Chronic atrial fibrillation in man. Activation, organisation and characterisation

Abstract

Chronic atrial fibrillation (CAF), with a prevalence progressively increasing with age, is one of the most common cardiac arrhythmias in man and associated with increased morbidity and mortality. Previous studies have shown that, in animals as well as in man, experimental atrial fibrillation is based on different types and dimensions of intra-atrial electrical re-entry. However, there is a lack of data on the electrical phenomena during the chronic type of this arrhythmia. By exploring the activation of the right atrial free wall during open-heart surgery in patients with CAF and an underlying heart disease, we confirmed the previous experimental findings. In addition, areas with organised activation were identified in a majority of the patients. The nature of the organised activation suggested re-entry in an anatomical structure, like the right annular bundle surrounding the tricuspid valve. In patients without signs of organised activation, multiple activation waves continuously re-enter either themselves or each other due to functional properties of the atrial myocardium. However, we failed to demonstrate that anisotropy in conduction velocity was a general property of the epicardial right atrial free wall of the intact human heart, both in patients with stable sinus rhythm and in patients with CAF. For non-invasive characterisation of CAF, we developed and validated a new ECG method for assessment of the magnitude and the dynamics of the atrial fibrillation cycle length. This new method was subsequently used to explore the influence of anaesthesia and heart exposure on atrial refractoriness in patients with CAF. We found that inhomogeneous cooling of the atrial myocardium, anaesthesia and modulation of the autonomic tone increased both the atrial refractory period and the heart rate significantly. These findings suggest that intra-operative data do not represent entirely normal conditions.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Den elektriska aktiviteten i hjärtats förmak vid kroniskt förmaksflimmer



Bakgrund:



Det mänskliga hjärtmuskeln består av fyra delar som var och en omsluter ett hålrum, vänster och höger förmak samt vänster och höger kammare. Ett hjärtslag, dvs den sammandragning av hjärtmuskeln som pumpar runt blodet i kroppen, utlöses normalt av att en elektrisk impuls bildas i sinusknutan, som finns i höger förmak. Från sinusknutan sprids impulsen till alla delar av hjärtmuskeln för att sedan dö ut. Regelbundna hjärtslag utlösta från sinusknutan är hjärtats normala rytm och kallas sinusrytm. Den normala rytmen kan störas av flera olika faktorer, varvid någon form av rytmrubbning inträder. Exempel på sådana faktorer är att impulserna från sinusknutan kommer alltför ofta eller alltför sällan eller att ett annat område i hjärtat, förutom sinusknutan, skickar ut elektriska impulser. En annan faktor är att den elektriska impulsen inte dör ut då den har aktiverat alla delar av hjärtat, utan istället återvänder till ett område som redan har aktiverats och aktiverar detta område på nytt, varvid ett nytt hjärtslag utlöses tätt efter det första. Detta fenomen kallas för elektrisk återkoppling. Återkoppling av en och samma elektriska impuls kan ske om och om igen, med resultat att hjärtat slår onormalt fort. En rytmrubbning som beror på elektrisk återkoppling är, när den väl har startat, inte beroende av impulser från sinusknutan utan fortsätter så länge återkoppling sker.



Förmaksflimmer är en hjärtrytmrubbning som kännetecknas av att olika delar av förmaken aktiveras utan inbördes ordning, på grund av att inte bara är en elektrisk impuls sprids genom förmaken utan flera elektriska impulser är aktiva samtidigt. Detta innebär att någon ordnad sammandragning av förmaken inte sker, utan olika delar dras samman utan inbördes koordination. Denna oordnade elektriska aktivitet i förmaken fortplantar sig till kamrarna i form av en oregelbunden kammarrytm. Hjärtats funktion som blodpump är därför bara måttligt reducerad vid förmaksflimmer eftersom det är kamrarna som står för den största pumpeffekten. Förmaksflimmer förekommer som sjukdom i två former hos människan, dels en tillfällig men återkommande form (paroxysmalt förmaksflimmer) och dels en permanent form (kroniskt förmaksflimmer). Förmaksflimmer kan även i samband med en undersökning framkallas på artificiell väg hos alla människor, men varar då normalt endast en kort stund. Kroniskt förmaksflimmer är en av de vanligaste hjärtrytmrubbningarna hos människan, med en förekomst som ökar kraftigt med ålder. Ungefär 2 % av alla människor över 60 år har kroniskt förmaksflimmer. Även om förmaksflimmer i sig inte är farligt är sjukdomen förknippad med kraftigt ökad risk för livshotande komplikationer såsom stroke.



Debatten om vad som orsakar förmaksflimmer har pågått alltsedan början på 1900-talet. Två huvudteorier har framförts. Den ena är att ett eller flera områden i förmaken skickar ut elektriska impulser med så hög frekvens att samordningen mellan olika delar av förmaken går förlorad. Den andra är att återkoppling av den elektriska impulsen sker på flera ställen i förmaken samtidigt, vilket leder till närvaro av flera elektriska impulser samtidigt och därmed förlorad samordning mellan olika delar av förmaken. Sedan slutet på 1970-talet är det möjligt att mäta den elektriska aktiviteten på flera ställen i hjärtat samtidigt och därmed få en bättre uppfattning om vad som verkligen sker vid olika rytmrubbningar. Denna teknik, som används i samband med öppen hjärtkirurgi och kallas mapping, har sedan början på 1980-talet använts för att kartlägga den elektriska aktiviteten vid förmaksflimmer, dock hittills nästan uteslutande på försöksdjur eller människor med artificiellt framkallat förmaksflimmer. Dessa studier stöder teorien att förmaksflimmer orsakas av elektrisk återkoppling på flera ställe samtidigt i förmaken. När vi började forskningen som ligger till grund för denna avhandling hade inte någon kartläggning av den elektriska aktiviteten i förmaken hos människor med sjukdomen kroniskt förmaksflimmer gjorts. Syftet med denna avhandling är därför att försöka besvara ett antal specifika frågor som kan hjälpa oss att bättre förstå vad som orsakar kroniskt förmaksflimmer och därmed hur man ska behandla denna hjärtrytmrubbning.



Frågor:



1. Är den elektriska aktiviteten i hjärtat vid kroniskt förmaksflimmer likadan som under artificiellt framkallat förmaksflimmer?



2. Finns det någon logik i den elektriska aktiviteten i förmaken vid kroniskt förmaksflimmer?



3. Är den elektriska utbredningshastigheten i det mänskliga hjärtat, dels vid sinusrytm och dels vid kroniskt förmaksflimmer, olika i olika riktningar?



4. Kan man utifrån mätningar av den elektriska aktiviteten på kroppens yta, dvs EKG, bestämma i vilken takt förmaken aktiveras vid kroniskt förmaksflimmer?



5. Ger mätning under öppen hjärtkirurgi av den elektriska aktiviteten i förmaken hos patienter med kroniskt förmaksflimmer en representativ bild av sjukdomen?



För att besvara dessa frågor har vi mätt den elektriska aktiviteten i hjärtats förmak hos ca 60 patienter med kroniskt förmaksflimmer vid Universitetssjukhuset i Lund under åren 1992-1997. Flertalet av mätningarna är gjorda från utsidan av hjärtat under öppen hjärtkirurgi, andra från insidan av hjärtat vid kateterisering (mätning med hjälp av elektriska ledare placerade i hjärtats hålrum) medan andra mätningar är gjorda från kroppens utsida (EKG) under normala förhållanden i vila.



Svar:



1-2. Den elektriska aktiviteten i förmaken under kroniskt förmaksflimmer är väsentligen lik den under artificiellt framkallat förmaksflimmer. Återkopplingen av de elektriska impulserna sker på flera och ofta varierande ställen samtidigt. Hos en majoritet av patienterna har vi funnit logik i denna till synes oordnade elektriska aktivitet. Vi har funnit områden i förmaken där den elektriska aktiviteten är ganska regelbunden och ordnad vilket antyder att återkoppling ofta sker på ett och samma ställe.



3. Utbredningshastigheten hos en elektrisk impuls i höger förmak är inte olika i olika riktningar vare sig hos patienter med sinusrytm eller patienter med kroniskt förmaksflimmer. Vi utesluter dock inte att sådana skillnader kan finnas i andra delar av förmaken.



4. Vi har utvecklat en ny analysmetod som gör det möjligt att utifrån ett vanligt EKG registrerat från kroppens yta bestämma i vilken takt förmaken aktiveras hos patienter med kroniskt förmaksflimmer. Metoden har också visat sig vara användbar för att följa förändringar i takten, vilket är värdefullt för att utvärdera effekten av t ex ny medicin.



5. Med hjälp av den nya EKG analysmetoden har vi visat att de förhållande som råder under öppen hjärtkirurgi påverkar takten med vilken förmaken aktiveras hos patienter med kroniskt förmaksflimmer. Det är därför sannolikt att den elektriska aktiviteten kartlagd under öppen hjärtkirurgi ej helt och hållet representerar den elektriska aktiviteten under normala förhållanden, vilket måste beaktas vid tolkning av resultaten.



Sammanfattning:



Kroniskt förmaksflimmer är en av de vanligaste hjärtrytmrubbningarna hos människan och är förknippat med allvarliga och livshotande komplikationer. Den elektriska aktiviteten i hjärtats förmak vid kroniskt förmaksflimmer kännetecknas av att flera elektriska impulser är närvarande samtidigt och att olika delar av förmaken aktiveras utan inbördes ordning. Detta beror på att det sker återkoppling av de elektriska impulserna på ständigt varierande ställen i förmaken. Hos en majoritet av patienter har vi dock funnit ställen där elektrisk återkoppling sker mer eller mindre konstant. Vidare har vi funnit att med hjälp av en ny analysmetod kan man bestämma den takt med vilken förmaken aktiveras vid kroniskt förmaksflimmer utifrån en vanlig EKG-registrering. Vi har också funnit att den elektriska aktiviteten i förmaken hos patienter med kroniskt förmaksflimmer under öppen hjärtkirurgi ej helt och hållet är representativ för denna hjärtrytmrubbning, eftersom sövning av patienten och exponering av hjärtat påverkar spridningen av de elektriska impulserna i förmaken.

• author: Holm, Magnus
• supervisor: Bertil Olsson; Rolf Johansson
• opponent: Prof Allessie, Maurits A., Dept of Physiology, University of Limburg, Cardiovascular Research Institute Maastricht, The Netherlands
• organization: Cardiology
• publishing date: 1997
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Cardiac and Cardiovascular Systems
• keywords: ECG spectral analysis, Preferential conduction, Organisation, Conduction velocity, Refractoriness, Mechanisms, Activation pattern, Chronic, Fibrillation, Human, Atrium, Open-heart surgery, Cardiovascular system, Kardiovaskulära systemet
• pages: 176 pages
• defense location: Lecture room F4, University Hospital, Lund, Sweden
• defense date: 1997-10-10 10:15:00
• external identifiers: other:ISRN: LUMEDW/MECA-4-SE
• ISBN: 91-628-2650-6
• language: English
• LU publication?: yes
• id: d6fda2ef-bba7-480a-b1d9-5cdeadcdeda5 (old id 29501)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:09:06
• date last changed: 2022-01-11 07:28:28