Papillarmusklerna fäster inte direkt vid den fasta hjärtväggen

Hjärtats papillarmuskler (PM) spelar en viktig roll för hjärtats funktion. Alla konventionella läroböcker och artiklar om anatomi och kardiologi skildrar PM som att de har en bred direkt anslutning till den fasta delen av hjärtväggen. Eftersom PM:s mekaniska, vaskulära och elektriska anslutningar till hjärtväggen sker genom deras baser kan karaktären på denna anslutning ha viktiga funktionella konsekvenser. Röntgenmultidetector array CT (MDCT) ger en ny avbildningsmetod för att undersöka PM:s infästning in vivo.

PMM:s är långsträckta, avsmalnande muskler som har sitt ursprung i ventriklarnas innervägg och ger upphov till chordae tendineae (bindvävstrådar som fäster vid AV-klaffarnas kanter) vid sina spetsar. När ventriklarna drar ihop sig i systole drar även PM-musklerna ihop sig och hjälper till att förhindra att AV-klaffbladen blir inverterade eller läcker när trycket stiger i ventrikelhålan. Dysfunktion hos PM, t.ex. till följd av ischemi eller infarkt, kan påverka hjärtfunktionen negativt genom resulterande AV-ventilinsufficiens, t.ex. vid akut hjärtinfarkt som påverkar blodtillförseln till PM. Det finns 2 PM i vänster ventrikel (LV) och 2 eller 3 (varierande) i höger ventrikel (RV). Avbrott i PMs har observerats påverka hjärtats väggrörelse, vilket tyder på att de krafter som överförs till väggen från PMs kan vara viktiga när det gäller att bestämma väggrörelsemönstren.1 Dessa krafter kan påverkas av hur PMs är fästa vid väggen. Blodflödet till PM:erna sker via artärer som går in genom deras bas, vilket också gör att deras fastsättning i väggen är viktig. Ledningen av vågen för den elektriska aktiveringen av hjärtat går in i PMs genom basen. Eftersom den korrekta tidpunkten för PM:s sammandragning i förhållande till ventrikelväggen är viktig för att AV-ventilerna ska kunna förseglas på ett korrekt sätt, kan PM:s fastsättning i hjärtväggen också vara viktig för denna aspekt av hjärtfunktionen. Förutom PM:erna innehåller kammarens hålrum ett fodernätverk av långsträckta muskelsträngar, trabeculae carneae, som är fästa vid den fasta delen av väggen i sina ändar och löper över den inre ytan av kammarens hålrum. Trabeculae carneae finns i båda ventriklarna, även om de är mer framträdande i RV.

I vanliga läroböcker om kardiologi och anatomi beskrivs PM som att de uppstår direkt från den fasta delen av hjärtväggen, med en bred bas där de fäster vid väggen, ungefär som tummen som växer fram ur handflatan, och som smalnar av till chordae tendineae-utgångarna i deras spetsar. Konventionella avbildningsmetoder har dock hittills inte haft tillräcklig rumslig upplösning för att studera hur PMs fäster vid väggen in vivo. MDCT med kontrastförstärkning av blodet är en ny tomografisk avbildningsmetod som möjliggör högupplöst 3D-avbildning av ventrikelhålan in vivo, med tydlig visualisering av PMs och trabeculae carneae som kantar hålan i olika faser av hjärtcykeln.2 MDCT användes för att visualisera PMs och deras förhållande till de fasta och trabekulära delarna av hjärtväggen.

Metoder

Patienturval

Den 3D-bilddata som förvärvats på 25 konsekutiva, icke-selekterade försökspersoner, som avbildats för eventuell kranskärlssjukdom med hjälp av MDCT med standardmetoder, undersöktes retrospektivt i enlighet med ett protokoll som godkänts av en institutionell granskningsnämnd för att utvärdera karaktären av PMs fastsättning i hjärtväggen. Eftersom detta var en retrospektiv studie inhämtades inte informerat samtycke direkt från försökspersonerna.

Avbildningsmetoder

Ett 16-radig MDCT-system (Sensation 16, Siemens Medical Solutions) användes för att avbilda försökspersonerna. Patienterna fick β-blockerare för att sänka sin hjärtfrekvens, helst till ≤60 bpm. Kontrastförstärkning erhölls med 140 mL röntgenkontrastmedel som infunderades intravenöst med 4 mL/s. Bildförvärvet tidsbestämdes så att det sammanföll med toppförstärkningen av blodet i hjärtat. CT-bildförvärvet/rekonstruktionen var gated till diastole (vid en effektiv tidpunkt på 350 eller 400 ms före QRS-komplexet i EKG) för att minimera rörelseeffekter på bilderna och för att fånga hjärtat i ett relativt avslappnat tillstånd; bilder rekonstruerades även vid andra effektiva tidpunkter i hjärtcykeln. Bildinsamlingen var så kort att hjärtats volym kunde täckas under ett enda andningsuppehåll. Den effektiva varaktigheten för varje bilduppsättning inom hjärtcykeln var ≈120 ms. Bilderna rekonstruerades som 3D-datamängder med en isotropisk spatial upplösning på 0,75 mm. Bildanalysen utfördes genom interaktiv 3D-omformatering av bilddata med hjälp av CT-tillverkarens standardarbetsstation och programvara för bildbehandling. Omformaterade bildplan med en effektiv tjocklek på 0,75 mm valdes interaktivt för rekonstruktion av PMs.

Resultat

Bilduppsättningar som rekonstruerades vid en rad effektiva hjärtcykelfaser undersöktes. Bilder som rekonstruerades nära mitten och slutet av diastolen var bäst för att avgränsa PM-anslutningarna; nära slutet av systolen gjorde bildsvaghet och kollaps av de blodfyllda utrymmena mellan trabeculae carneae det svårt att se PM-anslutningarna till trabeculae. I alla undersökta fall hade PM:s bas inte direkt kontakt med eller anslöt sig till den fasta delen av hjärtväggen. I stället slutade PM:s bas i alla fall i kontakt med nätverket av trabeculae carneae som kantar ventrikelhålan, ovanför själva ytan på den fasta delen av hjärtväggen. Detta gällde både för LV- och RV-PM. Representativa bilder från en försöksperson som visar detta förhållande visas i figur 1. Avsaknaden av PM-anslutningar till den fasta väggen kan ses med sammanhängande rekonstruktionsplan genom baserna (figur 2). Bildkvaliteten var otillräcklig för att bedöma PM:s artärförsörjning.

Diskussion

MDCT med 3D-rekonstruktion visar tydligt hur PMs fästning vid hjärtväggen är beskaffad. PM-basen ansluter sig till nätverket av trabeculae carneae som kantar ventrikelhålan snarare än direkt till den solida delen av hjärtväggen, vilket tidigare antagits.

Förra studier

Det har endast diskuterats i begränsad omfattning hur PM-basen är uppbyggd i tidigare artiklar; det kliniska intresset har främst inriktats på PM:s blodtillförsel och på variationer i den övergripande placeringen, antalet och fästpunkterna för chordae tendineae på variabla huvudformer.3,4 Förekomsten av en ”gräns” mellan PM och väggen i hundhjärtat har noterats men utan vidare diskussion5 (ett diagram i den artikeln visar standardrepresentationen av en bred kontakt mellan PM-basen och väggen); i den studien noterades också en plötslig förändring av fibervinkeln mellan den solida väggen och PM. PM har beskrivits som ”djupt underskurna”, men uppenbarligen utan en fullständig uppskattning av arten av deras basers fastsättning på trabeculae carneae snarare än direkt på den fasta hjärtväggen.6 I en studie av 100 obduktionshjärtan beskrevs ungefär hälften av proverna som att de hade ”lika sessila och intramurala” PM, med resten uppdelat mellan ”mestadels intramurala” (med eller utan ”spetsförankring”) och ”mestadels sessila”, men återigen utan en tydlig beskrivning av deras basers fastsättning på väggen.7 Den observation som rapporteras här att PMs fäster vid hjärtväggen vid trabeculae carneae snarare än direkt vid den fasta delen av väggen verkar således vara ny.

Det kan tyckas förvånande att det korrekta förhållandet mellan PMs och hjärtväggen inte har uppskattats tidigare. Flera faktorer har dock troligen bidragit till detta. Anatomiska och patologiska studier utförs vanligen på döda hjärtan i ett starkt kontraherat tillstånd, vilket i praktiken kollapsar utrymmena mellan trabekelerna under PM:s bas. Deras bas är också dold från direkt syn vid den vanliga visuella inspektionen av ventrikelns inre, t.ex. vid kirurgi. Vid röntgenprojektion, t.ex. kontrastventrikulografi, kan bilder av överliggande strukturer dölja hur PM-baserna är fästade. Andra tomografiska avbildningstekniker har i allmänhet lägre rumslig upplösning än den isotropa submillimeterupplösning som kan uppnås med nuvarande MDCT, vilket gör det svårare att bedöma trabekulära strukturer under PM-basen. I hjärt-MRI är t.ex. pixelupplösningen i plan vanligtvis 1-2 mm och skivtjockleken ≥5 mm, medan upplösningen i ekokardiografi längs strålriktningen vanligtvis är ≤1 mm, men upplösningen tvärs över strålen är något sämre. Tekniska förbättringar kommer otvivelaktigt också att göra detta förhållande tydligt med andra avbildningsmetoder.8 Slutligen har fördomen att förvänta sig att se den ”konventionella” versionen av anatomin vid PM:s bas otvivelaktigt lett till att observatörer inte har lyckats uppskatta dess sanna natur.

Funktionella konsekvenser

Vi kan spekulera om vissa funktionella konsekvenser av denna nya förståelse av PM:s förhållande till hjärtväggen. Att ha en bred nätliknande snarare än pelarliknande infästning till väggen kan minska spänningskoncentrationen i väggen nära PM-baserna. Å andra sidan kan spänningskoncentrationer vid fästpunkterna mellan PM och trabeculae göra basen mer sårbar för bristning vid dessa punkter. Att ha en bredare effektiv bas och flera fästpunkter för PMs kan ge redundans och därmed ett visst skydd mot fullständigt mekaniskt fel. (Frågor som rör effekten av att lämna chordae tendineae intakt under mitralisklaffkirurgi är i huvudsak oberoende av hur PM-baserna fästs). På samma sätt kan det faktum att blodtillförseln till PM:erna kommer in från en bredare effektiv bas bidra till att ge större möjligheter till redundans för kollateral perfusion och därmed ett visst skydd mot ischemi. Dessutom kan en liten fördröjning efter inledningen av sammandragningen av ventrikelväggen före sammandragningen av PMs, vilket har observerats experimentellt i vissa studier, göra det möjligt för AV-klaffbladen att stänga sig friare innan spänningen byggs upp i PMs.9 Den lilla extra ledningstid som krävs för att aktiveringsvågfronten ska nå PMs, som orsakas av en något mer omständlig väg genom trabeculae snarare än direkt från väggen, skulle kunna ge en sådan kort fördröjning.

Dr Jill Jacobs och James Slater övervakade förvärvet av MDCT-bilderna.

Fotnoter

Korrespondens till Leon Axel, PhD, Department of Radiology, NYU School of Medicine, 650 First Ave, Room 600A, New York, NY 10016. E-post

• 1 Takayama Y, Holmes JW, LeGrice I, et al. Förbättrad regional deformation vid den främre papillarmuskelns insättningsplats efter chordal transektion. Circulation. 1996; 93: 585-593.CrossrefMedlineGoogle Scholar
• 2 Flohr TG, Schoepf UJ, Kuettner A, et al. Advances in cardiac imaging with 16-section CT systems. Acad Radiol. 2003; 10: 386-401.CrossrefMedlineGoogle Scholar
• 3 Estes EH, Dalton FM, Entman ML, et al. The anatomy and blood supply of the papillary muscles of the left ventricle. Am Heart J. 1966; 71: 356-362.CrossrefMedlineGoogle Scholar
• 4 Ranganathan N, Burch GE. Gross morphology and arterial supply of the papillary muscles of the left ventricle of man. Am Heart J. 1969; 77: 506-516.CrossrefMedlineGoogle Scholar
• 5 Holmes JW, Takayama Y, LeGrice I, et al. Deprimerad regional deformation nära främre papillarmuskeln. Am J Physiol. 1995; 269: H262-H270.MedlineGoogle Scholar
• 6 Taylor JR, Taylor AJ. Thebesian sinusoids: glömda kollateraler till papillarmusklerna. Can J Cardiol. 2000; 16: 1391-1397.MedlineGoogle Scholar
• 7 Victor S, Nayak VM. Variationer i papillarmusklerna hos den normala mitralisklaffen och deras kirurgiska relevans. J Card Surg. 1995; 10: 597-607.CrossrefMedlineGoogle Scholar
• 8 Peters DC, Ennis DB, McVeigh ER. Högupplöst MRT av hjärtfunktion med projektionsrekonstruktion och steady-state fri precession. Magn Reson Med. 2002; 48: 82-88. CrossrefMedlineGoogle Scholar
• 9 Mazilli M, Sabbah HN, Goldstein S, et al. Bedömning av papillarmuskelns funktion i det intakta hjärtat. Circulation. 1985; 71: 1017-1022.CrossrefMedlineGoogle Scholar