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Abstract

Einleitung. Das Purkinje-System und die Falschen Sehnen (FTs) stehen in Zusammenhang mit ventrikulären Arrhythmien, aber die Assoziation zwischen Purkinje-Fasern und FTs ist nicht eindeutig. Diese Studie untersuchte die Assoziationen von anatomischen und elektrophysiologischen Merkmalen zwischen Purkinje-Fasern und FTs. Methoden und Ergebnisse. Wir optimierten das Protokoll der Lugol’schen Jodlösung-Färbung der Purkinje-Fasern, um die anatomische Struktur zu untersuchen, und entwickelten eine neuartige elektrophysiologische Mapping-Methode, genannt die direkte visuelle Mapping (DVM)-Methode, um die elektrophysiologischen Eigenschaften zu untersuchen. Durch die Anwendung der oben erwähnten Neuerungen bei 12 Hunden fanden wir Folgendes heraus. (1) Es wurden keine Purkinje-Fasern 0,5 cm-1,0 cm unterhalb des Klappenanulus oder auf den Blättchen oder Chordae tendineae der Mitralklappe oder angrenzend an das obere 1/3 des Papillarmuskels gefunden. (2) Purkinje-Fasern waren in allen FTs vorhanden, auch in kleineren und winzigen FTs. (3) Die Purkinje-Fasern in den FTs erstreckten sich vom proximalen bis zum distalen Ende, und ihre elektrophysiologischen Eigenschaften waren ähnlich wie die der Fasern auf dem Endokard, einschließlich anterograder, retrograder und dekrementeller Leitung und Automatizität. Schlussfolgerungen. Purkinje-Fasern sind in FTs häufig zu finden. Die elektrophysiologischen Eigenschaften der Purkinje-Fasern in FTs sind ähnlich wie die der Fasern am Endokard. FTs könnten eine anatomische und elektrophysiologische Grundlage für ventrikuläre Arrhythmie haben.

1. Einleitung

Das Purkinje-Netzwerk ist ein spezialisiertes Reizleitungssystem innerhalb des Herzens, das für die elektrische Leitung der Ventrikel verantwortlich ist, und es ist auch am Mechanismus bestimmter ventrikulärer Tachyarrhythmien (Purkinje-bezogene Arrhythmien genannt) beteiligt, einschließlich monomorpher ventrikulärer Tachykardien (VT), polymorpher VT und Kammerflimmern (VF) . Die falsche Sehne (FT) ist eine häufige intraventrikuläre anatomische Variation. Sie bezieht sich auf eine fibroide oder fibromuskuläre Struktur, die im Ventrikel neben der normalen Verbindung von Papillarmuskel und Mitral- oder Trikuspidalklappe existiert. Viele klinische Studien haben gezeigt, dass FTs in engem Zusammenhang mit ventrikulären Arrhythmien stehen. Die idiopathische linksventrikuläre Tachykardie (ILVT) ist eine häufige reentrant ventrikuläre Arrhythmie, die vom linken Ventrikel ausgeht. Es wurde berichtet, dass ihr anatomisches Substrat eng mit der FT verwandt ist. FTs sind auch mit dem Auftreten von ventrikulären vorzeitigen Schlägen verbunden . Hat FTs die anatomische und elektrophysiologische Grundlage für ventrikuläre Arrhythmie? In einigen früheren Studien wurden Purkinje-Zellen in FTs gefunden. Ist die Existenz von Purkinje-Fasern in FTs jedoch ein Zufall oder ein allgemeines Phänomen? Ob diese Purkinje-Fasern elektrische Leitungseigenschaften haben und welche Rolle diese Purkinje-Fasern bei ventrikulären Arrhythmien spielen, ist nicht gut untersucht worden.

2. Materialien und Methoden

2.1. Herzisolierung und -präparation

Alle Protokolle für Tierversuche in dieser Untersuchung wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) des General Hospital of Northern Theater Command genehmigt. Alle Verfahren in den Tierversuchen entsprachen den Empfehlungen für Tierversuche gemäß der Helsinki-Deklaration des Weltärztebundes und den europäischen (2010/63/EU) Richtlinien für die Pflege und Verwendung von Labortieren.

Zwölf Mischlingshunde (21,5 ± 2,5 kg) wurden in dieser Untersuchung verwendet. Diese Hunde wurden mit Midazolam (0,5 mg/kg IM) betäubt und dann durch Injektion von Luft (100-150 ml) in die Oberschenkelvene getötet. Die Herzen wurden unmittelbar nach dem Tod über einen medialen Sternotomiezugang entnommen. Entsprechend den verschiedenen experimentellen Zwecken wurden die Herzen so schnell wie möglich präpariert und verarbeitet. Das Endokard von sechs Herzen wurde mit Lugolscher Lösung angefärbt, um die anatomische Struktur der Purkinje-Fasern zu beobachten. Weitere sechs Herzen wurden verwendet, um die elektrophysiologischen Eigenschaften des Purkinje-Systems durch eine visuelle Mapping-Methode zu beobachten. Die Herzpräparationsmethode für die Färbung mit Lugolscher Lösung und das visuelle Mapping war wie folgt. Zunächst wurde das In-vitro-Herz vom Mitralklappenanulus bis zum Apex entlang der linken freien Ventrikelwand inzidiert, und der Aortenring wurde eingeschnitten, um die vorderen und hinteren Papillarmuskeln des linken Ventrikels vollständig freizulegen. Dann wurde das Endokard relativ flachgedrückt und das Restblut auf dem Endokard mit einem Wattestäbchen entfernt.

2.2. Färbung mit Lugolscher Lösung

Lugolsche Lösung wurde im Voraus (kürzer als eine Woche) durch Auflösen von I2 (4%, ) und KI (4%, ) in deionisiertem Wasser unter milden Bedingungen hergestellt und vor Licht geschützt. Lugolsche Lösung wurde gleichmäßig auf das Endokard eines präparierten Herzens gesprüht und 0,5-2 Minuten einwirken gelassen, um die Purkinje-Fasern zu färben. Der Färbevorgang wurde wiederholt, wenn die Farbe verblasste oder verschwand. Ein stereoskopisches Mikroskop (anatomisches Objektiv) wurde verwendet, um kleine oder komplexe anatomische Strukturen sichtbar zu machen.

2.3. Histologische Färbung

Die Herzen wurden in 10%igem Formalin fixiert, in Paraffin eingebettet und in 5 μm dicke Scheiben geschnitten. Die Gewebeschnitte wurden mit Hämatoxylin-Eosin (HE)-Färbung, Masson’s Färbung, Periodic Acid Schiff (PAS)-Färbung und Connexin 40 immunhistochemisch gefärbt.

2.4. Direkte visuelle Mapping-Methode

Das präparierte Herz wurde in eine erwärmte (37°C) laktierte Ringerlösung getaucht. Zwei 20-Elektroden-Hochdichte-Katheter (1 mm Elektrode; 1 mm Abstand) wurden unter direkter Sicht dicht an der interessierenden Region platziert, wie z. B. dem Ast der Purkinje-Fasern, den vorderen oder hinteren Papillarmuskeln und den FTs. Dann wurden elektrophysiologische Untersuchungen und Kartierungen, einschließlich programmierter Stimulation, Aktivierungskartierung und Schrittmacherkartierung, in vitro durchgeführt. Das Herz wurde für fünf Sekunden in kalte (<10°C) laktierte Ringerlösung getaucht, wenn eine anhaltende Arrhythmie (wie VT oder VF) nicht durch Pace terminiert werden konnte oder eine automatische elektrische Aktivität gestoppt werden musste. Diese endokardiale Kartierungsmethode wird als direkte visuelle Kartierungsmethode (DVM) bezeichnet.

3. Ergebnisse

3.1. Die anatomischen Eigenschaften der Purkinje-Fasern

Das linke His-Purkinje-System entstand unterhalb der Grenze zwischen dem nichtkoronaren Sinus und dem rechten Koronarsinus. Es führte zu einem linken und rechten Bündelast. Es gab keinen Purkinje-Faserzweig, der 0,5 cm-1,0 cm unterhalb des Klappenanulus gefunden wurde, einschließlich der Aortenklappe und der Mitralklappe, mit Ausnahme des linken His-Bündels zwischen dem Nicht-Koronarsinus und dem rechten Koronarsinus. Es gab keine Purkinje-Faserverzweigung an den Blättchen oder Chordae tendineae der Mitralklappe. Die Hauptäste der linken vorderen oder hinteren Äste breiteten sich zu FTs aus, die mit den Seitenwänden der Papillarmuskeln verbunden waren. Es wurde jedoch kein Purkinje-Faser-Ast in der Nähe des oberen 1/3 des Papillarmuskels gefunden (Abbildung 1).

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Abbildung 1

Die Verteilung der Purkinje-Fasern im linksventrikulären Endokard. (a, d) Innerhalb von 0,5 cm unterhalb der Mitralklappe wurde kein Purkinje-Faserzweig gefunden; (b, e) innerhalb von 0,8 cm unterhalb der Aortenklappe wurde kein Purkinje-Faserzweig gefunden; (c, f) an der Spitze der Papillarmuskeln wurde kein Purkinje-Faserzweig gefunden. MVL, Mitralklappenblatt; LCC, linker Koronarhöcker; RCC, rechter Koronarhöcker.

3.2. Die anatomischen Merkmale der FTs

Die FTs wurden bei allen 12 Hunden auf dem Endokard gefunden und variierten in ihrer Länge. Insgesamt waren 19 FTs länger als 1 cm (2,4 ± 1,03 cm im Durchschnitt; ein bis drei FTs bei jedem der 12 Hunde). Darüber hinaus gab es 66 kleinere FTs mit einer Länge von 0,5 bis 1 cm (zwei bis acht FTs bei jedem der 12 Hunde), wobei winzige FTs (weniger als 0,5 cm) bei jedem Hund häufiger vorkamen. Von den 19 längeren FTs hatten fünf eine Verbindung zu den vorderen Papillarmuskeln, 12 eine Verbindung zu den hinteren Papillarmuskeln und die restlichen zwei hatten keine Verbindung zu irgendeinem Papillarmuskel. Alle FTs enthalten Purkinje-Fasern, auch kleinere und winzige FTs. Die in den FTs enthaltenen Purkinje-Fasern erstrecken sich vom proximalen zum distalen Ende und verbanden die endokardialen Purkinje-Fasern mit den Papillarmuskeln oder benachbarten endokardialen Purkinje-Fasern (Abbildung 2). Interessanterweise gab es in den größeren FTs typisches Arbeitsmyokard und Vasa vasorum (Abbildung 3). Im Gegensatz dazu waren in den Chordae tendineae (echte Sehnen), die die Papillarmuskeln mit dem Mitralklappenblatt verbinden, keine Purkinje-Fasern oder Myokard vorhanden (Abbildung 2).

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3.3. Elektrophysiologische Charakteristika der Purkinje-Fasern an den FTs

Mit Hilfe der DVM-Methode wurde die elektrische Aktivität der Purkinje-Fasern am ventrikulären Endokard der entnommenen Herzen aufgezeichnet, indem der linke Ventrikel pacing oder die automatische elektrische Aktivität aufgezeichnet wurde. Die elektrische Aktivierung des entnommenen Herzens konnte in 38 min∼80 min (56,5 ± 15,1 min) aufgezeichnet werden.

Die elektrophysiologischen Eigenschaften der Purkinje-Fasern auf den FTs waren ähnlich wie die der Fasern auf dem Endokard, einschließlich der bidirektionalen Leitung und der Automatizität (Abbildung 4). Dekrementelle Leitung wurde auch in Purkinje-Fasern auf FTs gefunden (Abbildung 4), insbesondere bei mechanischer Verletzung durch leichte Traktion. Mehrere Reihen von Purkinje-Potentialen wurden im Überlappungsbereich der FTs aufgezeichnet (Abbildung 5).

Abbildung 4

Elektrophysiologisches Mapping des Endokards mit der DVM-Methode. (a) Zwei 20-Elektroden-Mapping-Katheter wurden am septalen LV-Endokard vom oberen Septum bis zum Apex positioniert. Ein Mapping-Katheter (P1-P20) wurde auf eine der FTs geklebt, der andere (P21-P40) wurde auf das angrenzende Purkinje-Netzwerk gelegt. Der Stimulationspunkt befindet sich am proximalen Ende der FT (roter Stern). (b) Färbung mit Lugolscher Flüssigkeit im Endokard des Hundes: Purkinje-Fasern wurden dunkler eingefärbt. (c) Bei der Stimulation von den proximalen FTs, bei der Zykluslänge von 400 ms, war die Leitungsrichtung der Purkinje-Fasern, die sich in den FTs befanden, vom proximalen zum distalen Ende, und die Leitungsrichtung der Purkinje-Fasern auf dem apikalen Endokard war vom distalen zum proximalen Ende. Nach dem Stoppen der Stimulation wurde die Automatik der Purkinje-Fasern von den FTs (die vier bis acht Schläge) beobachtet. (d) Bei der Stimulation mit einer Zykluslänge von 250 ms kam es zu einer dekrementellen Leitung der Purkinje-Fasern, und die Aktivierungssequenzen der Purkinje-Fasern waren die gleichen wie bei der 400 ms-Stimulation (c).

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4. Diskussion

4.1. Wichtigste Ergebnisse

Purkinje-Fasern sind in FTs weit verteilt, die die endokardialen Purkinje-Fasern mit den Purkinje-Fasern der Papillarmuskeln oder des angrenzenden Endokards verbinden. Die elektrophysiologischen Eigenschaften der Purkinje-Fasern in den FT waren ähnlich wie die der Purkinje-Fasern am Endokard.

4.2. Die anatomische Verteilung des Purkinje-Systems im linksventrikulären Endokard

Die Verteilung der Purkinje-Fasern im Endokard weist bestimmte Merkmale auf. Obwohl die Purkinje-Fasern im Endokard weit verteilt sind, gibt es keine Purkinje-Faserverzweigung unter der Mitralklappe und dem oberen 1/3 des Papillarmuskels in dieser Studie. Es gibt keinen Purkinje-Faserzweig im linksventrikulären Ausflusstrakt unter der Aortenklappe, mit Ausnahme des linken His-Bündels zwischen dem Nicht-Koronarsinus und dem rechten Koronarsinus (Abbildung 1). Diese Merkmale sind sehr wichtig, um die Mechanismen der ventrikulären Arrhythmien zu analysieren. Zum Beispiel werden bei der Kartierung der vorzeitigen ventrikulären Komplexe (PVCs), die aus dem Bereich des RCC stammen, häufig hochfrequente Potentiale neben dem RCC vor den QRS-Wellen der PVCs aufgezeichnet. Diese Potentiale sollten nicht als Purkinje-Faser-Potential angesehen werden.

4.3. Die anatomischen und elektrophysiologischen Merkmale der FTs

Die FTs sind einzelne oder multiple, dünne, faserige oder fibromuskuläre Strukturen, die den Hohlraum des linken Ventrikels durchziehen und keine Verbindung zu den Klappenhöckern haben. FTs sind im Endokard von Hunden sehr häufig. Es wurde berichtet, dass FTs faseriges Gewebe, myokardiale Fasern, Purkinje-Fasern und Blutgefäße enthalten. Purkinje-Zellen wurden in den untersuchten Proben nicht beobachtet.

Wir fanden heraus, dass Purkinje-Fasern häufig in FTs zu finden waren, einschließlich kleiner und winziger FTs. Die in den FTs enthaltenen Purkinje-Fasern erstrecken sich vom proximalen bis zum distalen Ende (Abbildung 2). Die elektrophysiologischen Eigenschaften der in den FTs enthaltenen Purkinje-Fasern waren ähnlich wie die der Fasern am Endokard, einschließlich bidirektionaler Leitung, dekrementeller Leitung und Automatizität (Abbildungen 4 und 5). Die verschiedenen FT-Komponenten sind nicht gleich: einige enthalten Kollagenfasern und Purkinje-Fasern, und einige enthalten auch Myokardfasern und Nährstoffgefäße (Abbildung 3).

Wir spekulieren, dass die Korrelation zwischen FTs und dem Purkinje-Fasersystem eine anatomische und elektrophysiologische Grundlage für die Beteiligung von FTs an ventrikulärer Arrhythmie liefern könnte. Wenn das Purkinje-Fasersystem (einschließlich FTs) durch mechanischen Zug, Ischämie, Hypoxie oder andere Faktoren beeinträchtigt wird, könnten sich seine elektrophysiologischen Eigenschaften entsprechend verändern, was zu ventrikulären Arrhythmien führt.

4.4. Klinische Implikation

Die berichtete Prävalenz von FTs bei Patienten, die zur Echokardiographie überwiesen wurden, variiert stark zwischen 0,8 % und 61 % bei Kindern und zwischen 0,3 und 71 % bei Erwachsenen . Einige Studien berichteten, dass FTs eine wichtige Rolle bei ventrikulären Arrhythmien spielen könnten, wie z. B. idiopathische faszikuläre VT oder VT bei strukturellen Herzerkrankungen, insbesondere bei einigen Patienten mit ischämischer Herzerkrankung . Suwa et al. berichteten, dass ILVT nach chirurgischer Resektion von FTs nicht mehr induziert wurde. Die anatomischen und elektrophysiologischen Charakteristika der FTs im Zusammenhang mit ventrikulären Arrhythmien sind jedoch noch nicht gut geklärt.

Aufgrund der Korrelation zwischen Purkinje-Fasern und FTs können FTs an einer Vielzahl von ventrikulären Arrhythmien beteiligt sein. Zum Beispiel ist der zugrundeliegende Mechanismus der links-posterioren faszikulären ventrikulären Tachykardie (LPF-VT) als Reentry mit Beteiligung des linksventrikulären Reizleitungssystems nachgewiesen worden. Der genaue Reentry-Schaltkreis, insbesondere das Substrat der langsamen Erregungszone, bleibt jedoch etwas unklar. In einigen wenigen Fällen mit LPF-VT wurde eine FT, die den septalen Teil der LPF und die Papillarmuskeln verbindet, als ein Teil des reentrierenden Kreislaufs identifiziert. In den meisten Fällen mit LPF-VT konnten jedoch keine nennenswerten FTs nachgewiesen werden. In der vorliegenden Studie wurden winzige FTs gefunden, die das angrenzende Purkinje-Netzwerk auf dem Endokard verbinden. Wir spekulierten, dass die winzigen FT eine wichtige Rolle im reentrierenden Kreislauf der LPF-VT spielen könnten. Die scharfe Kurve oder anisotrope Leitung zwischen FT und dem angrenzenden Purkinje-Netzwerk könnte das Substrat der langsamen Leitungszone sein (Abbildung 6).

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Abbildung 6

Die Schemata unserer Hypothese über die möglichen reentrierenden Schaltkreise der idiopathischen linksfaszialen Kammertachykardie. (a) Die anatomische Struktur und das Leitungsmuster des Purkinje-Netzwerks während des Sinusrhythmus. Während des Sinusrhythmus zeigte der Hauptast des His-Purkinje-Systems (die apikale Hierarchie) eine antegrade Aktivierungssequenz (P2, rote Linien und Pfeile) und aktivierte dann retrograd das Purkinje-Netzwerk auf der basalen Hierarchie (P1, blaue Linien und Pfeile). Die grüne Linie und die Pfeile stellten die winzige FT zwischen dem Purkinje-Netzwerk auf der gleichen basalen Hierarchie oder verschiedenen Hierarchien dar. (b) Während der VT befand sich der reentrante Kreislauf um das Purkinje-Fasernetzwerk, das durch die winzige FT als langsame Leitungszone verbunden sein könnte (rote Linien und Pfeile). Zu beachten ist, dass der linke posteriore Faszikel (P2) ein Bystander des reentrant circuit war. (c) Während der VT in seltenen Fällen stammte die langsame Leitungszone von einer längeren FT, die das Purkinje-Netzwerk und die Papillarmuskeln verbindet (rote Linien und Pfeile). (d) Die mögliche anatomische Grundlage der idiopathischen linksfaszikulären VT in (b) (e) Die mögliche anatomische Grundlage der idiopathischen linksfaszikulären VT in (c) LPF, linker hinterer Faszikel; LAF, linker vorderer Faszikel; LLPF, untere oder basale hierarchische Purkinje-Fasern; PM, Papillarmuskel.

4.5. Einschränkungen

Es gab mehrere Einschränkungen in der vorliegenden Studie. Erstens handelte es sich um eine In-vitro-Tierstudie, und die elektrophysiologischen Eigenschaften könnten sich bis zu einem gewissen Grad von denen eines In-vivo- oder eines Langendorff-Perfusionsherzmodells unterscheiden. Zweitens war die verfügbare Zeit für die visuelle Abbildung der elektrophysiologischen Eigenschaften der Purkinje-Fasern im Detail begrenzt. Drittens wurden die Charakteristika kleiner und kleinster FTs und ihre Reaktion auf Verapamil oder Katecholamin in dieser Studie nicht gut geklärt. Weitere Untersuchungen sollten zu den histologischen und elektrophysiologischen Eigenschaften der kleineren und winzigen FTs durchgeführt werden.

5. Schlussfolgerungen

Die Purkinje-Fasern sind in den hündischen FTs weit verteilt, einschließlich der kleineren und winzigen FTs. Die in den FTs enthaltenen Purkinje-Fasern erstrecken sich vom proximalen bis zum distalen Ende und stellen anatomisch und elektrophysiologisch eine Verbindung zum endokardialen Purkinje-Fasersystem her, das ein wichtiges Substrat für ventrikuläre Arrhythmien sein könnte.

Datenverfügbarkeit

Die statistischen und bildgebenden Daten, die zur Unterstützung der Ergebnisse dieser Studie verwendet wurden, sind im Artikel enthalten.

Interessenkonflikte

Die Autoren erklären, dass es keine Interessenkonflikte im Zusammenhang mit der Veröffentlichung dieser Arbeit gibt.

Danksagungen

Die Autoren danken Dr. Hongyue Wang für seine technische Unterstützung bei der histologischen Färbung und Dr. Shehata für die sprachliche Überprüfung. Diese Arbeit wurde von National Key Project of Research and Development (contract nos. 2016YFC0900900, 2017YFC1307800, and 2016YFC1301300) unterstützt.