Increased Resistance Against Shortening in Myocardium from Recipient Hearts of 7 Patients Transplanted for Dilated Cardiomyopathy

Summary

The contractile behaviour of demembranized atrial and ventricular myocardium of 7 patients transplanted for end-stage heart failure (ESHF) was analyzed. Atrial muscle specimens of patients undergoing coronary artery bypass surgery (n = 9) and pig papillary muscle were used as reference preparations (n = 9). Kxtreme care was taken for dissection and mounting the muscle fibres (0.3 × 6 mm) in order to keep the passive series compliance small. Calcium sensitivity, cross-bridge cycling rate (estimated by the force-clamping technique and calculation of the shortening velocity at zero load [Vmax]) and isometric force development were measured. Analysis on light- and electronmicroscopic level was carried out.

Results: 1) Calcium sensitivity was not altered in ESHF patients; 2) the velocity of the force generating process (cross-bridge cycling rate) was normal in ventricular and reduced in atrial ESHF myocardium, 3) maximum isometric force development was reduced in ventricular, but not in atrial myocardium of ESHF patients, and 4) Vmax was significantly reduced in ventricular and atrial FSHF myocardium (p<0.0001). Perimysial and endomysial fibrosis was present in ventricular, not in atrial myocardium of ESHF patients.

Conclusion: A normal cross-bridge cycling rate in left-ventricular ESHF myocardium combined with a decreased capability of muscle shortening indicates the presence of a resistance against shortening localized either on the crossbridge level or/and due to intra- and pericellular fibrosis. Left-ventricular contractile dysfunction in patients with endstage heart failure may be related to a normal contractile apparatus contracting within an abnormal intracellular or interstitial environment.

Zusammenfassung

Das Kontraktionsverhalten demembranisierter atrialer und ventrikulärer Muskelfasern von 7 Empfängerherzen transplantierter Patienten wurde untersucht. Atriales Myokard von Patienten, die sich einer Bypassoperation (n = 9) unterzogen und linksventrikuläre Papillarmuskeln von Schweinen (n = 9) dienten als Referenzpräparate. Die Kalziumsensitivität, die Querbrückenzyklusgeschwindigkeit (gemessen durch die Zeitkonstante isometrischer Kraftanstiege nach “force-clamping” und durch Extrapolation auf die lastfreie Verkürzungsgeschwindigkeit, Vmax) und die isometrische Kraftentwicklung wurden analysiert. Eine licht- und elektronenoptische Untersuchung schloß sich an.

Ergebnis: 1) die Empfindlichkeit der kontraktilen Proteine für Kalzium war bei terminaler Herzinsuffizienz unverändert; 2) die Arbeitsgeschwindigkeit der Kraftgeneratoren (Querbrücken) war in Empfängerherzen normal; 3) das Ausmaß der isometrischen Kraftentwicklung war im ventrikulären, nicht im atrialen Myokard reduziert; 4) die lastfreie Verkürzungsgeschwindigkeit war bei terminaler Herzinsuffizienz erheblich vermindert (p < 0.0001). Massive perimysiale und endomysiale Fibrosierung wurde in ventrikulären, nicht in atrialen Fasern von Empfängerherzen gefunden.

Das gleichzeitige Auftreten einer normalen Querbrücken-zyklusgeschwindigkeit und einer Verminderung der Verkürzungsfähigkeit spricht für das Vorliegen eines Widerstandesgegen Verkürzung bei terminaler Herzinsuffizienz. Dieser kann auf der Ebene des kontraktilen Apparates oder im interstitiellen Gewebe angesiedelt werden. Damit stehen die Ergebnisse im Einklang mit der Hypothese, daß bei manchen Formen terminaler Herzinsuffizienz ein “gesunder kontraktiler Apparat” in einer “kranken Umgebung” arbeitet.

Key words

Heart transplantation - Recipient heart - Contractility - Calcium sensitivity - Skinned fibres - End-stage heart failure