B Wüsten

Quantification of collateral resistance in acute and chronic experimental coronary occlusion in the dog.

The resistance to coronary blood flow in various parts of the myocardium was studied with the tracer mkrospberes technique before and immediately after an acute coronary occlusion and several weeks after a more slowly occurring coronary occlusion by Ameroid constrictor. All experiments were carried out in the isolated, metabolically supported, empty, beating dog heart at maximal coronary vasodilation induced with adenosine. Coronary resistance of the normal empty beating heart at maximal coronary vasodilation was 0.20 mm mm Hg/(ml/min) per 100 g of tissue (subepicardium) and 0.16 mm Hg/(ml/min) per 100 g of tissue (subendocardium). After acute coronary occlusion the perfusion of the subtended myocardium was maintained at a much lower level by way of collateral vessels, which snowed a resistance to flow of 3.52 mm Hg/(ml/miD) per 100 g. If coronary artery occlusion proceeded more slowly the collateral vessels became more functional and myocardial infarction was avoided. During collateral enlargement collateral resistance fell from 3.52 to 0.22 mm Hg/(ml/min) per 100 g within a period of 8 weeks after implantation of the constricting device. The degree of compensation by collaterals for the loss of the occluded native coronary artery was 33% of its former conductance.

On the distribution of myocardial flow

SummaryThe regional myocardial blood flow distribution was studied in dogs using the tracer microsphere distribution method. Under normal hemodynamic conditions the endocardial layers received more blood than the epicardial layers. After acute but controlled coronary stenosis, the blood flow to the poststenotic area was found to be unchanged, or only slightly decreased when the diastolic coronary to aortic pressure ratio was not lower than 70%. When dipyridamole was injected during coronary stenosis, the myocardial flow became non-homogeneous.In cases with severe coronary stenosis, an underperfusion of the poststenotic region was seen after drug-administration. In this area, the endocardialepicardial flow ratio was reversed. These changes were produced by a drug-induced fall in perfusion pressure rather than by coronary vasodilation. Under-perfusion was corrected by restoration of bloodpressure.This study confirms again the vulnerability of the endocardial muscle layers.ZusammenfassungDie lokale Verteilung der Myokarddurchblutung wurde bei Hunden mit der „tracer microspheres” Technik untersucht. Unter normalen hämodynamischen Bedingungen sind die subendokardialen Schichten besser durchblutet als das subepikardiale Myokard. Nach akuter kontrollierter Koronarstenose war die Durchblutung der poststenotischen Gebiete unverändert oder gering vermindert, wenn der poststenotische diastolische Koronardruck 70% des diastolischen Aortendrucks nicht unterschritt. Wurde jedoch während Stenosierung der Koronararterie Dipyridamol injiziert, so resultierte eine inhomogene Durchblutungsverteilung.Bei stärkerer Koronarstenose kam es nach medikamentöser Vasodilatation zu einer Mangeldurchblutung des poststenotischen Myokards. Diese Veränderungen wurden durch eine medikamentös bedingte Erniedrigung des Perfusionsdruckes und nicht durch eine koronare Gefäßerweiterung bedingt. Die Mangeldurchblutung konnte durch Erhöhung des Perfusionsdruckes beseitigt werden.Diese Ergebnisse zeigen, daß bei Mangeldurchblutung die subendokardialen Myokardschichten stärker gefährdet sind.

Dilatory capacity of the coronary circulation and its correlation to the arterial vasculature in the canine left ventricle

SummaryThe functional capacity of flow limiting myocardial conductance vessels was evaluated in canine hearts. In an isolated heart preparation transmural coronary flow distribution during maximal vasodilation was measured in the unloaded diastolic arrested left ventricle with tracer microspheres. The ratio of subendocardial versus subepicardial (ENDO/EPI) flow in the left ventricular free wall was 1.6. Measurements in 8 different wall layers showed a successive increase in maximal coronary flow from the subepicardium towards the deeper layers. A decreased subendocardial vascular resistance due to a better vascularization is forwarded as a mechanism to compensate for the extravascular compression during cardiac contraction. This statement contradicts the commonly accepted hypothesis that a diminished vascular tone with a reduction of the dilatory reserve in the subendocardium accounts for a homogeneous flow distribution in the normal beating heart. An augmentation of subendocardial supplying vessel capacity could be established from the angiographic determination of the coronary arterial volume of intramural small arteries and arterioles. From a strict parallelity in maximal coronary flow and coronary arterial volume within the wall, it becomes probable that these vascular structures are the flow-limiting factors which determine regional coronary flow reserve in the absence of extravascular compressive forces.ZusammenfassungDie funktionelle Reserve der arteriellen Koronargefäße, die die Myokarddurchblutung begrenzt, wurde an Hundeherzen untersucht. An isolierten Herzen wurde während maximaler Vasodilatation die transmurale Durchblutungsverteilung mit der “tracer-microspheres-Methode” am nichtbelasteten diastolisch stillstehenden Ventrikel bestimmt. Das Verhältnis von subendokardialer zu subepikardialer (ENDO/EPI) Durchblutung in der freien Wand des linken Ventrikels betrug 1.6. Die Messungen in acht verschiedenen Wandschichten zeigten eine stetige Zunahme der maximalen Koronardurchblutung von subepikardial zu den tiefen Wandschichten hin. Ein verminderter vaskulärer Gefäßwiderstand auf Grund einer verbesserten Vaskularisierung im Subendokard wird als Kompensationsmechanismus für die vermehrte extravasale Durchblutungsbehinderung in diesen Wandschichten angesehen. Diese Aussage steht in deutlichem Widerspruch zu der allgemein üblichen Auffassung, daß ein verminderter Tonus der Widerstandsgefäße mit eingeschränkter Dilatationsreserve in den tiefen Wandschichten die Ursache einer homogenen Durchblutungsverteilung bei normalschlagenden Herzen sei. Eine vermehrte Gefäßkapazität im Subendokard wird durch koronarangiographische Befunde untermauert, die zeigen, daß das Gefäßvolumen der kleinen intramuralen Arterien und Arteriolen in den tiefen Wandschichten vermehrt ist. Eine gute Übereinstimmung im transmuralen Verteilungsmuster der maximalen regionalen Koronardurchblutung und dem koronararteriellen Volumen innerhalb der Wand zeigt, daß diese Gefäßstrukturen den begrenzenden Faktor der maximalen Durchblutung bei aufgehobenem extravasalem Koronarwiderstand darstellen.

Local dilatory reserve in chronic experimental coronary occlusion without infarction. Quantitation of collateral development.

SummaryThe local dilatory reserve of the canine coronary vasculature was studied with the particle distribution technique. Normal ventricles and hearts with slowly progressive narrowing of both the left circumflex coronary artery and the right coronary artery were studied. In spite of chronic occlusion of 2 coronary arteries myocardial infarction did not occur in the majority of animals because of collateral development. Coronary reserve was determined by producing graded to maximal coronary vasodilation. In normal hearts flow increased homogeneously over the entire left ventricle. In hearts with chronic coronary occlusion coronary vasodilation produced non-homogeneous increases in flow: collateral dependent myocardium received less blood flow than myocardium supplied by normal coronary arteries. Early after coronary occlusion the total coronary reserve was less than normal and the dilatory reserve of collateral dependent vessels was markedly diminished. Late (6 months) after coronary occlusion the total coronary reserve was still below normal but the dilatory reserve of collateral dependent vessels had improved. A new quantitative index of collateral function is defined as the level of coronary flow (delivered through normal coronary arteries) at which collateral flow deviates from homogeneous perfusion. Collateral function, when so defined, increases by a factor of almost 6 times between 4 weeks (early after coronary occlusion) and 6 months (late after occlusion) after the implantation of occluding devices.ZusammenfassungDie lokale Myokarddurchblutung und Dilatationsreserve wurde bei Hunden mit der Partikelverteilungsmethode bestimmt. Normaltiere und Hunde mit chronischem Verschluß des Ramus circumflexus der linken Koronararterie und der rechten Koronararterie wurden untersucht. Bei Verschluß von zwei Koronararterien kam es beim größten Teil der Tiere durch ausreichende Kollateralisierung zu keiner Myokardinfarcierung. Die Koronarreserve wurde bei maximaler Koronardilatation gemessen. In normalen Herzen war im ganzen linken Ventrikel die Durchblutungszunahme homogen. Bei chronischem Koronarverschluß kam es bei Koronardilatation zu einer inhomogenen Durchblutungsverteilung: über Kollateralen perfundiertes Myokard wird schlechter durchblutet als von normalen Koronararterien versorgtes Gewebe. Kurze Zeit nach völligem Koronarverschluß war die Koronarreserve insgesamt erniedrigt, und besonders deutlich war die Dilatationsreserve über Kollateralen versorgten Myokards eingeschränkt. Zu einem späteren Zeitpunkt (6 Monate nach Koronarverschluß) war die gesamte Koronarreserve immer noch geringfügig vermindert, aber die Koronarreserve des von Kollateralen abhängigen Myokards war wesentlich verbessert. Ein neuer quantitativer Index der Kollateralfunktion wird definiert als das Niveau der Koronardurchblutung, bei dem der Kollateralfluß nicht mehr zunimmt bei zunehmender Koronardurchblutung. Die Funktion der Kollateralen, wenn so definiert, nimmt um den Faktor 6 zu, wenn man Tiere vier Wochen (=Frühstadium) mit solchen von sechs Monaten (spätes Stadium) nach der Operation miteinander vergleicht.

The distribution of myocardial flow. Part I: Effects of experimental coronary occlusion.

SummaryRadioactive tracer microspheres (15 μ and 8–10 μ O.D.) were injected into the left atrium of 18 pure bred Beagles and in 18 mongrel dogs. The distribution of microspheres in the left ventricular myocardium was studied during normal coronary perfusion and during occlusion of the left anterior descending or left circumflex branch of the coronary artery.Under normal conditions the endocardial muscle layers received more blood than the epicardial muscle layers. This observation was more pronounced in Beagles as compared to mongrels. Ratios higher than unity were found irrespective of TM size but with 8–10 μ beads the endo/epi ratio was closer to one than with 15 μ TM.The collateral flow in acute LAD occlusion was 31.5% of normal resting LAD flow in pure bred Beagles. Collateral flow during LC-occlusion was 18.5% of normal resting flow in Beagles but only 8.6% in mongrels. These results were independent of TM size. The differences of collateral flow between perfusion areas were explained by differences in the amount of muscle to be supplied by a collateral network common to both areas.Collateral flow was non-homogeneously distributed: endocardial layers received less blood than epicardial layers.ZusammenfassungIsotopen-markierte „Microspheres” (15 μ und 8–10 μ Durchmesser) wurden zur Messung der Myokarddurchblutung bei 18 reinrassigen Beagle und 18 mischrassigen Hunden in den linken Vorhof injiziert. Die Durchblutung verschiedener Areale des linken Ventrikels wurden mit dieser Methode bei normaler Koronarperfusion und bei akutem Verschluß des Ramus circumflexus oder des Ramus descendens der linken Koronararterie bestimmt. Unter Normalbedingungen sind die subendokardialen Muskelschichten stärker durchblutet als die subspikardialen Schichten. Diese Beobachtung ist bei Beagle deutlicher als bei mischrassigen Hunden. Ein endo-/epi-Verhältnis größer als eins wurde unabhängig von der Größe der „Microspheres”, jedoch weniger deutlich mit 8–10 μ großen Partikeln gefunden.Die Kollateraldurchblutung bei akutem Verschluß der Art. descendens anterior betrug bei Beagle 31,5% der Ruhedurchblutung. Bei akutem Verschluß des Ramus circumflexus der linken Koronararterie war der Kollateralfluß zu dem von dieser Arterie versorgten Gebiet 18,5% bei Beagle und 8,6% bei mischrassigen Hunden. Diese Ergebnisse zeigten keine Abhängigkeit von der Größe der „Microspheres”. Die Unterschiede in der Kollateraldurchblutung verschiedener Perfusionsgebiete wurden durch unterschiedliche Größen des über Kollateralen versorgten Gebietes erklärt.Die Kollateraldurchblutung ist nicht homogen: Innenschichten des Myokards sind weniger gut über Kollateralen versorgt als subepikardiale Schichten.

Influence of tachycardia on regional myocardial flow in chronic experimental coronary occlusion

SummaryThe influence of tachycardia on regional myocardial flow was studied in normal dogs and in dogs with chronic coronary artery occlusions. Coronary vasodilation was induced by coronary occlusion and subsequent release, i.e. by reactive hyperemia. Local myocardial blood flow was determined with the tracer microspheres technique. In normal hearts atrial pacing produced a slight but significant increase in coronary resistance in the subendocardial layers of the left ventricle. The coronary resistance of the subepicardium remained unaffected. In the right ventricle atrial pacing had no influence on the resistance to flow.In hearts with multiple coronary occlusions tachycardia-induced changes of coronary resistance were more pronounced. In the collateral dependent subendocardium coronary resistance increased from 0.4–2.2 resistance units when the heart rate was raised to 200 beats/min.Perfusion of the right ventricular myocardium became also rate-dependent when the right coronary artery was chronically occluded.We conclude that regional perfusion depends upon the relationship between the effective perfusion pressure, which is reduced in chronic coronary occlusion, and the time integral of effective tissue pressure, which is increased with tachycardia. The results cannot be explained by assuming excessive O2-demand but rather by a rate-induced lowered O2-supply.ZusammenfassungDer Einfluß von Tachykardie auf die Regionaldurchblutung des Herzens wurde an normalen Hundeherzen und an solchen mit chronischen Koronarverschlüssen untersucht. Die Versuche wurden in maximaler Vasodilatation während reaktiver Hyperämie ausgeführt, und die Regionaldurchblutung wurde mit Hilfe von Tracer Microspheres bestimmt. Beim normalen Herzen nahm der Gesamtwiderstand im subendokardialen Gibiet des linken Ventrikels durch Elektrostimulation (Herzfrequenz bis 220/min) deutlich zu. Das Subepikard zeigte keine Frequenzabhängigkeit, ebenso nicht die freie Wand des rechten Ventrikels. Beim Herzen mit chronischen Koronarverschlüssen, aber ohne Infarkte, war der Tachykardieeffekt wesentlich ausgepräger. Im Subendokardium entstand ein Perfusionsdefizit, und auch das Subepikardium zeigte eine geringe Frequenzabhängigkeit. Die Durchblutung des rechten Ventrikels wurde ebenfalls frequenzabhängig.Aus den Daten ergibt sich, daß bei einem ungünstigen Verhältnis von Perfusionsdruck zu Gewebsdruck, wie es beim Koronarverschluß vorliegt, die Durchblutung des Subendokards durch Frequenzbelastung abnimmt. Die Bestimmung der Angina-Schwelle unter klinischen Bedingungen durch Elektrostimulation basiert also nicht nur auf der Zunahme des myokardialen Sauerstoffverbrauchs, sondern im wesentlichen auf der Abnahme der Sauerstoffzufuhr.

Myocardial protection by collateral vessels during experimental coronary ligation: A prospective study in a canine two-infarction model

SummaryPrevious work of this laboratory has shown that collateral flow can be increased over six weeks by a subcritical external constriction of the circumflex artery causing a 50±10% reduction of postocclusive reactive hyperemia. To investigate collateral function in acuté myocardial infarction, the model was used to ligate two distant coronary branches on the ventricle simultaneously in order to compare in 8 dogs infarct size and perfusion area of the ligated vessels in control and collateralized sections. The acute collateral flow measured 7.2±2.5 ml/100 g/min−1 and increased to 17.3±6.7 (p<0.001) over 6 weeks. Separate analysis revealed a predominant increase of collateral flow in the epicardial layers 23.1±7.5 (p<0.01) versus 6.9±2.8 (p<0.01) in the subendocardium. Infarct size in the control area was 52.0±14.7% of the perfusion area, in the collateralized zone 19.0±14.2% (p<0.001). Infarct size expressed as per cent of perfusion area and collateral flow in the area at risk expressed as per cent of flow of normal sections correlated: (r=0.76; p<0.05). Therefore, infarct size after a 6 hour coronary occlusion can be considered a function of the collateral flow over normal perfusion ratio. Localized induction of collaterals in this model caused a significant reduction of infarct size in relation to the perfusion area at risk.

Experimental myocardial infarction in a closed-chest canine model. Observations of temporal and spatial evolution over 24 hours.

SummaryMyocardial infarction was induced in 7 mongrel dogs by transfemoral intraluminal occlusion of the left anterior descending coronary artery. Perfusion area at risk was determined by post-mortem coronarography and infarct size by macrohistological staining with para-nitrophenoltetrazolium. Regional flow was determined by injection of radioactive microspheres 0.2 hours, 12 hours, and 24 hours post occlusion. Infarct size as determined by planimetry of post-mortem angiograms and macrohistological stains at identical magnification revealed 74.5±12.1% infarcted tissue of the perfusion area at risk. The flow of the necrotic tissue was below 13 ml/100 g min without exception, indicating a threshold perfusion for maintenance of myocardial viability. Accordingly, a flow of ≦10 ml/100 g min identified 93% of the entire infarcted myocardium, resulting in 71±20% as compared to the perfusion area at risk. Based on the good agreement of macrohistological and flow data, the evolution of myocardial injury was determined by flow measurements. The results indicated a different progression of the borders of critical flow in the subendocardial and subepicardial layers, whereas in the subendocardium 85% of the tissue at risk was identified by the critical flow at 0.2 hours and 97% at 12 hours, the subepicardial flow changed at a different pace: only 53% showed subcritical perfusion at 0.2 hours, 61% at 12 hours with a final increase of 39% from 12 to 24 hours.

Development of collaterals. Application of external subcritical fixed constrictors in a canine model

SummaryA canine model for a standardized induction of collaterals is presented with a fixed external constrictor that is not designed to induce an occlusion of the coronary artery and at least over the timespan of 6 weeks does not impair perfusion under resting conditions in the myocardium-at-risk. The coronary constriction was standardized by a reduction of the postocclusive reactive hyperemia of 50%. Flow measurements were performed by flowmeter and by radioactive microspheres acutely and after an interval of 6 weeks of constriction. The results showed an increase of the collateral flow from 21.2±11.8 ml/100g/min−1 to 42.8±16.2 ml/100g/min−1 (p<0.05). The regional perfusion exhibited a transmyocardial gradient in favour of the subepicardial layers with 49.3±25 ml/100g/min−1 as compared to 33.1±17.3 ml/100g/min−1 (p<0.05) of the endocardial layers. Reactive hyperemia, as determined by flowmeter, was decreased by 21% after 6 weeks on account of slow progression of the coronary constriction due to intimal reactions, whereas reactive hyperemia, as determined by the microsphere method, increased by 9% due to additional collateral channels.ZusammenfassungEin Hundemodell zur standardisierten Induktion von Kollateralen mit Hilfe eines externen Konstriktors wird vorgestellt, bei welchem eine Okklusion der Koronararterie nicht vorgesehen ist und wenigstens über 6 Wochen die Myokardperfusion in Ruhe nicht eingeschränkt wird. Flußmessungen wurden mit einem elektromagnetischen Flowmeter und mit radioaktiven Mikrosphären im akuten Versuch durchgeführt und nach 6 Wochen wiederholt. Die Ergebnisse zeigten eine Zunahme des Kollateralflusses von 21,2±11,8 ml/100g/min−1 auf 42,8±16,2 ml/100 g/min−1 (p<0.05). Die regionale Durchblutung wies einen transmyokardialen Gradienten auf, welcher die subepikardialen Schichten gegenüber den subendokardialen bevorzugt: 49,3±25 ml/100 g/min−1 gegenüber 33,1±17,3 ml/100 g/min−1 (p<0,05). Die mit dem Flowmeter gemessene reaktive Hyperämie nahm über 6 Wochen um 21% ab, bedingt durch eine Verengung der Stenosen aufgrund von Intimareaktionen im Konstriktorbereich, während die mit Mikrosphären gemessene Durchblutung aufgrund zusätzlicher Kollateralversorgung um 9% zunahm.

Effects of coronary stenoses and ventricular loading conditions on coronary flow.

SummaryThe effects of varying degrees of circumflex coronary arterial stenoses and varying left ventricular loading conditions on coronary blood flow were evaluated in isolated, metabolically supported dog hearts. During autoregulation no difference was noted between 52 and 73% stenosis in terms of pressure gradient over the stenosis, level of blood flow to myocardium subtended by the stenosed artery (PS myocardium), or the Endo/Epi flow ratio in the PS myocardium. At these levels of stenosis, PS myocardial flow was not significantly different from the level of flow to normally perfused myocardium. An increase in stenosis severity to 90% resulted in a significant increase in the pressure gradient over the stenosis, although flow was maintained at control levels.Maximal coronary vasodilation resulted in significant increases in the pressure gradients at all levels of stenosis. PS myocardial flow increased over autoregulation, with 52 and 73% stenoses, although to a significantly lesser degree than in the normally perfused region. At the 90% stenosis level, no increase in blood flow was elicited by vasodilation as compared to autoregulation. The Endo/Epi ratio in PS myocardium declined significantly with vasodilation. In normal perfused myocardium vasodilation had no significant effect on the Endo/Epi ratio.Increasing levels of mean left ventricular pressure resulted in a progressive reduction in the Endo/Epi ratio in PS myocardium. The differences in the effects of loading between normal myocardium and PS myocardium were progressively more marked with increasing levels of load and were also progressively exaggerated by increasing degrees of stenosis.ZusammenfassungDer Einfluß von unterschiedlichen Stenosierungen des Ramus circumflexus der linken Koronararterie und von verschiedenen ventrikulären Belastungen auf die regionale Koronardurchblutung wurde an isolierten Hundeherzen, die mit Blut eines Spenderhundes perfundiert wurden, untersucht. Während Autoregulation fand sich zwischen im Mittel 52% igen und 73% igen Koronarstenosen kein Unterschied, weder im Druckgradienten über die Stenose noch in der Durchblutung oder Durchblutungsverteilung (Endo/Epi-Ratio) in dem von der stenosierten Arterie versorgten Myokard (PS-Myokard). Bei diesem Stenosegrad war die Durchblutung im PS-Myokard nicht unterschiedlich von der Durchblutung des normal perfundierten Areals. Eine Zunahme des Stenosegrades auf 90% führte zu einem signifikanten Anstieg des Druckgradienten über die Stenose, obwohl die Durchblutung nicht deutlich vermindert war.Während maximaler Vasodilatation kam es zu einer signifikanten Zunahme des Druckabfalles bei allen Stenosegraden. Die Durchblutung des PS-Myokards nahm gegenüber Autoregulation bei 52- und 73% igen Stenosen zu; die Zunahme der Durchblutung war jedoch signifikant weniger als in dem normal perfundierten Gebiet. Bei einer Stenose von 90% war während Vasodilatation keine Durchblutungszunahme gegenüber Autoregulation meßbar. Die Endo/Epi-Ratio im PS-Myokard war während Vasodilatation in jedem Fall vermindert. Im normal perfundierten Myokard war kein Einfluß der Vasodilatation auf die Endo/Epi-Ratio nachweisbar.Eine zunehmende ventrikuläre Druckbelastung führte zu einer progredienten Einschränkung der Endo/Epi-Ratio im PS-Myokard. Der Unterschied in der Wirkung der ventrikulären Belastung zwischen dem normal perfundierten und dem PS-Myokard mit zunehmender ventrikulärer Belastung nahm deutlich zu und wurde ebenso durch eine vermehrte subendokardiale Durchblutungsbehinderung mit zunehmendem Stenosegrad charakterisiert.