Трехмерное картирование интрамуральной иннервации желудочков сердца человека на основе мультимодальной гисто-МРТ реконструкции

Цель. Построение трехмерной карты распределения нервных волокон в миокарде желудочков человека с количественной оценкой региональной плотности иннервации.

Материал  и  методы  исследования.  Исследование  выполнено  на  сердце  пациента  7  лет  без  сердечно сосудистой патологии. Проводилось посмертное магнитно-резонансное томографическое (МРТ) исследование для создания анатомического шаблона, после чего изготавливались серийные гистологические срезы. Идентификация нервных волокон выполнялась двумя методами: иммуногистохимическим (антитела к UCHL-1) и с применением нейросетевой архитектуры SegFormer для сегментации на препаратах, окрашенных гематоксилином и эозином. Для оценки распределения использовался метод скользящего окна с расчетом локальной плотности. Финальным этапом стала мультимодальная регистрация гистологических карт с МРТ-шаблоном и построение трехмерной модели.

Результаты. Установлено, что плотность иннервации миокарда характеризуется выраженной гетерогенностью.  Выявлен  продольный  градиент:  минимальная  плотность  зафиксирована  на  верхушке,  максимальная  -  в средней трети желудочков (превышает верхушечную более чем в 4 раза). В верхней трети и на уровне атриовентрикулярной  борозды  сохраняется  высокая  плотность,  но  распределение  становится  максимально  неоднородным, что связано с локализацией крупных нервных стволов и ганглионарных сплетений. Сравнение методов сегментации показало высокую согласованность (коэффициент корреляции плотности 0,92), что обосновывает возможность использования нейросетевого подхода с выборочным иммуногистохимическим контролем.

Заключение. Области максимальной плотности и структурной неоднородности, преимущественно в средней трети желудочков, могут рассматриваться как потенциальный анатомический субстрат возникновения желудочковых  аритмий  при  предшествующих  структурных  аномалиях  миокарда.  Разработанная  модель  и  методический подход создают анатомическую основу для изучения нейроремоделирования миокарда и могут быть использованы при планировании интервенционных аритмологических вмешательств.

1. Barboi AC, Macefield VG. The autonomic nervous system: Time for a conceptual reframing? J Physiol. 2025;603(22): 6719-6731. https://doi.org/10.1113/JP288973.

2. Perdicoyianni-Paleologou H. Xavier Bichat and the renovation of the pathological anatomy. J Med Biogr.2024;32(1): 89-96. https://doi.org/10.1177/09677720221097795.

3. San Mauro MP, Patronelli F, Spinelli E, et al. Nerves of the heart: a comprehensive review with a clinical point of view. Neuroanatomy. 2019;8: 26-31.

4. Zandstra TE, Notenboom RGE, Wink J, et al. Asymmetry and Heterogeneity: Part and Parcel in Cardiac Autonomic Innervation and Function. Front. Physiol. 2021;12: 665298. https://doi.org/10.3389/fphys.2021.665298.

5. Taggart P. Brain-heart interactions and cardiac ventricular arrhythmias. Neth Heart J. 2013;21(2): 78-81. https://doi.org/10.1007/s12471-012-0365-8.

6. Gordan R, Gwathmey JK, Xie LH. Autonomic and endocrine control of cardiovascular function. World J Cardiol. 2015;7(4): 204-214. https://doi.org/10.4330/wjc.v7.i4.204.

7. Чумасов ЕИ, Евлахов ВИ, Коржевский ДЭ. Современные представления об иннервации сердца и ее участии в регуляции системной гемодинамики. Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2012;1(41): 9-14https://doi.org/10.24884/1682-6655-2012-11-1-9-14.

8. Nakajima T, Kaneko Y, Taniguchi Y, et al. The mechanism of catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia may be triggered activity due to delayed afterdepolarization. Eur Heart J. 1997;18(3): 530-531. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.eurheartj.a015281.

9. Wleklinski MJ, Kannankeril PJ, Knollmann BC. Molecular and tissue mechanisms of catecholaminergic polymorphic ventricular tachycardia. J Physiol. 2020;598(14): 2817-2834. https://doi.org/10.1113/JP276757.

10. Meredith IT, Broughton A, Jennings GL, et al. Evidence of a selective increase in cardiac sympathetic activity in patients with sustained ventricular arrhythmias. N Engl J Med. 1991;325(9): 618-624. https://doi.org/10.1056/NEJM199108293250905.

11. Makarov I, Koshevaya E, Pechenina A, et al. A Comparative Analysis of SegFormer, FabE-Net and VGG-UN-et Models for the Segmentation of Neural Structures on Histological Sections. Diagnostics (Basel). 2025;15(18): 2408. https://doi.org/10.3390/diagnostics15182408.

12. Pauziene N, Rysevaite-Kyguoliene K, Alaburda P, et al. Neuroanatomy of the Pig Cardiac Ventricles. A Stereomicroscopic, Confocal and Electron Microscope Study. Anat Rec (Hoboken). 2017;300(10): 1756-1780. https://doi.org/10.1002/ar.23619.

13. Yuan BX, Ardell JL, Hopkins DA, et al. Gross and microscopic anatomy of the canine intrinsic cardiac nervous system. Anat Rec. 1994;239(1): 75-87. https://doi.org/10.1002/ar.1092390109.

14. Ajijola OA, Vaseghi M, Zhou W, et al. Functional differences between junctional and extrajunctional adrenergic receptor activation in mammalian ventricle. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2013;304(4): H579-H588. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00754.2012.

15. Armour JA, Murphy DA, Yuan BX, et al. Gross and microscopic anatomy of the human intrinsic cardiac nervous system. Anat Rec. 1997;247(2): 289-298. https://doi.org/10.1002/(SICI)1097-0185(199702)247:23.0.CO;2-L.

16. Aksu T, Gopinathannair R, Gupta D, et al. Intrinsic cardiac autonomic nervous system: What do clinical electrophysiologists need to know about the “heart brain”? J Cardiovasc Electrophysiol. 2021;32(6): 1737-1747. https://doi.org/10.1111/jce.15058.

17. Marron K, Wharton J, Sheppard MN, et al. Human endocardial innervation and its relationship to the endothelium: an immunohistochemical, histochemical, and quantitative study. Cardiovasc Res. 1994;28(10): 1490-1499. https://doi.org/10.1093/cvr/28.10.1490.

18. Aksu T, Gupta D, Skeete JR, Huang HH. Intrinsic Cardiac Neuromodulation in the Management of Atrial Fibrillation- A Potential Missing Link? Life (Basel). 2023;13(2): 383. https://doi.org/10.3390/life13020383.

19. Kim MY, Coyle C, Tomlinson DR, et al. Ectopy-triggering ganglionated plexuses ablation to prevent atrial fibrillation: GANGLIA-AF study. Heart Rhythm. 2022;19(4): 516-524. https://doi.org/10.1016/j.hrthm.2021.12.010.

20. Kovalenko V, Nesukay E, Cherniuk S, et al. Role of myocardial inflammation and fibrosis in the development of ventricular arrythmias in patients with inflammatory cardiomyopathy (results of 1-year follow-up). European Heart Journal. 2020;41(2): 2054. https://doi.org/10.1093/ehjci/ehaa946.2054.

21. Давыдов ДА, Макаров ИА, Морозов АА, и др. Клинический случай неонатальной волчанки с хрящевой метаплазией, фиброзом и кальцинозом зоны атриовентрикулярного узла. Вестник аритмологии. 2023;30(2): е1-е5. https://doi.org/10.35336/VA-2023-2-10.

22. Dae MW, O’Connell JW, Botvinick EH, et al. Scintigraphic assessment of regional cardiac adrenergic innervation. Circulation. 1989;79(3): 634-644. https://doi.org/10.1161/01.cir.79.3.634.

23. Gavrilova SA, Markov MA, Berdalin AB, et al. Changes in Sympathetic Innervation of the Heart in Rats with Experimental Myocardial Infarction. Effect of Semax. Bull Exp Biol Med. 2017;163(5): 617-619. https://doi.org/10.1007/s10517-017-3862-3.

24. Adamson PB, Suarez J, Ellis E, et al. Ephedrine increases ventricular arrhythmias in conscious dogs after myocardial infarction. J Am Coll Cardiol. 2004;44(8): 1675-1678. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2004.07.041.

25. Han C, Wang XA, Fiscus RR, Gu J, McDonald JK. Changes in cardiac neuropeptide Y after experimental myocardial infarction in rat. Neurosci Lett. 1989;104(1-2): 141-146. https://doi.org/10.1016/0304-3940(89)90344-3.