Atrial Fibrillation. Modulation of the atrial fibrillatory frequency. A non-invasive approach.

Abstract

Aim: To non-invasively detect and explore the changes in atrial fibrillatory cycle length (i.e. changes in the atrial refractory period) in humans with chronic atrial fibrillation (CAF) following autonomic modulation and pharmacological intervention. Furthermore we investigated if the value of the atrial fibrillatory cycle length could predict outcome following DC-cardioversion.



Methods: The study enrolled patients with persistent or permanent AF. Data was acquired using 12-lead standard ECG equipment, a unipolar oesophageal lead or digital Holter recorders. Assessment of atrial fibrillatory electrophysiology was made non-invasively with power spectrum frequency analysis of QRST cancelled ECG using the frequency analysis of fibrillatory ECG methodology (FAF-ECG). The peak frequency was converted to a cycle length, termed dominant atrial cycle length (DACL), which is a validated index of atrial refractoriness.



Results: In the first study (I) the DACL derived from both surface and oesophageal ECG as well as additional parameters of the FAF-ECG methodology were evaluated in clinical practice. The second study (II) showed that oral treatment with verapamil increases DACL (and therefore by inference atrial refractory period) in patients with chronic AF. The two following studies (III, IV) investigated the effects of autonomic modulation on atrial fibrillatory electrophysiology. The first of these (III), demonstrated that adrenergic stimulation decreases the DACL and that vagal withdrawal initially increases the DACL. The other study (IV) found that atrial fibrillatory cycle length shows significant diurnal variation, with shorter cycle lengths during day and consequently longer cycle lengths during night. Finally, we demonstrated that the ratio of DACL and left atrial diameter is higher in patients maintaining in sinus rhythm after DC-cardioversion of persistent AF (V).



Conclusion: The FAF-ECG method can estimate DACL in the majority of patients, allowing non-invasive assessment of atrial refractoriness and of spatial dispersion in DACL, power maximum and spectral width of DACL (I). Since DACL is recognised as an index of refractoriness, we have demonstrated that already established electrical remodelling can be attenuated/partly reversed with calcium channel blockade (II). Changes in the electrophysiological properties of the fibrillating atrium during pharmacological autonomic modulation are detectable by the FAF-ECG method, and sympathetic modulations appear to be more pronounced than vagal ones during chronic AF (III). DACL, and hence atrial refractoriness, exhibits significant diurnal fluctuations during chronic AF, with a shorter mean DACL during daytime (IV). Prediction of sinus rhythm maintenance following cardioversion is optimised by combining electrophysiological and anatomical measurements, but the absolute predictive accuracy is modest, suggesting other etiological factors than absolute degree of electrical remodelling are important (V).

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Non-invasiv kartläggning och klinisk implementering av det flimrande förmakets cykellängd, samt hur dylik cykellängd kan moduleras av autonoma nervsystemet och farmakologisk intervention



Bakgrund



Kroniskt förmaksflimmer är den vanligaste ihållande hjärtrytmrubbningen. Cirka 100.000 individer beräknas ha kroniskt förmaksflimmer i Sverige idag. Förmaksflimmer är vanligare vid vissa hjärtkärlsjukdomar men risken ökar även vid stigande ålder. Förutom obehagliga symptom (försämrad kondition, ökad andfåddhet och hjärtklappning) så medför förmaksflimmer en ökad risk för slaganfall och död. Det primära målet är därför för den drabbade att återfå normal hjärtrytm (vanligtvis med hjälp av s k elektrisk konvertering) och att denna skall bibehållas så länge som möjligt. Man har på senare tid kunnat visa att det flimrande förmakets cykellängd (flimmerfrekvensen) samt längden på dess refraktärtid (den vilotid i samband med/efter en muskel-sammandragning där muskulaturen ej är mottaglig för ny retning) förkortas under tillstånd med täta depolariseringar (elektrisk urladdning som sprider sig i hjärtats muskulatur ledande till sammandragning) såsom vid förmaksflimmer. Dessutom förlorar förmaken sin förmåga att snabbt förlänga refraktärtiden i fall tiden mellan dylika depolariseringar skulle förlängas. Dessa elektrofysiologiska förändringar medför att förmakens elektriska retbarhet är ökad och att förmaken därmed lättare kan återgå i flimmer i fall normal rytm skulle erhållas. Det är inte helt klarlagt hur dylika elektrofysiologiska förändringar kan moduleras. Att på ett lätt och ofarligt sätt kunna mäta cykellängd och refraktärtid samt att kunna undersöka hur dessa parametrar förändras av olika hjärtaktiva mediciner samt av det autonoma nervsystemet torde därför kunna ge värdefull information om bakomliggande orsaker till såväl induktion som vidmakthållande av denna hjärtrytmrubbning.



Metod



Avdelningen för Kardiologi i Lund, har tillsammans med Institutionen för tillämpad elektronik i Lund, utvecklat en non-invasiv elektrofysiologisk teknik (FAF-ECG) för att mäta det flimrande förmakets cykellängd och därmed uppskatta dess refraktärtid. Med denna nya metod har vi genomfört studier där vi med farmakologisk behandling och påverkan av det autonoma nervsystemet försökt påverka det flimrande förmakets cykellängd och dess refraktärtid. Vi har även använt av oss metoden för att undersöka om graden av cykellängds-förkortning kan användas för att selektera de patienter som är lämpliga för elektrisk konvertering av sin arytmi i syfte att återfå och därefter bibehålla normal hjärtrytm.



Resultat



Arbete I Vetenskapligt arbete där vi kliniskt utvärderat FAF-ECG metoden, för bedömning av det flimrande förmakets cykel längd. Arbetet undersöker, jämför och beskriver spektra från ytavledningar och matstrupe, vilka representerar olika delar av förmaken. Studien kunde bla påvisa att det förelåg intraindividuella skillnader mellan höger och vänster förmak hos vissa patienter och att cykellängden ej korrelerade till flimmervågornas amplitud.



Arbete II Vetenskapligt arbete där vi demonstrerade att per oral behandling med verapamil (en s k calcium-inflödeshämmare) förlänger det flimrande förmakets cykellängd och därmed troligen också dess refraktärtid. Studien påvisade således att förmaksflimrets "självförstörande" mekanism (en förkortad refraktärtid) påverkas av verapamil. Detta kan i sin tur vara stabiliserande och teoretiskt skulle sannolikheten för att patienten ska kunna bibehålla normal hjärtrytm efter elektrisk konvertering därmed kunna öka.



Arbete III Vetenskapligt arbete där vi kunnat visa, med hjälp av typsubstanserna isoprenalin och atropin, hur det autonoma nervsystemet (sympatiska respektive parasympatiska grenen) modulerar det flimrande förmakets cykellängd och refraktärtid. Resultaten påvisade att variabilitet i parasympatiska utflödet har betydligt mindre effekt på det flimrande förmakets refraktärtid än variabilitet i sympatiska utflödet.



Arbete IV Vetenskapligt arbete där vi kunnat visa att det flimrande förmakets cykellängd och refraktärtid dynamiskt förändras under dygnets timmar. Sålunda kan även det flimrande förmaket uppvisa cykliska fluktuationer under dygnet där cykellängd och refraktärtid konsekvent är kortare under dagtid än nattetid. Denna modulering är troligtvis genererad av det autonoma nervsystemet.



Arbete V Vetenskapligt arbete där vi kunnat visa att längden på det flimrande förmakets refraktärtid inte kan användas som prediktor av hur länge en patient med kroniskt förmaksflimmer förmår att bibehålla normal rytm efter el-konvertering. Om man kombinerar det flimrande förmakets cykellängd med förmakens storlek erhålls en bättre prediktor för dylikt utfall, dock så pass osäker att andra (till stor del ännu odefinierade) faktorer torde ha större betydelse för recidiv av arytmin.



Konklusion



Sammanfattningsvis så har de vetenskapliga arbeten som resulterat i denna avhandling baserats på utnyttjandet av en ny non-invasiv teknologi (FAF-ECG) utvecklad i Lund. Metoden kan mäta elektrofysiologiska grundparametrar vid förmaksflimmer på ett mycket enkelt, billigt och för patienten ofarligt sätt vilket demonstreras i delarbete I. I delarbete II påvisades att behandling av calciuminflödeshämmare (vanligt använd hjärt-/blodtrycksmedicin) förlänger det flimrande förmakets cykellängd vilket teoretiskt skulle kunna ha fördelaktiga effekter om dylik behandling påbörjades före försök (el-konvertering) att erhålla normal rytm. Metoden skulle kliniskt kunna användas för att utvärdera autonoma nervsystemets och mediciners inverkan på det flimrande förmaket. Sålunda har vi i delarbete III och IV kunnat påvisa att stresshormoner förkortar det flimrande förmakets cykellängd vilket torde ha negativa konsekvenser. Vi har också för första gången kunnat visa att kombinationen av de flimrande förmakens cykellängd och förmakens storlek kan förutsäga utfall efter el-konvertering dvs man kan prediktera vilka som bibehåller normal rytm. Metoden skulle teoretiskt även kunna användas för att identifiera subgrupper av patienter med förmaksflimmer av olika bakgrund. Detta skulle i sin tur kunna medföra en optimal behandlings strategi inriktad mot den grundläggande orsaken.

• author: Meurling, Carl
• supervisor: [unknown] [unknown]
• opponent: Professor Rasmussen, Knut
• organization: Cardiology
• publishing date: 2000
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cardiac and Cardiovascular Systems
• keywords: elektrofysiologi, Förmaksflimmer, arytmi, Cardiovascular system, Kardiovaskulära systemet, non-invasiv
• pages: 194 pages
• defense location: Segerfalkssalen, Wallenbergscentrum, Lunds Universitet
• defense date: 2000-12-12 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MECA-8-SE
• ISBN: 91-628-4547-0
• language: English
• LU publication?: yes
• id: fab4b0fb-f1b4-48b9-a8da-cbeb16209d65 (old id 41177)
• date added to LUP: 2016-04-04 11:08:42
• date last changed: 2018-11-21 21:02:57