BEVEZETÉS
Torrent-Guasp és más szerzők szerint1-6 a kamrai szívizomzat egy összefüggő izomsávból áll, amely a tüdőartéria gyökerétől az aorta gyökeréig húzódik, két spirálból álló spirális szerkezetet alkot, és a két kamrai üreget határolja. Ez a szívizomsáv a “bazális hurokból” és az “apikális hurokból” állna. A bazális hurok túlnyomórészt vízszintes, és bal és jobb szegmensre oszlik; az apikális hurok túlnyomórészt függőleges, és a leszálló és a felszálló szegmensből áll (1. ábra). A kilökődés a jobb bazális és a bal bazális szegmens egymást követő összehúzódásával jönne létre, ami a szív aljának szűküléséhez vezet, amit a leszálló apikális szegmens összehúzódása követ. Ez viszont a szív hosszanti méreteinek megrövidülését eredményezi, közelebb hozva a bázist a csúcshoz. A kamratöltés a felszálló apikális szegmens összehúzódásával kezdődne, amelyet hosszirányú megnyúlás kísér, majd a kamrafalak ellazulása követ. A szívciklus során az apex mozdulatlan marad, míg az alap lefelé mozog, ami a hosszanti rövidülés és a vér kilökődésének fő oka, majd ezt követi egy újabb felfelé irányuló mozgás, amelynek a vér bal pitvarból történő elszívása tulajdonítható.7-9
1. ábra. A myocardialis sáv (Torrent-Guasp) szegmenseit és a myocardiumba beültetett kristálypárok helyzetét ábrázoló ábrák, amelyeket vonallal összekötött kis körök ábrázolnak. A bal felső diagramon a szubendocardialis P2-nek (az apikális hurok leszálló szegmensében) megfelelő kristályokat nyílt körök ábrázolják.
A klasszikus tanításban a bal kamrai feltöltődés kamrai relaxációval kezdődik, egy aktív, energiaigényes folyamattal, amely az intraventrikuláris nyomást a bal pitvarnak megfelelő nyomás alá csökkenti. A nyomások közötti kereszteződés okozza a mitrális billentyű nyitását és a korai gyors töltés megindulását. Az ezt a mechanizmust meghatározó tényezőknek a rugalmas helyreállítást tekintik, amely különböző komponenseket foglal magában, mint például az extracelluláris mátrix kollagénjének elasztin-tartalmát,10 vagy a titin nevű fehérjét, amely a szisztolé során keletkezett deformáció után a szarkomer számára visszaállítja az erőt a helyreállításhoz,11 valamint a szívizomfal relaxációját. Hemodinamikailag ez a töltési térfogat 80%-át érinti, és a pitvari faktorok szinte semmilyen hozzájárulása nélkül jön létre.10
Azt viszont nehéz elképzelni és bizonyítani, hogy az izovolumos relaxációs fázis és az azt követő gyors töltés a myocardialis szalag utolsó szakaszának összehúzódásának következménye. Ez azonban megmagyarázná, hogy amikor szisztolés diszfunkció alakul ki, azt miért kíséri diasztolés diszfunkció, miért függ a T index (az izovolumikus összehúzódási fázis alatti nyomásesés időállandója) a kontraktilitástól, és miért javul izoproterenol hatására,12 sőt, hogy a diasztolés diszfunkció normális vagy “megőrzött” szisztolés funkció mellett miért olyan entitás, amelynek jelentősége, azonosítása és kezelése továbbra is tisztázatlan.13-17
Az itt bemutatott kísérletes vizsgálatokat a korai diasztolés transzmisszióban szerepet játszó myocardialis mechanizmusok meghatározása céljából végeztük. Konkrétan arra voltunk kíváncsiak, hogy a gyors kamratöltés fázisa relaxációs vagy kontrakciós folyamat-e.18 E kérdés megválaszolása érdekében azt vizsgáljuk, hogy az apikális hurok felszálló szegmensének kontrakciója időben egybeesik-e az úgynevezett bal kamrai izovolumikus relaxációs fázissal, és hogy az erre a szegmensre korlátozott hipokinézia vagy akinézia indukciója negatív hatással van-e a korai transzmissziós áramlásra, az izovolumikus fázis alatti intraventrikuláris nyomásesés sebességére és a bal kamrában elért minimális nyomásra.
MÓDSZEREK
12, mindkét nemhez tartozó sertést vizsgáltunk, amelyek átlagos súlya 28,2 (5,1) kg volt. Kórházunk Kutatóközpontjának állatorvosi egységében tenyésztették őket. A kísérleteket a “Kísérleti és egyéb tudományos célokra felhasznált állatok védelméről” szóló spanyol és európai irányelveknek megfelelően végeztük (223/1988-as és 1201/2005-ös királyi rendelet). A sebészeti beavatkozásokat olyan vizsgálóbiztosok végezték, akik rendelkeztek az állatkísérletekről szóló európai képzési bizonyítvánnyal (1201/2005 királyi rendelet).
A kísérletek előkészítése
A kísérlet napján az állatokat az istállójukban midazolam (0,5 mg/testsúlykilogramm) és ketamin (10 mg/testsúlykilogramm) intramuszkuláris injekciójával előaltatják és nyugtatják. Az altatást a kísérleti műtőben intravénás úton idézik elő (tiopentál, 10 mg/testsúlykilogramm), majd endotracheális intubációt és a külső nyaki véna katéterezését végzik. Az altatást sevofluránnal (2,5%) tartják fenn 40% oxigén és 60% dinitrogén-oxid keverékében, amelyet lélegeztetőgép (Temel VT3, Spanyolország) szolgáltat. Az analgéziát és a relaxációt vecuronium-bromiddal (0,08 mg/testtömeg-kilogramm) és morfium-hidrokloriddal (0,7 mg/testtömeg-kilogramm) indítjuk el, és vecuronium-bromiddal (0,08 mg/testtömeg-kilogramm) és 20 mg morfium-hidrokloriddal tartjuk fenn 50 ml szérumban, 12 ml/h sebességgel egy infúziós pumpa segítségével. Medián szternotómiát, majd perikardiektómiát végeznek. A mechanikus lélegeztetést a vér oximetriájától függően 16 és 20 légzés/perc közötti sebességre és körülbelül 5 L/perc gázáramlásra állítják be. A perifériás elektrokardiogramot, a vér pH-értékét, a vérgázokat, a hematokritot és a rektális hőmérsékletet a kísérlet teljes időtartama alatt monitorozzák. A hőmérsékletet elektromos takaróval tartják fenn.
Szegmentális működés
Három pár ultrahangos mikrokristályt (Biopac Systems, Santa Barbara, Kalifornia, USA) ültetünk be a szívizomba: Egy pár a bal kamra oldalsó oldalának mezokardiumába (körülbelül 4-5 mm mélységben), a bal oldalsó szegmens bazális hurokjának (P1) megfelelően, a szív hossztengelyének irányát követve; egy másik pár a bal kamra középső harmadának elülső oldalának szubendokardiumába, az elülső leszálló artéria első és második diagonális ága közé és hozzá érintőlegesen, az apikális hurok leszálló szegmensének megfelelő zónába (P2); és végül egy másik pár a bal kamra elülső oldalának subepicardiumában (1-2 mm mélységben), az elülső leszálló artéria első és második diagonális ága között és az elülső leszálló artériával párhuzamosan az aorta gyökere felé, az apikális hurok felszálló szakaszának megfelelő zónában (P3) (1. ábra). A mikrokristálypárok a zóna izomrostjainak irányát követve igazodnak egymáshoz. Körülbelül 2 cm választja el őket egymástól. A P2 párokat transzseptális punkcióval rögzítik a subendocardiumban, elérik a kamrai üreget és visszahúzódnak, hogy a subendocardiumban helyezzék el őket, keresztet alkotva a P3 párokkal a subepicardiumban. A kristálypárok lehetővé teszik számunkra, hogy megismerjük a szívizomzat azon 2 pontjának relatív elmozdulását, amelyek felett rögzítve vannak, és így a közöttük lévő szegmens dinamikus tulajdonságait. A regionális miokardiális kontraktilitási görbék felvételét a Sonometrics Corporation digitális ultrahangos mérőrendszerével (London, Ontario, Kanada) végezzük.
Intrakavitális nyomások
A bal kamrai szabad falon keresztül egy katétert vezetünk be a bal kamrai nyomás megfigyelésére, egy másikat pedig az auriculán keresztül a bal pitvari nyomás mérésére; mindkét katétert nyomásátalakítókhoz (Transpac IV, USA) csatlakoztatjuk.
Aortaáramlás
Az aorta gyökerét felboncoljuk, és elektromágneses áramlásmérőt helyezünk be (Transonic Systems, New York, Egyesült Államok).
Transzmitrális áramlás
Doppler echokardiogramot végeztünk (Interspec XL Doppler, USA) 5 MHz-es szondával, közvetlenül az epikardium felett, hogy apikális négykamrás nézetből rögzítsük a transzmitrális áramlást, először alaphelyzetben, majd hígított formaldehidnek a szívizomfalba történő beadása után.
Szegmentális akinézia indukciója
Ez a 2,5%-ra hígított formaldehid19 injektálását jelenti atraumatikus tűvel az apikális hurok felszálló szegmensének szubepikardiumába (1-2 mm mélységben), ahol a P2 kristálypárok helyezkednek el. A jelzett hígításból maximum 0,8 ml-t fecskendezünk be, 3 és 4 injekció között elosztva. Minden egyes injekció beadása után a szegmens rövidülésének frakciójára kifejtett hatást mindaddig figyelemmel kísérjük, amíg az adott szegmensben akinézia vagy diszkinézia nem alakul ki.
Adatgyűjtés
Az alábbi rekordoknak megfelelő rekordok: EKG (I, II vagy III), bal kamrai nyomás mm Hg-ban, bal pitvari nyomás mm Hg-ban, aortaáramlás (ml/perc) és a jelzett 3 szívizomsáv-szegmens szonometriai adatai digitalizálásra és elektronikus memóriában (BIOPAC Systems Inc, Santa Barbara, Kalifornia, Egyesült Államok) tárolásra kerülnek. A Doppler-echokardiográfiával kapott transzmissziós áramlási sebességgörbéket és értékeket (m/s) külön tároljuk.
A kísérletek befejezése után az állatokat altatásban, kálium-klorid intravénás beadásával feláldozzuk. Az anatómiai struktúra (a szív) eltávolítása után ellenőrzik a 3 kristálypár anatómiai helyét, a bal kamra elülső falát felboncolják, követve az artéria interventricularis útvonalát, és ellenőrzik, hogy az egyes kristályok milyen mélységben vannak beültetve, valamint a formaldehiddel infiltrált izom régióját.
Az elemzett paraméterek
A Doppler-echokardiogramon a maximális transzmissziós áramlási sebességeket vizsgáljuk a diasztolé kezdetén (E) és végén (A), valamint az E/A arányt. Az intrakavitális nyomásgörbék megadják a maximális bal kamrai szisztolés nyomást, a minimális bal kamrai nyomást, a bal kamrai végdiasztolés nyomást (LVEDP), az aortabillentyű záródásától eltelt időt, amíg az intrakavitális nyomás 10 mm Hg-mal meghaladja a végdiasztolés nyomást, ami megfelel az izovolumikus relaxációs időnek12; ekkor biztosak lehetünk abban, hogy ez az izovolumikus fázis, amikor a mitrális billentyű még zárva van. A szegmentális funkciógörbék a rövidülési frakciót, az aortaáramlási görbék pedig az átlagos aortaáramlást és a három szegmens (P1, P2 és P3) összehúzódásának vége és az aortaáramlás felfüggesztése közötti időbeli kapcsolatot mutatják (aortazárás-összehúzódás ideje P1, P2, P3). Mindezen paramétereket a formaldehidnek a felszálló szegmensbe történő beadása előtt és után elemeztük. A rövidülési frakciót minden egyes formaldehid-injekció után addig mérjük, amíg az injektált szegmensben megfelelő változás nem igazolódik.
Eredmények elemzése
A vizsgált változók folyamatosak, és az eredményeket az átlag plusz vagy mínusz a standard eltérésként fejezik ki. A változók változásait vizsgáltuk a formaldehiddel történő blokkolást követően a kiindulási körülményekhez képest. Az átlagok összehasonlítását párosított minták esetén Student t-teszttel, illetve nem normális eloszlást nem mutató adatok esetén Mann-Whitney nemparametrikus teszttel végeztük. A .05-nél kisebb P-értéket szignifikánsnak tekintettük. Az SPSS statisztikai csomagot (9.0 verzió) használták.
EREDMÉNYEK
Hemodinamikai változások (1. táblázat)
A formaldehid beadása szignifikánsan meghosszabbítja a bal kamrai végdiasztolés nyomás 10 mm Hg-mal való meghaladásához szükséges időt az aortabillentyű zárását követően, növeli a korai diasztoléban elért minimális bal kamrai nyomást, negatívról pozitív nyomásra váltva, emeli – bár nem túl jelentős mértékben – az LVEDP-t, és jelentősen növeli a pitvari középnyomást. A szisztolé során az aortaáramlásban vagy a bal kamrai nyomásban nincs azonnali jelentős változás (2. ábra).
2. ábra. A bal kamrai nyomás (PVI); elektrokardiogram (EKG-DI); szegmentális kontraktilitás a bazális hurok bal oldali szegmensében, az apikális hurok leszálló szegmensében és az apikális hurok felszálló szegmensében; és az aorta gyökéráramlás alaphelyzetben (A) és formaldehid-injekció után (B). A nyilak az aortabillentyű záródásának megfelelő pontokat jelzik. A formaldehid beadása által kiváltott változásokat a szövegben ismertetjük.
A szívizom összehúzódásának vége és a diasztolé beindulása
Az izovolumikus relaxációs fázis kezdetének meghatározásához azonosítottuk azt az időpontot, amikor a vér kilökődése megszűnik az aorta áramlási görbén és a szegmentális összehúzódási fázis a megfelelő szonometriai görbéken (2. ábra).
A felszálló szegmens (P3) minden kísérletben az aortaáramlás megszűnése és az aortabillentyű záródása után kontrakcióban volt. Az utolsó szívizomszakasz összehúzódása az aortabillentyű záródása után átlagosan 72,7 (26,3) ms alatt ért véget, ami egybeesett az úgynevezett izovolumikus relaxációs fázissal a korai diasztoléban (2. ábra), míg a leszálló szakasz (P2) 10,6 (44,6) ms-mal az aortabillentyű záródása után érte el a maximális összehúzódást, és a P1 szakasz összehúzódásának vége (bazális hurok) megelőzte az aortabillentyű záródását (1. táblázat).
Transzmitrális áramlás
A 2. táblázat azt a hatást mutatja, amelyet a formaldehidnek az apikális hurok felszálló szegmensébe történő injektálása a megfigyelt szegmens rövidülési frakciójában okozott. Az injektált szegmensben (P3, felszálló szegmens) a diszkinézia szintjére csökken (a protokoll szerint), míg a szomszédos szegmensben, az apikális hurok leszálló szegmensében (P2) hipokinézia tapasztalható. A bazális hurok bal oldali szegmensének (P1) megfelelő zónák nem változnak. Ezzel párhuzamosan a transzmissziós áramlás is érintett, a korai diasztoléban a kamrai töltési sebesség és az E/A arány változásaival; az E hullám az A hullám növekedésével párhuzamosan csökkent, az E/A arány szignifikánsan csökkent (P
3. ábra. A Doppler-echokardiográfiával mért transzmissziós áramlási sebesség azonnali változásai a 2,5%-os formaldehiddel történő infiltráció következtében az apikális hurok felszálló szegmensében. A reprodukcióhoz korrigált ábra.
MEGJEGYZÉS
Amikor a kamra megszűnik a vért kilökni, a szisztolé véget ér, és megkezdődik a diasztolé. Ettől a pillanattól kezdve és a mitrális billentyű megnyílásáig van egy olyan időszak, amely alatt mindkét billentyű zárva van, ezt nevezzük izovolumikus relaxációs fázisnak. Ebben a fázisban az intraventrikuláris nyomás állandó sebességgel csökken12 , és transzmurális és transzvalvuláris nyomásgradienseket eredményez a kamra belseje felé. Szívóhatás jön létre, amelynek a korai kamrai töltés gyorsaságát azonnal tulajdonítják, és amelynek teljes vagy részleges elvesztése a bal kamrai diasztolés diszfunkció, a megőrzött szisztolés funkciójú szívelégtelenség patofiziológiai szubsztrátjának oka.
A klinikai gyakorlatban16,20,21 a diasztolés diszfunkció miatti szívelégtelenség diagnózisa 3 feltételtől függ: a szívelégtelenség jeleinek vagy tüneteinek jelenléte, normális vagy enyhén csökkent bal kamrai ejekciós frakció és emelkedett bal kamrai töltőnyomás. Ez utóbbi tényezőnek van hatása, és mérhető a Doppler-echokardiogram bal kamrai töltési görbéjében, az izovolumikus relaxációs periódus megnyúlásában, a korai diasztolés sebesség (E) csökkenésében, a lassulási idő megnyúlásában, a végdiasztolés sebesség (A) növekedésében és az E/A arány csökkenésében.
A diasztolés időt meghatározó kamratöltést 1954-ig a pitvari kontrakciónak tulajdonították.3,4 Ma már elfogadott, hogy a bal kamra aktívan részt vesz az általunk említett szívóerővel. Ez egy aktív folyamat22,23 , amely energiát fogyaszt és Ca2+ -cserével jár. Számos szerző úgy véli, hogy a diasztolé a zárt kamra falának szívizomrostjai megnyúlásának következménye. Ez az izomrelaxációhoz (a miozin filamentumok szétválásához) és a rostok rugalmas helyreállításához kapcsolódó jelenség lenne, amelyben az extrafibrilláris kötőszövetet alkotó kollagénhálózatban található elasztin, valamint a titin nevű fehérje mint a szisztolé során deformálódott szarkomer helyreállításának egyik eleme avatkozik be10,11. A kamrai mechanikai aktiváció a diasztolé során heterogén, a diasztolé kezdetén szubendocardialis-szubepicardialis relaxációs gradiensekkel.22,24,25
Torrent-Guasp elméletében ez egy izomkontrakcióhoz kapcsolódó szisztolés jelenség.23,26 A vér kilökődése az apikális hurok descendens szegmensének kontrakciójának következménye; kontrakciója “átcsavarja” az alapot az apexen, közelebb húzva a két részt egymáshoz. Az izomköteg következő és egyben utolsó szegmense az apikális hurok felszálló szegmense, amely befedi a leszálló szegmenst, az elülső oldal epikardiumát alkotva egészen az aorta gyökeréig, és amelyet az előző szegmens összehúzódása “kifeszített és feltekert”. Amikor összehúzódik, a felszálló szegmens olyan mozgást végez, amely “kicsavarja” a bázist, elmozdítva azt az apextől, megnövelve a szív hossztengelyét, és olyan szívást hoz létre, mint ami egy dugattyújától távolodó henger belsejében keletkezik, olyan dinamikát, amelyet emberekben mágneses rezonanciás felvételeken megfigyeltek.27
Ebben a tanulmányban olyan adatokkal járultunk hozzá, amelyek bizonyítják, hogy az izovolumikus relaxációs fázisban keletkező szívóerő függ az összehúzódástól, mivel a szegmentális összehúzódás fázisában keletkezik, és ráadásul a funkcionalitása erősen kapcsolódik az apikális hurok felszálló szegmensének összehúzódásához, konkrétan:
1. Kimutattuk, hogy a bal kamra izovolumikus relaxációs fázisának kezdetén és alatt az apikális hurok felszálló szegmense összehúzódik.
2. Az apikális hurok felszálló szegmensének hígított formaldehiddel történő infiltrálása közvetlenül befolyásolja az intraventrikuláris nyomás csökkentésének képességét, más szóval a szívóerőt. Ezt a szempontot az intraventrikuláris nyomásnak a végdiasztolés nyomás felett 10 mm Hg-ra történő csökkenéséhez szükséges idő meghosszabbításával bizonyították, amely szint lehetővé teszi számunkra, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy a mitrális billentyű még mindig zárva van, és hogy a nyomásesés kisebb sebessége (azaz több idő telik el) zárt (izovolumikus) kamrában van. Ezt bizonyítja a korai diasztoléban elért alacsonyabb minimális intraventrikuláris nyomás is, amelyet jelentősen befolyásol, ha az említett felszálló szegmenst infiltráljuk.
3. A kisebb esési sebesség és az izovolumás fázisban az intraventrikuláris nyomás kevésbé kifejezett végső csökkenése következtében a szívóhatás kisebb, és a kamrai töltési sebesség csökken a korai diasztolé során, kompenzációként nő a végdiasztolé során, a “teltebb” bal pitvar összehúzódásának következményeként. Ezt az E, A és az E/A arány értékeinek változása, valamint a korai diasztoléban kezdődő progresszív pitvari nyomásnövekedés bizonyította.
A vizsgálat korlátai
Az ultrahangkristályok használata akkor megfelelő, ha feltételezzük, hogy a szívizom szerkezete részben vagy teljesen sávosan szerveződik, és hogy az ultrahangkristályokat ugyanabba a vonalba ültettük be, amely a rostok mozgásának irányát jelöli. Ez a módszer nem képes egyetlen szegmens funkciójának elkülönítésére, mivel az ugyanannak a kontinuumnak a része, mint a többi. Így bármelyik szegmens megváltoztatása megváltoztatná az összehúzódást az egész sávban, ahogy az a mi modellünkben is történik, amelyben a felszálló szegmensbe adott injekció jelentősen módosítja a P2-ben található, a leszálló szegmenshez tartozónak azonosított rostok összehúzódását is, amely szomszédos az injektált szegmenssel.
A szegmensek és rostjaik irányának azonosításához, valamint az anatómiai mintákban történő post mortem megerősítéshez Dr. Torrent-Guasp tanácsát kaptuk. A leszálló szegmens subendocardialis rostjai a bal kamra elülső oldalának zónájában bizonyos mélységben áthaladnak a mezocardiumon, és merőlegesen keresztezik a felszálló szegmens rostjait,28 ezt a körülményt az anatómiai mintákban is megerősítettük. Emiatt a subendocardiumban lehorgonyzott kristályok olyan irányt követtek, amelyet a megfelelő epicardiumba (felszálló szegmens) beültetett pár merőlegesen keresztezett.
A hígított formaldehid befecskendezésének másodlagos izomérintettségét nehéz standardizálni, és természetesen a rost valamennyi aktív és passzív tulajdonságát befolyásolja, a kontrakciót, a relaxációt és a rugalmasságot a legalacsonyabb határértékre csökkentve. A formaldehid által okozott változások minimalizálására tettek kísérletet, minden kísérletben korlátozták az injekciók mennyiségét és számát, és a hatást az injektált szegmens kontraktilitásának megváltozásától függően követték nyomon, és ellenőrizték a transzmissziós áramlás változását. Dr. Torrent-Guasp elméletei sok kutató számára megnyitották azokat az utakat, amelyeken haladhatnak a szívizom fiziológiájának megértésében. Más pontokat továbbra is nehéz összeegyeztetni a korábbi adatokkal.18
KÖVETKEZTETÉSEK
A diasztolés funkció ezen új felfogásában a szívizomrostok 3 tulajdonsága vesz részt, egy bizonyos sorrendet követve, ugyanakkor átfedésben. A kezdeti szívás zárt kamrával a sáv utolsó szegmensének összehúzódásának következménye lenne, amint azt az itt bemutatott kísérletekkel megpróbáltuk demonstrálni; az egymást követő szegmensek rostjainak relaxációja nyitott mitrális billentyűvel lehetővé tenné a gyors töltődést, és végül a distencialitás lehetővé tenné, hogy a szívizomfal engedjen a pitvarba történő injekció által létrehozott nyomás/térfogat növekedés hatására.
FELHÍVÁSOK
Ezt a vizsgálatot Dr. Francisco Torrent-Guasp emlékére végeztük.
A vizsgálatot a spanyol Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS) 99/1002 számú támogatása finanszírozta.