INLEIDING
Volgens Torrent-Guasp en andere auteurs,1-6 bestaat het ventriculaire myocard uit een ononderbroken spierband die zich uitstrekt van de longslagaderwortel tot de aortawortel, een spiraalvormige structuur vormt met 2 spiralen en de 2 ventriculaire holten begrenst. Deze myocardiale band zou bestaan uit de “basale lus” en de “apicale lus”. De basale lus is overwegend horizontaal en verdeelt zich in linker- en rechtersegmenten; de apicale lus is overwegend verticaal en bestaat uit het neergaande segment en het opgaande segment (figuur 1). De uitdrijving zou worden veroorzaakt door de opeenvolgende contractie van het rechter basale segment en het linker basale segment, die leidt tot een vernauwing van de basis van het hart, gevolgd door de contractie van het dalende apicale segment. Dit veroorzaakt op zijn beurt verkorting van de longitudinale dimensies van het hart, waardoor de basis dichter bij de apex komt te liggen. Het vullen van de ventrikels zou beginnen met de samentrekking van het opstijgende apicale segment, gepaard gaande met verlenging van de lengte en gevolgd door het ontspannen van de ventriculaire wanden. Tijdens de hartcyclus blijft de apex stilstaan, terwijl de basis naar beneden beweegt, de voornaamste oorzaak van de longitudinale verkorting en van het uitwerpen van het bloed, gevolgd door een andere opwaartse beweging waaraan het wegzuigen van het bloed uit de linkerboezem wordt toegeschreven.7-9
Figuur 1. Diagrammen met de segmenten van de myocardiale band (Torrent-Guasp) en de positie van de paren kristallen geïmplanteerd in het myocard, weergegeven als kleine cirkels verbonden door een lijn. In het diagram linksboven worden de kristallen die overeenkomen met subendocardiaal P2 (in het dalende segment van de apicale lus) voorgesteld door open cirkels.
In de klassieke leer begint het vullen van de linker ventrikel met ventriculaire relaxatie, een actief energie-verbruikend proces dat de intraventriculaire druk verlaagt tot minder dan de druk die overeenkomt met de linker atrium. Het drukverschil veroorzaakt de opening van de mitralisklep en het begin van een snelle vulling. De factoren die dit mechanisme bepalen worden beschouwd als elastisch herstel, waarbij verschillende componenten betrokken zijn, zoals het elastinegehalte in het collageen van de extracellulaire matrix,10 of het eiwit titine, dat de sarcomeer weer kracht geeft voor het herstel na de vervorming die tijdens de systole is opgetreden,11 en de relaxatie van de hartspierwand. Hemodynamisch gezien betreft dit 80% van het vulvolume en het wordt geproduceerd met bijna geen bijdrage van atriale factoren.10
Wat moeilijk voor te stellen en aan te tonen is, is het feit dat de isovolumische relaxatiefase en de daaropvolgende snelle vulling een gevolg zijn van de contractie van het laatste gedeelte van de myocardiale band. Dit zou echter verklaren waarom elke systolische disfunctie gepaard gaat met een diastolische disfunctie, waarom de index T (de tijdconstante van de drukval tijdens de isovolumische relaxatiefase) afhankelijk is van de contractiliteit, en verbeterd wordt door isoproterenol,12 en zelfs waarom diastolische disfunctie met een normale of “behouden” systolische functie een fenomeen is waarvan de betekenis, identificatie en behandeling nog onduidelijk zijn.13-17
De experimentele studies die wij hier presenteren zijn uitgevoerd met het doel de myocardiale mechanismen te bepalen die betrokken zijn bij de vroege diastolische transmitrale flow. Specifiek wilden wij weten of de fase van snelle ventriculaire vulling een proces van relaxatie of contractie is.18 Om deze vraag te beantwoorden, zullen wij onderzoeken of de contractie van het opstijgende segment van de apicale lus in de tijd samenvalt met de zogenaamde linkerventrikel isovolumische relaxatiefase en of de inductie van hypokinesie of akinesie beperkt tot dat segment een negatief effect heeft op de vroege transmitrale flow, de snelheid van de intraventriculaire drukdaling tijdens de isovolumische fase en de minimale druk die in de linkerventrikel wordt bereikt.
METHODEN
We onderzochten 12 varkens van beide geslachten met een gemiddeld gewicht van 28,2 (5,1) kg. Ze waren gefokt in de veterinaire eenheid van het onderzoekscentrum van ons ziekenhuis. De experimenten werden uitgevoerd in overeenstemming met de Spaanse en Europese richtlijnen voor de “Bescherming van dieren gebruikt voor experimentele en andere wetenschappelijke doeleinden” (Koninklijk Besluit 223/1988 en Koninklijk Besluit 1201/2005). De chirurgische ingrepen werden uitgevoerd door onderzoekers die in het bezit waren van het Europese certificaat van opleiding in dierproeven (Koninklijk Besluit 1201/2005).
Voorbereiding van de experimenten
Op de dag van het experiment worden de dieren voorverdoofd en gesedeerd in hun boxen door intramusculaire injectie van midazolam (0,5 mg/kg lichaamsgewicht) en ketamine (10 mg/kg lichaamsgewicht). In de experimentele operatiekamer wordt de anesthesie opgewekt langs intraveneuze weg (thiopental, 10 mg/kg lichaamsgewicht), en worden endotracheale intubatie en katheterisatie van de externe halsader uitgevoerd. De anesthesie wordt gehandhaafd met sevofluraan (2,5%) in een mengsel van 40% zuurstof en 60% stikstofmonoxide, toegediend door middel van een ventilator (Temel VT3, Spanje). Analgesie en relaxatie worden geïnitieerd met vecuronium bromide (0.08 mg/kg lichaamsgewicht) en morfine hydrochloride (0.7 mg/kg lichaamsgewicht) en worden onderhouden met vecuronium bromide (0.08 mg/kg lichaamsgewicht) en 20 mg morfine hydrochloride in 50 ml serum in een infuuspomp met een snelheid van 12 ml/uur. Er wordt een mediane sternotomie uitgevoerd, gevolgd door een pericardiectomie. De mechanische beademing wordt ingesteld op een snelheid tussen 16 en 20 ademhalingen per minuut en op een gasstroom van ongeveer 5 L/min, afhankelijk van de oximetrie in het bloed. De perifere elektrocardiogram, bloed pH, bloedgassen, hematocriet, en rectale temperatuur worden gecontroleerd gedurende het gehele experiment. De temperatuur wordt gehandhaafd met een elektrische deken.
Segmentele functie
Drie paar ultrasone microkristallen (Biopac Systems, Santa Barbara, Californië, USA) worden geïmplanteerd in het myocardium: een paar in het mesocardium (op een diepte van ongeveer 4 tot 5 mm) van het laterale aspect van de linker hartkamer, overeenkomend met de basale lus, linker laterale segment (P1), waarbij de richting van de longitudinale as van het hart wordt gevolgd; een ander paar in het subendocardium van het voorste aspect van het middelste derde van de linker hartkamer, tussen de eerste en tweede diagonale takken van de anterior descending arterie en tangentieel daaraan, een zone die overeenkomt met het descending segment van de apicale lus (P2); en, tenslotte, een ander paar in het subepicardium (op een diepte van 1 à 2 mm) van het voorste gedeelte van de linker hartkamer, tussen de eerste en de tweede diagonale tak van de voorste dalende slagader en evenwijdig met de voorste dalende slagader in de richting van de aortawortel, in een zone die overeenkomt met het opgaande segment van de apicale lus (P3) (figuur 1). De paren microkristallen zijn uitgelijnd volgens de richting van de spiervezels van de zone waarin zij zijn geplaatst. Zij zijn ongeveer 2 cm van elkaar verwijderd. De P2-paren worden in het subendocardium verankerd door middel van een transseptale punctie, waarbij de ventriculaire holte wordt bereikt en teruggetrokken om ze in het subendocardium te deponeren en een kruis te vormen met de P3-paren in het subepicardium. De kristalparen maken het mogelijk de relatieve verplaatsing te kennen van de 2 punten in het hartspierweefsel waarover zij zijn bevestigd en dus de dynamische eigenschappen van het segment dat zich tussen deze punten bevindt. De acquisitie van de regionale myocardiale contractiliteit curven wordt bereikt met de Sonometrics Corporation Digital Ultrasonic Measurement System (Londen, Ontario, Canada).
Intracavitaire druk
Een katheter wordt ingebracht door de linker ventrikel vrije wand voor het monitoren van de linker ventrikel druk en een ander wordt ingebracht door de auricula links atriale druk te meten, beide katheters zijn aangesloten op druk transducers (Transpac IV, USA).
Aortadoorstroming
De aortawortel wordt ontleed en een elektromagnetische debietmeter wordt geplaatst (Transonic Systems, New York, Verenigde Staten).
Transmitral Flow
Een Doppler echocardiogram werd uitgevoerd (Interspec XL Doppler, USA) met een 5-MHz probe, direct boven het epicardium, om de transmitrale stroom record van een apicale vier-kamer uitzicht, eerst in baseline omstandigheden en vervolgens na injectie van verdunde formaldehyde in de myocardiale wand.
Inductie van Segmentale Akinesie
Dit omvat injecties van formaldehyde19 verdund tot 2,5%, met behulp van een atraumatische naald, in het subepicardium (op een diepte van 1 tot 2 mm) van het oplopende segment van de apicale lus, waar de P2 paren van kristallen zich bevinden. Maximaal 0,8 ml van de aangegeven verdunning wordt geïnjecteerd, verdeeld over 3 en 4 injecties. Na elke injectie wordt het effect op de verkorting van het segment gecontroleerd totdat akinesie of dyskinesie in het gegeven segment is bereikt.
Gegevensverzameling
De registraties die overeenkomen met: ECG (I, II, of III), linker ventriculaire druk in mm Hg, linker atriale druk in mm Hg, aortastroom (mL/min), en sonometrische gegevens van de 3 aangegeven myocardiale bandsegmenten worden gedigitaliseerd en opgeslagen in een elektronisch geheugen (BIOPAC Systems Inc, Santa Barbara, California, Verenigde Staten). De transmitrale stroomsnelheidscurves en waarden verkregen met behulp van Doppler echocardiografie (m/s) worden afzonderlijk opgeslagen.
Als de experimenten zijn voltooid, worden de dieren onder narcose opgeofferd door middel van een intraveneuze injectie van kaliumchloride. Na verwijdering van de anatomische structuur (het hart), wordt de anatomische plaats van de 3 paren kristallen geverifieerd, de voorste linker ventrikelwand wordt ontleed, waarbij de route van de interventriculaire slagader wordt gevolgd, en de diepte waarop elk kristal is geïmplanteerd wordt geverifieerd, evenals het gebied van de spier dat met formaldehyde is geïnfiltreerd.
Geanalyseerde parameters
In het Doppler echocardiogram bestuderen we de maximale transmitrale stroomsnelheden aan het begin (E) en einde (A) van de diastole en de E/A ratio. De intracavitaire drukcurven geven de maximale linkerventrikel systolische druk, de minimale linkerventrikel druk, de linkerventrikel einddiastolische druk (LVEDP), de tijd die verstrijkt vanaf de sluiting van de aortaklep totdat de intraventriculaire druk de einddiastolische druk met 10 mm Hg overschrijdt, hetgeen overeenkomt met de isovolumische relaxatietijd12 ; op dit punt kunnen wij er zeker van zijn dat dit de isovolumische fase is met de mitralisklep nog gesloten. De segmentale functiecurven tonen de verkortingsfractie, en de aortastroomcurven tonen de gemiddelde aortastroom en de temporele relatie tussen het einde van de contractie van elk van de drie segmenten (P1, P2, en P3) en de opschorting van de aortastroom (tijd aortasluiting-contractie P1, P2, P3). Al deze parameters worden geanalyseerd voor en na de injectie van formaldehyde in het opgaande segment. De verkorting fractie wordt gemeten na elke formaldehyde injectie tot een adequate verandering in de geïnjecteerde segment wordt geverifieerd.
Analyse van de resultaten
De onderzochte variabelen zijn continu, en de resultaten worden uitgedrukt als het gemiddelde plus of min de standaardafwijking. De veranderingen in de variabelen na de blokkade met formaldehyde ten opzichte van de uitgangssituatie zijn bestudeerd. De vergelijking van de gemiddelden is uitgevoerd met behulp van de Student t-test voor gepaarde monsters of de niet-parametrische Mann-Whitney-test voor gegevens die geen normale verdeling vertoonden. Een P-waarde kleiner dan .05 werd als significant beschouwd. Het statistisch pakket SPSS (versie 9.0) werd gebruikt.
RESULTATEN
Hemodynamische veranderingen (tabel 1)
De injectie van formaldehyde verlengt de tijd die nodig is om de linkerventrikel einddiastolische druk met 10 mm Hg te overschrijden na sluiting van de aortaklep aanzienlijk, verhoogt de minimale linkerventrikel druk die in de vroege diastole wordt bereikt, verandert van negatieve in positieve druk, verhoogt – zij het niet in zeer significante mate – de LVEDP en verhoogt de gemiddelde atriale druk significant. Er zijn geen onmiddellijke significante veranderingen in de aortastroom of in de linker ventrikel druk tijdens de systole (figuur 2).
Figuur 2. Opname van de linker ventrikel druk (PVI); elektrocardiogram (ECG-DI); segmentale contractiliteit in de linker laterale segment van de basale lus, dalende segment van de apicale lus en stijgende segment van de apicale lus, en aorta wortel stroom onder baseline omstandigheden (A) en na formaldehyde injectie (B). De pijlen geven de punten die overeenkomen met aortaklep sluiting. De veranderingen veroorzaakt door de injectie van formaldehyde worden beschreven in de tekst.
Einde van Myocardiale contractie en aanvang van Diastole
Om de aanvang van de isovolumic relaxatie fase te bepalen, identificeerden we de tijd waarop het uitwerpen van bloed stopt in de aorta flow curve en de segmentale contractie fase in de overeenkomstige sonometrische curven (figuur 2).
In alle experimenten, de opstijgende segment (P3) was in contractie na de aortastroom gestopt en de aortaklep gesloten. De contractie van de laatste myocard segment eindigde in een gemiddelde tijd van 72,7 (26,3) ms na sluiting van de aortaklep, samenvallend met de zogenaamde isovolumic relaxatie fase in de vroege diastole (figuur 2), terwijl de dalende segment (P2) bereikte maximale contractie 10,6 (44,6) ms na aortaklep sluiting, en het einde van de contractie van de P1 segment (basale lus) ging vooraf aan de sluiting van de aortaklep (tabel 1).
Transmitral Flow
Tabel 2 toont het effect geproduceerd in de verkorting fractie van het gecontroleerde segment door de injectie van formaldehyde in het opgaande segment van de apicale lus. Er is een afname tot niveaus van dyskinesie (volgens protocol) in het geïnjecteerde segment (P3, opgaande segment) en hypokinesie in het aangrenzende segment, het neergaande segment (P2) van de apicale lus. De zones die overeenkomen met het linker laterale segment van de basale lus (P1) zijn niet veranderd. Parallel hieraan is de transmitrale flow aangetast, met veranderingen in de ventriculaire vullingssnelheden in de vroege diastole en in de E/A-verhouding; de E-golf nam af naarmate de A-golf toenam, waarbij de E/A-verhouding significant afnam (P
Figuur 3. Onmiddellijke veranderingen in de transmitrale stroomsnelheid, gemeten door Doppler echocardiografie, secundair aan infiltratie met 2,5% formaldehyde in het opgaande segment van de apicale lus. Figuur gecorrigeerd voor reproductie.
DISCUSSIE
Wanneer de ventrikel ophoudt het bloed uit te stoten, eindigt de systole en begint de diastole. Vanaf dit moment, en totdat de mitralisklep opent, is er een periode waarin beide kleppen gesloten zijn, de zogenaamde isovolumische relaxatiefase. Tijdens deze fase daalt de intraventriculaire druk met een constante snelheid12 en leidt tot transmurale en transvalvulaire drukgradiënten naar het inwendige van de kamer. Er ontstaat een zuigeffect, waaraan de snelle vroege ventrikelvulling onmiddellijk wordt toegeschreven en waarvan het gehele of gedeeltelijke verlies een oorzaak is van linkerventrikel-diastolische dysfunctie, het pathofysiologische substraat van hartfalen met behouden systolische functie.
In de klinische praktijk,16,20,21 hangt de diagnose van hartfalen door diastolische dysfunctie af van 3 voorwaarden: de aanwezigheid van tekenen of symptomen van hartfalen, een normale of licht verlaagde linkerventrikel ejectiefractie, en een verhoogde linkerventrikelvullingsdruk. Deze laatste factor heeft een invloed en kan worden gemeten in de linkerventrikelvulcurve van het Doppler-echocardiogram, in de verlenging van de isovolumische relaxatieperiode, in de afname van de vroeg-diastolische snelheid (E), in de verlenging van de vertragingstijd, in de toename van de eind-diastolische snelheid (A), en in de verlaging van de E/A-ratio.
Ventriculaire vulling, die de diastolische tijd aangeeft, werd tot 1954 toegeschreven aan atriale contractie.3,4 Thans wordt aanvaard dat de linker ventrikel actief deelneemt met de zuigkracht waarnaar wij hierboven verwezen. Het is een actief proces22,23 dat energie verbruikt en waarbij Ca2+ wordt uitgewisseld. Een aantal auteurs beschouwt de diastole als een gevolg van de rek van de myocardiale vezels van de wanden van een gesloten kamer. Het zou een verschijnsel zijn dat verband houdt met spierontspanning (scheiding van de myosinefilamenten) en met elastisch herstel van de vezels, waarbij de elastine in een collageennetwerk dat het extrafibrillaire bindweefsel uitmaakt, tussenbeide komt, evenals het eiwit titine als een element van het herstel van de sarcomeren die tijdens de systole vervormd zijn.10,11 De ventriculaire mechanische activering tijdens de diastole is heterogeen, met subendocardiale-subepicardiale relaxatie gradiënten aan het begin van de diastole.22,24,25
In de theorie van Torrent-Guasp, is het een systolisch fenomeen gekoppeld aan spiercontractie.23,26 Het uitwerpen van het bloed is een gevolg van de contractie van het dalende segment van de apicale lus; zijn contractie “schroeft” de basis over de apex, waardoor de 2 delen naar elkaar toe worden getrokken. Het volgende en laatste segment van de spierband is het opgaande segment van de apicale lus, dat het neergaande segment bedekt en het epicard vormt van het voorste aspect tot aan de aortawortel, en dat is “uitgerekt en opgerold” door de contractie van het voorgaande segment. Wanneer het samentrekt, maakt het opgaande segment een beweging die de basis “losschroeft”, waardoor het van de apex af beweegt, de lengteas van het hart vergroot en zuiging produceert zoals die zou optreden in het inwendige van een cilinder die van zijn zuiger af beweegt, dynamica die bij de mens is waargenomen op magnetische resonantiebeelden.27
In deze studie hebben wij gegevens bijgedragen die aantonen dat de zuigkracht die wordt geproduceerd tijdens de isovolumische relaxatiefase afhankelijk is van contractie omdat deze wordt geproduceerd tijdens de fase van segmentale contractie en, bovendien, dat de functionaliteit ervan sterk samenhangt met de contractie van het oplopende segment van de apicale lus, met name:
1. Wij hebben aangetoond dat, aan het begin van en tijdens de linker ventrikel isovolumic relaxatie fase, het ascenderende segment van de apicale lus contracteert.
2. Infiltratie van het ascenderende segment van de apicale lus met verdund formaldehyde beïnvloedt direct de capaciteit om de intraventriculaire druk of, met andere woorden, de zuigkracht te verlagen. Dit aspect is aangetoond door de verlenging van de tijd die nodig is om de intraventriculaire druk te laten dalen tot 10 mm Hg boven de einddiastolische druk, een niveau waarbij men er zeker van kan zijn dat de mitralisklep nog gesloten is en dat de lagere snelheid (d.w.z. meer tijd verstreken) in de drukval zich in een gesloten (isovolumische) kamer bevindt. Het is ook aangetoond door de lagere minimale intraventriculaire druk bereikt in de vroege diastole, die aanzienlijk wordt beïnvloed wanneer we infiltreren zei ascendens segment.
3. Als gevolg van een lagere valsnelheid en een minder uitgesproken uiteindelijke daling van de intraventriculaire druk tijdens de isovolumaire fase, is het zuigeffect geringer en neemt de ventriculaire vullingssnelheid af tijdens de vroege diastole, terwijl de compensatie toeneemt tijdens de einddiastole, als gevolg van een contractie van de “vollere” linker atrium. Dit is aangetoond door de veranderingen in de waarden van E, A en de E/A-verhouding, alsmede door de progressieve toename van de atriumdruk die in de vroege diastole begint.
Beperkingen van de studie
Het gebruik van ultrasone kristallen is geschikt als we aannemen dat de structuur van het myocard geheel of gedeeltelijk in een band is georganiseerd en dat we de ultrasone kristallen in dezelfde lijn hebben geïmplanteerd die de bewegingsrichting van de vezels markeert. Deze methode is niet in staat de functie van een enkel segment te isoleren, aangezien het deel uitmaakt van hetzelfde continuüm als de andere. Aldus zou de wijziging van een bepaald segment de contractie in de gehele band veranderen, zoals gebeurt in ons model, waarin de injectie in het opgaande segment ook de contractie aanzienlijk wijzigt van de vezels in P2, geïdentificeerd als behorend tot het neergaande segment, dat het geïnjecteerde segment omgeeft.
Voor de identificatie van de segmenten en de richting van hun vezels, evenals de postmortale bevestiging in de anatomische specimens, werden wij geadviseerd door Dr Torrent-Guasp. De subendocardiale vezels van het neergaande segment in de zone van het voorste deel van de linker hartkamer gaan op een bepaalde diepte door het mesocard en kruisen loodrecht met die van het opgaande segment,28 een omstandigheid die wij hebben bevestigd in de anatomische preparaten. Om deze reden volgden de in het subendocardium verankerde kristallen een richting die het in het corresponderende epicard (opgaande segment) geïmplanteerde paar loodrecht kruiste.
De spierbetrokkenheid secundair aan de injectie van verdund formaldehyde is moeilijk te standaardiseren en beïnvloedt natuurlijk alle actieve en passieve eigenschappen van de vezel, waardoor contractie, relaxatie en elasticiteit tot hun laagste limieten worden gereduceerd. Er is getracht de door formaldehyde veroorzaakte veranderingen tot een minimum te beperken, door het bedrag en het aantal injecties in alle experimenten te beperken, en het effect te controleren aan de hand van de verandering van de contractiliteit van het geïnjecteerde segment en door de verandering van de transmitrale stroom te verifiëren. Voor vele onderzoekers hebben de theorieën van Dr. Torrent-Guasp wegen geopend die zij kunnen volgen om vooruitgang te boeken bij het begrip van de fysiologie van de hartspier. Andere punten blijven moeilijk verenigbaar met vroegere gegevens.18
CONCLUSIES
In deze nieuwe opvatting van de diastolische functie zouden de 3 eigenschappen van de myocardiale vezels deelnemen, in een bepaalde volgorde en tegelijkertijd overlappend. De initiële zuigkracht met de gesloten kamer zou een gevolg zijn van de contractie van het laatste segment van de band, zoals wij hebben getracht aan te tonen met de hier gepresenteerde experimenten; de relaxatie van de vezels van de opeenvolgende segmenten met de mitralisklep open zou een snelle vulling mogelijk maken en, tenslotte, de distensibiliteit zou het mogelijk maken voor de myocardiale wand om mee te geven in antwoord op de toename in druk/volume veroorzaakt door injectie in de atrium.
ACKNOWLEDGMENTS
Deze studie werd uitgevoerd ter nagedachtenis van Dr Francisco Torrent-Guasp.
Deze studie werd gefinancierd door subsidie nr. 99/1002 van het Spaanse Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS).