Charakterisierung und Distribution der Innervation menschlicher Koronararterien

Abstract

Hintergrund: Das autonome Nervensystem des Herzens spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation kardialer Funktionen. Bisher sind nur wenige Daten über die Innervation der Koronararterien des Menschen bekannt. Eine erhöhte sympathische Aktivität kann zu verschiedenen kardiovas- kulären Erkrankungen wie beispielsweise Herzinsuffizienz, plötzlichem Herztod, Arrhythmien oder vasospastischer Angina pectoris führen. Die anatomische Charakterisierung und Distribu- tion dieser perivaskulären Nervenfasern kann wichtige Informationen über den Einfluss des autonomen Nervensystems auf die Funktion und Perfusion des Herzens liefern. Darüber hinaus ist ein detailliertes Verständnis der sympathischen Innervation der Koronararterien wichtig für die Entwicklung neuer therapeutischer Ansätze. Methoden: Zur Analyse der Innervation menschlicher Koronararterien wurden zunächst Herzen aus 28 Körperspendern entnommen. Die Gewebeproben wurden mit angrenzendem epikardialen Fett- gewebe entlang des Hauptstamms der Arteria coronaria sinistra (engl.: left main coronary artery, LMCA), des Ramus interventricularis anterior (engl.: left anterior descending artery, LAD), des Ramus circumflexus (engl.: left circumflex artery, LCX) und der Arteria coronaria dextra (engl.: right coronary artery, RCA) entnommen. Zur Charakterisierung der Nervenfa- sern wurden histologische Schnittpräparate angefertigt und eine Immunfluoreszenzfärbung (S-100, Tyrosinhydroxylase) durchgeführt. Die koronare Innervation wurde manuell mit Hilfe einer digitalen Pathologiesoftware auf der Grundlage der Immunfluoreszenzfärbung quantitativ analysiert. Ergebnisse: Insgesamt wurden 42.573 Nervenfasern entlang 100 Koronararterien analysiert (LMCA: n=21, LAD: n=27, LCX: n=26, RCA: n=26). Der Nervenfaserdurchmesser nahm entlang des Gefäß- verlaufs von proximal nach distal ab (Median [Interquartilsabstand]): proximal betrug dieser 46 μm [31-73 μm], im mittleren Bereich 38 μm [26-58 μm] und distal 31 μm [22-46 μm] (je- weils p<0,001), mit dem größten Nervenfaserdurchmesser entlang der LMCA (50 μm [31-81 μm]), gefolgt von der LAD (42 μm [27-72 μm]; p<0,001). Insgesamt war die Nervenfa- serdichte entlang der RCA am höchsten (123 Nervenfasern/cm2 [82-194 Nervenfasern/cm2]). Zirkumferentiell war die Nervenfaserdichte auf der Seite des Gefäßes, die dem Myokard zuge- wandt war, höher (132 Nervenfasern/cm2 [76-225 Nervenfasern/cm2]) als auf der Seite des Ge- fäßes, die der Lamina visceralis pericardii des Epikards zugewandt war (101 Nervenfasern/cm2 [61-173 Nervenfasern/cm2]; p<0,001). Die mediane Lumen-Nervenfaser-Distanz (LND) war entlang der LMCA (2,2 mm [1,2-4,1 mm]) am geringsten, gefolgt von der LAD (2,5 mm [1,1- 4,5 mm]; p=0,005). Schlussfolgerung: Die Koronararterien des Menschen sind in hohem Maße von sympathischen Nervenfasern innerviert, wobei sich die Verteilung und die Dichte dieser Fasern zwischen den einzelnen Koronararterien signifikant unterscheidet. Das Verständnis dieser Innervationsmuster trägt zum pathophysiologischen Verständnis und möglicherweise zur Entwicklung katheterbasierter Ansätze zur autonomen Modulation des Herzens bei.

Background: The autonomic nervous system of the heart plays a crucial role in regulating cardiac function. However, there has been limited research on human coronary innervation. Increased sympa- thetic activity can contribute to several cardiovascular diseases, including heart failure, sudden cardiac death, arrhythmias, and vasospastic angina. Understanding the anatomy and distribution of these perivascular nerves can provide important information on the impact of the autonomic nervous system on myocardial function and perfusion. Additionally, a detailed understanding of the sympathetic innervation of coronary arteries is critical to facilitate the development of novel treatment approaches. Methods: Human hearts were taken from 28 body donors. Tissue samples were excised with adjacent epicardial adipose tissue along the left main coronary artery (LMCA), the left anterior descen- ding artery (LAD), the left circumflex artery (LCX), and the right coronary artery (RCA). Sections were prepared and immunofluorescence staining (S-100, tyrosine hydroxylase) was performed to characterize sympathetic nerve fibers. Coronary innervation was quantitatively analyzed using digital pathology software based on immunofluorescence staining. Results: A total of 42,573 nerve fibres surrounding 100 coronary arteries (LMCA: n=21, LAD: n=27, LCx: n=26, RCA: n=26) were analysed. The nerve fibre diameter decreased along the vessel course (median [interquartile range]): proximal 46 μm [31-73 μm], middle 38 μm [26-58 μm], distal 31 μm [22-46 μm], (respectively p<0.001), with the largest nerve fibre diameter along the LMCA (50 μm [31-81 μm]), followed by the LAD (42 μm [27-72 μm]; p<0.001). The total nerve fibre density was highest along the RCA (123 nerves/cm2 [82-194 nerves/cm2]). Nerve density was higher on the side of the vessel facing the myocardium (132 nerves/cm2 [76- 225 nerves/cm2]) than on the side of the vessel facing the lamina visceralis pericardii of the epicardium (101 nerves/cm2 [61-173 nerves/cm2]; p<0.001). The median lumen-nerve distance was smallest around the LMCA (2.2 mm [1.2-4.1 mm]), followed by the LAD (2.5 mm [1.1- 4.5 mm]; p=0.005). Conclusion: Human coronary arteries are richly innervated with sympathetic nerve fibres, with significant variation in the distribution and density. Understanding these patterns informs pathophysiolo- gical understanding and, potentially, the development of catheter-based approaches for cardiac autonomic modulation.