Infarctul miocardic acut1 apare atunci când alimentarea cu sânge a unei părți a mușchiului cardiac este sever redusă sau oprită. Supraviețuitorii după un infarct miocardic mare au un risc ridicat de insuficiență cardiacă cronică (ICC), cu un prognostic slab. ICC este un sindrom clinic inițiat de disfuncția cardiacă și urmat de activarea unor mecanisme compensatorii, cum ar fi sistemul simpatico-suprarenal și sistemul renină-angiotensină-aldosteron. Aparent, activarea mecanismelor compensatorii în faza incipientă a ICC ajută inima să compenseze deteriorarea funcției de pompare. Cu toate acestea, o activare excesivă susținută are efecte dăunătoare asupra funcției cardiace. Odată ce o astfel de activare excesivă, dimpotrivă, înrăutățește funcția cardiacă, aceasta declanșează o activare suplimentară a acelor mecanisme compensatorii, care, la rândul său, deteriorează și mai mult funcția cardiacă. Acest mecanism de feedback pozitiv conduce inima la remodelare cardiacă decompensatorie și la insuficiență în stadiul final. Prin urmare, procesul de neadaptare este o cheie a fiziopatologiei ICC.

În procesul de neadaptare, sistemul nervos autonom cardiac2,3 joacă, de asemenea, un rol important. Dovezile clinice din studiul Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction (ATRAMI)4 și Cardiac Insufficiency BIsoprolol Study II (CIBIS II)5 indică faptul că activitatea vagală cardiacă diminuată și frecvența cardiacă crescută prezic o rată mare de mortalitate a ICC. Pe baza acestui corpus de cunoștințe, ar fi logic să se clarifice dacă creșterea activității vagale previne remodelarea cardiacă și decesul. Cu privire la apariția aritmiilor care pun în pericol viața în ischemia acută, s-a raportat că efectul stimulării vagale previne fibrilația ventriculară la câini.6 Efectul antianginos al stimulării vagale a fost, de asemenea, demonstrat la pacienții cu boală coronariană.7 Cu toate acestea, efectul său asupra ICC rămâne necunoscut. Prin urmare, în studiul de față, am examinat efectele stimulării vagale asupra remodelării cardiace după infarctul miocardic mare și asupra prognosticului pe termen lung al CHF la șobolani.

Metode

Insuficiență cardiacă experimentală

Îngrijirea și utilizarea animalelor au fost în strictă conformitate cu principiile directoare ale Societății de Fiziologie din Japonia. Infarctul miocardic ventricular stâng a fost indus prin ligatura arterei coronare la șobolani masculi Sprague-Dawley (SLC, Hamamatsu, Japonia) în vârstă de 8 săptămâni. Rata mortalității la animalele cu infarct miocardic a fost de ≈60% în primele 24 de ore. O săptămână mai târziu, am verificat dimensiunea infarctului prin ecocardiografie (SSA-380A, Toshiba), așa cum a fost descris anterior.8 Șobolanii cu o suprafață infarcată >40% din peretele ventricular stâng au fost înrolați în studiul de față. La șobolanii operați în mod șamd, am legat lejer o sutură pentru a evita ocluzia arterei coronare. Am confirmat dimensiunea infarctului prin examinare postmortem.

Stimularea nervului vagal

Pentru a stimula nervul vagal și pentru a monitoriza tensiunea arterială și frecvența cardiacă la șobolanii care se mișcă liber, am dezvoltat un sistem la distanță controlat de un computer (figura 1). Calculatorul comandă un generator de impulsuri implantabil și radiocomandat (ISE1010C, Unimec) pentru a stimula nervul vagal în timp ce detectează tensiunea arterială și ritmul cardiac prin intermediul unui transmițător implantabil (TA11PA-C40, Data Sciences International). Generatorul de impulsuri în miniatură și transmițătorul au fost implantate subcutanat în abdomen la 7 zile după infarctul miocardic. O pereche de fire de oțel inoxidabil acoperite cu teflon pentru stimularea electrică a fost înfășurată în jurul nervului vagal drept din gât; un tub de teflon pentru înregistrarea tensiunii arteriale a fost plasat în aorta abdominală.

Protocoale experimentale

La 14 zile după infarctul miocardic, supraviețuitorii au fost randomizați în grupuri tratate cu stimulare simulată și cu stimulare activă. În grupul tratat activ, am stimulat nervul vagal cu impulsuri electrice dreptunghiulare cu durata de 0,2 ms la 20 Hz timp de 10 secunde la fiecare minut, timp de 6 săptămâni. Curentul electric al impulsurilor a fost ajustat pentru fiecare șobolan, astfel încât ritmul cardiac a fost redus cu 20 până la 30 de bătăi pe minut. Acest lucru a dus la intervale cuprinse între 0,1 și 0,13 mA. Tensiunea arterială medie și ritmul cardiac au fost înregistrate la fiecare minut timp de 6 săptămâni. Într-un studiu preliminar, am confirmat faptul că stimularea vagală cronică la această intensitate nu a modificat comportamentul alimentar și nu a evocat niciun semn de reacție la durere, cum ar fi o creștere a nivelului de epinefrină plasmatică.

Studiu hemodinamic și de remodelare

Pentru a evalua efectul stimulării vagale asupra remodelării cardiace, la sfârșitul perioadei de stimulare de 6 săptămâni am măsurat hemodinamica și greutatea inimii șobolanilor operați și stimulați sham, a șobolanilor CHF netratați și a șobolanilor CHF tratați. Anestezia a fost menținută prin utilizarea a 1,2% halotan în timpul procedurilor chirurgicale și a 0,6% halotan în timpul înregistrării datelor. Presiunile ventriculare și arteriale stângi au fost măsurate cu un micromanometru cu vârf de cateter 2F (SPC-320, Millar Instruments). Semnalele de presiune au fost digitizate la o rată de 1 kHz timp de 5 minute. După măsurarea hemodinamicii, inima a fost excizată pentru determinarea ulterioară a dimensiunii infarctului.

Prognostic și studiu neurohormonal

Pentru a examina efectul stimulării vagale de 6 săptămâni asupra prognosticului, am observat o rată de supraviețuire la 20 de săptămâni la șobolanii CHF tratați și netratați. Din cauza duratei de viață a bateriei generatorului de impulsuri implantabil, perioada de tratament a fost limitată la 6 săptămâni. Fiecare cușcă a fost inspectată zilnic pentru șobolanul care a murit. Inima a fost îndepărtată de la animalul mort pentru determinarea ulterioară a dimensiunii infarctului.

La sfârșitul perioadei de observație, s-a prelevat sânge pentru testele neurohormonale. Șobolanul supraviețuitor a fost plasat într-un borcan de sticlă, unde a inspirat un amestec de 1,2% halotan în aer îmbogățit cu oxigen timp de 5 până la 10 minute. Pentru a evita modificarea stărilor neuroumorale prin manipulare invazivă, imediat după inducerea anesteziei, am colectat rapid 3 ml dintr-o probă de sânge din cavitatea ventriculară stângă printr-o abordare transtoracică, fără a măsura hemodinamica. După prelevarea sângelui, inima a fost excizată pentru determinarea ulterioară a dimensiunii infarctului.

Concentrațiile plasmatice de norepinefrină au fost măsurate prin cromatografie lichidă de înaltă performanță cu detecție electrochimică. Nivelurile plasmatice de peptidă natriuretică cerebrală au fost determinate prin radioimunodozare.

Determinarea dimensiunii infarctului

Cum s-a descris anterior,9 ventriculul drept și ventriculul stâng, inclusiv septul interventricular, au fost disecate, separate și cântărite. Inima a fost fixată în formalină tamponată 10%. Ventriculul stâng a fost tăiat de la apex la bază în 4 felii transversale. Secțiuni de 4 μm grosime au fost tăiate și colorate prin metoda tricromului Masson. Imaginile histologice au fost digitizate prin intermediul unui frame grabber și analizate. Dimensiunea infarctului a fost calculată din cele 4 felii prin împărțirea sumei lungimilor endocardice ale regiunilor infestate la suma circumferințelor endocardice totale.

Analiză statistică

Pentru datele studiului hemodinamic și de remodelare, diferențele dintre cele 3 grupuri au fost testate prin ANOVA, cu un test de comparație multiplă Scheffé. Diferențele în ceea ce privește frecvența cardiacă înainte și în timpul tratamentului în fiecare grup au fost examinate printr-o ANOVA cu 1 cale, cu măsuri repetate, urmată de un test post hoc Dunnett.

Pentru datele neurohormonale, diferențele dintre două grupuri au fost examinate printr-un test Mann-Whitney U. Datele de supraviețuire sunt prezentate sub formă de curbe Kaplan-Meier; efectul tratamentului asupra supraviețuirii la 140 de zile a fost analizat printr-un test Fisher exact. Diferențele au fost considerate semnificative la o valoare de P<0,05.

Rezultate

Studiu hemodinamic și de remodelare

Deși șobolanii CHF (netratați, n=13; tratați, n=11) au avut o frecvență cardiacă mai mare decât șobolanii operați sham (n=9) înainte de tratament, stimularea vagală a încetinit semnificativ frecvența cardiacă a șobolanilor CHF (figura 2). Diferența ritmului cardiac între șobolanii CHF netratați și cei tratați a atins ≈40 bătăi pe minut la sfârșitul tratamentului (P<0,05). Șobolanii CHF au avut o tensiune arterială semnificativ mai mică, dar stimularea vagală nu a afectat tensiunea arterială în timpul perioadei de tratament de 6 săptămâni (tabel).

În comparație cu șobolanii operați în mod simulat, șobolanii CHF netratați au avut o tensiune arterială scăzută (figura 3a), o presiune diastolică finală a ventriculului stâng (LVEDP) ridicată (figura 3b), o dp/dt maximă deprimată a presiunii ventriculare stângi (LV+dp/dtmax) (figura 3c) și o greutate cardiacă crescută (figura 3d). Pe de altă parte, șobolanii CHF tratați cu stimularea nervului vagal au avut o LVEDP semnificativ mai mică (17,1±5,9 față de 23,5±4,2 mm Hg, P<0,05) și o LV+dp/dtmax mai mare (4152±237 față de 2987±192 mm Hg/s, P<0,05) decât șobolanii CHF netratați. Îmbunătățirea funcției de pompare la șobolanii CHF tratați a fost însoțită de o scădere semnificativă a greutății biventriculare normalizate (2,75±0,25 față de 3,14±0,22 g/kg, P<0,01). Nu a existat nicio diferență semnificativă în ceea ce privește dimensiunea infarctului între șobolanii CHF tratați și netratați (53±7% versus 53±6%).

Studiu de prognostic și studiu neurohormonal

Deși 60 de șobolani cu ICC după un infarct miocardic mare au fost înscriși în studiul de prognostic, 8 din cei 30 de șobolani repartizați în grupul tratat au fost excluși din rezultate din cauza ruperii firelor de electrozi în timpul stimulării vagale timp de 6 săptămâni. Stimularea nervului vagal a suprimat în mod semnificativ rata de mortalitate a șobolanilor cu ICC (figura 4); au existat doar 3 decese în rândul celor 22 de șobolani tratați față de 15 decese în rândul celor 30 de șobolani netratați (14% față de 50%, P=0,008). Terapia de stimulare vagală a obținut o reducere de 73% a raportului riscului relativ de deces.

Demonstrat în figura 5, îmbunătățirea supraviețuirii la șobolanii CHF tratați a fost însoțită de o scădere semnificativă a greutății biventriculare normalizate (2,63±0,38 față de 3,17±0,42 g/kg, P<0,01). În comparație cu șobolanii CHF netratați, șobolanii CHF tratați au avut niveluri mai scăzute de norepinefrină plasmatică (426±102 față de 1182±260 pg/mL, P<0,01) și de peptidă natriuretică cerebrală (251±31 față de 363±82 pg/mL, P<0,01). Nu a existat nicio diferență semnificativă în ceea ce privește dimensiunea infarctului între șobolanii CHF tratați și cei netratați (54±8% versus 53±7%).

Discuție

Prognosticul pacienților cu ICC este încă slab, chiar dacă în prezent sunt disponibile diverse abordări terapeutice cu un blocant al receptorilor β-adrenergici10,11 , un inhibitor al enzimei de conversie a angiotensinei12 , un blocant al receptorilor de angiotensină13 , un antagonist al aldosteronului14 și un defibrilator implantabil15 . Prin urmare, se așteaptă o modalitate mai eficientă de terapie.

Rezultatele prezente indică faptul că stimularea nervului vagal a îmbunătățit în mod semnificativ supraviețuirea pe termen lung a șobolanilor cu ICC prin prevenirea progresiei insuficienței de pompare și a remodelării cardiace. Obiectivul principal al prezentului studiu a fost de a testa ipoteza de lucru conform căreia stimularea vagală pe termen lung poate îmbunătăți supraviețuirea șobolanilor CHF după un infarct miocardic mare, și nu de a clarifica mecanismul. Cu toate acestea, unele considerații pe această temă sunt justificate.

Este de conceput că stimularea vagală poate întrerupe în mod eficient cercul vicios care duce la moarte printr-un efect inhibitor asupra eliberărilor presinaptice de norepinefrină și efecte supresive asupra cascadei de semnalizare adrenergică prin interacțiuni cu proteinele G.16 În inimile umane, precum și în cele ale altor câteva specii, receptorii muscarinici sunt predominant de subtip M2, care se cuplează prin intermediul unei proteine GI sensibile la toxina pertussis pentru a inhiba adenilciclaza. În atriu, stimularea receptorilor muscarinici M2 determină efecte inotropice și cronotropice negative directe; în ventricul, pe de altă parte, efectul inotropic negativ poate fi obținut numai atunci când nivelul bazal al AMPc este ridicat de către agoniștii β-adrenoceptorilor. Aceste mecanisme sunt cunoscute sub numele de antagonism accentuat.

Se postulează, de asemenea, că stimularea ventriculară îmbunătățește eficiența ventriculară prin încetinirea frecvenței cardiace.17 Burkhoff și colab.18 au arătat că eficiența ventriculară, adică raportul dintre munca ventriculară de accident vascular cerebral și consumul ventricular de oxigen, este ajustată pentru a fi maximă în condiții fiziologice și că eficiența inimii în insuficiență este mai sensibilă la modificări ale frecvenței cardiace decât cea a inimii normale. Prevenirea tahicardiei după infarctul miocardic prin stimulare vagală ar optimiza eficiența inimii aflate în insuficiență și astfel ar proteja inima împotriva remodelării.

Se pare că se consideră că stimularea eferentă vagală acționează asupra ventriculului din ICC ca un blocant β-adrenergic. Cu toate acestea, la șobolani, terapia cu β-blocade mai degrabă nu a reușit să exercite un efect benefic asupra remodelării cardiace sau a hemodinamicii după infarctul miocardic (pentru o analiză, a se vedea Gaballa și Goldman19). Litwin et al20 au arătat că tratamentul cronic cu propranolol nu a îmbunătățit remodelarea cardiacă și a înrăutățit funcția de pompare la șobolani cu ICC postinfarct. Wei et al21 au demonstrat, de asemenea, că metoprololul a deteriorat remodelarea ventriculară la șobolanii cu ICC. Prin urmare, în plus față de antagonismul împotriva efectelor simpatice, acțiunile unice de stimulare vagală ar fi importante în asigurarea rezultatului favorabil pentru șobolanii cu ICC. Un efect facilitator al stimulării vagale asupra eliberării de oxid nitric din endoteliul coronarian ar putea avea, de asemenea, o acțiune antiremodelare prin îmbunătățirea condițiilor miocardice viabile.22

În plus față de efectele stimulării electrice a eferenților vagali asupra inimii, efectele aferente vagale7,23 sunt, de asemenea, luate în considerare, deoarece stimularea aferentă ar evoca reflexul cardiopulmonar și ar modula activitatea neuronală în mai mulți nuclei hipotalamici implicați în reglarea cardiovasculară. După cum se arată în figura 5c, stimularea vagală a scăzut nivelul plasmatic al norepinefrinei. Prin urmare, terapia de stimulare vagală ar pune capăt cercului vicios al neadaptării în ICC prin suprimarea activării excesive cronice a sistemului nervos simpatic.24,25

Un studiu mai recent realizat de Guarini et al26 a arătat că stimularea fibrei vagale eferente estompează activarea factorului nuclear-κB în ficat prin intermediul receptorilor nicotinici și apoi reduce producția hepatică și nivelul plasmatic al factorului de necroză tumorală-α în timpul șocului hemoragic acut. S-a raportat că acești factori sunt, de asemenea, implicați în remodelarea cardiacă și în prognosticul nefavorabil al ICC.27 Prin urmare, efectul hepatic al stimulării vagale ar preveni remodelarea cardiacă și ar îmbunătăți supraviețuirea ICC.

Se observă, de asemenea, că stimularea vagală pe termen scurt timp de 6 săptămâni după infarctul miocardic a prevenit remodelarea cardiacă pe termen lung (figura 5a) și a îmbunătățit supraviețuirea pe termen lung. Este posibil să existe o perioadă critică în timpul căreia tratamentul pe termen scurt împotriva disfuncției și remodelării cardiace va asigura supraviețuirea pe termen lung a ICC.

O lucrare de pionierat a lui Pfeffer et al28 a examinat efectul tratamentului pe termen lung cu captopril la șobolanii cu ICC după infarctul miocardic. Ca și în cazul stimulării vagale din studiul de față, administrarea orală de captopril a început la 14 zile după ligatura arterei coronare stângi. Pfeffer et al. au observat supraviețuirea la 1 an și au constatat că supraviețuirea mediană a fost de 146 și, respectiv, 181 de zile pentru șobolanii CHF netratați și, respectiv, tratați cu infarcte mari. Astfel, curba de supraviețuire a șobolanilor CHF netratați cu infarcte mari din studiul lor a fost destul de asemănătoare cu rezultatul nostru pentru șobolanii CHF netratați. Pe de altă parte, efectul captoprilului asupra supraviețuirii la șobolanii CHF cu infarcte mari a părut a fi mult diferit de cel al stimulării vagale. Aproximativ 40% dintre șobolanii CHF tratați cu captopril cu infarcte mari au murit la 140 de zile; stimularea vagală a redus rata mortalității la <20%. Prin urmare, terapia prin stimulare vagală poate fi promițătoare pentru ICC severă după infarctul miocardic mare.

Limitări

Efectele benefice ale stimulării vagale asupra funcției cardiace, remodelării și supraviețuirii șobolanilor cu ICC au fost demonstrate în studiul de față. Cu toate acestea, siguranța și efectele adverse ale acesteia rămân să fie neclare. Protocolul adecvat de tratament este, de asemenea, încă neelucidat și ar trebui să fie investigat. Pentru a stabili strategia terapeutică arătată în acest studiu, sunt necesare studii pe scară largă și pe termen lung ale stimulării nervului vagal cu un model animal de ICC.

Implicații clinice

Studiile noastre anterioare9,29 au indicat că o intervenție farmacologică în sistemul nervos central al șobolanilor cu ICC a prevenit progresia disfuncției și remodelării cardiace. Modalitatea terapeutică utilizată în studiul de față a adus, de asemenea, un prognostic favorabil al ICC prin manipularea tonusului autonom prin mecanisme eferente și/sau aferente vagale. Prin urmare, propunem abordarea interfeței neuronale pentru a optimiza tonusul autonom cardiac pentru tratamentul ICC. Tehnologiile de materializare a acestei strategii de interfață neuronală30 cu ajutorul unor sisteme miniaturizate complet implantabile sunt disponibile cu ușurință.31,32

Notele de subsol

.