Akut szívinfarktus1 akkor következik be, amikor a szívizom egy részének vérellátása súlyosan csökken vagy leáll. A nagy szívinfarktus után túlélőknél nagy a krónikus szívelégtelenség (CHF) kockázata, ami rossz prognózissal jár. A CHF olyan klinikai szindróma, amelyet szívműködési zavar indít el, és amelyet kompenzációs mechanizmusok, például a szimpatoadrenális és a renin-angiotenzin-aldoszteron rendszer aktiválódása követ. Úgy tűnik, hogy a kompenzációs mechanizmusok aktiválása a CHF korai szakaszában segít a szívnek kompenzálni a romló pumpafunkciót. A túlzottan tartós aktiválás azonban káros hatással van a szívműködésre. Amint egy ilyen túlzott aktiválás, éppen ellenkezőleg, rontja a szívműködést, ez a kompenzációs mechanizmusok további aktiválását váltja ki, ami viszont tovább rontja a szívműködést. Ez a pozitív visszacsatolási mechanizmus a szívet dekompenzáló kardiális remodellinghez és a végső stádiumban szívelégtelenséghez vezeti. Ezért a maladaptációs folyamat a CHF patofiziológiájának egyik kulcsa.

A maladaptációs folyamatban a szív autonóm idegrendszere2,3 is fontos szerepet játszik. Az Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction Study (ATRAMI)4 és a Cardiac Insufficiency BIsoprolol Study II (CIBIS II)5 klinikai bizonyítékai azt mutatják, hogy a csökkent szívvagális aktivitás és a megnövekedett szívfrekvencia előre jelzi a CHF magas halálozási arányát. Ezen ismeretek alapján logikus lenne tisztázni, hogy a vagusaktivitás fokozása megelőzi-e a szív átalakulását és a halálozást. Az akut iszkémiában fellépő életveszélyes ritmuszavarok előfordulására vonatkozóan arról számoltak be, hogy a vagusstimuláció hatása megelőzi a kamrafibrillációt kutyákban.6 A vagusstimuláció antianginális hatását kimutatták koszorúér-betegségben szenvedő betegeknél is.7 A CHF-re gyakorolt hatása azonban továbbra sem ismert. Ezért a jelen tanulmányban a vagális stimuláció hatását vizsgáltuk a nagy szívinfarktust követő szívizom remodellingre és a CHF hosszú távú prognózisára patkányokban.

Módszerek

Kísérletes szívelégtelenség

Az állatok gondozása és felhasználása szigorúan megfelelt a Japán Fiziológiai Társaság irányadó elveinek. A bal kamrai szívizominfarktust 8 hetes hím Sprague-Dawley patkányokban (SLC, Hamamatsu, Japán) koszorúér-lekötéssel idéztük elő. A szívinfarktusos állatok halálozási aránya ≈60% volt az első 24 órán belül. Egy héttel később echokardiográfiával (SSA-380A, Toshiba) ellenőriztük az infarktus méretét, a korábban leírtak szerint.8 Azokat a patkányokat vettük be a jelen vizsgálatba, amelyeknél az infarktus területe a bal kamra falának >40%-a volt. A látszatoperált patkányoknál lazán kötöttünk egy varratot, hogy elkerüljük a koszorúér elzáródását. Az infarktus méretét postmortem vizsgálattal igazoltuk.

Vagusideg-stimuláció

A vagusideg stimulálására, valamint a vérnyomás és a szívfrekvencia monitorozására szabadon mozgó patkányokban egy számítógép által vezérelt távvezérelt rendszert fejlesztettünk ki (1. ábra). A számítógép egy beültethető és rádióvezérelt impulzusgenerátornak (ISE1010C, Unimec) ad parancsot a vagusideg stimulálására, miközben egy beültethető jeladó (TA11PA-C40, Data Sciences International) segítségével érzékeli a vérnyomást és a szívfrekvenciát. A miniatűr impulzusgenerátort és a jeladót 7 nappal a szívinfarktus után szubkután beültették a hasüregbe. Egy pár teflonbevonatú rozsdamentes acélhuzal az elektromos ingerléshez a jobb oldali vagusideg köré volt hurkolva a nyakon; a vérnyomás rögzítésére szolgáló tefloncsövet a hasi aortába helyezték.

Kísérleti protokollok

A szívinfarktus után 14 nappal a túlélőket randomizálták a látszat- és az aktív stimulációval kezelt csoportokra. Az aktívan kezelt csoportban 6 héten keresztül percenként 10 másodpercig 20 Hz-en 0,2 ms időtartamú, egyenszögletű elektromos impulzusokkal stimuláltuk a nervus vagust percenként 10 másodpercig. Az impulzusok elektromos áramát minden egyes patkány esetében úgy állítottuk be, hogy a szívfrekvencia percenként 20-30 ütéssel csökkenjen. Ez 0,1 és 0,13 mA közötti tartományokat eredményezett. Az átlagos vérnyomást és a pulzusszámot 6 héten keresztül percenként rögzítettük. Egy előzetes vizsgálatban megerősítettük, hogy az ilyen intenzitású krónikus vagális ingerlés nem változtatta meg a táplálkozási viselkedést, és nem váltotta ki a fájdalomreakció jeleit, például a plazma epinefrinszintjének emelkedését.

Hemodinamikai és remodelling vizsgálat

A vagális ingerlésnek a szív remodellingre gyakorolt hatásának értékeléséhez a 6 hetes stimulációs időszak végén megmértük a hemodinamikát és a szívtömeget sám-operált és sám-stimulált patkányok, kezeletlen CHF-patkányok és kezelt CHF-patkányok esetében. Az altatást a műtéti beavatkozások során 1,2%-os halotán, az adatrögzítés során pedig 0,6%-os halotán alkalmazásával tartottuk fenn. A bal kamrai és artériás nyomást 2F katéteres mikromanométerrel (SPC-320, Millar Instruments) mértük. A nyomásjeleket 5 percen keresztül 1 kHz-es frekvenciával digitalizáltuk. A hemodinamikai mérést követően a szívet kivágtuk az infarktus méretének későbbi meghatározásához.

Prognózis és neurohormon vizsgálat

A 6 hetes vagális stimuláció prognózisra gyakorolt hatásának vizsgálatához 20 hetes túlélési arányt figyeltünk meg kezelt és kezeletlen CHF-patkányoknál. A beültethető impulzusgenerátor akkumulátorának élettartama miatt a kezelési időszakot 6 hétre korlátoztuk. Minden ketrecet naponta ellenőriztünk az elpusztult patkányok után. Az elpusztult állatból eltávolították a szívet az infarktus méretének későbbi meghatározásához.

A megfigyelési időszak végén vért vettek a neurohormonvizsgálatokhoz. A túlélő patkányt egy üvegedénybe helyezték, ahol 5-10 percig 1,2%-os halotán oxigénnel dúsított levegőben lévő keveréket lélegeztek be. Hogy elkerüljük a neurohumorális állapotok invazív manipulációval történő módosítását, közvetlenül az érzéstelenítés indukciója után transtorakális megközelítéssel, a hemodinamika mérése nélkül gyorsan 3 ml vérmintát vettünk a bal kamrai üregből. A vérvétel után a szívet kivágtuk az infarktus méretének későbbi meghatározásához.

A noradrenalin plazmakoncentrációját nagy teljesítményű folyadékkromatográfiával mértük elektrokémiai detektálással. Az agyi natriuretikus peptid plazmaszintjét radioimmunoanalízissel határoztuk meg.

Az infarktus méretének meghatározása

A korábban leírtak szerint9 a jobb kamrát és a bal kamrát, beleértve az interventricularis septumot is, felboncoltuk, elkülönítettük és súlyoztuk. A szívet 10%-os pufferelt formalinban rögzítettük. A bal kamrát az apextől a bázisig 4 keresztirányú szeletre vágtuk. 4 μm vastagságú metszeteket vágtunk és Masson trikróm módszerrel festettük meg. A szövettani képeket egy frame grabber segítségével digitalizáltuk és elemeztük. Az infarktus méretét a 4 szeletből úgy számoltuk ki, hogy az infarktusos régiók endokardiális hosszának összegét elosztottuk az összes endokardiális kerület összegével.

Statisztikai elemzés

A hemodinamikai és a remodelling vizsgálat adatai esetében a 3 csoport közötti különbségeket ANOVA-val, Scheffé többszörös összehasonlító teszttel vizsgáltuk. A szívfrekvencia különbségeit a kezelés előtt és alatt az egyes csoportokban 1-utas ANOVA-val vizsgáltuk ismételt mérésekkel, majd post hoc Dunnett-teszttel.

A neurohormonális adatok esetében a két csoport közötti különbségeket Mann-Whitney U-teszttel vizsgáltuk. A túlélési adatokat Kaplan-Meier-görbék formájában mutatjuk be; a kezelés hatását a 140 napos túlélésre Fisher-pontos teszttel elemeztük. A különbségeket P<0,05 értéknél tekintettük szignifikánsnak.

Eredmények

Hemodinamikai és remodelling vizsgálat

Noha a CHF-patkányok (kezeletlen, n=13; kezelt, n=11) szívfrekvenciája a kezelés előtt magasabb volt, mint a sham-operált patkányoké (n=9), a vagális stimuláció jelentősen lelassította a CHF-patkányok szívfrekvenciáját (2. ábra). A kezeletlen és kezelt CHF-patkányok közötti szívfrekvencia különbség a kezelés végén elérte a ≈40 ütés/perc értéket (P<0,05). A CHF-patkányok vérnyomása szignifikánsan alacsonyabb volt, de a vagális stimuláció nem befolyásolta a vérnyomást a 6 hetes kezelési időszak alatt (táblázat).

Simulált patkányokkal összehasonlítva, kezeletlen CHF patkányoknál alacsony volt a vérnyomás (3a. ábra), magas a bal kamrai végdiasztolés nyomás (LVEDP) (3b. ábra), a bal kamrai nyomás maximális dp/dt értéke (LV+dp/dtmax) (3c. ábra) és megnövekedett a szív súlya (3d. ábra). Másrészt a vagális idegstimulációval kezelt CHF-patkányoknál szignifikánsan alacsonyabb volt az LVEDP (17,1±5,9 versus 23,5±4,2 mm Hg, P<0,05) és magasabb az LV+dp/dtmax (4152±237 versus 2987±192 mm Hg/s, P<0,05), mint a kezeletlen CHF-patkányoknál. A pumpafunkció javulása a kezelt CHF-patkányokban a normalizált biventricularis tömeg jelentős csökkenésével járt együtt (2,75±0,25 versus 3,14±0,22 g/kg, P<0,01). Nem volt szignifikáns különbség az infarktus méretében a kezelt és a kezeletlen CHF-patkányok között (53±7% versus 53±6%).

Prognózis és neurohormon vizsgálat

Noha a prognózis vizsgálatba 60 nagy szívinfarktust követő CHF-ben szenvedő patkányt vontak be, a kezelt csoportba rendelt 30 patkány közül 8-at kizártak az eredményekből, mert a 6 hetes vagális stimuláció során az elektródadrótok letörtek. A vagusideg-stimuláció jelentősen visszaszorította a CHF-patkányok halálozási arányát (4. ábra); a 22 kezelt patkány között csak 3 haláleset volt, szemben a 30 kezeletlen patkány 15 halálesetével (14% versus 50%, P=0,008). A vagalis stimulációs terápia 73%-os csökkenést ért el a halálozás relatív kockázati arányában.

Az 5. ábrán látható, hogy a kezelt CHF-patkányok túlélésének javulása a normalizált biventrikuláris tömeg szignifikáns csökkenésével járt együtt (2,63±0,38 versus 3,17±0,42 g/kg, P<0,01). A kezeletlen CHF-patkányokkal összehasonlítva a kezelt CHF-patkányoknál alacsonyabb volt a plazma noradrenalin (426±102 versus 1182±260 pg/ml, P<0,01) és az agyi natriuretikus peptid (251±31 versus 363±82 pg/ml, P<0,01) szintje. Nem volt szignifikáns különbség az infarktus méretében a kezelt és a kezeletlen CHF-patkányok között (54±8% versus 53±7%).

Diszkusszió

A CHF-betegek prognózisa még mindig rossz, annak ellenére, hogy jelenleg különböző terápiás megközelítések állnak rendelkezésre β-adrenerg receptorblokkolóval,10,11 angiotenzinkonvertáló enzimgátlóval,12 angiotenzinreceptor-blokkolóval,13 aldoszteronantagonistával,14 és beültethető defibrillátorral15. Ezért hatékonyabb terápiás modalitás várható.

A jelen eredmények azt mutatják, hogy a vagusideg-stimuláció jelentősen javította a CHF-patkányok hosszú távú túlélését a szívelégtelenség progressziójának és a szív remodellingnek a megelőzésén keresztül. A jelen vizsgálat fő célja annak a munkahipotézisnek a tesztelése volt, hogy a hosszú távú vagális stimuláció javíthatja a CHF-patkányok túlélését nagy szívinfarktus után, nem pedig a mechanizmus tisztázása. Néhány megfontolás azonban indokolt ezzel a kérdéssel kapcsolatban.

Elképzelhető, hogy a vagális stimuláció hatékonyan megszakíthatja a halálhoz vezető ördögi kört a preszinaptikus noradrenalin-felszabadulásra gyakorolt gátló hatása és az adrenerg jelátviteli kaszkádot G-protein kölcsönhatásokon keresztül elnyomó hatása révén.16. Az emberi szívben, valamint számos más faj szívében a muszkarinreceptorok túlnyomórészt az M2 altípusba tartoznak, amely egy pertussis toxinérzékeny GI-fehérjén keresztül kapcsolódik az adenil-cikláz gátlásához. A pitvarban a muszkarin M2-receptorok stimulálása közvetlen negatív inotróp és kronotróp hatásokat okoz; a kamrában viszont a negatív inotróp hatás csak akkor érhető el, ha a cAMP alapszintjét β-adrenoceptor agonisták emelik. Ezeket a mechanizmusokat akcentuált antagonizmusnak nevezzük.

A vazális stimulációról azt is feltételezik, hogy a szívfrekvencia lassítása révén javítja a kamrai hatékonyságot.17 Burkhoff és munkatársai18 kimutatták, hogy a kamrai hatékonyság, azaz a kamrai lüktető munka és a kamrai oxigénfogyasztás aránya fiziológiás körülmények között maximálisra van beállítva, és hogy a szívelégtelenségben szenvedő szív hatékonysága érzékenyebb a szívfrekvencia változására, mint a normál szívé. A szívizominfarktus utáni tachycardia megelőzése vagális stimulációval optimalizálná az elégtelen szív hatékonyságát, és így védené a szívet a remodellinggel szemben.

A vagális efferens stimulációról úgy vélik, hogy úgy hat a CHF kamrára, mint egy β-adrenerg blokkoló. Patkányokban azonban a β-blokkoló terápia inkább nem fejtett ki jótékony hatást a szívizom remodellingjére vagy hemodinamikájára szívinfarktus után (áttekintésért lásd Gaballa és Goldman19). Litwin és munkatársai20 kimutatták, hogy a krónikus propranolol-kezelés nem javította a szív remodellingjét és rontotta a pumpafunkciót patkányoknál, akiknek infarktus utáni CHF-je volt. Wei és munkatársai21 szintén kimutatták, hogy a metoprolol rontotta a kamrai remodellinget CHF-patkányokban. Ezért a szimpatikus hatások elleni antagonizmus mellett a vagus stimuláció egyedi hatásai is fontosak lennének a CHF-patkányok kedvező kimenetelének biztosításában. A vagalis stimulációnak a koszorúér-endothelből történő nitrogén-oxid felszabadulást elősegítő hatása szintén antiremodelling hatású lehet az életképes szívizom állapotának javításán keresztül.22

A vagalis efferensek elektromos stimulációjának a szívre gyakorolt hatásai mellett a vagalis afferens hatások7,23 is szóba jöhetnek, mivel az afferens stimuláció kardiopulmonális reflexet idézne elő és modulálná a kardiovaszkuláris szabályozásban részt vevő számos hipotalamikus mag neuronális aktivitását. Amint az 5c. ábrán látható, a vagális stimuláció csökkentette a plazma noradrenalin szintjét. Ezért a vagális stimulációs terápia a CHF-ben a szimpatikus idegrendszer krónikus túlzott aktivációjának elnyomása révén megszüntetné a maladaptáció ördögi körét.24,25

A Guarini és munkatársai26 újabb tanulmánya kimutatta, hogy az efferens vagális rostok stimulációja tompítja a nukleáris faktor-κB aktivációját a májban a nikotinreceptorokon keresztül, majd csökkenti a tumor nekrózis faktor-α májtermelést és plazmaszintjét akut vérzéses sokk során. Arról számoltak be, hogy ezek a faktorok a szív remodellingjében és a CHF rossz prognózisában is szerepet játszanak.27 Ezért a vagalis stimuláció májra gyakorolt hatása megakadályozná a szív remodellingjét és javítaná a CHF túlélését.

Azt is megjegyezték, hogy a rövid távú vagalis stimuláció 6 hétig a szívinfarktus után megakadályozta a hosszú távú szív remodellinget (5a. ábra) és javította a hosszú távú túlélést. Létezhet egy kritikus időszak, amely alatt a szívműködési zavar és a remodelling elleni rövid távú kezelés biztosítja a CHF hosszú távú túlélését.

A Pfeffer és munkatársai28 úttörő munkája a hosszú távú kaptoprilterápia hatását vizsgálta CHF-patkányoknál szívinfarktus után. A vagalis stimulációhoz hasonlóan ebben a vizsgálatban is a bal koszorúér lekötése után 14 nappal kezdődött az orális kaptopril adása. Pfeffer és munkatársai megfigyelték az egyéves túlélést, és megállapították, hogy a medián túlélés 146, illetve 181 nap volt a kezeletlen és a kezelt CHF-patkányok esetében, nagy infarktus esetén. Így a nagy infarktusú, kezeletlen CHF-patkányok túlélési görbéje az ő vizsgálatukban meglehetősen hasonló volt a mi eredményünkhöz a kezeletlen CHF-patkányok esetében. Másrészt a kaptopril hatása a nagy infarktusos CHF-patkányok túlélésére a vagális stimulációtól jelentősen eltérőnek tűnt. A kaptoprillal kezelt, nagy infarktusú CHF-patkányok mintegy 40%-a elpusztult 140 napon belül; a vagális stimuláció <20%-ra csökkentette a halálozási arányt. Ezért a vagális stimulációs terápia ígéretes lehet a nagy szívinfarktust követő súlyos CHF esetében.

Elhatárolások

A vagális stimuláció kedvező hatásait a CHF-patkányok szívműködésére, remodellingjére és túlélésére a jelen vizsgálatban kimutatták. Biztonságossága és káros hatásai azonban továbbra is tisztázatlanok. A kezelés megfelelő protokollja szintén még nem tisztázott, és meg kell vizsgálni. Az ebben a vizsgálatban bemutatott terápiás stratégia megalapozásához nagyszabású, hosszú távú vizsgálatokra van szükség a vagusideg-stimulációval a CHF állatmodelljén.

Klinikai implikációk

A korábbi vizsgálataink9,29 jelezték, hogy a CHF-patkányok központi idegrendszerébe történő farmakológiai beavatkozás megakadályozta a szívműködési zavar és a remodelling progresszióját. A jelen vizsgálatban alkalmazott terápiás módozat a CHF kedvező prognózisát is hozta a vegetatív tónus vagális efferens és/vagy afferens mechanizmusokon keresztül történő manipulálása révén. Ezért javasoljuk a neurális interfész megközelítést a szív autonóm tónusának optimalizálására a CHF kezelésére. Az e neurális interfész-stratégia30 megvalósítására szolgáló technológiák teljesen beültethető miniatürizált rendszerek segítségével könnyen elérhetőek31,32 .

Lábjegyzetek