Abstract of medical phd thesis: Study on electrophysiological properties and the efficacy of catheter – based radio frequency ablation of paroxysmal atrial fibrillation

Objectives of our research are: Cardiac electrophysiological properties of paroxysmal atrial fibrillation patients. Evaluation of short-term outcomes of radio frequency ablation of paroxysmal atrial fibrillation.

PHAM TRAN LINH 

STUDY ON ELECTROPHYSIOLOGICAL  PROPERTIES AND THE EFFICACY OF  CATHETER – BASED RADIO FREQUENCY  ABLATION OF PAROXYSMAL ATRIAL 

FIBRILLATION  Speciality: Medical Cardiology

Code: 62720141

ABSTRACT OF MEDICAL PHD THESIS

This thesis may be found at:

1. The National Library

2. The Library of Military Medical University

"Clinical   manifestations   and   electrophysiologic   features   in 

patients   with   paroxysmal   atrial   fibrillation",  journal   of 

Vietnamese Medical, 430 (1), pp. 159 ­ 165.

Atrial   fibrillation   (AF)   is   one   of   the   most   common   types   of arrhythmia. AF is associated with a wide range of complications in clinical practice and may contribute to 5% of stroke cases a year. Mortality may increase to 34% in patients with heart failure if AF is concomitant. It is known that AF increases in the prevalence with advancing age. The incidence of AF is approximately 0.1% in the patients under 40 years of age while it approaches 1.5 – 2% in the group over 60 years of age. 

It was the first time in 1994 when Haissaguerre utilized the radio frequency (RF) energy as a therapy for AF patients. Nevertheless, this method had limitations such as low successful rate of 33 – 60%, high rate of complications, long procedure time (5 – 6 hours). In 

1996,   Pappone   used   a   three   dimensional   mapping   system   named CARTO to facilitate the therapy of AF with RF energy. CARTO system   has   brought   higher   efficacy   in   the   treatment   of   AF   as   it guarantees   high   successful   rate   and   low   complication   rate   The system has been upgrading so far to vast the utility in RF ablation of 

AF as the most advanced curing method for the disease. 

Back to 1998 when RF energy was first settled in Vietnam Heart Institute – Bach Mai Hospital, then was widespreaded to other heart centers up and down the country, launching the initiation for  the interventional  rhythmology  in Vietnam.  However,  paroxysmal  AF has   not   been   treated   with   RF   energy   as   a   routine   procedure   in Vietnam. Some questions have been raised to require the answers. What are the electrophysiological properties of the paroxysmal AF in Vietnamese patients ? What are the posibilities to utilize the therapy and its limitations ? What are the optimal indications for Vietnamese patients ? What are the early outcomes and the follow­up results ?

In   contributing   to   bring   this   method   into   routine   practice   in 

Vietnam,   we   conduct   a   research   named  “Electrophysiological 

properties   and   the   efficacy   of   catheter   –   based   radio   frequency   ablation of paroxysmal atrial fibrillation”.

­ In episodes of atrial fibrillation, the average A­A intervals were 196.8 ms and V­V intervals were 574.4 ms. 

­ Radio frequency ablation of paroxysmal atrial fibrillation has 

a high successful rate. Sinus maintenance rate was reached at 88.1% just after procedures and 74.3% after 12 months of follow­up. Recurrence rate was 11.4% and complication rate was 4.7% with no death. 

* Structure of the thesis:  The thesis consists of 136 pages (not including appendix and list of references), 50 tables, 10 graphs and 

33   figures   There   are   132   reference   documents,   including   12   in Vietnamese and 120 in English. There are 3 pages for the part of Introduction,   36   pages   for   Overview,   21   pages   for   Object   and Methodology, 33 pages for Research Result, 39 pages for Discussion, 

3 pages for Conclusion, 1 page for Suggestion. 

1.1   ELECTROPHYSIOLOGICAL   PROPERTIES   OF   THE   LEFT ATRIUM ANATOMY AND CARDIAC CONDUCTION SYSTEM

1.1.1   Left   atrium   anatomy:  left   atrium   is   bordered   by   the 

pulmonary   veno­atrial   junctions,   atrio­ventricular   junction   at   the mitral orifice, the left appendage and the septal part. 

­   Left   atrium’s   walls   and   atrial   septum:  left   atrium’s   walls 

include anterior wall, superior wall, free wall (lateral wall), posterior wall and septal wall

­  Atrial   muscle:  the   left   atrium   consists   of   three   layers: 

epicardium, atrial muscle and endocardium. The atrial musculature is constructed  by  circumferential   and  longitudinal   muscular   bundles. Those bundles contribute to the formation of pectinate muscles of the atrium. 

­ Pulmonary veins and ostia: all four pulmonary veins enter the 

left atrium at the posterior wall. In most of cases, those pulmonary veins are separated. 

1.1.2. Conduction system:

Sinus   node,   internodal   pathways,   atrioventricular   node,   His bundle and branches, Purkinje fibers. 

1.2. ELECTROPHYSIOLOGICAL PROPERTIES AND CONDUCTION SYSTEM

Including   activation   potential,   excitability,   automaticity, conductivity and refractoriness. 

1.3.  PATHO­PHYSIOLOGY IN ATRIAL FIBRILLATION

1.3.1. Electrophysiological mechanisms: 3 mechanisms for AF has been explained:

­ Single micro re­entrant stable circuits

­ Frequently macro re­entrant unstable circuits. 

­ Single automatic focus firing short interval impulses.  

1.3.2.  Hemodynamic Consequences:  hemodynamic consequences 

of AF result from multi factors such as  loss of atrial contraction, irregular   ventricular   response,   rapid   ventricular   rate,   coronary hypoperfusion. 

1.3.3. Mechanisms of thrombosis in AF: 

Patho­physiology   of   thrombosis   in   patients   with   AF   is complicated   Virchow’s   triad   contributes   3   factors   in   leading   to thrombosis: blood stasis, alteration of vessels’ intimal function and blood hypercoagulability.  

1.4. DIAGNOSIS OF ATRIAL FIBRILLATION

1.4.1. Classification of AF based on clinical settings: 

­ Paroxysmal AF:  AF that terminates spontaneously or with intervention within 7 days of onset, commonly within 48 hours. 

­ Persistent AF: AF that sustains over 7 days from onset and be terminated by pharmacological or direct­current cardioversion. 

­ Permanent AF:  is persistent AF that can not terminate by pharmacological or direct­current cardioversion. 

1.4.2   Etiology:  valvular   heart   diseases   (mitral   stenosis   or   mitral 

regurgitation), coronary artery diseases, left ventricular dysfunction, hypertension, left ventricular hypertrophy, congenital heart diseases including   atrial   septal   defect,   transposition   of   great   vessels   …; hyperthyroidism, idiopathic AF …

1.4.3. Diagnosis: diagnosis of AF bases on routine electrocardiograms. 

Some investigations can be doned to diagnose the etiology of AF including thyroid hormones, echocardiography, chest X­ray, stress test, 24 hour ECG monitoring, event recorder, electrophysiological study

1.4.4   Principles   of   treatment:  rhythm   control   and   thrombosis 

prevention   Based   on   the   classification   of   AF,   medications, interventional procedures or other methods can be chosen.  

1.5.1. Published international researches: 

It was the first time in 1994 when Haissaguerre utilized the radio frequency (RF) energy as a therapy for AF patients. Nevertheless, this method had limitations such as low successful rate of 33 – 60%, high rate of complications, long procedure time (5 – 6 hours). In 

1996,   Pappone   used   a   three   dimensional   mapping   system   named CARTO to facilitate the therapy of AF with RF energy. 

1.5.2. Research in the issue in Vietnam: 

It was not until 2009 when the first AF case was ablated using catheter­based radio frequency

1.5.5. Complications: 

Some   complications   have   been   reported   including   vascular access   complications,   cardiac   perforation,   cardiac   tamponade, valvular injury, stroke or TIA, systemic thrombosis, atrial­esophagus fistula, pulmonary vein stenosis   

CHAPTER 2OBJECTS AND METHODOLOGY

 2.1. OBJECTS

Our   research   includes   42   patients   who   were   diagnosed paroxysmal atrial fibrillation and hospitalized from October of 2009 

to March of 2014

2.1.1. Selection Criteria

Following the guidelines of American College of Cardiology, American   Heart   Association,   European   Society   of   Cardiology (ACC/AHA/ESC) 2010

Patients   were   diagnosed   symptomatic   paroxysmal   atrial fibrillation,   with   EHRA   symptom   score  ≥   2,   refractory   to pharmacological   agents  including   rate   control   and  rhythm   control (Indication Class IIa, Level of evidence A).  

2.1.2. Exclusion Criteria

Severe heart failure (NYHA IV), valvular AF cases that have the indication   for   open   heart   surgery,   acute   infections,   coagulation disorders, heart chamber thrombus, persistent AF and permanent AF.2.2. METHODOLOGY

+Pre­procedure  preparation:  patients   were   explained   about   the 

purpose,   techniques,   possible   outcomes   and   complications   of   the procedures. 

+ Procedure protocol

­ Placement of catheters

  Diagnostic   catheters   were   placed   at   the   coronary   sinus,   right 

. Mapping catheters and ablation catheters were inserted through right femoral vein and transseptally to the left atrium. 

­ Electrophysiological protocols

       . Electrophysiological properties in sinus rhythm: we measured 

PA, AH, HH, HV intevals, QRS duration, QT duration, basic sinus cycle length. 

+ All the patients were monitored at the Cardiac Intensive Care Unit after   the   procedures   Parameters   such   as   hemodynamics, echocardiography, electrocardiograms were obtained. 

+ Patients with successful ablations were received antiarrhythmic 3 months after procedures

+ Follow­up was carried out with 24 – hour ECG monitoring after 1 month, 3 months, 6 months, 12 months from the procedures. 

+ Anti­coagulant  therapy was also given  in 3 months with  VKA targeting INR from 2 to 3, or NOAC.  

Study’s protocol2.3. STATISTICAL ANALYSIS 

 Statistical analysis was facilitated by software package SPSS version 17.2 (2007)

3.1. GENERAL CHARACTERISTICS OF PATIENTS

From October of 2009 to March of 2014, 42 patients with AF that   unresponsive   to   pharmacological   agents   were   indicated   to undergo radio frequency catheter ablation.  

3.1.1. Age and gender 

There   were   36   male   patients   (85.7%)   and   6   female   patients (14.3%). 

Table 3.1. Age and gender

Age group Male (n=36) Female (n=6) Total (n=42)

Systolic pressure (mmHg)  124.6 ± 15.3 100 – 180Diastolic pressure (mmHg)  78.0 ± 10.2 60 – 100

(ms)  19.0 ± 6.9 18.1 ± 2.9 0.488 18.7 ± 5.6

HV intervals 

(ms)  47.4 ± 5.7 48.1 ± 3.9 0.618 47.7 ± 5.0QRS duration 

(ms) 91.3 ± 11.9 91.2 ± 13.4 0.975 91.3 ± 12.4

QT intervals 

(ms)  389.3 ± 42.2 391.4±29.3 0.834 390.2 ± 30.7

42 patients were divided into 2 groups based on age. A group consisted patients  ≤ 60 years of age and the other one consisting 

patients > 60 years of age. The basic cycle length of patients ≤ 60 years of age were significantly shorter than those of  > 60 years of age   There   was   no   significant   difference   between   the measurements of other intervals.   

3.2.1.2. Electrophysiological study of sinus node function

Table 3.6. Sinus node recovery time (SNRT)and corrected sinus  node recovery time (cSNRT) based on age and gender

3.2.1.3   Effective   refractory   periods   (ERP)   of   the   atrium   and   ventricle

Table 3.7. ERP of the atrium and ventricle

Index Atrial ERP (ms) Ventricular ERP (ms) 

Atrio­ventricular dissociation point (ms) 

≤ 60 y (n=25)1 198.7 ± 19.4 218.7 ± 58.7 395.3 ± 21.0

> 60 y (n=17)2 215.6 ± 15.9 222.5 ± 15.3 426.3 ± 73.5Overall (n=42) 205.6 ± 19.7 220.3 ± 17.2 407.9 ± 66.1

The atrial ERP and ventricular ERP were within the normal range. There was no significant difference between two groups of age

The atrial ERP of the patients ≤ 60 years of age was significantly shorter than the group of > 60 years of age with p = 0.007.   

3.2.2. Electrophysiological characteristics in AF

Atrial   programmed   electrical   stimulations   were   performed   to induce   AF   and   then   action   potentials   were   recorded   at   different locations in the left atrium. 

intervals (ms) 135.6 ± 39.4 123.1 ± 29.9 0.261 127.3 ± 33.4Longest AA 

intervals (ms) 263.1 ± 51.5 249.8 ± 38.1 0.346 254.2 ± 42.9Average VV 

intervals (ms) 543.7±104.4 589.8 ±107.8 0.194 574.4 ±107.6Shortest VV 

intervals (ms) 350.0 ± 88.6 415.3 ±102.2 0.049 393.5 ±101.7Longest VV 

intervals (ms)  813.8±191.5 827.6 ±205.0 0.834 823.0 ±198.4The role of AV conduction is important in reducing the impulses travelling   from   atria   to   ventricles   to   maintain   tolerant   ventricular response

3.3. RESULTS OF PAROXYSMAL ATRIAL FIBRILLATION ABLATION3.3.1. Results of procedures

3.3.1.1. Procedure time

Table 3.10. Procedure time

Index  Overall (n=42) PV isolation (n=28) ablation sites Other 

(n=14) PProcedure time  288.8 ± 60.4 293.6 ± 58.9 265.0 ± 68.8 0.173

Fluoroscopic 

time (min) 64.6 ± 20.4 69.4 ± 16.7 54.9 ± 24.2 0.028Time for 

time (seconds)  3476 ± 852 3644 ± 850 3224 ± 817 0.129The average procedure time was 288.8  ± 60.4 minutes. Time for creating image of left atrium and PVs and mapping tim was 40.9 ± 12.2 min   The   total   RF   ablation   time   was   3476   ±   852   seconds   The flouroscopy time was 64.5 ± 20.4 min

3.3.1.2. Pulmonary vein isolation

Table 3.11. Parameters for PV isolation (n=42)

Index  

Left PVs  Right PVs Anterior

 wall

Posterior wall

Anterior wall

Posterior wallNumber of 

35.8

±12.7

33.2

± 9.7

34.5 

±14.0

Power (W) 32.4 ±

2.5

22.6 

± 3.2

29.9 

± 1.4

28.8 

± 2.2Temperature 

(0C)

41.3

±8.3 36.4 ± 1.6 38.9 ± 1.3 37.8 ± 1.7Ablation time 

for a point (s)

27.5

±3.4

21.3

±3.1

25.3

±5.1

23.8

± 4.9

( )Ω

100.5

±3.4 90.6 ± 3.3 97.9 ± 2.5 93.2 ± 3.7Total ablation 

time (s)

1162.5

±822.7

742.3

±241.6

827.3

±267.3

797.8 ±319.1

Levels of power and temperature for ablating at the anterior wall and the left PVs were significantly higher than the posterior wall and the right PVs, respectively

Posteriorwall(n=3)

Cavo­tricuspid Isthmus site (n=10)Number of ablation points 76.0 40.3 ± 11.6 33.9 ± 9.0

Temperature (oC) 45.0 41.7 ± 2.1 41.3 ± 2.1Time for ablating a single 

Impedance ( )Ω 108.0 98.0 ± 2.2 100.2 ± 5.5Total RF ablation time (s) 2280 1210± 47.8 947 ± 295.6There   were   14   patients   who   early   activations   were   recorded during AF at the high right atrium and the cavo­tricuspid isthmus region. Ablations were fired at these positions

b) Left atrium

Table 3.13. Ablation lines in the left atrium (n: number of early 

activation locations during AF)

Index Superior wall (n=10) Left appendage ostium (n=3)  Isthmus (n=6)Mitral Number of 

ablation points 20.6 ± 10.0 21.7 ± 2.9 25.7 ± 8.0Power (W) 23.0 ± 4.8 35.0 ± 0.2  33.3 ± 2.6Temperature (0C)  37.7 ± 6.1 39.7 ± 1.5 39.5 ± 1.5Time for ablating 

a single point (s)  21.1 ± 3.2 23.3 ± 5.8 23.3 ± 5.2Impedance ( )Ω 101.1 ± 6.8 103.3 ± 7.0 100.5 ± 6.4Total RF time (s) 436.0 ± 192.2 516.7 ± 202.1 596.7 ± 244.3

In 14 patients, AF was still induced by programmed electrical stimulations   after   PV   isolation   procedures   In   those   patients,   19 locations were ablated in the superior wall, anterior part of the left appendage ostium and the mitral isthmus region in which earliest activation was recorded.   

3.3.2. Post – procedure result

Table 3.14. Post – procedure successful rate  

Index group (n=28)PV isolation  Additional PVI + 

lines (n=14)  P OverallSuccessful 

rate (n, %) 24 (85.7) 13 (92.9) 0.453 37 (88.1)Unsuccessful 

rate (n,%) 4 (14.3) 1 (7.1) 5 (11.9)Post­procedural successful rate was achieve at 37/42 patients. There   were   5   patients   remaining   AF   who   needed   electrical cardioversion although ablations were applied at many regions.3.3.3. Follow­up

3.3.3.1. One ­ month follow­up

Table 3.15. One­month follow­up

Index PV isolation (n=28, %) Nhóm đ t ph ih p (n=14)ợ ố ố  Overall (n=42)