Localisation and quantitation of autonomic innervation in the porcine heart II: endocardium, myocardium and epicardium

Abstract

The immunological problems of pig hearts supporting life in human recipients have potentially been solved by transgenic technology. Nevertheless, other problems still remain. Autonomic innervation is important for the control of cardiac dynamics and there is evidence suggesting that some neurons remain intact after transplantation. Previous studies in the human heart have established regional differences in both general autonomic innervation and in its component neural subpopulations. Such studies are lacking in the pig heart. Quantitative immunohistochemical and histochemical techniques were used to demonstrate the pattern of innervation in pig hearts (Sus scrofa). Gradients of immunoreactivity for the general neural marker protein gene product 9.5 were observed both within and between the endocardial, myocardial and epicardial plexuses throughout the 4 cardiac chambers. An extensive ganglionated plexus was observed in the epicardial tissues and, to a lesser extent, in the myocardial tissues. The predominant neural subpopulation displayed acetylcholinesterase activity, throughout the endocardium, myocardium and epicardium. These nerves showed a right to left gradient in density in the endocardial plexus, which was not observed in either the myocardial or epicardial plexuses. A large proportion of nerves in the ganglionated plexus of the atrial epicardial tissues displayed AChE activity, together with their cell bodies. Tyrosine hydroxylase (TH)-immunoreactive nerves were the next most prominent subpopulation throughout the heart. THimmunoreactive cell bodies were observed in the atrial ganglionated plexuses. Endocardial TH-and NPYimmunoreactive nerves also displayed a right to left gradient in density, whereas in the epicardial tissues they showed a ventricular to atrial gradient. Calcitonin gene-related peptide (CGRP)-immunoreactive nerves were the most abundant peptide-containing subpopulation after those possessing NPY immunoreactivity. They were most abundant in the epicardial tissues of the ventricles. Several important differences were observed between the innervation of the pig heart compared with the human heart. These differences may have implications for the function of donor transgenic pig hearts within human recipients.

In Vivo Imaging of Human Acetylcholinesterase Density in Peripheral Organs Using 11C-Donepezil: Dosimetry, Biodistribution, and Kinetic Analyses

“…Although the heart receives parasympathetic innervation, the relative distribution of this innervation to different parts of the heart is unclear. Previous studies in pigs and humans (15,16) demonstrated a dense network of acetylcholinesterase-rich nerve fibers in the endo-, myo-, and epicardium, but some of these fibers probably originate from intrinsic cardiac ganglia. More recently, it has been shown that cardiomyocytes synthesize and secrete acetylcholine to support parasympathetic cardiac innervation (17), although no specific staining for acetylcholinesterase was performed in these studies.…”

Influence of bisfenol A on chemical coding of the nerve fibers of the cardiac apex in the domestic pig

“…Jest to generalnie zgodne z wcześniejszymi obserwacjami dotyczącymi włókien zlokalizowanych w innych częściach serca, takich jak przegroda lub ściany przedsionków i komór (31,35,45), w których (podobnie jak podczas niniejszych badań) obserwowano NPY, VAChT, TH oraz SP (8,9,45). Z drugiej jednak strony, zauważyć można pewne różnice pomiędzy neurochemiczną charakterystyką włókien nerwowych zaopatrujących koniuszek serca (wyniki niniejszych badań) a strukturami nerwowymi w innych częściach serca opisanymi we wcześniejszych eksperymentach (31).…”

“…Chodzi mianowicie o immunoreaktywność wobec CGRP. W niniejszym doświadczeniu nie stwierdzono takich włókien ani w warunkach fizjologicznych, ani po podaniu bisfenolu A. Natomiast wcześniejsze badania wykazały stosunkowo dużą ilość CGRP-pozytywnych struktur nerwowych w innych częściach mięśnia sercowego (8,31,35). Ponadto wiadomo, iż CGRP jest ważnym czynnikiem regulującym pracę serca, który między innymi bierze udział w kontroli przepływu krwi przez naczynia wieńcowe oraz wykazuje działanie inotropowo-dodatnie oraz kardioprotekcyjne (11,21).…”

“…O ile rola nerwów adrenergicznych (immunoreaktywnych wobec TH) oraz cholinergicznych (immunoreaktywnych wobec VAChT) w regulacji pracy serca jest powszechnie znana (8,31,35) i nie wymaga dokładniejszego omó-wienia, o tyle szczegółowe mechanizmy związane z funkcjami NPY i SP nie są już tak jednoznaczne. W dotychczasowych badaniach potwierdzono, że NPY występuje przede wszystkim w nerwach współczul-nych i poprzez kilka klas receptorów (oznaczonych jako NPYR1-NPYR6), szeroko rozpowszechnionych w sercu, oddziałuje na ten narząd w sposób kompleksowy (33).…”

Electrophysiological effects of right and left vagal nerve stimulation on the ventricular myocardium

“…A histological study (14) has shown that there may be small differences in the parasympathetic innervation of the RV and LV; however, few studies have analyzed functional regional differences in detail. Martin et al (35) demonstrated that left VNS showed a slightly greater prolongation of the LV epicardial posterior wall (mean difference of 1.2 ms) compared with right VNS in a canine model.…”