K akutnímu infarktu myokardu1 dochází, když je výrazně sníženo nebo zastaveno prokrvení části srdečního svalu. Přeživší po rozsáhlém infarktu myokardu mají vysoké riziko chronického srdečního selhání (CHF) se špatnou prognózou. CHF je klinický syndrom, který je iniciován srdeční dysfunkcí a následně aktivací kompenzačních mechanismů, jako je sympatikoadrenální a renin-angiotenzin-aldosteronový systém. Aktivace kompenzačních mechanismů v časné fázi CHF zřejmě pomáhá srdci kompenzovat zhoršující se čerpací funkci. Nadměrná trvalá aktivace má však škodlivé účinky na srdeční funkci. Jakmile taková nadměrná aktivace naopak srdeční funkci zhorší, vyvolá další aktivaci těchto kompenzačních mechanismů, což naopak srdeční funkci dále zhoršuje. Tento mechanismus pozitivní zpětné vazby vede srdce k dekompenzační srdeční remodelaci a v konečné fázi k selhání. Proces maladaptace je tedy klíčem patofyziologie CHF.

V procesu maladaptace hraje důležitou roli také srdeční autonomní nervový systém2,3 . Klinické důkazy ze studie Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction (ATRAMI)4 a studie Cardiac Insufficiency BIsoprolol Study II (CIBIS II)5 ukazují, že snížená srdeční vagová aktivita a zvýšená srdeční frekvence předpovídají vysokou mortalitu CHF. Na základě těchto poznatků by bylo logické objasnit, zda zvýšení vagové aktivity zabraňuje srdeční remodelaci a smrti. Na výskyt život ohrožujících arytmií při akutní ischemii byl zaznamenán účinek vagové stimulace, která u psů zabránila komorové fibrilaci.6 Antianginózní účinek vagové stimulace byl prokázán také u pacientů s ischemickou chorobou srdeční.7 Její vliv na CHF však zůstává neznámý. V této studii jsme proto zkoumali účinky vagové stimulace na srdeční remodelaci po velkém infarktu myokardu a na dlouhodobou prognózu CHF u potkanů.

Metody

Experimentální srdeční selhání

Péče o zvířata a jejich použití byly v přísném souladu s hlavními zásadami Fyziologické společnosti Japonska. Infarkt myokardu levé komory byl vyvolán podvazem koronární tepny u 8týdenních samců potkanů Sprague-Dawley (SLC, Hamamatsu, Japonsko). Úmrtnost zvířat s infarktem myokardu byla ≈60 % během prvních 24 hodin. O týden později jsme kontrolovali velikost infarktu pomocí echokardiografie (SSA-380A, Toshiba), jak bylo popsáno dříve.8 Do této studie byli zařazeni potkani s infarktovou plochou >40 % stěny levé komory. U potkanů operovaných falešně jsme volně podvázali steh, abychom zabránili okluzi koronární tepny. Velikost infarktu jsme potvrdili postmortálním vyšetřením.

Stimulace vagového nervu

Pro stimulaci vagového nervu a sledování krevního tlaku a srdeční frekvence u volně se pohybujících potkanů jsme vyvinuli dálkový systém ovládaný počítačem (obr. 1). Počítač dává povely implantovanému a rádiově řízenému generátoru pulzů (ISE1010C, Unimec) ke stimulaci vagového nervu a zároveň snímá krevní tlak a srdeční frekvenci prostřednictvím implantovaného vysílače (TA11PA-C40, Data Sciences International). Miniaturní pulzní generátor a vysílač byly podkožně implantovány do břicha 7 dní po infarktu myokardu. Pár teflonem potažených drátů z nerezové oceli pro elektrickou stimulaci byl obtočen kolem pravého bloudivého nervu na krku; teflonová trubička pro záznam krevního tlaku byla umístěna v břišní aortě.

Experimentální protokoly

Po 14 dnech od infarktu myokardu byli přeživší randomizováni do skupin léčených falešnou a aktivní stimulací. Ve skupině s aktivní léčbou jsme stimulovali vagový nerv elektrickými obdélníkovými impulsy o délce 0,2 ms a frekvenci 20 Hz po dobu 10 sekund každou minutu po dobu 6 týdnů. Elektrický proud pulzů byl upraven pro každého potkana tak, aby se srdeční frekvence snížila o 20 až 30 tepů za minutu. Tím se dosáhlo rozmezí 0,1 až 0,13 mA. Průměrný krevní tlak a srdeční frekvence byly zaznamenávány každou minutu po dobu 6 týdnů. V předběžné studii jsme potvrdili, že chronická vagová stimulace při této intenzitě nezměnila chování při krmení a nevyvolala žádné známky reakce na bolest, jako je zvýšení hladiny epinefrinu v plazmě.

Studie hemodynamiky a remodelace

Pro vyhodnocení vlivu vagové stimulace na srdeční remodelaci jsme na konci 6týdenního stimulačního období měřili hemodynamiku a hmotnost srdce potkanů operovaných a stimulovaných shamem, potkanů bez léčby CHF a potkanů s léčenou CHF. Anestezie byla udržována pomocí 1,2% halotanu během chirurgických zákroků a 0,6% halotanu během záznamu dat. Tlak v levé komoře a arteriální tlak byly měřeny mikromanometrem s 2F katétrem (SPC-320, Millar Instruments). Tlakové signály byly digitalizovány rychlostí 1 kHz po dobu 5 minut. Po hemodynamickém měření bylo srdce vyříznuto pro následné stanovení velikosti infarktu.

Studie prognózy a neurohormonů

Pro zkoumání vlivu 6týdenní vagové stimulace na prognózu jsme sledovali 20týdenní přežití u léčených a neléčených potkanů s CHF. Vzhledem k životnosti baterie implantabilního pulzního generátoru byla doba léčby omezena na 6 týdnů. V každé kleci byl denně kontrolován potkan, který uhynul. Mrtvému zvířeti bylo odebráno srdce pro následné stanovení velikosti infarktu.

Na konci sledovaného období byly odebrány vzorky krve pro neurohormonální testy. Přeživší potkan byl umístěn do skleněné nádoby, kde po dobu 5 až 10 minut vdechoval směs 1,2 % halotanu ve vzduchu obohaceném kyslíkem. Abychom se vyhnuli modifikaci neurohumorálních stavů invazivní manipulací, ihned po uvedení do anestezie jsme transtorakálním přístupem rychle odebrali 3 ml vzorku krve z dutiny levé komory, aniž bychom měřili hemodynamiku. Po odběru krve byla provedena excize srdce pro následné stanovení velikosti infarktu.

Plazmatické koncentrace noradrenalinu byly měřeny vysokoúčinnou kapalinovou chromatografií s elektrochemickou detekcí. Plazmatické hladiny mozkového natriuretického peptidu byly stanoveny radioimunoanalýzou.

Stanovení velikosti infarktu

Jak bylo popsáno dříve,9 pravá komora a levá komora včetně interventrikulárního septa byly vypreparovány, odděleny a zváženy. Srdce bylo fixováno v 10% pufrovaném formalínu. Levá komora byla rozříznuta od hrotu k bazi na 4 příčné řezy. Byly vyříznuty řezy o tloušťce 4 μm a obarveny Massonovou trichromovou metodou. Histologické snímky byly digitalizovány pomocí frame grabberu a analyzovány. Velikost infarktu byla vypočtena ze 4 řezů vydělením součtu délek infarktových oblastí endokardu součtem celkových obvodů endokardu.

Statistická analýza

Pro údaje hemodynamické a remodelační studie byly rozdíly mezi 3 skupinami testovány pomocí ANOVA s testem mnohonásobného srovnání podle Scheffého. Rozdíly v srdeční frekvenci před léčbou a během léčby v každé skupině byly zkoumány pomocí 1-way ANOVA s opakovaným měřením, následovaným post hoc Dunnettovým testem.

Pro neurohormonální data byly rozdíly mezi dvěma skupinami zkoumány pomocí Mannova-Whitneyho U testu. Údaje o přežití jsou prezentovány jako Kaplan-Meierovy křivky; vliv léčby na 140denní přežití byl analyzován Fisherovým přesným testem. Rozdíly byly považovány za významné při hodnotě P<0,05.

Výsledky

Studie hemodynamiky a remodelace

Ačkoli potkani s CHF (neléčení, n=13; léčení, n=11) měli před léčbou vyšší srdeční frekvenci než potkani operovaní shamem (n=9), vagová stimulace významně zpomalila srdeční frekvenci potkanů s CHF (obr. 2). Rozdíl v srdeční frekvenci mezi neléčenými a léčenými potkany s CHF dosáhl na konci léčby ≈40 tepů za minutu (P<0,05). Potkani s CHF měli významně nižší krevní tlak, ale vagová stimulace neměla během 6týdenní léčby na krevní tlak vliv (tabulka).

Při porovnání s krysami operovanými fiktivně, neléčených potkanů s CHF byl krevní tlak nízký (obrázek 3a), vysoký enddiastolický tlak v levé komoře (LVEDP) (obrázek 3b), snížený maximální dp/dt tlaku v levé komoře (LV+dp/dtmax) (obrázek 3c) a zvýšená hmotnost srdce (obrázek 3d). Na druhé straně měli potkani s CHF léčení stimulací vagového nervu významně nižší LVEDP (17,1±5,9 versus 23,5±4,2 mm Hg, P<0,05) a vyšší LV+dp/dtmax (4152±237 versus 2987±192 mm Hg/s, P<0,05) než potkani bez CHF. Zlepšení pumpovací funkce u léčených potkanů s CHF bylo doprovázeno významným snížením normalizované biventrikulární hmotnosti (2,75±0,25 versus 3,14±0,22 g/kg, P<0,01). Mezi léčenými a neléčenými potkany s CHF nebyl zjištěn významný rozdíl ve velikosti infarktu (53±7 % versus 53±6 %).

Studie prognózy a neurohormonů

Přestože do studie prognózy bylo zařazeno 60 potkanů s CHF po velkém infarktu myokardu, 8 z 30 potkanů zařazených do léčené skupiny bylo z výsledků vyřazeno z důvodu přetržení drátů elektrod během 6týdenní vagové stimulace. Stimulace vagového nervu výrazně potlačila úmrtnost potkanů s CHF (obrázek 4); mezi 22 léčenými potkany došlo pouze ke 3 úmrtím oproti 15 úmrtím mezi 30 neléčenými potkany (14 % oproti 50 %, P=0,008). Léčba vagovou stimulací dosáhla 73% snížení poměru relativního rizika úmrtí.

Zobrazeno na obrázku 5, zlepšení přežití u léčených potkanů s CHF bylo doprovázeno významným poklesem normalizované biventrikulární hmotnosti (2,63±0,38 versus 3,17±0,42 g/kg, P<0,01). Ve srovnání s neléčenými potkany s CHF měli léčení potkani s CHF nižší hladiny plazmatického noradrenalinu (426±102 versus 1182±260 pg/ml, P<0,01) a mozkového natriuretického peptidu (251±31 versus 363±82 pg/ml, P<0,01). Mezi léčenými a neléčenými potkany s CHF nebyl zjištěn významný rozdíl ve velikosti infarktu (54±8 % versus 53±7 %).

Diskuse

Prognóza pacientů s CHF je stále špatná, přestože jsou v současné době k dispozici různé terapeutické postupy s blokátorem β-adrenergních receptorů,10,11 inhibitorem angiotenzin konvertujícího enzymu,12 blokátorem angiotenzinových receptorů,13 antagonistou aldosteronu14 a implantabilním defibrilátorem15. Proto se očekává účinnější modalita léčby.

Předložené výsledky naznačují, že stimulace vagového nervu výrazně zlepšila dlouhodobé přežití potkanů s CHF díky prevenci progrese pumpovacího selhání a srdeční remodelace. Hlavním cílem této studie bylo ověřit pracovní hypotézu, že dlouhodobá vagová stimulace může zlepšit přežití potkanů s CHF po velkém infarktu myokardu, nikoliv objasnit mechanismus. Některé úvahy o této otázce jsou však oprávněné.

Je možné, že vagová stimulace může účinně přerušit bludný kruh vedoucí ke smrti prostřednictvím inhibičního účinku na presynaptické uvolňování noradrenalinu a tlumivého účinku na adrenergní signální kaskádu prostřednictvím interakcí G-proteinů.16 V lidském srdci i v srdcích několika dalších druhů jsou muskarinové receptory převážně podtypu M2, který se spojuje prostřednictvím GI proteinu citlivého na pertusový toxin a inhibuje adenylcyklázu. V síni způsobuje stimulace muskarinových receptorů M2 přímé negativně inotropní a chronotropní účinky; Na druhé straně v komoře lze negativního inotropního účinku dosáhnout pouze tehdy, když je bazální hladina cAMP zvýšena agonisty β-adrenoceptorů. Tyto mechanismy jsou známé jako akcentovaný antagonismus.

Vagová stimulace je také postulována ke zlepšení komorové účinnosti zpomalením srdeční frekvence.17 Burkhoff a spol.18 ukázali, že komorová účinnost, tj. poměr komorové zdvihové práce a komorové spotřeby kyslíku, je za fyziologických podmínek nastavena na maximum a že účinnost selhávajícího srdce je citlivější na změny srdeční frekvence než účinnost normálního srdce. Prevence tachykardie po infarktu myokardu pomocí vagové stimulace by optimalizovala účinnost selhávajícího srdce a chránila by tak srdce před remodelací.

Předpokládá se, že vagová eferentní stimulace působí na komoru srdečního selhání jako β-adrenergní blokátor. U potkanů však léčba β-blokádou spíše nepůsobila příznivě na remodelaci srdce nebo hemodynamiku po infarktu myokardu (přehled viz Gaballa a Goldman19). Litwin a spol.20 prokázali, že chronická léčba propranololem nezlepšila srdeční remodelaci a zhoršila pumpovací funkci u potkanů s poinfarktovým srdečním infarktem. Wei et al21 rovněž prokázali, že metoprolol zhoršil remodelaci komor u potkanů s CHF. Kromě antagonismu proti sympatickým účinkům by tedy pro zajištění příznivého výsledku u potkanů se srdečním selháním bylo důležité i jedinečné působení vagové stimulace. Facilitační účinek vagové stimulace na uvolňování oxidu dusnatého z koronárního endotelu by také mohl mít antiremodelační účinek prostřednictvím zlepšení podmínek životaschopného myokardu.22

Kromě účinků elektrické stimulace vagových eferentů na srdce přicházejí v úvahu také vagové aferentní účinky7,23 , protože aferentní stimulace by vyvolala kardiopulmonální reflex a modulovala neuronální aktivitu v několika hypotalamických jádrech zapojených do kardiovaskulární regulace. Jak ukazuje obrázek 5c, vagová stimulace snížila plazmatickou hladinu noradrenalinu. Terapie vagovou stimulací by tedy ukončila bludný kruh maladaptace u CHF prostřednictvím potlačení chronické nadměrné aktivace sympatického nervového systému.24,25

Novější studie Guariniho a spol.26 ukázala, že stimulace eferentních vagových vláken otupuje aktivaci nukleárního faktoru-κB v játrech prostřednictvím nikotinových receptorů a následně snižuje jaterní produkci a plazmatickou hladinu tumor nekrotizujícího faktoru-α během akutního hemoragického šoku. Bylo zjištěno, že tyto faktory se také podílejí na srdeční remodelaci a špatné prognóze CHF.27 Proto by jaterní účinek vagové stimulace mohl zabránit srdeční remodelaci a zlepšit přežití CHF.

Je také zjištěno, že krátkodobá vagová stimulace po dobu 6 týdnů po infarktu myokardu zabránila dlouhodobé srdeční remodelaci (obr. 5a) a zlepšila dlouhodobé přežití. Může existovat kritické období, během kterého krátkodobá léčba proti srdeční dysfunkci a remodelaci zajistí dlouhodobé přežití CHF.

Průkopnická práce Pfeffera a spol.28 zkoumala účinek dlouhodobé léčby kaptoprilem u potkanů s CHF po infarktu myokardu. Stejně jako vagová stimulace v této studii začalo perorální podávání kaptoprilu 14 dní po podvazu levé koronární tepny. Pfeffer et al sledovali jednoroční přežití a zjistili, že medián přežití u neléčených a léčených CHF potkanů s velkým infarktem byl 146, resp. 181 dní. Křivka přežití neléčených CHF potkanů s velkými infarkty v jejich studii byla tedy dosti podobná našemu výsledku u neléčených CHF potkanů. Na druhou stranu se zdálo, že vliv kaptoprilu na přežití u CHF potkanů s velkými infarkty se značně liší od vlivu vagové stimulace. Přibližně 40 % potkanů s CHF s velkými infarkty léčených kaptoprilem zemřelo ve 140 dnech; vagová stimulace snížila mortalitu na <20 %. Proto může být léčba vagovou stimulací slibná u těžkého CHF po velkém infarktu myokardu.

Omezení

V této studii byly prokázány příznivé účinky vagové stimulace na srdeční funkci, remodelaci a přežití potkanů s CHF. Její bezpečnost a nežádoucí účinky však zůstávají nejasné. Stále také není vyřešen vhodný protokol léčby, který by měl být prozkoumán. Pro stanovení terapeutické strategie prokázané v této studii jsou nutné rozsáhlé dlouhodobé studie stimulace vagového nervu na zvířecím modelu CHF.

Klinické důsledky

Naše předchozí studie9,29 ukázaly, že farmakologický zásah do centrálního nervového systému potkanů s CHF zabránil progresi srdeční dysfunkce a remodelace. Terapeutická modalita použitá v této studii přinesla příznivou prognózu CHF také manipulací autonomního tonu prostřednictvím vagových eferentních a/nebo aferentních mechanismů. Navrhujeme proto přístup nervového rozhraní k optimalizaci srdečního autonomního tonu pro léčbu CHF. Technologie pro zhmotnění této strategie nervového rozhraní30 pomocí zcela implantabilních miniaturizovaných systémů jsou snadno dostupné31,32 .

Poznámky

.