FUNDAMENTO: A estimulação crônica do ventrículo direito (EVD) induz um padrão de contração dessincronizado, produzindo assincronia interventricular e intraventricular. Muitos estudos têm mostrado a relação entre EVD e a forma e função ventricular esquerda (VE) comprometida. OBJETIVO: O objetivo deste estudo foi avaliar a sincronia e a função do VE em pacientes pediátricos que receberam EVD em comparação com aqueles que receberam estimulação do VE (EVE). MÉTODOS: As funções sistólica e diastólica e a sincronia do VE foram avaliadas em 80 pacientes pediátricos com bloqueio atrioventricular total não cirúrgico ou pós-cirúrgico, com estimulação a partir do endocárdio do ventrículo direito (VD) (n = 40) ou do epicárdio do VE (n = 40). Foram analisados dados ecocardiográficos obtidos antes da implantação do marca-passo, imediatamente após a implantação, e no final de um acompanhamento médio de 6,8 anos. RESULTADOS: A função diastólica do VE não se alterou em nenhum dos pacientes durante o acompanhamento. A função sistólica ventricular esquerda foi preservada nos pacientes que receberam EVE. No entanto, a fração de encurtamento e a fração de ejeção diminuíram de medianas de 41% ± 2,6% e 70% ± 6,9% antes da implantação para 32% ± 4,2% e 64% ± 2,5% (p < 0,0001 e p < 0,0001), respectivamente, no acompanhamento final. O atraso mecânico interventricular foi significativamente maior com a EVD (66 ± 13 ms) do que com a EVE (20 ± 8 ms). Da mesma forma, nos dois grupos houve uma diferença significativa entre os seguintes parâmetros: atraso mecânico do VE (EVD: 69 ± 6 ms, EVE: 30 ± 11 ms, p < 0,0001); atraso septo-lateral (RVP: 75 ± 19 ms, LVP: 42 ± 10 ms, p < 0,0001) e atraso septo-posterior (EVD: 127 ± 33 ms, EVE: 58 ± 17 ms, p < 0,0001). CONCLUSÃO: Quando comparado ao endocárdio do VD, o epicárdio do VE é um local ideal para a estimulação para preservar a sincronia e a função cardíaca.
IDepartamento de Arritmia e Estimulação Cardíaca - Cardiocentro Pediátrico ¨William Soler¨, Havana, Cuba
IIDepartamento de Ecocardiografia - Cardiocentro Pediátrico ¨William Soler¨ , Havana, Cuba
A estimulação elétrica a partir do ápice e da parede livre do ventrículo direito (VD) induz um padrão de contração dessincronizado caracterizado pela ativação precoce do VD e do septo interventricular e ativação tardia da parede anterior do ventrículo esquerdo (VE). Isso produz assincronia interventricular mecânica e elétrica, juntamente com assincronia intraventricular1. Embora esses efeitos prejudiciais sejam tolerados pela maioria dos pacientes pediátricos, estudos mostraram que a estimulação crônica do VD (EVD) é um fator de risco importante para o comprometimento agudo e crônico da função ventricular esquerda, para a remodelação estrutural do VE e para o aumento do risco de insuficiência cardíaca2-5. Esses efeitos adversos ocorrem em 6% e 13% dos pacientes após o acompanhamento ao longo de aproximadamente 10 anos2,5-8.
Locais alternativos de estimulação têm sido investigados para preservar a sincronia do VE. Dois estudos retrospectivos em crianças com estimulação epicárdica permanente do VE concluíram que a função do VE pode ser preservada pela estimulação crônica da parede livre do VE9,10 (EVE). Além disso, um estudo com pacientes pediátricos com disfunção ventricular esquerda e EVD ou bloqueio intrínseco de ramo esquerdo demonstrou a possibilidade de melhoria da função ventricular esquerda um mês após a EVE em único local11.
Este estudo teve como objetivo avaliar a evolução da função e da sincronia ventricular esquerda depois da EVE endocárdica, quando comparada à EVE epicárdica.
No total, foram selecionados 130 pacientes pediátricos que receberam um implante de marca-passo em um único centro terciário de cardiologia pediátrica. O estudo incluiu todas as crianças com bloqueio atrioventricular total (BAVT) não cirúrgico ou cirúrgico. As crianças que eram estimuladas a partir do endocárdio do VD (n = 40) e do epicárdio do VE (n = 40) foram incluídas no estudo. Os seguintes pacientes foram excluídos: os que tinham mais de 18 anos à época do implante do marca-passo, os que recebiam estimulação ventricular menor do que 95%, os que tinham um ano ou menos de estimulação cardíaca permanente e aqueles com evidências clínicas ou histórico de insuficiência cardíaca não relacionado ao BAVT no momento da implantação do marca-passo. A
As posições de colocação dos eletrodos do marca-passo foram determinadas de acordo com dados do protocolo de implantação e confirmadas através de radiografias do tórax. Eletrodos unipolares para EVE foram implantados na região apical e inseridos através de uma toracotomia lateral. Todos os eletrodos do marca-passo foram colocados no ápice do ventrículo direito (AVD). A estimulação ventricular (Estimulação Modulada por Taxa Ventricular [VVI/VVIR]) foi o modo de estimulação predominante. O estudo excluiu pacientes que precisavam alterar o local de estimulação entre o início da estimulação e a avaliação.
Foram feitas avaliações ecocardiográficas antes do implante de marca-passo, imediatamente após, e em intervalos regulares durante um período médio de acompanhamento de 6,8 anos. Os dados foram obtidos nas posições precordiais padrão com um transdutor adequado (5 MHz, Aloka Prosound 5500). Dois observadores experientes, cegos para o local de estimulação ventricular, realizaram avaliações ecocardiográficas transtorácicas uni e bidimensionais e avaliações com Doppler. Todos os exames foram realizados de acordo com as recomendações do Conselho Pediátrico da Sociedade Americana de Ecocardiografia (
Para uma avaliação diastólica abrangente, o exame de Doppler tecidual (DTI) foi realizado no anel da valva mitral lateral e septal no corte apical de quatro câmaras. As velocidades máximas da onda E (AE) e da onda A (Aa) no tecido foram obtidas, e a relação E / Ea também foi determinada. O tempo de relaxamento isovolumétrico do VE foi utilizado para avaliar a função diastólica, e foi considerado como o período a partir do final do fluxo aórtico para o início do fluxo mitral na vista apical de cinco câmaras.
A sincronia ventricular na visão de quatro câmaras e de eixo longo foi avaliada por 2D strain. Os seguintes parâmetros foram avaliados:
Atraso mecânico interventricular, medido pela diferença de tempo entre os períodos de pré-ejeção do VD e do VE.
Atraso mecânico septo-lateral, calculado como a maior diferença de tempo entre a primeira e última velocidade máxima sistólica do miocárdio de dois segmentos opostos.
Atraso septo-posterior, determinado pelo atraso entre o pico da contração sistólica do septo interventricular e da parede posterior esquerda.
Atraso mecânico do VE, medido como a diferença máxima entre o pico sistólico inicial e final da contração analisados pelo 2D strain em qualquer um dos 12 segmentos do VE.
Os dados são apresentados como média ± desvio padrão. Para analisar as diferenças nas variáveis contínuas entre o grupo estimulação do AVD (EAVD) e o grupo EVE, foram realizados testes
No total, 80 pacientes com idade média de 12,5 ± 5,2 anos foram avaliados. As características demográficas e as características clínicas do estudo são apresentadas na
No final do período de acompanhamento, em pacientes com EAVD, o DDFVE aumentou significativamente além dos valores de referência correspondentes (40 ± 6,0 vs 32 ± 3,1, p < 0,001), e dos valores do grupo de EVE (40 ± 6,0 vs 35 ± 4,2, p < 0,001) (
Todos os parâmetros ecocardiográficos que refletiam a dessincronia interventricular e intraventricular foram afetados em pacientes com EAVD (
Cinco pacientes desenvolveram cardiomiopatia dilatada (6,3%). Os dados clínicos e ecocardiográficos destes pacientes são mostrados na
O principal achado do nosso estudo é que a estimulação apical do VD em pacientes pediátricos com ou sem doença cardíaca estrutural produz remodelação do VE e dessincronia. Além disso, a pesquisa confirma que a EVE é um local seguro de estimulação quando se busca evitar a dessincronia causada pela estimulação cardíaca crônica.
As biópsias endomiocárdicas coletadas a partir da região mediana do septo em pacientes estimulados detectaram anomalias histopatológicas, caracterizadas por células de Purkinje subendocárdicas proeminentes com um aumento de tamanho variável, áreas focais de calcificação distrófica e desarranjo das miofibrilas13. Esses achados são o resultado de vetores de tensão e forças miocárdicas de cisalhamento decorrentes da assincronia da ativação elétrica ventricular, com ativação precoce dos miócitos próximos ao AVD e ativação tardia de células em regiões remotas1. Essa heterogeneidade na ativação elétrica do miocárdio é acompanhada por mudanças no padrão de ativação mecânica do VE14. Um estudo em animais demonstrou a presença de um rápido encurtamento precoce sistólico em regiões ativadas precocemente, com o relaxamento prematuro desses locais, e um pré-estiramento das regiões ativadas tardiamente15. Devido à baixa pressão no VE, a contração do miocárdio precocemente ativado é ineficiente. Além disso, contra altas pressões do VE, ocorre uma vigorosa contração sistólica tardia em regiões com atraso. Isso impõe carga sobre as áreas anteriormente ativadas, que se submetem a um estiramento sistólico paradoxal16. O padrão de contração anormal de diferentes regiões do VE resulta em uma redistribuição da tensão do miocárdio e em contrações menos eficazes15. Diminuições na contratilidade e no relaxamento, juntamente com alterações histológicas, levam ao comprometimento da função ventricular esquerda.
Os dados clínicos sobre o efeito deletério da EVD crônica em crianças permanecem controversos, e algumas pesquisas suportam um impacto negativo13,17,18, enquanto outras obtiveram resultados conflitantes19,20. O presente estudo encontrou um efeito deletério significativo da estimulação apical do VD na função sistólica do VE, com uma incidência de 6,3% em pacientes com cardiomiopatia dilatada, o que está de acordo com os dados anteriores (6,0% - 13,4%)2,5-8. A estimulação apical do VD foi um fator preditivo para a deterioração da função do VE [OR = 11,3, intervalo de confiança (IC) de 95% = 2,1- 63,8, p < 0,001]. Gebauer e cols.5 avaliaram a função ventricular esquerda em 82 pacientes pediátricos com BAVT não cirúrgico ou pós-cirúrgico. Em sua pesquisa, o único fator de risco significativo para o desenvolvimento de dilatação e disfunção do VE foi a presença de estimulação da parede livre do epicárdio do VD (OR = 14,3, IC 95% = 2,3 - 78,2, p < 0,001). Portanto, embora a estimulação da parede livre do epicárdio do VD possa induzir maior dessincronia no VE, nossos resultados sugerem que a EAVD resulta no mesmo grau de ativação assíncrona, contração anormal e diminuição da função de bombeamento.
O impacto da estimulação apical do VD na função diastólica do VE não tem sido amplamente explorado, mesmo em populações pediátricas. Estudos anteriores em modelos animais demonstraram a deterioração dos parâmetros diastólicos21,22. Litwin e cols.21, por exemplo, encontraram uma alteração significativa dos parâmetros de enchimento diastólico na ventriculografia esquerda de radionuclídeos, como o tempo para o pico de enchimento e a taxa negativa de aumento da pressão do VE em cães que receberam estimulação ventricular21. Da mesma forma, Aoyagi e cols.22, encontraram um prolongamento do tempo de relaxamento isovolumétrico (TRIV) do VE, que era dependente do grau de assincronia da movimentação da parede22. Embora nossos dados tenham mostrado um efeito negativo sobre a sincronia do grupo EVD, o TRIV do VE não se alterou durante o acompanhamento. Além disso, Kolettis e cols.23 estudaram o estado hemodinâmico agudo de 20 pacientes adultos, com a estimulação seqüencial dupla câmara, determinando que um aumento no TRIV é uma medida da deterioração da função diastólica do VE23. Da mesma forma, baseando-se na hipótese de que a disfunção ventricular direita precede a disfunção ventricular esquerda, Dwevedi e cols.24 encontraram um aumento significativo no TRIV e no tempo de desaceleração depois de 1 mês de EVD de câmara única, que continuaram a aumentar progressivamente até seis meses24. Eles confirmam que as funções diastólica e sistólica são perturbadas em muitas condições secundárias ao envolvimento do ventrículo direito24. No entanto, em nosso estudo, 57,5% dos pacientes que apresentavam defeitos cardiovasculares congênitos, como defeitos do septo atrial, estenose pulmonar, tetralogia de Fallot ou dupla via de saída do ventrículo direito, que são condições que melhoram a função do VD, a disfunção diastólica estava ausente, assim como a correlação entre a presença de doença cardíaca estrutural e insuficiência tardia do VE. A contradição com as conclusões de Dwevedi e cols.24 poderia ser explicada pelo fato de 47,5% da população do estudo ter um defeito cardíaco congênito corrigido, e pelo fato dos pacientes com evidência clínica de disfunção ventricular terem sido excluídos. Os resultados e as conclusões de estudos envolvendo estimulação em pacientes adultos não podem ser extrapolados para a população pediátrica devido a diferenças de comorbidades e às causas potenciais de dessincronia ventricular.
Nós postulamos que a sequência de ativação é um dos principais determinantes da função cardíaca de bombeamento, como pesquisas anteriores já mostraram25,26. A estimulação a partir da parede livre do VE induz uma ativação prévia da parede lateral do VE, impedindo o movimento paradoxal do septo, resultando em uma melhor resposta hemodinâmica, quando comparada à estimulação do VD27. Além disso, é induzida uma sequência fisiológica do vértice à base, produzindo uma ativação elétrica e uma contração síncronas no nível circunferencial do VE28.
Em estudos com animais e com crianças, já foi confirmado que a função de bombeamento do VE que se aproxima à da condução ventricular normal resulta da estimulação do septo ínfero-apical do VE e do epicárdio do ápice do VE28-30. A contração síncrona resultante deve-se predominantemente ao rápido envolvimento do impulso nas camadas do endocárdio do VE, e à consequente rápida condução do ápice à base ao longo de todos os segmentos da parede do VE30. Mills e cols.30, em sua pesquisa em cães com bloqueio atrioventricular total experimental, demonstraram que a estimulação apical do ventrículo esquerdo pode produzir uma dessincronia elétrica moderada com níveis normais de eficiência, contratilidade e relaxamento do miocárdio após 4 meses de EVE30.
Em nosso estudo, os índices de dessincronia, como o atraso septo lateral e o atraso septo-posterior, foram identificados como fatores preditores da disfunção ventricular esquerda. Esse achado demonstrou, mais uma vez, as consequências da deficiência da ativação ventricular normal. A EVD apical produz ativação precoce da parede do VD, seguida pela ativação precoce do septo do VE e, em seguida, da parede lateral do VE30. A ativação precoce do septo basal induz uma contração segmentar que não tem a oposição da ativação tardia do restante miocárdio do VE, o que leva ao abaulamento sistólico do septo9. Longos tempos de ativação ao redor da circunferência do VE (29 - 49 ms) durante a estimulação apical do VD produzem uma distribuição anormal do trabalho mecânico e do fluxo sanguíneo, dessincronia mecânica e incoordenação da contração. Em seguida, há um consequente impacto negativo na contratilidade, no relaxamento e na eficiência externa30.
Uma pesquisa feita por van Geldorp e cols.10 comparou a função e a sincronia ventricular em 18 crianças saudáveis e pacientes com EVD e EVE crônicas. Nesse estudo, o grupo EVD também mostrou uma diminuição da FEn do VE. Do mesmo modo, o índice sistólico de excentricidade do VE e a duração do atraso septo-posterior foram significativamente maiores nesse grupo do que no grupo EVE ou no grupo de controle10. Além disso, Gebauer e cols.31 avaliaram a sincronia e a função do VE em 32 pacientes estimulados no epicárdio da parede livre do VD, do ápice do VE e do ápice do VD. Identificou-se que a estimulação da parede livre do VD e o atraso septo-posterior eram preditores negativos da FEVE31. Em destaque, Tomaske e cols.9 mostraram que uma FE do VE diminuída e uma maior dessincronia do VE estavam associadas a crianças que recebiam estimulação do VE. Além disso, uma correlação significativa foi estabelecida entre a diminuição da FEVE e a severidade da dessincronia mecânica medida pelo atraso septo-lateral do VE e pelo atraso mecânico do VE9.
Nossos dados confirmam o benefício da estimulação crônica do VE na sincronia e na função ventricular esquerda. Os resultados do nosso estudo apoiam a visão de que a EVE no epicárdio é o local ideal para estimulação em populações pediátricas. Observações em pequenas coortes apóiam o uso de um local de estimulação no VE quando a estimulação crônica é indicada em crianças9,10,31. Também tem sido demonstrado que a estimulação na parede lateral do VE pode ser tão eficaz quanto a estimulação biventricular em pacientes com insuficiência cardíaca congestiva32,33. Por exemplo, Vanagt e cols.34 relataram um caso de uma menina de 2 anos de idade com BAVT congênito e insuficiência cardíaca induzida pela EVD que recuperou a função do VE após estimulação apical do VE. Além disso, em crianças com disfunção ventricular esquerda e dessincronia causada pela EVD a longo prazo, pequenas casuísticas mostraram melhorias na função um mês após a EVE em um único local11.
Locais alternativos para estimulação também tem sido investigados35-40. A estimulação do feixe de His induz uma seqüência de ativação fisiológica normal e, portanto, impede a dessincronia e os efeitos deletérios sobre a função do VE35,36. No entanto, as características anatômicas dessa região fazem deste um processo desafiador, que pode ser difícil em uma população pediátrica. Alternativamente, a via de saída do VD foi proposta37,38, embora os resultados sejam controversos39,40, e não suportem a estimulação desse local em crianças. Em nossa instituição, defendemos a implantação de eletrodos no epicárdio do VE através de uma toracotomia lateral esquerda, resultando em limiares estáveis, assim como em bons resultados estéticos.
Devido à falta de avaliação diastólica antes do primeiro implante, não pudemos comparar as medidas do exame de Doppler tecidual antes e depois da estimulação permanente. Ainda assim, os resultados do último acompanhamento mostraram uma função diastólica preservada utilizando o método ecocardiográfico de Doppler tecidual.
A EVD crônica estava associada ao remodelamento, à dessincronia, e à disfunção sistólica do VE na população pediátrica, o que está de acordo com os resultados anteriores. Devido às vantagens da estimulação crônica do VE, acreditamos que este deve ser proposto como o local ideal quando a estimulação cardíaca permanente for necessária em crianças.
Concepção e desenho da pesquisa: Ortega MC, Ricardo GS; Redação do manuscrito: Ortega MC; Obtenção de dados, Análise e interpretação dos dados, Análise estatística e Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual: Ortega MC, Morejón AEG, Ricardo GS.
Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Este artigo é parte de tese de doutorado de Michel Cabrera Ortega pelo Cardiocentro Pediátrico ¨William Soler".
Correspondência: Michel Cabrera Ortega 100 y Perla, Altahabana, Boyeros 10800 Havana, Cuba E-mail:
Artigo recebido em 06/07/12, revisado em 26/10/12, aceito em 19/11/12.
BACKGROUND: Chronic right ventricular pacing (RVP) induces a dyssynchronous contraction pattern,producing interventricular and intraventricular asynchrony. Many studies have shown the relationship of RVP with impaired left ventricular (LV) form and function. OBJECTIVE: The aim of this study was to evaluate LV synchrony and function in pediatric patients receiving RVP in comparison with those receiving LV pacing (LVP). METHODS:LV systolic and diastolic function and synchrony were evaluated in 80 pediatric patients with either nonsurgical or postsurgical complete atrioventricular block, with pacing from either the RV endocardium (n = 40) or the LV epicardium (n = 40). Echocardiographic data obtained before pacemaker implantation, immediately after it, and at the end of a mean follow-up of 6.8 years were analyzed. RESULTS: LV diastolic function did not change in any patient during follow-up. LV systolic function was preserved in patients with LVP. However, in children with RVP the shortening fraction and ejection fraction decreased from medians of 41% ± 2.6% and 70% ± 6.9% before implantation to 32% ± 4.2% and 64% ± 2.5% (p < 0.0001 and p < 0.0001), respectively, at final follow-up. Interventricular mechanical delay was significantly larger with RVP (66 ± 13 ms) than with LVP (20 ± 8 ms). Similarly, the following parameters were significantly different in the two groups: LV mechanical delay (RVP: 69 ± 6 ms, LVP: 30 ± 11 ms, p < 0.0001); septal to lateral wall motion delay (RVP: 75 ± 19 ms, LVP: 42 ± 10 ms, p < 0.0001); and, septal to posterior wall motion delay (RVP: 127 ± 33 ms, LVP: 58 ± 17 ms, p < 0.0001). CONCLUSION: Compared with RV endocardium, LV epicardium is an optimal site for pacing to preserve cardiac synchrony and function.
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Electric stimulation from the right ventricular (RV) apex and free wall induce a dyssynchronous contraction pattern characterized by early activation of RV and the interventricular septum and delayed activation of the left ventricular (LV) anterior wall. This produces mechanical and electrical interventricular asynchrony, along with intraventricular asynchrony1. Although these detrimental effects are tolerated by most pediatric patients, studies have shown that chronic RV pacing (RVP) is an important risk factor for acute and chronic impairment of LV function, structural remodeling of LV, and an increased risk of heart failure2-5. These adverse events occur in 6% and 13% patients after follow-up over approximately 10 years2,5-8.
Alternative pacing sites have been investigated to preserve LV synchrony. Two retrospective studies of children with permanent LV epicardial pacing concluded that LV function can be preserved by chronic stimulation of the LV (LVP) free wall9,10. In addition, an study of pediatric patients with either LV dysfunction and RVP or intrinsic left bundle branch block demonstrated the possibility for improvement of LV function 1 month after single-site LVP11.
The present study aimed to evaluate the evolution of LV function and synchrony after endocardial RVP in comparison with those after epicardial LVP.
A total of 130 pediatric patients who underwent pacemaker implantation in a single tertiary pediatric cardiology center were prospectively enrolled. The study included all children with either nonsurgical or surgical complete atrioventricular block (CAVB). Children were included when paced from both the RV endocardium (n = 40) and from the left ventricular epicardium (n = 40). We excluded the following patients: those aged >18 years at pacemaker implantation, those with <95% ventricular pacing, those with
Pacing lead positions were assigned according to implantation protocol data and confirmed by chest X-rays. LVP unipolar leads were implanted in the apical region, and inserted through a left lateral thoracotomy. All endocardial pacing leads were placed in the RV apex (RVA). Ventricular pacing (Ventricular Rate Modulated Pacing [VVI/VVIR]) was the predominant pacing mode. The study excluded patients who required a change in the pacing site between the initiation of pacing and evaluation.
Echocardiographic evaluations were made before pacemaker implantation, immediately after, and at regular intervals during a mean follow-up period of 6.8 years. Data were obtained in the standard precordial positions with an appropriate transducer (5 MHz, Aloka Prosound 5500). Two experienced observers, blinded for the ventricular pacing site, performed one- and two-dimensional transthoracic echocardiography and Doppler evaluations. All examinations were performed in line with the recommendations of the Pediatric Council of the American Society of Echocardiography 12; three measurements in random for every patient were made for each observer and the average of measurements was used for further analysis. Paraesternal M-mode images were used to measure LV end-diastolic and LV end-systolic diameters (LVEDD and LVESD, respectively). LV shortening fraction (LV SF) was calculated according to the formula12: LV SF = LVEDD - LVESD/LVEDD × 100. LV end-diastolic and LV end-systolic volumes (LVEDV and LVESV, respectively) were obtained using Simpson's biplane method, and indexed to body surface area and the ejection fraction (EF) calculated.
For a comprehensive diastolic evaluation, Doppler tissue imaging (DTI) was undertaken at the lateral and septal mitral valve annulus in the apical four-chamber view. The peak tissue E-wave (Ea) and A-wave (Aa) velocities were obtained, and the E/Ea ratio was also determined. LV isovolumic relaxation time was used to assess diastolic function, and it was considered as the period from the end of aortic flow to the beginning of mitral inflow in the apical five-chamber view.
Myocardial 2D strain was performed to assess ventricular synchrony in the four-chamber and long-axis views. The following parameters were evaluated:
Interventricular mechanical delay, measured as the time difference between the LV and RV pre-ejection times.
Septal to lateral mechanical delay, calculated as the maximum time difference between the earliest and latest peak myocardial systolic velocity of two opposing segments.
Septal to posterior wall motion delay (SPWMD), determined as the delay between peak systolic inward motion of the interventricular septum, and the left posterior wall.
LV mechanical delay, measured as the maximum difference between the initial and last peak systolic 2D strain in any of the 12 LV segments.
Data are presented as mean ± standard deviation. For analyzing the differences in continuous variables between the RVA pacing (RVAP) group and LVP group, t-tests were used. Correlations between variables were assessed using Pearson's correlation (r value). Logistic regression was performed to determine the predictors of impaired left ventricular function. Significance was accepted at a p value of
A total of 80 patients with a mean age of 12.5 ± 5.2 years were evaluated. The demographic data and clinical characteristics of study are presented in
At the end of the follow-up period, LVEDD in patients with RVAP increased significantly over both the corresponding baseline values (40 ± 6.0 vs. 32 ± 3.1, p < 0.001) and the values of the LVP group (40 ± 6.0 vs. 35 ± 4.2, p < 0.001) (
All the echocardiographic parameters reflecting both interventricular and intraventricular dyssynchrony were affected in patients with RVAP (
Five patients developed dilated cardiomyopathy (6.3%). The clinical and echocardiographic data of these patients are shown in
The main finding of our study is that RV apical pacing in pediatric patients with or without structural heart disease produces LV remodeling and dyssynchrony. Moreover, the research confirms that LVP is a safe site of stimulation when seeking to prevent the dyssynchronous effect of chronic cardiac pacing.
Endomyocardial biopsies taken from the mid-RV septal region in paced patients have detected histopathological abnormalities. These consist of prominent subendocardial Purkinje cells with an increase in variable-sized, focal areas of dystrophic calcification and myofibrillar disarray13. These findings are the result of stress vectors and myocardial shearing forces resulting from asynchrony of electrical ventricular activation, with early activation of myocytes close to RVA, and delayed activation of cells in remote regions1. This heterogeneity in electrical activation of the myocardium is accompanied with changes in the mechanical activation pattern of LV14. An animal study has demonstrated the presence of rapid early-systolic shortening in early-activated regions, with premature relaxation of these sites, and prestretching of late-activated regions15. Because of the low LV pressure, contraction of the early-activated myocardium is inefficient. Furthermore, against high LV pressures, a vigorous late-systolic contraction occurs in regions with delay. This imposes loading on the earlier activated territories, which undergo paradoxical systolic stretch16. The abnormal contraction pattern of different regions of LV, results in a redistribution of myocardial strain, and less effective contraction15. Decreases in contractility and relaxation together with histological abnormalities lead to the detriment of left ventricular function.
Clinical data about the deleterious effect of chronic RVP in children remain controversial, with some researches supporting a negative impact13,17,18, whereas others have obtained conflicting results19, 20. The present study found a significant deleterious effect of RV apical pacing on systolic LV function, with an incidence of 6.3% in patients with dilated cardiomyophathy, which is concordant with previous data (6.0%-13.4%)2,5-8. RV apical pacing was a predictive factor for the deterioration of LV function [OR = 11.3, 95% confidence interval (CI) = 2.1-63.8, p < 0.001]. Gebauer et al5 evaluated LV function in 82 pediatric patients with either nonsurgical or postsurgical CAVB. In their research, the only significant risk factor for the development of LV dilatation and dysfunction was the presence of epicardial RV free wall pacing (OR = 14.3, 95% CI = 2.3-78.2, p < 0.001). Therefore, although epicardial RV free wall stimulation may induce more LV dyssynchrony, our findings suggest that RVAP results in the same degree of asynchronous activation, abnormal contraction and decreased pump function.
The impact of RV apical stimulation on LV diastolic function has not been extensively explored, even in pediatric populations. Previous research in animal models have demonstrated the deterioration of diastolic parameters21,22. Litwin et al21 for example found a significant alteration of the diastolic filling parameters on radionuclide left ventriculography, such as time to peak filling rate and negative rate of LV pressure rise in ventricular paced dogs21. Similarly, Aoyagi et al22, found a prolongation of the LV isovolumic relaxation time (IVRT) that was dependent on the degree of wall motion asynchrony22. Although our data showed a detrimental effect on synchrony in the RVP group, the LV IVRT did not change during follow-up. In addition, Kolettis et al23 studied the acute hemodynamic status of 20 adult patients with dual-chamber sequential pacing, determining increased IVRT to be a measure of LV diastolic function deterioration23. Similarly, on the basis of the hypothesis that RV impairment precedes LV dysfunction, Dwevedi et al24 found a significant increase in IVRT and deceleration time following 1 month of single-chamber RVP, which continued to increase progressively until 6 months24. They confirm that LV diastolic and systolic functions are deranged in many conditions secondary to involvement of the right ventricle24. However, in our study, 57.5% patients presenting with congenital cardiovascular defects such as atrial septal defect, pulmonary stenosis, tetralogy of Fallot or double-outlet right ventricle, which are conditions that improve RV function, diastolic dysfunction was absent and so was a correlation between the presence of structural heart disease and late LV failure. The contradiction with the findings of Dwevedi et al24 could possibly be explained because 47.5% of the study population had a corrected congenital cardiac defect, and that we excluded patients with clinical evidence of ventricular dysfunction. Results and conclusions from pacing studies in adult patients cannot be extrapolated to the pediatric population because of differences in comorbid diseases and potential causes of ventricular dyssynchrony.
We postulate that the sequence of activation is a major determinant of cardiac pump function, as previous researches have shown25,26. Stimulation from the LV free wall induces a prior activation of the LV lateral wall, preventing paradoxical movement of the septum, and resulting in a better hemodynamic response when compared with RV pacing27. Moreover, a physiological apex-to-base sequence is induced, producing a synchronous electrical activation and contraction at the LV circumferential level28.
It has been confirmed in studies in both animals and children that LV pumping function approximating to that of normal ventricular conduction results from pacing at the inferoapical LV septum and the epicardium of LV apex28-30. The resultant synchronous contraction is predominantly because of quick engagement of the impulse into the LV endocardial layers, and subsequent fast apex-to-base conduction along all wall segments of LV30. Mills et al30, in their research in dogs with experimental complete AV block, demonstrated that LV apical pacing can produce a moderate electrical dyssynchrony with normal levels of myocardial efficiency, contractility and relaxation after 4 months of LVP30.
In our study, indices of dyssynchrony such as septal-to-lateral wall motion delay and SPWMD were identified as predictors of LV dysfunction. This finding demonstrated, once again, the consequences of impairment of normal ventricular activation. Apical RVP produces early activation of the RV wall, followed by that of the LV septum and then the LV lateral wall30. Early activation of the basal septum induces segmental contraction that is unopposed by the delayed activation of the remaining LV myocardium, which leads to systolic septal bulging9. Long activation times around the LV circumference (29-49 ms) during RV apical pacing, produces abnormal distribution of mechanical work and blood flow, mechanical dyssynchrony, and incoordination of contraction; there is then a consequential negative impact on contractility, relaxation, and external efficiency30.
Research by van Geldorp et al10, compared the ventricular function and synchrony in 18 healthy children and patients with chronic RVP and LVP. In this study, the RVP group also showed a decreased LV SF. Similarly, the systolic LV eccentricity index, and the duration of posterior septal wall motion delay were significantly longer in this group than in the LVP or control groups10. In addition, Gebauer et al31 evaluated LV synchrony and function in 32 patients paced epicardially from the RV free wall, the LV apex and the RVA; RV free wall pacing and SPWMD were found to be negative predictors of LVEF31. Of note, Tomaske et al9 showed that a decreased LV EF and greater LV dyssynchrony was associated with children receiving RV pacing9. In addition, a significant correlation was established between decreased LVEF and the severity of mechanical dyssynchrony measured by the septal-to-lateral wall delay and LV mechanical delay9.
Our data confirm the benefit of chronic LV pacing on LV synchrony and function. The results of our study support the view that epicardial LVP is the optimal pacing site in pediatric populations; observations in small cohorts support the use of an LV pacing site when chronic pacing is indicated in children9,10,31. It has also been demonstrated that LV lateral wall pacing can be as effective as biventricular pacing in patients with congestive heart failure32,33. For example, Vanagt et al. reported the case of a 2-year-old girl with congenital CAVB and heart failure induced by RVP, who recovered LV function following LV apical pacing34. Furthermore, in children with LV dysfunction and dyssynchrony caused by long-term RVP, small case series have shown improvements in function 1 month after single-site LVP11.
Alternative sites for pacing have also been investigated35-40. His-bundle pacing induces a normal physiological sequence of activation, and therefore prevents dyssynchrony and the deleterious effects on LV function35,36; however the anatomical characteristics of this region make this a challenging procedure that could be difficult in a pediatric population. Alternatively, the RV outflow has been proposed37,38, although the results are controversial39,40, and do not support stimulation from this site in children. In our institution, we advocate the implantation of LV epicardial leads via a left lateral thoracotomy, resulting in stable thresholds as well as good cosmetic results.
Because of a lack of diastolic evaluation prior the first implantation, we could not compare the DTI measurement before and after permanent pacing; nevertheless, the results at the last follow-up showed a preserved diastolic function using the DTI echocardiographic method.
Chronic RVP was associated with LV remodeling, dyssynchrony, and systolic dysfunction in our pediatric population. This is consistent with previous findings. Because of the benefits of chronic LV pacing, we believe that it should be proposed as the optimal site when permanent cardiac stimulation is required in children.
Conception and design of the research: Ortega MC, Ricardo GS; Acquisition of data, Analysis and interpretation of the data, Statistical analysis and Critical revision of the manuscript for intellectual content: Ortega MC, Morejón AEG, Ricardo GS; Writing of the manuscript: Ortega MC.
No potential conflict of interest relevant to this article was reported.
There were no external funding sources for this study.
This article is part of the thesis of doctoral submitted by Michel Cabrera Ortega, from Cardiocentro Pediátrico ¨William Soler".