diastolisk dysfunktion af 3 betingelser: tilstedeværelsen af tegn eller symptomer på hjertesvigt, en normal eller let nedsat venstre ventrikels ejektionsfraktion og et forhøjet venstre ventrikels fyldningstryk. Sidstnævnte faktor har betydning og kan måles i den venstre ventrikels fyldningskurve på Doppler-echokardiogrammet, i forlængelsen af den isovolumiske afslapningsperiode, i faldet i den tidlige diastoliske hastighed (E), i forlængelsen af decelerationstiden, i stigningen i den endediastoliske hastighed (A) og i reduktionen af E/A-forholdet.
Ventrikulær fyldning, som identificerer den diastoliske tid, blev indtil 1954 tilskrevet atrial kontraktion.3,4 Det er nu accepteret, at venstre ventrikel deltager aktivt med den sugekraft, som vi omtalte ovenfor. Det er en aktiv proces22,23 , der forbruger energi og involverer Ca2+ -udveksling. En række forfattere mener, at diastolen er en følge af forlængelse af myokardiefibrene i væggene i et lukket kammer. Det skulle være et fænomen, der er knyttet til muskelrelaksation (adskillelse af myosinfilamenterne) og til fibrenes elastiske genopretning, hvor elastin indeholdt i et kollagennetværk, der udgør det ekstrafibrillære bindevæv, griber ind, samt proteinet titin som et element i genopretningen af sarkomeren, der er deformeret under systolen10,11 . Den ventrikulære mekaniske aktivering under diastolen er heterogen med subendocardiale-subpicardiale relaxationsgradienter i begyndelsen af diastolen.22,24,25
I Torrent-Guasp-teorien er det et systolisk fænomen, der er knyttet til muskelkontraktion.23,26 Udstødningen af blodet er en konsekvens af kontraktionen af det nedadgående segment af den apikale løkke; dens kontraktion “skruer” basen over apex og trækker de 2 dele tættere på hinanden. Det næste og sidste segment af muskelbåndet er det ascenderende segment af den apikale løkke, som dækker det descenderende segment og danner epikardiet i det forreste aspekt indtil aortakroppen, og som er blevet “strakt ud og oprullet” af kontraktionen af det foregående segment. Når det kontraherer, foretager det ascenderende segment en bevægelse, der “skruer bunden af” og flytter den væk fra apex, hvorved hjertets længdeakse øges og der opstår en sugning som den, der ville opstå i det indre af en cylinder, der bevæger sig væk fra sit stempel, en dynamik, der er blevet observeret hos mennesker på magnetiske resonansbilleder27 .
I denne undersøgelse har vi bidraget med data, der viser, at sugekraften, der produceres under den isovolumiske afslapningsfase, afhænger af kontraktion, fordi den produceres under segmentkontraktionsfasen, og desuden at dens funktionalitet er stærkt forbundet med kontraktionen af det opstigende segment af den apikale løkke, specifikt:
1. Vi har vist, at i begyndelsen af og under den isovolumiske afslapningsfase i venstre ventrikel er det opstigende segment af den apikale loop i kontraktion.
2. Infiltration af det opstigende segment af den apikale loop med fortyndet formaldehyd påvirker direkte kapaciteten til at reducere det intraventrikulære tryk eller med andre ord sugekraften. Dette aspekt er blevet påvist ved at forlænge den tid, der er nødvendig for, at det intraventrikulære tryk falder til 10 mm Hg over det endediastoliske tryk, et niveau, der gør det muligt at sikre, at mitralklappen stadig er lukket, og at den lavere hastighed (dvs. mere tid, der er gået) i trykfaldet er i et lukket (isovolumisk) kammer. Det er også blevet påvist ved det lavere mindste intraventrikulære tryk, der nås i den tidlige diastole, som påvirkes betydeligt, når vi infiltrerer nævnte ascenderende segment.
3. Som følge af en lavere faldhastighed og et mindre markant slutfald i det intraventrikulære tryk i den isovolumiske fase er sugeeffekten mindre, og den ventrikulære fyldningshastighed falder i den tidlige diastole og stiger kompenserende i den afsluttende diastole som følge af en kontraktion af det “fyldigere” venstre atrium. Dette er blevet påvist ved ændringerne i værdierne for E, A og E/A-forholdet samt ved den progressive stigning i atrialtrykket, der begynder i den tidlige diastole.
Begrænsninger af undersøgelsen
Anvendelsen af ultralydskrystaller er hensigtsmæssig, hvis vi antager, at myokardiets struktur er organiseret helt eller delvist i et bånd, og at vi har implanteret ultralydskrystallerne i den samme linje, som markerer fibrenes bevægelsesretning. Denne metode er ikke i stand til at isolere funktionen af et enkelt segment, da det indgår i det samme kontinuum som de andre. Således vil ændringen af et givet segment ændre sammentrækningen i hele båndet, som det sker i vores model, hvor injektionen i det opstigende segment også ændrer sammentrækningen af de fibre, der er indeholdt i P2, identificeret som tilhørende det nedadgående segment, som er nabo til det injicerede segment.
For identifikation af segmenterne og retningen af deres fibre samt post mortem bekræftelse i de anatomiske prøver, blev vi rådgivet af Dr. Torrent-Guasp. De subendokardiale fibre fra det nedadgående segment i zonen af venstre ventrikels forreste side passerer gennem mesokardiet i en vis dybde og krydser vinkelret med dem fra det opadgående segment,28 en omstændighed, som vi har bekræftet i de anatomiske eksemplarer. Derfor fulgte de krystaller, der var forankret i subendocardium, en retning, som det par, der var implanteret i det tilsvarende epikardium (opstigende segment), krydsede vinkelret.
Den muskelinvolvering, der er sekundær til injektion af fortyndet formaldehyd, er vanskelig at standardisere, og den påvirker naturligvis alle fibrenes aktive og passive egenskaber, idet den reducerer kontraktion, afslapning og elasticitet til deres laveste grænser. Man har forsøgt at minimere de ændringer, der er forårsaget af formaldehyd, ved at begrænse mængden og antallet af injektioner i alle eksperimenterne og overvåge virkningen afhængigt af ændringen af kontraktiliteten i det injicerede segment og verificere ændringen i den transmitrale strømning. For mange forskere har Torrent-Guasp’s teorier åbnet veje, som de kan følge for at gøre fremskridt i forståelsen af hjertemusklens fysiologi. Andre punkter er fortsat vanskelige at forene med tidligere data.18
KONKLUSIONER
I denne nye opfattelse af den diastoliske funktion ville de 3 egenskaber ved myokardfibrene deltage, idet de følger en vis rækkefølge, samtidig med at de overlapper hinanden. Den indledende sugning med lukket kammer ville være en konsekvens af kontraktionen af det sidste segment af båndet, som vi har forsøgt at påvise med de her præsenterede eksperimenter; afslapningen af fibrene i de efterfølgende segmenter med mitralklappen åben ville muliggøre en hurtig fyldning, og endelig ville distensiviteten gøre det muligt for myokardvæggen at give efter som reaktion på den stigning i tryk/volumen, der opstår ved injektion i atriet.
HINVISNINGER
Denne undersøgelse blev udført til minde om Dr. Francisco Torrent-Guasp.
Denne undersøgelse er blevet finansieret af tilskud nr. 99/1002 fra den spanske Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS).