Abstract
Introductie. Purkinje systeem en valse pezen (FTs) zijn gerelateerd aan ventriculaire aritmie, maar de associatie tussen Purkinje vezels en FTs is niet duidelijk. Deze studie onderzocht de associaties van anatomische en elektrofysiologische karakteristieken tussen Purkinjevezels en FTs. Methoden en resultaten. We optimaliseerden het protocol van Lugol’s jodium oplossing kleuring van Purkinje vezels om de anatomische structuur te bestuderen en ontwikkelden een nieuwe elektrofysiologische mapping methode, genaamd de direct visual mapping (DVM) methode, om de elektrofysiologische karakteristieken te bestuderen. Door gebruik te maken van de bovengenoemde innovaties in 12 honden, vonden we het volgende. (1) Er was geen Purkinje vezel gevonden 0,5 cm-1,0 cm onder de klep annulus of op de folders of chordae tendineae van de mitralisklep of grenzend aan de top 1/3 van de papillaire spier. (2) Purkinjevezels kwamen voor in alle FT’s, ook in kleinere en piepkleine FT’s. (3) De Purkinjevezels in de FT’s strekten zich uit van het proximale tot het distale uiteinde, en hun elektrofysiologische kenmerken waren vergelijkbaar met de vezels op het endocard, inclusief anterograde, retrograde, en decrementele geleiding en automatisme. Conclusies. Purkinje vezels worden algemeen aangetroffen in FTs. De elektrofysiologische karakteristieken van de Purkinjevezels in FTs zijn vergelijkbaar met de vezels op het endocard. FTs zouden een anatomische en elektrofysiologische basis kunnen hebben voor ventriculaire aritmie.
1. Inleiding
Het Purkinje-netwerk is een gespecialiseerd geleidingssysteem in het hart dat verantwoordelijk is voor de elektrische geleiding van de hartkamers, en het is ook betrokken bij het mechanisme van bepaalde ventriculaire tachyaritmieën (Purkinje-gerelateerde aritmieën genoemd), waaronder monomorfe ventriculaire tachycardie (VT), polymorfe VT, en ventriculaire fibrillatie (VF) . De valse pees (FT) is een veel voorkomende intraventriculaire anatomische variatie. Het verwijst naar een fibroom of fibromusculaire structuur die bestaat in de ventrikel naast de normale verbinding van papillaire spier en mitralis- of tricuspidalisklep. Vele klinische studies hebben aangetoond dat FT’s nauw verband houden met ventriculaire aritmieën . Idiopathische linkerventrikeltachycardie (ILVT) is een veel voorkomende reentrerende ventriculaire aritmie die haar oorsprong vindt in de linkerventrikel. Er is gerapporteerd dat het anatomische substraat ervan nauw verwant is met FT . FT’s zijn ook gerelateerd aan het optreden van ventriculaire premature slagen. Heeft FTs de anatomische en elektrofysiologische basis voor ventriculaire aritmie? In sommige eerdere studies werden Purkinje-cellen gevonden in FTs . Is het bestaan van Purkinjevezels in FT’s echter toeval of een algemeen verschijnsel? Of deze Purkinje vezels elektrische geleidingseigenschappen hebben en welke rol deze Purkinje vezels spelen in ventriculaire aritmieën is niet goed onderzocht.
2. Materialen en Methoden
2.1. Hart Isolatie en Voorbereiding
Alle protocollen voor dierproeven in dit onderzoek werden goedgekeurd door de Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) van het Algemeen Ziekenhuis van het Noordelijk Theater Commando. Alle procedures in dierproeven waren volledig in overeenstemming met de aanbevelingen voor dierstudies volgens de Verklaring van Helsinki van de World Medical Association en de Europese (2010/63/EU) richtlijnen voor de verzorging en het gebruik van proefdieren.
Twaalf bastaardhonden (21,5 ± 2,5 kg) werden gebruikt in dit onderzoek. Deze honden werden verdoofd met midazolam (0,5 mg/kg IM) en vervolgens ter dood gebracht door het injecteren van lucht (100-150 ml) in hun femorale ader. De harten werden onmiddellijk na de dood geoogst via een mediale sternotomie. Naar gelang van de verschillende experimentele doeleinden werden de harten zo snel mogelijk geprepareerd en verwerkt. Het endocard van zes harten werd gekleurd met Lugol’s oplossing om de anatomische structuur van de Purkinjevezels te observeren. Nog eens zes harten werden gebruikt om de elektrofysiologische kenmerken van het Purkinje-systeem te observeren door middel van een visuele mapping-methode. De hartpreparatie methode voor Lugol’s oplossing kleuring en visuele mapping was als volgt. Eerst werd de in vitro hart gesneden vanaf de mitralisklep annulus naar de apex langs de linker vrije wand ventrikel, en de aorta ring werd ingesneden om volledig bloot te leggen de linker ventrikel anterior en posterior papillair spieren. Vervolgens werd het endocard relatief afgevlakt, en het resterende bloed op het endocard werd gewist met een wattenstaafje.
2.2. Lugol’s Solution Staining
Lugol’s oplossing werd van tevoren (korter dan een week) bereid door I2 (4%, ) en KI (4%, ) op te lossen in gedeïoniseerd water onder milde omstandigheden, en het werd beschermd tegen licht. Lugol’s oplossing werd gelijkmatig op het endocardium van een geprepareerd hart gespoten en 0,5-2 minuten laten inwerken om de Purkinjevezels te kleuren. Het kleuringproces werd herhaald als de kleur vervaagde of verdween. Een stereoscopische microscoop (anatomische lens) werd gebruikt om kleine of complexe anatomische structuren zichtbaar te maken.
2.3. Histologische kleuring
De harten werden gefixeerd in 10% formaline, ingebed in paraffine, en in plakjes van 5 μm doorgesneden. De weefselsecties werden gekleurd met hematoxyline-eosine (HE) kleuring, Masson’s kleuring, periodiek zuur Schiff (PAS) kleuring, en connexine 40 immunohistochemische kleuring.
2.4. Direct Visual Mapping Methode
Het geprepareerde hart werd ondergedompeld in een verwarmde (37 ° C) lactaat Ringer’s oplossing. Twee 20-elektrode hoge dichtheid katheters (1 mm elektrode, 1 mm spacing) werden dicht geplaatst op het gebied van belang onder direct zicht, zoals de tak van Purkinje vezels, anterior of posterior papillaire spieren, en FTs. Dan, elektrofysiologische studie en in kaart brengen, met inbegrip van geprogrammeerde stimulatie, activering in kaart brengen, en tempo mapping, werden uitgevoerd in vitro. Het hart werd ondergedompeld in koude (<10 ° C) lactated Ringer’s oplossing gedurende vijf seconden, indien aanhoudende aritmie (zoals VT of VF) was niet tempo beëindigbare of automatische elektrische activiteit moest worden gestopt. Deze endocardiale mapping methode wordt directe visuele mapping (DVM) methode genoemd.
3. Resultaten
3.1. De Anatomische Kenmerken van Purkinje Fibers
Het linker His-Purkinje systeem ontstond onder de grens tussen de niet-coronaire sinus en de rechter coronaire sinus. Het gaf aanleiding tot een linker en rechter bundeltak. Er was geen Purkinje vezeltak gevonden 0.5 cm-1.0 cm onder de klep annulus, inclusief de aortaklep en mitralisklep, behalve de linker His bundel tussen de niet-coronaire sinus en rechter coronaire sinus. Er was geen Purkinje vezel tak op de folders of chordae tendineae van de mitralisklep. De belangrijkste takken van de linker anterieure of posterieure takken verspreidden zich naar FTs die verbonden met de zijwanden van de papillaire spieren. Echter, geen Purkinje vezel tak werd gevonden grenzend aan de top 1/3 van de papillaire spier (figuur 1).
(a)
(b)
(c)(c)
(d)
(e)
(f)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
3.2. De Anatomische Kenmerken van FTs
FTs werden gevonden op het endocardium in alle 12 honden en de lengte varieerde. In totaal waren 19 FTs langer dan 1 cm (gemiddeld 2,4 ± 1,03 cm; één tot drie FTs bij elk van de 12 honden). Bovendien waren er 66 kleinere FT’s, variërend van 0,5 tot 1 cm lang (twee tot acht FT’s bij elk van de 12 honden), en kleine FT’s (minder dan 0,5 cm) kwamen bij elke hond meer voor. Onder de 19 langere FTs, vijf verbonden met anterior papillaire spieren, 12 verbonden met posterior papillaire spieren, en de resterende twee niet verbonden met een papillaire spier. Alle FT’s bevatten Purkinje-vezels, ook de kleinere en piepkleine FT’s. De Purkinjevezels in de FT’s strekken zich uit van het proximale tot het distale uiteinde en verbonden de endocardiale Purkinjevezels met de papillaire spieren of de aangrenzende endocardiale Purkinjevezels (figuur 2). Interessant is dat er typische werkende myocardium en vasa vasorum in de grotere FTs (figuur 3). Integendeel, er was geen Purkinje vezel of myocardium in de chordae tendineae (echte pezen), die de papillaire spieren verbonden met de mitralisklep blad (figuur 2).
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
(g)
(h)
(a)
(b)(b)
(c)
(d)
(a)
(b)
(c)
(d)
3.3. Elektrofysiologische kenmerken van Purkinje vezels op de FTs
Met behulp van de DVM-methode, werd de elektrische activiteit van Purkinje vezels opgenomen op de ventriculaire endocard van geoogste harten door pacing de linker ventrikel of het opnemen van de automatische elektrische activiteit. De elektrische activering van de geoogste hart kon worden opgenomen in 38 min / 80 min (56,5 ± 15,1 min).
De elektrofysiologische kenmerken van Purkinje vezels op FTs waren vergelijkbaar met vezels op endocardium, met inbegrip van bidirectionele geleiding en automatisme (figuur 4). Afnemende geleiding werd ook gevonden in Purkinjevezels op FTs (Figuur 4), vooral tijdens mechanisch letsel door lichte tractie. Meerdere rijen Purkinje potentialen werden opgenomen in het overlappende gebied van FTs (figuur 5).
(a)(a)
(b)(b)
(b)
(b)
(b)
(b)
(a)(a)
(b)
4. Discussie
4.1. Belangrijkste bevindingen
Purkinjevezels zijn wijd verspreid in FTs, die de endocardiale Purkinjevezels verbonden met de Purkinjevezels van papillaire spieren of aangrenzend endocard. De elektrofysiologische karakteristieken van de Purkinjevezels in FT waren gelijkaardig aan die van de Purkinjevezels op endocardium.
4.2. De Anatomische Distributie van het Purkinje Systeem in het Linker Ventrikel Endocardium
De distributie van Purkinje vezels in het endocardium heeft bepaalde karakteristieken. In deze studie, hoewel Purkinje vezels wijd verspreid zijn in het endocardium, is er geen Purkinje vezeltak onder de mitralisklep en het bovenste 1/3 van de papillaire spier. Er is geen Purkinje vezel tak in de linker ventrikel outflow tract onder de aortaklep, met uitzondering van de linker His bundel tussen de niet-coronaire sinus en de rechter coronaire sinus (figuur 1). Deze kenmerken zijn zeer belangrijk om de mechanismen van ventriculaire aritmieën te analyseren. Bijvoorbeeld, bij het in kaart brengen van de premature ventriculaire complexen (PVC’s) afkomstig uit het gebied van de RCC, worden hoogfrequente potentialen gewoonlijk opgenomen naast de RCC vóór de QRS-golven van PVC’s. De potentialen moeten niet worden beschouwd als Purkinje vezel potentiaal.
4.3. De Anatomische en Elektrofysiologische Kenmerken van FTs
FTs zijn enkelvoudige of meervoudige, dunne, fibreuze of fibromusculaire structuren die de holte van de linker ventrikel doorkruisen en geen verbinding hebben met de valvulaire cuspen. FT’s komen veel voor in het endocardium van de hond. Er is gerapporteerd dat FT’s vezelig weefsel, myocardvezels, Purkinjevezels en bloedvaten bevatten. Purkinje cellen werden niet waargenomen in de bestudeerde specimens.
Wij vonden dat Purkinje vezels veelvuldig werden aangetroffen in FTs, inclusief kleinere en piepkleine FTs. De Purkinje-vezels in de FT’s strekken zich uit van het proximale tot het distale uiteinde (figuur 2). De elektrofysiologische kenmerken van de Purkinjevezels in de FT’s waren vergelijkbaar met die van de vezels op het endocard, met inbegrip van bidirectionele geleiding, degressieve geleiding en automatisme (figuren 4 en 5). Verschillende FT componenten zijn niet hetzelfde: sommige bevatten collageen vezel en Purkinje vezel, en sommige bevatten ook myocardiale vezels en voedingsvaten (figuur 3).
We speculeren dat de correlatie tussen FTs en de Purkinje vezel systeem zou kunnen anatomische en elektrofysiologische basis voor FTs die deelnemen aan ventriculaire aritmie te bieden. Wanneer het Purkinje vezelstelsel (inclusief FT’s) wordt beïnvloed door mechanische tractie, ischemie, hypoxie of andere factoren, kunnen de elektrofysiologische kenmerken ervan dienovereenkomstig veranderen, met ventriculaire aritmieën tot gevolg.
4.4. Klinische implicaties
De gemelde prevalentie van FTs bij patiënten die voor echocardiografie zijn doorverwezen, varieert sterk van 0,8% tot 61% bij kinderen en van 0,3 tot 71% bij volwassenen. Sommige studies meldden dat FTs een belangrijke rol zouden kunnen spelen bij ventriculaire aritmieën, zoals idiopathische fasciculaire VT of VT bij structurele hartziekten, vooral bij sommige patiënten met ischemische hartziekten . Suwa et al. meldden dat ILVT niet langer werd geïnduceerd na chirurgische resectie van FTs . De anatomische en elektrofysiologische karakteristieken van FTs gerelateerd aan ventriculaire aritmieën zijn echter niet goed opgehelderd.
Omdat er een correlatie bestaat tussen Purkinjevezels en FTs, kunnen FTs betrokken zijn bij een verscheidenheid aan ventriculaire aritmieën. Zo is bijvoorbeeld aangetoond dat het onderliggende mechanisme van links-posterieure fasciculaire ventriculaire tachycardie (LPF-VT) een reentrerend circuit is waarbij het linker ventriculaire geleidingssysteem betrokken is. Het exacte reentrerende circuit, in het bijzonder het substraat van de trage geleidingszone, blijft echter enigszins onduidelijk. In enkele gevallen van LPF-VT werd een FT die het septale gedeelte van de LPF en de papillairspieren verbindt, geïdentificeerd als een deel van het reentrerende circuit. In de meeste gevallen met LPF-VT konden echter geen aanzienlijke FT’s worden gedetecteerd. In de huidige studie werden kleine FTs gevonden die het aangrenzende Purkinje netwerk op het endocard verbonden. We speculeerden dat de kleine FT een belangrijke rol zouden kunnen spelen in het reentrante circuit van LPF-VT. De scherpe bocht of anisotrope geleiding tussen FT en het aangrenzende Purkinje netwerk zou het substraat kunnen zijn van de langzame geleidingszone (figuur 6).
(a)
(b)(b)
(c)(c)
(d)
(e)(e)
(a)(a)
(b)
(c)
(d)
(e)
4.5. Beperkingen
Er waren verschillende beperkingen in de huidige studie. Ten eerste, dit was een in vitro dierstudie, en de elektrofysiologische eigenschappen kunnen verschillen tot op zekere hoogte van die van een in vivo of in een Langendorff perfusie hart model. Ten tweede, de duur beschikbaar voor visuele in kaart brengen van de elektrofysiologische kenmerken van Purkinje vezels in detail was beperkt. Ten derde zijn de karakteristieken van kleinere en piepkleine FTs en hun reactie op verapamil of catecholamine niet goed opgehelderd in deze studie. Verder onderzoek moet worden verricht naar de histologische en electrofysiologische karakteristieken van de kleinere en piepkleine FTs.
5. Conclusies
De Purkinje-vezels zijn wijdverspreid in de FT’s van de hond, inclusief de kleinere en piepkleine FT’s. De Purkinje vezels in de FTs strekken zich uit van het proximale tot het distale uiteinde, anatomisch en elektrofysiologisch verbindend met het endocardiale Purkinje vezel systeem, dat het belangrijke substraat zou kunnen zijn voor ventriculaire aritmieën.
Beschikbare gegevens
De statistische en beeldgegevens die zijn gebruikt om de bevindingen van deze studie te ondersteunen zijn opgenomen in het artikel.
Conflicts of Interest
De auteurs verklaren dat er geen belangenconflicten zijn met betrekking tot de publicatie van dit artikel.
Acknowledgments
De auteurs danken Dr. Hongyue Wang voor zijn technische assistentie bij de histologische kleuring en Dr. Shehata voor het nakijken van de taal. Dit werk werd ondersteund door National Key Project of Research and Development (contract nos. 2016YFC0900900, 2017YFC1307800, en 2016YFC1301300).