INTRODUKTION
Enligt Torrent-Guasp och andra författare1-6 består det ventrikulära myokardiet av ett kontinuerligt muskelband som sträcker sig från lungartärsroten till aortikaroten, och som bildar en spiralformad struktur med två spiraler och som avgränsar de två ventrikulära hålrummen. Detta myokardband skulle bestå av den ”basala slingan” och den ”apikala slingan”. Den basala slingan är huvudsakligen horisontell och delas upp i vänster och höger segment, medan den apikala slingan är huvudsakligen vertikal och består av det nedåtgående segmentet och det uppåtgående segmentet (figur 1). Utstötning skulle ske genom successiv kontraktion av det högra basala och det vänstra basala segmentet, vilket leder till en förträngning av hjärtats bas, följt av kontraktion av det nedåtgående apikala segmentet. Detta leder i sin tur till en förkortning av hjärtats längsgående dimensioner, vilket för basen närmare apex. Ventrikelfyllningen skulle börja med kontraktion av det stigande apikala segmentet, åtföljd av en förlängning i längsled och följt av relaxation av ventrikelväggarna. Under hjärtcykeln förblir apex stationär, medan basen rör sig nedåt, vilket är huvudorsaken till den longitudinella förkortningen och till utstötningen av blodet, följt av ytterligare en uppåtgående rörelse som tillskrivs sugningen av blodet från vänster förmak.7-9
Figur 1. Diagram som visar segmenten i myokardbandet (Torrent-Guasp) och placeringen av de kristallpar som implanterats i myokardiet, representerade som små cirklar som är förbundna med en linje. I det övre vänstra diagrammet representeras de kristaller som motsvarar subendokardialt P2 (i det nedåtgående segmentet av den apikala slingan) av öppna cirklar.
I den klassiska doktrinen börjar fyllningen av vänster kammare med ventrikulär relaxation, en aktiv energikrävande process som minskar det intraventrikulära trycket till ett lägre värde än det som motsvarar vänster förmak. Korset mellan trycken orsakar öppning av mitralisklaffen och initiering av tidig snabb fyllning. De faktorer som bestämmer denna mekanism anses vara elastisk återhämtning, som involverar olika komponenter som t.ex. elastininnehållet i kollagenet i den extracellulära matrisen10 eller proteinet titin, som återställer kraften till sarkomeren för att den ska kunna återhämta sig efter den deformation som produceras under systole11 , och relaxationen av myokardväggarna. Hemodynamiskt sett omfattar detta 80 % av fyllnadsvolymen och produceras nästan utan bidrag från förmaksfaktorerna.10
Vad som är svårt att föreställa sig och visa är det faktum att den isovolumiska relaxationsfasen och den efterföljande snabba fyllningen är en följd av kontraktionen av den sista delen av hjärtmuskelbandet. Detta skulle dock förklara varför systolisk dysfunktion, närhelst den utvecklas, åtföljs av diastolisk dysfunktion, varför index T (tidskonstanten för tryckfallet under den isovolumiska kontraktionsfasen) beror på kontraktiliteten och förbättras av isoproterenol12 , och till och med varför diastolisk dysfunktion med normal eller ”bevarad” systolisk funktion är en entitet för vilken betydelsen, identifieringen och behandlingen fortfarande är oklar13-17 .
De experimentella studier som vi presenterar här har utförts i syfte att fastställa de myokardiella mekanismer som är involverade i tidigt diastoliskt transmittralt flöde. Specifikt ville vi veta om fasen med snabb ventrikelfyllning är en relaxations- eller kontraktionsprocess.18 För att besvara denna fråga kommer vi att undersöka om kontraktionen av det stigande segmentet av den apikala slingan tidsmässigt sammanfaller med den s.k. isovolumiska relaxationsfasen i vänster kammare och om induktionen av hypokinesi eller akinesi som är begränsad till det segmentet har en negativ effekt på det tidiga transmittrala flödet, hastigheten på det intraventrikulära tryckfallet under den isovolumiska fasen och det minimala tryck som uppnås i vänster kammare.
METODER
Vi studerade 12 grisar av båda könen med en medelvikt på 28,2 (5,1) kg. De hade fötts upp på veterinärenheten vid forskningscentret på vårt sjukhus. Försöken utfördes i enlighet med de spanska och europeiska riktlinjerna för ”Skydd av djur som används för experimentella och andra vetenskapliga ändamål” (kungligt dekret 223/1988 och kungligt dekret 1201/2005). De kirurgiska ingreppen utfördes av forskare som innehade det europeiska utbildningsbeviset för djurförsök (kungligt dekret 1201/2005).
Förberedelse av försöken
Dagen för försöket förbedövas och sövs djuren i stallet genom intramuskulär injektion av midazolam (0,5 mg/kg kroppsvikt) och ketamin (10 mg/kg kroppsvikt). I försöksoperationsrummet induceras bedövning intravenöst (tiopental, 10 mg/kg kroppsvikt), och endotrakeal intubation och kateterisering av den yttre jugularvenen utförs. Anestesin upprätthålls med sevofluran (2,5 %) i en blandning av 40 % syre och 60 % lustgas, som ges med hjälp av en ventilator (Temel VT3, Spanien). Analgesi och avslappning initieras med vekuroniumbromid (0,08 mg/kg kroppsvikt) och morfinhydroklorid (0,7 mg/kg kroppsvikt) och upprätthålls med vekuroniumbromid (0,08 mg/kg kroppsvikt) och 20 mg morfinhydroklorid i 50 mL serum i en infusionspump med en hastighet av 12 mL/h. Median sternotomi utförs, följt av perikardiektomi. Den mekaniska ventilationen justeras till en hastighet mellan 16 och 20 andetag per minut och till ett gasflöde på cirka 5 L/min, beroende på oximetrierna i blodet. Det perifera elektrokardiogrammet, blodets pH-värde, blodgaser, hematokrit och rektaltemperatur övervakas under hela försöket. Temperaturen upprätthålls med en elektrisk filt.
Segmentfunktion
Tre par ultraljudsmikrokristaller (Biopac Systems, Santa Barbara, Kalifornien, USA) implanteras i myokardiet: ett par i mesokardiet (på ett djup av cirka 4-5 mm) i vänster kammares laterala aspekt som motsvarar den basala slingan, vänster laterala segment (P1), i riktning mot hjärtats längdaxel; ett annat par i subendokardiet i den främre aspekten av den mellersta tredjedelen av vänster kammare, mellan den främre nedåtgående artärens första och andra diagonala grenar och tangerande den, en zon som motsvarar det nedåtgående segmentet av den apikala slingan (P2); och slutligen ett annat par i subepikardiet (på ett djup av 1-2 mm) av vänster kammares främre sida, mellan den främre nedåtgående artärens första och andra diagonala grenar och parallellt med den främre nedåtgående artären i riktning mot aortikaroten, i ett område som motsvarar den apikala loopens uppåtgående segment (P3) (figur 1). Paren av mikrokristaller är riktade enligt riktningen av muskelfibrerna i den zon där de är placerade. De är åtskilda med ungefär 2 cm. P2-paren förankras i subendokardiet med hjälp av en transseptalpunktion som når fram till ventrikelhålan och dras tillbaka för att deponeras i subendokardiet och bildar ett kors med P3-paren i subepikardiet. Kristallparen gör det möjligt att känna till den relativa förskjutningen av de två punkter i myokardiet som de är fastsatta över och därmed de dynamiska egenskaperna hos det segment som finns mellan dem. De regionala myokardkontraktilitetskurvorna har tagits fram med Sonometrics Corporation Digital Ultrasonic Measurement System (London, Ontario, Kanada).
Intrakavitära tryck
En kateter förs in genom den fria väggen i vänster kammare för övervakning av trycket i vänster kammare och en annan förs in genom aurikeln för att mäta trycket i vänster förmak; båda katetrarna är anslutna till tryckomvandlare (Transpac IV, USA).
Aortiskt flöde
Aortikaroten dissekeras och en elektromagnetisk flödesmätare placeras (Transonic Systems, New York, USA).
Transmittralt flöde
Ett dopplerechokardiogram utfördes (Interspec XL Doppler, USA) med en 5 MHz-sond, direkt över epikardiet, för att registrera det transmittrala flödet från en apikal fyrkammarvy, först under baslinjeförhållanden och sedan efter injektion av utspädd formaldehyd i myokardväggen.
Induktion av segmentell akinesi
Detta innebär injektioner av formaldehyd19 utspätt till 2,5 %, med hjälp av en atraumatisk nål, i subepikardiet (på ett djup av 1 till 2 mm) i det uppåtgående segmentet av den apikala slingan, där P2-kristallerna är belägna. Högst 0,8 ml av den angivna spädningen injiceras, fördelat på 3 och 4 injektioner. Efter varje injektion övervakas effekten på segmentets förkortningsfraktion tills akinesi eller dyskinesi uppnås i det givna segmentet.
Datainsamling
Den dokumentation som motsvarar: EKG (I, II eller III), vänster kammartryck i mm Hg, vänster förmakstryck i mm Hg, aortaflöde (mL/min) och sonometriska data för de tre angivna myokardiella bandsegmenten digitaliseras och lagras i ett elektroniskt minne (BIOPAC Systems Inc, Santa Barbara, Kalifornien, Förenta staterna). De transmittrala flödeshastighetskurvorna och de värden som erhållits med dopplerechokardiografi (m/s) lagras separat.
När försöken är avslutade avlivas djuren under bedövning med hjälp av en intravenös injektion av kaliumklorid. Efter avlägsnande av den anatomiska strukturen (hjärtat) kontrolleras den anatomiska platsen för de tre paren kristaller, den främre vänstra ventrikelväggen dissekeras, efter den interventrikulära artärens sträckning, och det djup på vilket varje kristall är implanterad kontrolleras, liksom det område av muskeln som infiltrerats med formaldehyd.
Parametrar som analyseras
I dopplerechokardiogrammet studerar vi de maximala transmittrala flödeshastigheterna i början (E) och slutet (A) av diastolen samt E/A-förhållandet. De intrakavitära tryckkurvorna ger det maximala systoliska trycket i vänster kammare, det minimala trycket i vänster kammare, det enddiastoliska trycket i vänster kammare (LVEDP), den tid som förflutit från det att aortaklaffen stängs tills det intraventrikulära trycket överstiger det enddiastoliska trycket med 10 mm Hg, vilket motsvarar den isovolumiska relaxationstiden12; vid denna tidpunkt kan vi vara säkra på att det är den isovolumiska fasen med mitralisklaffen fortfarande stängd. Segmentfunktionskurvorna avslöjar förkortningsfraktionen och aortaflödeskurvorna visar det genomsnittliga aortaflödet och det tidsmässiga förhållandet mellan slutet av kontraktionen av vart och ett av de tre segmenten (P1, P2 och P3) och stoppet av aortaflödet (tid för aortisk stängning-kontraktion P1, P2, P3). Alla dessa parametrar analyseras före och efter injektion av formaldehyd i det stigande segmentet. Förkortningsfraktionen mäts efter varje formaldehydinjektion tills en adekvat förändring i det injicerade segmentet har verifierats.
Analys av resultaten
De studerade variablerna är kontinuerliga och resultaten uttrycks som medelvärde plus eller minus standardavvikelse. Förändringarna i variablerna efter blockaden med formaldehyd i förhållande till utgångsläget har studerats. Jämförelsen av medelvärdena genomfördes med hjälp av Student t-testet för parade prover eller det icke-parametriska Mann-Whitney-testet för data som inte uppvisade en normalfördelning. Ett P-värde på mindre än 0,05 ansågs vara signifikant. Det statistiska paketet SPSS (version 9.0) användes.
RESULTAT
Hemodynamiska förändringar (tabell 1)
Injektionen av formaldehyd förlänger signifikant den tid som krävs för att överträffa det vänsterkammarens enddiastoliska trycket med 10 mm Hg efter stängning av aortaklaffen, ökar det lägsta vänsterkammartrycket som uppnås i tidig diastole, övergår från negativa till positiva tryck, höjer – om än inte på ett mycket signifikant sätt – LVEDP och ökar signifikant det genomsnittliga förmakstrycket. Det finns inga omedelbara signifikanta förändringar i aortaflödet eller i vänsterkammarens tryck under systole (figur 2).
Figur 2. Registrering av vänsterkammartryck (PVI), elektrokardiogram (EKG-DI), segmentell kontraktilitet i vänster laterala segment av basal slinga, nedåtgående segment av apikal slinga och uppåtgående segment av apikal slinga samt flöde i aortikarot under basala förhållanden (A) och efter formaldehydinjektion (B). Pilarna visar de punkter som motsvarar stängning av aortaklaffen. De förändringar som inducerades av injektionen av formaldehyd beskrivs i texten.
Myokardkontraktionens slut och inledningen av diastole
För att bestämma inledningen av den isovolumiska relaxationsfasen identifierade vi den tidpunkt då utstötningen av blod upphörde i aortaflödeskurvan och den segmentala kontraktionsfasen i motsvarande sonometriska kurvor (figur 2).
I alla experiment var det ascenderande segmentet (P3) i kontraktion efter det att aortaflödet upphörde och aortaklaffen stängdes. Kontraktionen av det sista myokardsegmentet slutade i genomsnitt 72,7 (26,3) ms efter stängning av aortaklaffen, vilket sammanfaller med den s.k. isovolumiska relaxationsfasen i tidig diastole (figur 2), medan det nedåtgående segmentet (P2) uppnådde maximal kontraktion 10,6 (44,6) ms efter stängning av aortaklaffen, och slutet på kontraktionen av P1-segmentet (basal slinga) föregick stängningen av aortaklaffen (tabell 1).
Transmittralt flöde
Tabell 2 visar den effekt som injektionen av formaldehyd i det stigande segmentet av den apikala slingan ger på förkortningsfraktionen i det övervakade segmentet. Det finns en minskning till nivåer av dyskinesi (enligt protokollet) i det injicerade segmentet (P3, stigande segment) och hypokinesi i det angränsande segmentet, det nedåtgående segmentet (P2) av den apikala slingan. De zoner som motsvarar det vänstra laterala segmentet av den basala slingan (P1) förändras inte. Parallellt påverkas det transmittrala flödet, med förändringar i de ventrikulära fyllnadshastigheterna i tidig diastole och i E/A-förhållandet; E-vågen minskade när A-vågen ökade, E/A-förhållandet minskade signifikant (P
Figur 3. Omedelbara förändringar i det transmittrala flödet, mätt med dopplerechokardiografi, till följd av infiltration med 2,5 % formaldehyd i det stigande segmentet av den apikala slingan. Figur korrigerad för återgivning.
DISKUSSION
När kammaren slutar att kasta ut blodet slutar systolen och diastolen börjar. Från detta ögonblick och fram till dess att mitralisklaffen öppnar sig finns det en tidsperiod under vilken båda klaffarna är stängda, vilket kallas den isovolumiska relaxationsfasen. Under denna fas sjunker det intraventrikulära trycket med konstant hastighet12 och leder till transmurala och transvalvulära tryckgradienter mot kammarens inre. Det uppstår en sugeffekt, som omedelbart tillskrivs den snabba tidiga ventrikelfyllningen och vars totala eller partiella förlust är en orsak till vänsterkammarens diastoliska dysfunktion, det patofysiologiska substratet för hjärtsvikt med bevarad systolisk funktion.
I klinisk praxis16,20,21 beror diagnosen hjärtsvikt på grund av diastolisk dysfunktion på tre villkor: förekomst av tecken eller symtom på hjärtsvikt, en normal eller något minskad vänsterkammarens ejektionsfraktion och ett förhöjt vänsterventrikulärt fyllnadstryck. Den sistnämnda faktorn har en inverkan och kan mätas i vänsterkammarens fyllnadskurva på dopplerekokardiogrammet, i förlängningen av den isovolumiska relaxationsperioden, i minskningen av den tidiga diastoliska hastigheten (E), i förlängningen av decelerationstiden, i ökningen av den enddiastoliska hastigheten (A) och i minskningen av E/A-förhållandet.
Ventrikulär fyllning, som identifierar den diastoliska tiden, tillskrevs förmaksinkontraktion fram till 1954.3,4 Det är nu accepterat att vänster ventrikel deltar aktivt med den sugkraft som vi hänvisade till ovan. Det är en aktiv process22,23 som förbrukar energi och involverar Ca2+-utbyte. Ett antal författare anser att diastolen är en följd av förlängningen av myokardiefibrerna i väggarna i en sluten kammare. Det skulle vara ett fenomen som är kopplat till muskelavslappning (separation av myosinfilamenten) och till elastisk återhämtning av fibrerna, där elastinet som ingår i ett kollagennätverk som utgör den extrafibrillära bindväven ingriper, liksom proteinet titin som en del av återhämtningen av det sarkomer som deformerats under systolen.10,11 Den ventrikulära mekaniska aktiveringen under diastolen är heterogen, med subendokardiella-subpikardiella relaxationsgradienter i början av diastolen.22,24,25
I Torrent-Guasp-teorin är det ett systoliskt fenomen som är kopplat till muskelsammandragning.23,26 Utstötningen av blodet är en följd av sammandragningen av det nedåtgående segmentet av den apikala slingan; dess sammandragning ”skruvar” basen över apex, vilket drar de två delarna närmare varandra. Nästa och sista segment av muskelbandet är det stigande segmentet av den apikala slingan, som täcker det nedåtgående segmentet och bildar epikardiet på den främre sidan så långt som till aortikaroten, och som har ”sträckts ut och rullats upp” av kontraktionen av det föregående segmentet. När den drar ihop sig gör det ascenderande segmentet en rörelse som ”skruvar loss” basen och förflyttar den bort från apex, vilket ökar hjärtats längdaxel och ger upphov till ett sug som liknar det som skulle uppstå i insidan av en cylinder som rör sig bort från sin kolv, en dynamik som har observerats hos människor i magnetresonansbilder27 .
I den här studien har vi bidragit med data som visar att sugkraften som produceras under den isovolumiska relaxationsfasen är beroende av kontraktion eftersom den produceras under fasen av segmentkontraktion och dessutom att dess funktionalitet är starkt kopplad till kontraktionen av det uppåtgående segmentet av den apikala slingan, specifikt:
1. Vi har visat att det stigande segmentet av den apikala slingan kontraherar i början av och under den isovolumiska relaxationsfasen i vänster kammare.
2. Infiltrering av det stigande segmentet av den apikala slingan med utspädd formaldehyd påverkar direkt förmågan att sänka det intraventrikulära trycket eller, med andra ord, sugkraften. Denna aspekt har påvisats genom förlängningen av den tid som krävs för att det intraventrikulära trycket ska sjunka till 10 mm Hg över det enddiastoliska trycket, en nivå som gör det möjligt att försäkra sig om att mitralisklaffen fortfarande är stängd och att den lägre hastigheten (det vill säga den längre tid som förflutit) i tryckfallet sker i en stängd (isovolumisk) kammare. Det har också visats genom det lägre lägsta intraventrikulära tryck som uppnås i tidig diastole, vilket påverkas avsevärt när vi infiltrerar nämnda ascenderande segment.
3. Till följd av en lägre fallhastighet och en mindre markant slutlig minskning av det intraventrikulära trycket under den isovolumiska fasen är sugeffekten mindre och den ventrikulära fyllningshastigheten minskar under tidig diastole och ökar som kompensation under slutet av diastole, till följd av en sammandragning av det ”fylligare” vänster förmaket. Detta har visats genom förändringarna i värdena för E, A och E/A-förhållandet samt genom den progressiva ökningen av förmaktstrycket som börjar i tidig diastole.
Begränsningar av studien
Användningen av ultraljudskristaller är lämplig om vi antar att myokardets struktur delvis eller helt och hållet är organiserad i ett band och att vi har implanterat ultraljudskristallerna i samma linje som markerar rörelseriktningen för fibrerna. Denna metod kan inte isolera funktionen hos ett enskilt segment, eftersom det ingår i samma kontinuum som de andra. Således skulle förändringen av ett visst segment förändra sammandragningen i hela bandet, vilket sker i vår modell, där injektionen i det stigande segmentet också väsentligt förändrar sammandragningen av fibrerna i P2, som identifierats som tillhörande det nedåtgående segmentet, som är granne med det injicerade segmentet.
För att identifiera segmenten och riktningen på deras fibrer, samt för att postmortalt bekräfta detta i de anatomiska proverna, rådgavs vi av Dr. Torrent-Guasp. De subendokardiella fibrerna i det nedåtgående segmentet i zonen för den främre delen av vänster kammare passerar genom mesokardiet på ett visst djup och korsar vinkelrätt med fibrerna i det uppåtgående segmentet,28 en omständighet som vi har bekräftat i de anatomiska proverna. Av denna anledning följde de kristaller som förankrades i subendokardiet en riktning som det par som implanterades i motsvarande epikardium (stigande segment) korsade vinkelrätt.
Muskelpåverkan sekundärt till injektionen av utspädd formaldehyd är svår att standardisera och påverkar naturligtvis alla aktiva och passiva egenskaper hos fibern, vilket minskar kontraktion, relaxation och elasticitet till sina lägsta gränser. Man har försökt att minimera de förändringar som formaldehyd ger upphov till genom att begränsa mängden och antalet injektioner i alla experiment och övervaka effekten beroende på förändringen av kontraktiliteten hos det injicerade segmentet och verifiera förändringen av det transmittrala flödet. För många forskare har Torrent-Guasps teorier öppnat vägar som de kan följa för att göra framsteg i förståelsen av hjärtmuskelns fysiologi. Andra punkter fortsätter att vara svåra att förena med tidigare data.18
SLUTSATSER
I denna nya uppfattning om diastolisk funktion skulle de 3 egenskaperna hos myokardfibrerna delta, enligt en viss ordning samtidigt som de överlappar varandra. Den inledande sugningen med stängd kammare skulle vara en följd av kontraktionen av bandets sista segment, vilket vi har försökt visa med de experiment som presenterats här; relaxationen av fibrerna i de på varandra följande segmenten med mitralisklaffen öppen skulle möjliggöra en snabb fyllning och slutligen skulle distensibiliteten göra det möjligt för myokardväggarna att ge efter som svar på ökningen av tryck/volym som produceras av injektionen i förmaket.
NEDSKÄNNINGAR
Denna studie utfördes till minne av dr Francisco Torrent-Guasp.
Denna studie har finansierats av bidrag nr 99/1002 från den spanska Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS).