Arq Bras Cardiol abc Arquivos Brasileiros de Cardiologia Arq. Bras. Cardiol. 0066-782X 1678-4170 Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBC 9nXJBGGbC6dMzVkgSKJtkSJ S0066-782X2026000700603 00603 10.36660/abc.20250566 Artigo Original Efeitos dos Marca-passos nas Funções Ventriculares e Variáveis Precoces Associadas à Cardiomiopatia Induzida 0009-0000-0154-2109 Kumar Sanjeev Concepção e desenho da pesquisa Análise e interpretação dos dados e Redação do manuscrito 1 0000-0002-2988-4618 Meena Chandra Bhan Concepção e desenho da pesquisa Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante 1 0000-0002-2443-4474 Babbar Navida Obtenção de dados Análise estatística 1 0000-0002-7650-9802 Bhandari Anil Obtenção de dados 1 Shekhawat Dhananjay Singh Revisão crítica do manuscrito quanto ao conteúdo intelectual importante 1 Meel Ankita Obtenção de dados 1 SMS Medical College Jaipur Índia SMS Medical College, Jaipur – Índia Sanjeev Kumar • SMS Medical College, Jaipur, 302004 – Índia E-mail: chaudhary072@gmail.com

Mauricio Scanavacca

Declaro não haver conflito de interesses pertinentes.

 18 09 2026 2026 123 7 e20250566 14 08 2025 15 05 2026 03 06 2026 Este é um artigo de acesso aberto distribuído sob os termos da licença de atribuição pelo Creative Commons Resumo Fundamento

A estimulação do ventrículo direito pode alterar a mecânica ventricular e levar à disfunção ventricular, mesmo em pacientes com fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE) basal preservada e corações estruturalmente normais.

 Objetivo

Este estudo examina os efeitos hemodinâmicos da estimulação do ventrículo direito sobre a função e o volume do ventrículo esquerdo e identifica variáveis precoces associadas à disfunção ventricular esquerda induzida por marca-passo e à cardiomiopatia em pacientes com marca-passos de dupla câmara no ventrículo direito (VD).

 Métodos

O estudo incluiu pacientes submetidos a implante de marca-passo de dupla câmara no VD sem qualquer anormalidade estrutural do coração. Dados sobre as funções biventriculares, volumes do VE e strain longitudinal global (SLG) foram coletados por meio de ecocardiografia bidimensional, com rastreamento de speckle e ecocardiografia tridimensional. Variáveis contínuas pareadas foram comparadas utilizando testes bicaudais com nível de significância de 0,05.

 Resultado

Dos 75 pacientes, 20 apresentaram disfunção sistólica do VE, 15 desenvolveram disfunção ventricular induzida por marca-passo (PIVD) e cinco desenvolveram cardiomiopatia induzida por marca-passo (PICM). Em comparação com o grupo controle, os pacientes com PICM apresentaram SLG mais baixo (17,02 vs. 19,27; p<0,05), maior duração do QRS (139,57 vs. 102,75; p < 0,05) e maior porcentagem de estimulação ventricular (EV%; 94,32 vs. 84,03; p = 0,06).

 Conclusão

A estimulação do VD resultou em um declínio substancial da função sistólica do VE a curto e longo prazo. Concomitantemente, as funções do VD declinaram no longo prazo (seis meses). A diminuição do SLG aos sete dias, um complexo QRS pré-implante mais amplo e uma elevação de EV% são indicadores precoces de PIVD e PICM. O monitoramento rotineiro desses indicadores pode ser benéfico para a intervenção oportuna, caso a caso.

: Efeitos dos Marca-passos nas Funções Ventriculares e Variáveis Precoces Associadas à Cardiomiopatia Induzida Ilustrando o protocolo do estudo, as alterações temporais na função ventricular e as variáveis associadas a desfechos adversos (exploratórios) com estimulação ventricular direita bicameral.

Palavras-chave: Marca-Passo Artificial Insuficiência Cardíaca Ecocardiografia Tridimensional Artificial Cardiomiopatias Fontes de Financiamento: O presente estudo não teve fontes de financiamento externas. Introdução

Pacientes com fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE) basal preservada e corações estruturalmente normais representam uma população crescente que necessita de implante de marca-passo permanente.1-3 A estimulação cardíaca, uma terapia bem estabelecida para o tratamento da insuficiência cardíaca e arritmias, desempenha um papel crucial em pacientes com bradicardia ou bloqueio atrioventricular, nos quais os marca-passos são essenciais para a manutenção de um ritmo cardíaco adequado.4 Ao longo das décadas, a tecnologia de estimulação cardíaca evoluiu de marca-passos de câmara única para dispositivos de câmara dupla e, posteriormente, para marca-passos biventriculares na terapia de ressincronização cardíaca (TRC), que melhora o débito cardíaco em pacientes com função do VE reduzida.5,6 No entanto, a TRC não é indicada rotineiramente em indivíduos com FEVE preservada, e seu alto custo e complexidades técnicas limitam sua aplicação mais ampla.7

Em pacientes que necessitam de implante de marca-passo permanente, que apresentam FE basal preservada e corações estruturalmente normais, a estimulação do ventrículo direito (VD) permanece sendo a estratégia mais comumente empregada.8 A estimulação prolongada do VD induz dissincronia ventricular, que interrompe a função cardíaca normal, levando à disfunção ventricular induzida por marca-passo (PIVD) e cardiomiopatia induzida por marca-passo (PCIM), piorando a insuficiência cardíaca e aumentando a mortalidade.9,10 A identificação precoce de pacientes em risco é crucial para prevenir complicações graves.11,12

Este estudo tem como objetivo investigar os efeitos hemodinâmicos da estimulação do VD sobre os volumes e funções do VE, avaliar a função do VD e identificar variáveis precoces associadas às PIVD e PCIM em pacientes com marca-passo bicameral no VD. Além disso, este estudo visa fornecer insights que possam orientar a tomada de decisões clínicas, melhorar o manejo do paciente e, em última análise, reduzir o impacto da insuficiência cardíaca em pacientes dependentes de estimulação do VD.

 Pacientes e Métodos Desenho e aprovação do estudo

O estudo foi aprovado pelo nosso comitê de ética institucional em 04/04/2023, e todos os pacientes participantes deram seu consentimento livre e esclarecido por escrito. O recrutamento ocorreu entre março de 2022 e março de 2023, quando 200 pacientes consecutivos procuraram nosso hospital para implante de marca-passo.

 Seleção de pacientes

Pacientes com FE < 50%, valvopatia significativa, doença arterial coronariana, janelas ecocardiográficas inadequadas, fibrilação atrial persistente com resposta ventricular tardia, outras arritmias que potencialmente afetem a função do VE, qualquer condição debilitante ou câncer (com expectativa de sobrevida inferior a um ano), implante prévio de dispositivos e cirurgia cardíaca recente (nos últimos três meses) foram excluídos. Do grupo inicial, apenas 75 pacientes preencheram os critérios e, portanto, foram incluídos no estudo. A população do estudo foi composta por pacientes com FEVE basal preservada (≥ 50%) e corações estruturalmente normais, conforme confirmado por ecocardiografia. Os pacientes não foram avaliados quanto ao diagnóstico clínico de insuficiência cardíaca e nenhuma classificação de insuficiência cardíaca foi utilizada como critério de inclusão.

 Implantação e programação de marca-passo

Todos os pacientes deste estudo foram submetidos a implante de marca-passo ventricular direito de dupla câmara. Os procedimentos de implante foram realizados de acordo com a preferência do operador. Em 65 pacientes, o septo interventricular (SVD) foi escolhido como local de implante do eletrodo VD. Os dez pacientes restantes foram submetidos a estimulação apical do VD (AVD). O local de estimulação foi confirmado por avaliação do eixo eletrocardiográfico (ECG) após o implante. Um modo de modulação de frequência de dupla câmara foi configurado para todos os pacientes. O modo responsivo à frequência foi empregado para melhorar a qualidade de vida e a capacidade de exercício dos pacientes. Os limites inferiores de frequência foram definidos em 60 batimentos por minuto e os limites superiores em 130 batimentos por minuto. O atraso atrioventricular em repouso para os sinais estimulados/detectados foi definido em 200/150 ms, com otimização do atraso atrioventricular dinâmico visando maximizar a contribuição da contração atrial ao volume sistólico. Estratégias para reduzir a estimulação foram implementadas.13

 Coleta de dados

Os dados foram coletados três vezes: antes do implante do marca-passo, sete dias e seis meses após o implante. As alterações nas configurações de estimulação foram verificadas e a EV% foi obtida por meio da análise do dispositivo. Durante as consultas de acompanhamento, as avaliações incluíram ecocardiografia 2D e 3D, bem como avaliação do strain longitudinal global (SLG). A FE% foi utilizada para classificar os pacientes com PIVD ou PCIM. Uma redução superior a 10%, mantendo a FE > 50%, é definida como PIVD, enquanto a PCIM é caracterizada por uma redução superior a 10%, resultando em FE ≤ 50%.14

 Eletrocardiograma

Antes da estimulação cardíaca, foi realizado um ECG padrão de 12 derivações. Os dados do ECG, incluindo frequência cardíaca, duração e eixo do complexo QRS nativo, grau de bloqueio cardíaco e presença de morfologia semelhante a bloqueio de ramo esquerdo (BRE) ou bloqueio de ramo direito (BRD), foram coletados e documentados. A determinação de BRE e BRD seguiu critérios estabelecidos. Posteriormente, todos os parâmetros do ECG foram reavaliados e documentados sete dias e seis meses após a estimulação cardíaca.

 Ecocardiografia bidimensional

Para excluir indivíduos com doença cardíaca coronária, doença cardíaca valvular significativa, ou fração de ejeção reduzida, foi realizado um exame ecocardiográfico bidimensional completo.

 Parâmetros do Ventrículo Direito

A função sistólica do ventrículo direito foi avaliada utilizando a variação fracional da área (FAC), a excursão sistólica do plano anular tricúspide (TAPSE) e a velocidade sistólica derivada do Doppler tecidual (S’) obtida na vista apical de quatro câmaras, de acordo com as recomendações ecocardiográficas atuais.15 A variação fracional da área foi calculada como [(área diastólica final do VD − área sistólica final do VD) / área diastólica final do VD] × 100. A imagem Doppler tecidual foi realizada posicionando o volume de amostra no anel tricúspide lateral para obter a velocidade sistólica de pico (S’).

Medição SLG

As imagens apicais (apicais quatro, dois e três) foram adquiridas em 2D com sincronização respiratória para o cálculo do GLS utilizando métodos padrão da indústria. Para garantir imagens nítidas e minimizar a extração de imagens, os pacientes foram instruídos a prender a respiração durante a aquisição das imagens. De acordo com os cálculos do GLS, o GLS central foi determinado automaticamente para cada uma das três vistas apicais (Figura 1).

– Imagens representativas para medições de SLG. O SLG foi calculado a partir de três vistas apicais padrão no conjunto de dados ecocardiográficos 2D.

Ecocardiografia 3D

Para a ecocardiografia 3D, utilizamos o sistema de ecocardiografia Philips Medical IE33 com uma sonda transdutora X5-1. Obtivemos uma pirâmide de 30° x 30° com mais de 4 a 6 ciclos cardíacos alternados e sincronizados no ventrículo esquerdo. Garantimos tamanho de pacote ideal, taxa de quadros adequada e registro completo do ciclo cardiovascular (Figura 2).

– Esta figura apresenta cortes bidimensionais de um conjunto de dados ecocardiográficos 3D do miocárdio do ventrículo esquerdo, usados para calcular parâmetros cardíacos importantes: VDF, VSF, VS, DC e FE.

Parâmetros do ventrículo esquerdo

O programa delimitou as bordas do ventrículo esquerdo, permitindo que os usuários fizessem ajustes para maior precisão, conforme necessário. Os parâmetros do VE: débito cardíaco (DC), volume sistólico (VS), volume diastólico final (VDF), volume sistólico final (VSF) e FE foram calculados automaticamente após o desenho das bordas.

 Análise estatística

Um grupo independente de gerenciamento de dados foi encarregado de manter e analisar o banco de dados. Para avaliar a distribuição dos dados das variáveis contínuas, foram calculados a assimetria e a curtose padronizadas. Os dados com distribuição normal foram representados como média ± desvio padrão (DP). As variáveis categóricas foram expressas como frequências absolutas e percentagens. A significância estatística foi considerada para todas as comparações entre grupos com p < 0,05. Comparações pareadas bicaudais entre os pontos de tempo foram realizadas utilizando o teste-t de Student pareado. As comparações entre os três grupos de desfecho funcional do VE (sem declínio, PIVD e PICM) foram realizadas utilizando análise de variância (ANOVA) de uma via para variáveis contínuas e o teste χ2 ou o teste exato de Fisher para variáveis categóricas, conforme apropriado. Quando a ANOVA geral foi estatisticamente significativa (p < 0,05), as comparações entre os grupos foram realizadas utilizando o teste post-hoc de Tukey (HSD) para identificar quais grupos específicos diferiram significativamente, controlando a taxa de erro familiar. Foram calculadas estimativas de efeito com intervalos de confiança de 95% para parâmetros funcionais chave.

 Resultados Características basais e fatores de risco dos participantes do estudo

Um total de 75 pacientes foram incluídos e completaram as observações definidas 6 meses após os testes subsequentes. A média de idade dos pacientes era de 65 anos, variando entre 12 e 97 anos. Vinte pacientes (26,7%) tinham diabetes e 32 pacientes (42,7%) tinham hipertensão. Além disso, 22 pacientes (29,3%) apresentavam BRE ou BRD pré-existente (Tabela 1). O ecocardiograma confirmou a normalidade estrutural do coração em todos os pacientes. Uma ilustração central resume o desenho do estudo, a cronologia das alterações relacionadas ao marca-passo e as principais variáveis associadas aos desfechos da função ventricular em pacientes com marca-passos ventriculares de dupla câmara no VD.

– Resumo das características dos pacientes
Fatores Número %
Idade (Média ± DP) 65,30 ± 10,09
Sexo
Masc. 40 53,33
Fem. 35 46,67
DM 20 26,66
HAS 32 42,67

DM: diabetes mellitus; HAS: hipertensão arterial sistêmica.

 Resposta ventricular à estimulação

Observamos uma redução significativa nos volumes e funções do VE após a estimulação (Tabela 2). Especificamente, o VDF e o VS apresentaram uma redução notável já sete dias após a estimulação. Além disso, o VSF aumentou seis meses após a estimulação, em comparação com os valores basais. A FE e o SLG demonstraram uma redução acentuada no sétimo dia, com essas reduções continuando progressivamente até o período de seis meses após a estimulação, em comparação com as medidas basais.

– Comparação de diferentes parâmetros em grupos de estimulação bicameral, incluindo todos os parâmetros medidos nos três intervalos de tempo (pré-estimulação, 1 semana e 6 meses pós-estimulação)
Parâmetros Pré-estimulação Pós-estimulação no 7º dia Pós-estimulação aos 6 meses Valor de p (Linha de base vs. 6 meses) Variação média (Linha de base até 6 meses): IC de 95%
VDF (ml) 108,25 ± 12,49 91,65 ± 7,93* 94,26 ± 12,36$ <0,001 –14,0 (IC 95% –16,5 a –11,6)
VSF (ml) 34,38 ± 6,43 34,92 ± 6,18 45,32 ± 6,20$# <0,001 +10,9 (IC 95% +10,5 a +11,3)
VS (ml) 72,28 ± 10,20 58,48 ± 8,32* 53,01 ± 5,11$# <0,001 –19,3 (IC 95% –21,1 a –17,5)
FC (bpm) 42,44 ± 5,90 75,75 ± 5,69* 73,89 ± 4,86$ <0,001 +31,5 (IC 95% +29,8 a +33,2)
DC (L/m) 3,02 ± 0,52 4,42 ± 0,52* 3,90 ± 0,52$# <0,001 +0,88 (IC 95% +0,80 a +0,96)
FE (%) 66,84 ± 12,19 58,84 ± 17,18* 52,04 ± 14,18$# <0,001 –14,80 (–19,07 a –10,53)
SLG absoluto (%) 19,54 ± 1,98 15,22 ± 1,97* 14,33 ± 1,93$ <0,001 –5,20 (IC 95% –5,84 a –4,58)

Os valores são apresentados como média ± desvio padrão (DP). Os valores de p representam comparações do teste-t de Student pareado entre as medidas basais e as medidas após seis meses. *p < 0,001 em comparação com o valor basal (valor basal em comparação com o dia 7); p < 0,001 em comparação com o valor basal (valor basal em comparação com 6 meses); #p < 0,001 vs. dia 7 (dia 7 vs. 6 meses). VDF: volume diastólico final; VSF: volume sistólico final; VS: volume sistólico; FC: frequência cardíaca; DC: débito cardíaco; FE: fração de ejeção; SLG: strain longitudinal global.

As funções do VD, AF, TAPSE e velocidade S’ foram inicialmente mantidas sete dias após a estimulação. No entanto, esses parâmetros apresentaram um declínio significativo seis meses após a estimulação, em comparação com seus respectivos valores basais (Tabela 3). Esses dados destacam os impactos da estimulação nas funções do VE e do VD ao longo do tempo.

– Comparação de diferentes parâmetros em grupos de estimulação bicameral, incluindo todos os parâmetros medidos do ventrículo direito nos três intervalos de tempo (pré-estimulação, 1 semana e 6 meses pós-estimulação)
Parâmetros Pré-estimulação Pós-estimulação no 7º dia Pós-estimulação aos 6 meses Valor de p (Linha de base vs. 6 meses) Variação média (Linha de base até 6 meses): IC de 95%
AF (%) 42,28 ±2,16 41,82 ± 2,39 39,55 ± 3,28$# <0,001 –1,95 (–3,85 a –0,06)
TAPSE (mm) 18,39 ± 2,20 17,77 ± 2,31 15,91 ± 2,98$# <0,001 –3,21 (–5,13 a –1,30)
Velocidade S (cm/s) 13,43 ± 1,03 13,51 ± 1,30 10,61 ± 1,44$# <0,001 –2,38 (–3,23 a –1,53)

Os valores são apresentados como média ± desvio padrão (DP). Os valores de p representam comparações do teste t de Student pareado entre as medidas basais e as medidas após seis meses. *p < 0,001 em comparação com o valor basal (valor basal em comparação com o dia 7); p < 0,001 em comparação com o valor basal (valor basal em comparação com 6 meses); #p < 0,001 vs. dia 7 (dia 7 vs. 6 meses). AF: área fracional; TAPSE: excursão sistólica do plano anular tricúspide.

 Estratificação de risco para cardiomiopatia induzida por marca-passo

Sete dias após o implante do marca-passo, 55 pacientes apresentaram redução da FE inferior a 10% (grupo controle), enquanto 20 apresentaram redução da FE ≥ 10% em comparação com a FE pré-implante (Tabela 4). Uma análise de subgrupo desses 20 pacientes identificou 15 pacientes com PIVD (FE ≥ 50%) e cinco pacientes com PICM (FE < 50%). Aos seis meses, a FE média nos grupos PIVD e PICM diminuiu 23,7% e 41,2%, respectivamente.

– Comparação dos fatores de risco nos grupos de estudo: (SVD - estimulação septal do VD, AVD - estimulação apical do VD)
Fator predisponente Sem declínio na FEVE (55) Diminuição da FEVE (fração de ejeção do ventrículo esquerdo) Valor de p
PIVD (15) PICMP (5)
Idade 65,30 ± 10,09 57,6 ± 11,72 66,4 ± 11,85 0,03
Sexo n (%) n (%) n (%) 0,81
Masc 30 (54,55) 7 (46,67) 3 (60)
Fem 25 (45,55) 8 (53,33) 2 (40)
DM 14 (25,45) 3 (20) 3 (60) 0,06
HAS 24 (43,63) 5 (33,33) 3 (60) 0,07
Site principal 0,67
AVD (10) 7 (12,7) 2 (13,33) 1 (20)
SVD (65) 48 (87,27) 13 (87,67) 4 (80)
Bloqueio pré-existente 0,06
Sem bloqueio 44 (80) 9 (60) 0 (0,0)
BRD 8 (14,55) 4 (26,67) 4 (80)
BRE 3 (5,45) 2 (13,33) 1 (20)
Eixo QRS 0,78
N 38 (69,1) 11 (73,4) 1 (20)
Esquerda 5 (9.1) 2 (13.3) 2 (40)
Direita 12 (21,8) 2 (13.3) 2 (40)
Largura do complexo QRS nativo pré-implante (ms)
Pré-estimulação 102,75 ± 15,37 115,61 ± 19,48 139,57 ± 19,77 <0,05
Pós-estimulação 147,24 ± 13,25 153,11 ± 12,83 157,57 ± 17,35 0,74
EV%
7 dias 84,03 ± 14,64 82,53 ± 9,67 94,32 ± 5,1 0,06
6 meses 87,68 ± 11,34 89,79 ± 8,79 100,00 ± 0,0 0,021
Limiar de estimulação
7 dias 0,56 ± 0,11 0,54 ± 0,11 0,49 ± 0,1 0,37
6 meses 0,84 ± 0,15 0,87 ± 0,12 0,82 ± 0,32 0,92

FEVE: fração de ejeção do ventrículo esquerdo; PIVD: disfunção ventricular induzida por marca-passo; PICM: cardiomiopatia induzida por marca-passo. AVD: apical do ventrículo direito; SVD: septo interventricular; BRE: bloqueio de ramo esquerdo; BRD: bloqueio de ramo direito; EV: estimulação ventricular.

Os grupos PIVD e PICM apresentaram uma redução no SLG sete dias após o implante em comparação com o SLG pré-implante (Figura 3a) e apresentaram intervalos QRS pré-implante mais amplos do que o grupo controle (Figura 3b). O grupo PICM também apresentou um SLG pré-implante baixo (Figura 3a) e um EV% mais elevado (Tabela 4) em comparação com os grupos PIVD e controle. Quando a ANOVA de uma via foi estatisticamente significativa (p < 0,05), o teste post-hoc de Tukey (HSD) foi aplicado para identificar diferenças específicas entre os grupos. Os resultados completos das comparações pareadas são apresentados na Tabela 5. A duração do complexo QRS pré-implante diferiu significativamente entre os três grupos (p < 0,05), com o teste HSD de Tukey confirmando um aumento gradual em todas as comparações pareadas: Sem Declínio vs. PIVD (p = 0,025), Sem Declínio vs. PICM (p < 0,001) e PIVD vs. PICM (p = 0,017). A EV% aos seis meses diferiu significativamente entre os grupos (p = 0,021), impulsionada principalmente por uma EV% maior no grupo PICM em comparação com o grupo Sem Declínio (p = 0,039). A idade apresentou uma diferença geral significativa (p = 0,030), com uma média de idade menor no grupo PIVD em comparação com o grupo Sem Declínio (p = 0,038). Para todas as demais variáveis, a ANOVA geral não foi significativa (p ≥ 0,05) e, portanto, os testes post-hoc não foram realizados (Tabela 5).

– Variáveis precoces associadas à PIVD e PICM (a) Um complexo QRS pré-implante mais amplo e (b) um SLG pós-implante baixo sugerem um risco maior de disfunção cardíaca.

– Comparações pareadas post-hoc de Tukey (HSD) após ANOVA de uma via para variáveis de estratificação de risco (Tabela 4)
Variável Sem declínio vs PIVD Sem declínio vs. PICM PIVD vs PICM
Idade p = 0,038* p = 0,973 (ns) p = 0,245 (ns)
Largura do complexo QRS nativo pré-implante (ms) p = 0,025* p < 0,001*** p = 0,017*
EV% aos 6 meses (%) p = 0,772 (ns) p = 0,039* p = 0,154 (ns)

Variáveis com ANOVA não significativa (p ≥ 0,05): pós-teste não aplicável. ND: sem declínio; PIVD: disfunção ventricular induzida por marca-passo; PICM: cardiomiopatia induzida por marca-passo; ns: não significativo; N/A, não aplicável (teste post-hoc não realizado quando ANOVA geral p ≥ 0,05). Significância: * p < 0,05; ** p < 0,01; *** p < 0,001.

 Discussão

Neste estudo exploratório, a disfunção sistólica do VE induzida por estimulação foi mais prevalente, manifestando-se em até seis meses após o implante. Um complexo QRS pré-implante mais amplo, um SLG pós-implante mais baixo (uma alteração precoce observada em sete dias) e uma maior porcentagem de estimulação foram associados ao desenvolvimento de PICM e PIVD.

Observamos impactos adversos de curto e longo prazo no volume e nas funções do VE. Em sete dias, o VS foi significativamente reduzido em associação com uma queda no VDF. Isso pode estar relacionado à estimulação em frequências cardíacas mais elevadas, encurtando a duração do cLiclo cardíaco, particularmente a diástole, e reduzindo o tempo para o enchimento ventricular. Essa diminuição no VDF reduz o estiramento miocárdico, consistente com uma queda no VS (lei de Frank-Starling).16 Yu et al. investigaram os efeitos agudos da estimulação ventricular direita em 35 pacientes com síndrome do nó sinusal, observando uma redução no VDF e na FE do VE.17 A redução da FE pode estar associada à remodelação da estrutura do VE induzida pela estimulação, que alterou os volumes do VE, principalmente aumentando o VSF.18 No segundo acompanhamento, também observamos uma queda adicional na FE e um aumento no VSF, o que pode estar relacionado à remodelação da estrutura do VE induzida pela estimulação.

Identificamos 20 (27%) pacientes com redução ≥10% na FE, posteriormente categorizados em pacientes com PIVD (20%) ou PICM (7%). É importante notar que o número de casos de PICM foi pequeno (n=5), o que limita conclusões definitivas e impede o ajuste multivariável. A incidência de PICM em nosso estudo está de acordo com relatos anteriores de 5-27%, com a variação dependendo dos critérios de definição de PICM e da duração do acompanhamento.14 Lee et al. encontraram uma incidência de PICM de 20,5% após um período médio de acompanhamento de 15,6 anos, enquanto Dawood et al. relataram uma taxa de incidência de 12% com um acompanhamento de seis meses.19,20

Observou-se um SLG pré-implante absoluto mais baixo em pacientes que posteriormente desenvolveram PICM. Uma redução significativa no SLG absoluto foi observada em sete dias em pacientes com PIVD ou PICM. Um número crescente de pesquisas destaca a associação negativa entre estimulação cardíaca e contração miocárdica. Delgado et al. relataram os efeitos da estimulação do átrio direito (AVD) em 25 indivíduos com corações estruturalmente normais, encontrando maior contração dissincrônica do VE e comprometimento do encurtamento longitudinal e da torção do VE durante a estimulação do AVD.21 Babu et al. acompanharam 36 pacientes com FE acima de 45% por seis meses após o implante de marca-passo permanente, observando uma redução significativa no SLG em 63,9% dos pacientes em seis meses, com uma redução notável na deformação longitudinal geral em sete pacientes 24 horas após o implante.22 Estudos recentes indicam que pacientes com SLG mais baixo podem estar em risco de desenvolver PICM, identificando o pico de SLG do VE mais baixo como um indicador independente de dissincronia do VE.23

O grupo PICM apresentou um complexo QRS pré-implante mais amplo e uma EV% mais alta em ambos os acompanhamentos. Outro estudo constatou que sexo masculino, FE basal mais baixa e um complexo QRS nativo amplo foram variáveis associadas à PICM.24 Kim et al. também associaram a PICM a um eixo QRS pós-estimulação anormal, o que nosso estudo não pôde corroborar devido ao pequeno tamanho da amostra.25

Observamos uma redução significativa no TAPSE, na velocidade S’ e na AF no segundo acompanhamento, indicando disfunção do VD. Sinkar et al. avaliaram as dimensões e a função do VD em 60 pacientes seis meses após o implante de marca-passo, constatando um declínio nos parâmetros de função do VD.26 Porapakkham et al. analisaram os fatores que afetam a disfunção do VD em 96 pacientes, observando que os fatores que afetam a função do VE, como o local do eletrodo de estimulação, o modo de estimulação e a EV%, não impactaram significativamente a função do VD.27

Nosso estudo foi limitado devido ao pequeno tamanho da amostra e ao curto período de acompanhamento, embora tenha sido estatisticamente significativo. Um acompanhamento mais longo permitiria prever uma maior incidência de disfunção induzida por estimulação. Além disso, 87% dos pacientes em nosso estudo foram submetidos à estimulação do SVD, com apenas 10 (13%) pacientes submetidos à estimulação do AVD. Devido a isso, nosso estudo é limitado na análise do papel do local de implante do eletrodo no VD sobre as funções ventriculares e a cardiomiopatia. Alguns estudos mostraram que a estimulação do SVD apresenta melhores resultados clínicos a curto e longo prazo. Karpawich et al. compararam locais de estimulação apical e médio-septal em cães, constatando que a estimulação septal preveniu a remodelação durante um período de acompanhamento de quatro meses.28 Eles encontraram morfologia mitocondrial preservada, sem calcificação ou alterações degenerativas no grupo com estimulação septal.

Tse et al. relataram que pacientes com estimulação do AVD apresentaram duração média do QRS significativamente maior, FE mais baixa e maior incidência de defeitos de perfusão miocárdica e anormalidades regionais do que pacientes com estimulação do SVD.29 Eles concluíram ainda que a preservação da ativação ventricular síncrona durante a estimulação do SVD atenua os efeitos deletérios a longo prazo da estimulação do AVD sobre a perfusão e a função miocárdicas.16 Entretanto, Ng et al. demonstraram, em um estudo de longo prazo, que a estimulação septal resultou em pior dissincronia do VE e em uma deformação circunferencial mais comprometida do que a estimulação apical.30

Diversas fontes potenciais de viés devem ser consideradas na interpretação dos resultados. As medidas de deformação e da função do ventrículo direito são inerentemente dependentes do operador e influenciadas pela qualidade da imagem e pelos algoritmos de rastreamento. Embora tenham sido utilizados protocolos de aquisição padronizados e operadores experientes, a variabilidade interobservador não pode ser completamente excluída e pode ter afetado a precisão dos índices de strain e da função do VD. Apesar de suas contribuições inéditas, o estudo apresenta algumas limitações. Embora nenhum cálculo a priori do tamanho da amostra tenha sido realizado, uma análise de poder post-hoc baseada na redução observada da FE de 14,8 pontos percentuais (DP ~13,0) em 75 pacientes demonstrou poder >99% com α = 0,05, e a redução observada do SLG de 5,2% (DP ~2,0) também apresentou poder >99%. Esses achados sugerem poder estatístico adequado para os desfechos ecocardiográficos primários; no entanto, o pequeno número de casos de PICM limitou as análises de subgrupos e a modelagem multivariável. Devido à baixa contagem de eventos de PICM, o ajuste multivariável não foi possível e a presença de fatores de confusão residuais não pode ser descartada. As medições de strain e ecocardiografia 3D dependem do operador e são suscetíveis a variações na qualidade da imagem.

São necessários mais estudos com acompanhamento prolongado para elucidar os efeitos a longo prazo da estimulação cardíaca na função do VE, visto que uma observação mais longa pode revelar mais casos de disfunção. Tamanhos de amostra maiores aumentarão o poder estatístico para conclusões definitivas e análises de subgrupos, particularmente em relação aos locais de estimulação. Considerando os diferentes resultados da estimulação do AVD e do SVD, estudos comparativos com avaliações padronizadas de dissincronia e perfusão são essenciais. Investigar a fibrose miocárdica, as alterações metabólicas e as alterações de sincronia pode identificar alvos terapêuticos. Examinar o SLG basal e a duração do QRS pode personalizar as estratégias. Ensaios clínicos sobre parâmetros de estimulação, estimulação do feixe de His ou do ramo esquerdo do feixe de His podem orientar a seleção, melhorando os resultados para os pacientes.

 Conclusão

Este estudo investiga o impacto da estimulação do VD no desempenho cardíaco de pacientes com FEVE basal preservada e corações estruturalmente normais. Os achados são apresentados como associações exploratórias. A estimulação do VD foi associada a alterações adversas significativas nas funções do VE e do VD. Notavelmente, a fração de ejeção do VE e o SLG absoluto diminuíram significativamente, com reduções observadas já sete dias após a estimulação (alterações precoces) e persistindo até seis meses. Especificamente, a FEVE diminuiu 23,7 pontos percentuais absolutos em pacientes com disfunção PIVD e 41,2 pontos percentuais absolutos naqueles com PCIM, ambos definidos no acompanhamento de 6 meses.

Além disso, parâmetros da função do VD, como AF, TAPSE e velocidade da onda S, também se deterioraram ao longo do tempo. O estudo identificou variáveis-chave associadas a desfechos adversos, incluindo comprometimento precoce do SLG absoluto em sete dias, um complexo QRS pré-implante mais amplo e maiores percentuais de estimulação. Esses resultados reforçam a necessidade de identificação precoce e monitoramento rigoroso de pacientes submetidos à estimulação do VD para mitigar os riscos de PIVD) e PICM. Estratégias de manejo eficazes e abordagens de estimulação personalizadas são essenciais para melhorar os desfechos dos pacientes e reduzir as complicações relacionadas à insuficiência cardíaca.

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Este artigo é parte de tese de Doutorado de Sanjeev Kumar pelo SMS Medical College.

Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética do SMS Medical College sob o número de protocolo 63 MC/EC/2023. Todos os procedimentos envolvidos nesse estudo estão de acordo com a Declaração de Helsinki de 1975, atualizada em 2013. O consentimento informado foi obtido de todos os participantes incluídos no estudo.

Os autores não utilizaram ferramentas de inteligência artificial no desenvolvimento deste trabalho.

Os conteúdos subjacentes ao texto da pesquisa estão contidos no manuscrito.

O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.

 10.36660/abc.20250566i Original Article Effects of Pacemakers on Ventricular Functions and Early Variables Associated with Induced Cardiomyopathy 0009-0000-0154-2109 Kumar Sanjeev Conception and design of the research Analysis and interpretation of the data and Writing of the manuscript 1 0000-0002-2988-4618 Meena Chandra Bhan Conception and design of the research Statistical analysis 1 0000-0002-2443-4474 Babbar Navida Acquisition of data 1 0000-0002-7650-9802 Bhandari Anil Acquisition of data 1 Shekhawat Dhananjay Singh Statistical analysis 1 Meel Ankita Acquisition of data 1 India SMS Medical College, Jaipur – India Sanjeev Kumar SMS Medical College, Jaipur, 302004 – India E-mail: chaudhary072@gmail.com

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.

Mauricio Scanavacca

 Abstract Background

Right ventricular (RV) pacing can alter ventricular mechanics and may lead to ventricular dysfunction, even in patients with preserved baseline left ventricular ejection fraction (LVEF) and structurally normal hearts.

 Objective

This study examines the hemodynamic effects of right ventricular pacing on left ventricular function and volume, and identifies early variables associated with pacemaker-induced left ventricular dysfunction and cardiomyopathy in patients with dual-chamber RV pacemakers.

 Methods

The study enrolled patients undergoing dual-chamber RV pacemaker implantation without any structural abnormality of the heart. Data on biventricular functions, LV volumes, and global longitudinal strain (GLS) were collected with 2D, speckle tracking, and 3D echocardiography. Paired continuous variables were compared using two-sided tests with a significance level of 0.05.

 Result

Out of 75 patients, 20 experienced LV systolic dysfunction, 15 developed PIVD, and five developed PICM. In comparison to the control group, patients with PICM had lower GLS (17.02 vs. 19.27; p<0.05), wider QRS width (139.57 vs. 102.75; p < 0.05), and greater ventricular pacing percentage (VP%; 94.32 vs. 84.03; p = 0.06).

 Conclusion

RV pacing resulted in a substantial decline in LV systolic function in the short and long term. Concurrently, RV functions declined over the long term (six months). Diminished GLS at seven days, a broader pre-implantation QRS complex, and an elevation in VP% are early indicators of PIVD and PICM. Routine patient monitoring for these indicators can be beneficial for timely intervention on a case-by-case basis.

Effects of Pacemakers on Ventricular Functions and Early Variables Associated with Induced Cardiomyopathy Illustrating study protocol, temporal changes in ventricular function, and variables associated with adverse outcomes (exploratory) with dual-chamber RV pacing.

Keywords: Artificial Pacemaker Heart Failure Three-Dimensional Echocardiography Cardiomyopathies Introduction

Patients with preserved baseline left ventricular (LV) ejection fraction (EF) and structurally normal hearts represent a growing population requiring permanent pacemaker implantation.1-3 Cardiac pacing, a well-established therapy for managing heart failure and arrhythmias, plays a crucial role in patients with bradycardia or atrioventricular block, where pacemakers are essential for maintaining an adequate heart rhythm.4 Over decades, pacing technology has evolved from single-chamber pacemakers to dual-chamber devices, and later to biventricular pacemakers in cardiac resynchronization therapy (CRT), which improves cardiac output in patients with reduced LV function.5,6 However, CRT is not routinely indicated in individuals with preserved EF, and its high cost and technical complexities limit its broader application.7

In patients requiring permanent pacemaker implantation who have preserved baseline EF and structurally normal hearts, right ventricular (RV) pacing remains the most commonly employed strategy.8 Prolonged RV pacing induces ventricular dyssynchrony, which disrupts normal heart function, leading to pacemaker-induced left ventricular dysfunction (PIVD) and cardiomyopathy (PICM), worsening heart failure, and increasing mortality.9,10 Early identification of patients at risk is crucial to prevent severe complications. 11,12

This study aims to investigate the hemodynamic effects of RV pacing on LV volumes and functions, assess RV function, and identify early variables associated with PIVD and PICM in patients receiving dual-chamber RV pacemakers. Furthermore, this study aims to provide insights that could guide clinical decision-making, improve patient management, and ultimately reduce the burden of heart failure in patients reliant on RV pacing.

 Patients and methodology Study design and approval

The study received approval from our institutional ethics committee on 04/04/2023, and all participating patients gave written informed consent. Recruitment occurred between March 2022 and March 2023, when 200 consecutive patients sought pacemaker implantation at our hospital.

 Patient selection

Patients with EF<50%, significant valvular heart disease, coronary heart disease, inadequate echo windows, persistent atrial fibrillation with delayed ventricular response, other arrhythmias potentially impacting LV function, any debilitating condition or cancer (with an anticipated survival of less than one year), prior implantation of devices, and recent cardiac surgery (within the past three months) were excluded. Of the initial pool, only 75 patients fulfilled the criteria and were thus enrolled. The study population comprised patients with preserved baseline LVEF (≥50%) and structurally normal hearts, as confirmed by echocardiography. Patients were not assessed for a clinical diagnosis of heart failure, and no heart failure classification was used as an inclusion criterion.

 Pacemaker implantation and programming

All patients in this study underwent dual-chamber RV pacemaker implantation. Implantation procedures were conducted based on the preference of the operator. In 65 patients, the RV septum (RVS) was chosen as the RV lead implantation site. The remaining ten patients underwent RV apical (RVA) pacing. The pacing site was confirmed by electrocardiogram (ECG) axis assessment post-pacing. A dual-chamber rate-modulated mode was set for all patients. The rate-responsive mode was employed to enhance patients’ quality of life and exercise capacity. Lower rate limits were set at 60 beats per minute, and upper rate limits were set at 130 beats per minute. The resting atrioventricular time delay for paced/sensed signals was set at 200/150 ms, with optimization of the dynamic atrioventricular time delay aimed at maximizing the contribution of the atrial kick to stroke volume. Strategies aimed at reducing pacing were implemented.13

 Data collection

The data was collected three times: before pacemaker implantation, at seven days, and six months post-pacing. The altered pacing settings were verified, and the VP% was obtained by device interrogation. During follow-up visits, evaluations included 2D and 3D echocardiography, as well as global longitudinal strain (GLS) assessment. EF% was used to classify patients with PIVD or PICM. A reduction of more than 10% while maintaining EF > 50% is defined as PIVD, while PICM is characterized by a more than 10% reduction leading to EF ≤ 50%.14

 Electrocardiogram

Before pacing, a standard 12-lead ECG was conducted. Data from the ECG, including heart rate, native QRS width and axis, degree of heart block, and presence of morphology similar to left bundle branch block (LBBB) or right bundle branch block (RBBB), were collected and documented. The determination of LBBB and RBBB followed established criteria. Subsequently, all ECG parameters were reassessed and documented at seven days and six months following pacing.

 2D Echocardiography

To rule out individuals with coronary heart disease, significant valvular heart disease, or diminished EF, a complete 2D Echocardiographic examination was conducted.

 Right Ventricular Parameters

Right ventricular systolic function was assessed using fractional area change (FAC), tricuspid annular plane systolic excursion (TAPSE), and tissue Doppler-derived systolic velocity (S’) obtained from the apical four-chamber view according to current echocardiographic recommendations. Fractional area change was calculated as [(RV end-diastolic area − RV end-systolic area) / RV end-diastolic area] × 100. Tissue Doppler imaging was performed by placing the sample volume at the lateral tricuspid annulus to obtain the peak systolic (S’) velocity.

GLS measurement

The apical images (apical four, two, and three) were 2D gated acquired for GLS computation using industry-standard methods. To ensure clear imaging and minimize extraction, patients were instructed to stop breathing upon scanning. According to GLS calculations, the central GLS was automatically determined for each of the three apical views (Figure 1).

– Representative images for GLS measurements. GLS was calculated from three standard apical views in the 2D Echocardiographic data set

3D Echocardiography

For 3D echocardiography, we used Philips Medical’s IE33 echocardiography system using an X5-1 transducer probe. A 30°x 30° pyramid exceeding 4 to 6 alternate gated cardiac cycles obtained in the left ventricle. Optimal packet size, frame rate, and comprehensive recording of the cardiovascular cycle were ensured (Figure 2).

– This figure presents two-dimensional slices from a 3D echocardiographic dataset of the left ventricular myocardium, used to calculate key cardiac parameters: EDV, ESV, SV, COP, and EF.

Left Ventricular parameters

The program delineated the borders of the left ventricle, enabling users to make adjustments for enhanced precision as needed. LV parameters: Cardiac output (COP), Stroke volume (SV), end-diastolic volume (EDV), end-systolic volume (ESV), and EF were automatically computed once the boundaries were drawn.

 Statistical analysis

An independent data management group was tasked with maintaining and analyzing the database. To assess data distribution for continuous variables, standardized skewness and kurtosis were calculated. Normally distributed data were represented as mean ± standard deviation (SD). Categorical variables were expressed as absolute frequencies and percentages. Statistical significance was considered for all group comparisons with p < 0.05. Two-sided paired comparisons between time points were conducted using the paired Student’s t-test. Comparisons among the three LV functional outcome groups (no decline, PIVD, and PICM) were performed using one-way analysis of variance (ANOVA) for continuous variables and the χ2 test or Fisher’s exact test for categorical variables, as appropriate. When the overall ANOVA was statistically significant (p < 0.05), pairwise group comparisons were conducted using Tukey’s Honestly Significant Difference (HSD) post-hoc test to identify which specific groups differed significantly while controlling for the familywise error rate. Effect estimates with 95% confidence intervals were calculated for key functional parameters.

 Results Baseline characteristics and risk factors for study participants

A total of 75 patients were included and completed the defined observations 6 months after subsequent testing. The average patient was 65, between the ages of 12 and 97. Twenty patients (26.7%) had diabetes, and 32 patients (42.7%) had hypertension. In addition, 22 patients (29.3%) had pre-existing LBBB or RBBB (Table 1). Echocardiography confirmed a structurally normal heart in each patient. A central illustration is provided summarizing the study design, timeline of pacemaker-related changes, and key variables associated with ventricular function outcomes in patients with dual-chamber RV pacemakers.

– Summary of patients’ characteristics
Factors Number %
Age (Mean ± SD) 65.30 ± 10.09
Sex
Male 40 53.33
Female 35 46.67
DM 20 26.66
HTN 32 42.67

DM: diabetes mellitus; HTN: hypertension.

 Ventricular response to pacing

We observed a significant decline in LV volumes and functions after pacing (Table 2). Specifically, EDV and SV exhibited a noticeable reduction as early as seven days post-pacing. Additionally, ESV increased at the six-month mark following pacing compared to baseline values. EF and GLS demonstrated a marked decline at the seven-day point, with these decreases continuing progressively through to the six-month post-pacing period, compared to the baseline measurements.

– Comparison of different parameters in dual-chamber pacing groups, including all the measured parameters at the three time intervals (pre-pacing, at 1 week, and 6 months post-pacing)
Parameters Pre-pacing Post- pacing at day 7 Post- pacing at 6 months P-value (Baseline vs 6 months) Mean change (Baseline to 6 months; 95% CI)
EDV (ml) 108.25 ± 12.49 91.65 ± 7.93* 94.26 ± 12.36$ <0.001 –14.0 (IC 95% –16.5 a –11.6)
ESV (ml) 34.38 ± 6.43 34.92 ± 6.18 45.32 ± 6.20$# <0.001 +10.9 (IC 95% +10.5 a +11.3)
SV (ml) 72.28 ± 10.20 58.48 ± 8.32* 53.01 ± 5.11$# <0.001 –19.3 (IC 95% –21.1 a –17.5)
HR (bpm) 42.44 ± 5.90 75.75 ± 5.69* 73.89 ± 4.86$ <0.001 +31.5 (IC 95% +29.8 a +33.2)
COP (L/m) 3.02 ± 0.52 4.42 ± 0.52* 3.90 ± 0.52$# <0.001 +0.88 (IC 95% +0.80 a +0.96)
EF (%) 66.84 ± 12.19 58.84 ± 17.18* 52.04 ± 14.18$# <0.001 –14.80 (–19.07 a –10.53)
Absolute GLS (%) 19.54 ± 1.98 15.22 ± 1.97* 14.33 ± 1.93$ <0.001 –5.20 (IC 95% –5.84 a –4.58)

Values are presented as mean ± standard deviation (SD). P-values represent paired Student’s t-test comparisons between baseline and six-month measurements. *p < 0.001 vs baseline (baseline vs day 7); $p < 0.001 vs baseline (baseline vs 6 months); #p < 0.001 vs day 7 (day 7 vs 6 months). EDV: end-diastolic volume; ESV: end-systolic volume; SV: stroke volume; COP: cardiac output; EF: ejection fraction; GLS: global longitudinal strain

RV functions, FAC, TAPSE, and S’ velocity were initially maintained seven days post-pacing. However, these parameters showed a significant decline by the six months after pacing compared to their respective baseline values (Table 3). This data highlights the impacts of pacing on both LV and RV functions over time.

– Comparison of different parameters in dual-chamber pacing groups, including all the measured parameters of the right ventricle at the three time intervals (pre-pacing, at 1 week, and 6 months post-pacing)
Parameters Pre-pacing Post- pacing at day 7 Post- pacing at 6 months P-value (Baseline vs 6 months) Mean change (Baseline to 6 months; 95% CI)
FAC (%) 42.28 ±2.16 41.82 ± 2.39 39.55 ± 3.28$# <0.001 –1.95 (–3.85 a –0.06)
TAPSE (mm) 18.39 ± 2.20 17.77 ± 2.31 15.91 ± 2.98$# <0.001 –3.21 (–5.13 a –1.30)
S’ Velocity (cm/sec) 13.43 ± 1.03 13.51 ± 1.30 10.61 ± 1.44$# <0.001 –2.38 (–3.23 a –1.53)

Values are presented as mean ± standard deviation (SD). P-values represent paired Student’s t-test comparisons between baseline and six-month measurements. *p < 0.001 vs baseline (baseline vs day 7); $p < 0.001 vs baseline (baseline vs 6 months); #p < 0.001 vs day 7 (day 7 vs 6 months). FAC: fractional area; TAPSE: tricuspid annular plane systolic excursion.

 Risk stratification for pacing-induced cardiomyopathy

At seven days post-pacing, 55 patients had less than 10% reduction in EF (termed as the control group), while 20 had a decline in EF≥10% compared to pre-implantation EF (Table 4). A subgroup analysis of these 20 patients identified 15 patients with PIVD (EF≥50%) and five patients with PICM (EF<50%). At six months, the mean EF% in the PIVD and PICM groups fell by 23.7% and 41.2%, respectively.

– Comparison of risk factors in study groups: (RVS- RV septal pacing, RVA- RV apical pacing)
Predisposing Factor No decline in LVEF (55) Decline in LVEF p- value
PIVD (15) PICM (5)
Age 65.30 ± 10.09 57.6 ± 11.72 66.4 ± 11.85 0.03
Sex n (%) n (%) n (%) 0.81
Male 30 (54.55) 7 (46.67) 3 (60)
Female 25 (45.55) 8 (53.33) 2 (40)
DM 14 (25.45) 3 (20) 3 (60) 0.06
HTN 24 (43.63) 5 (33.33) 3 (60) 0.07
Lead site 0.67
RVA (10) 7 (12.7) 2 (13.33) 1 (20)
RVS (65) 48 (87.27) 13 (87.67) 4 (80)
Pre-existing BBB 0.06
No BBB 44 (80) 9 (60) 0 (0.0)
RBBB 8 (14.55) 4 (26.67) 4 (80)
LBBB 3 (5.45) 2 (13.33) 1 (20)
QRS Axis 0.78
N 38 (69.1) 11 (73.4) 1 (20)
Left 5 (9.1) 2 (13.3) 2 (40)
Right 12 (21.8) 2 (13.3) 2 (40)
Native pre-implant QRS width (ms)
Pre-pacing 102.75 ± 15.37 115.61 ± 19.48 139.57 ± 19.77 <0.05
Post-pacing 147.24 ± 13.25 153.11 ± 12.83 157.57 ± 17.35 0.74
VP%
7 days 84.03 ± 14.64 82.53 ± 9.67 94.32 ± 5.1 0.06
6 months 87.68 ± 11.34 89.79 ± 8.79 100.00 ± 0.0 0.021
Pacing threshold
7 days 0.56 ± 0.11 0.54 ± 0.11 0.49 ± 0.1 0.37
6 months 0.84 ± 0.15 0.87 ± 0.12 0.82 ± 0.32 0.92

PIVD: Pacemaker-Induced Ventricular Dysfunction; PICM: Pacemaker-Induced Cardiomyopathy LVEF: left ventricular ejection fraction; RVA: right ventricular apical; RVS: right ventricular septum; LBBB: left bundle branch block; RBBB: right bundle branch block; VP%: ventricular pacing percentage.

The PIVD and PICM groups showed a decline in GLS at seven days post-pacing compared to pre-implantation GLS (Figure 3a) and had wider pre-implantation QRS widths than the control group (Figure 3b). The PICM group also had a low pre-implantation GLS (Figure 3a) and a higher VP% (Table 4) compared to both PIVD and the control group. Where one-way ANOVA was statistically significant (p < 0.05), Tukey’s Honestly Significant Difference (HSD) post-hoc test was applied to identify specific between-group differences; complete pairwise results are presented in Table 5. Pre-implantation QRS width differed significantly across the three groups (p < 0.05), with Tukey’s HSD confirming a stepwise increase across all pairwise comparisons: No Decline vs. PIVD (p = 0.025), No Decline vs. PICM (p < 0.001), and PIVD vs. PICM (p = 0.017). VP% at six months differed significantly across groups (p = 0.021), driven primarily by a higher VP% in the PICM group compared to No Decline (p = 0.039). Age showed a significant overall difference (p = 0.030), with a younger mean age in the PIVD group compared to No Decline (p = 0.038). For all remaining variables, the omnibus ANOVA was non-significant (p ≥ 0.05) and post-hoc testing was therefore not performed (Table 5).

– Early variables associated with PIVD and PICM (a) A wider pre-implantation QRS complex and (b) Low post-implantation GLS suggest a higher risk of cardiac dysfunction.

– Tukey’s Honestly Significant Difference (HSD) Post-hoc Pairwise Comparisons Following One-Way ANOVA for Risk Stratification Variables (Table 4)
Variable No Decline vs PIVD No Decline vs PICM PIVD vs PICM
Age p = 0.038* p = 0.973 (ns) p = 0.245 (ns)
Native Pre-implant QRS Width (ms) p = 0.025* p < 0.001*** p = 0.017*
VP% at 6 months (%) p = 0.772 (ns) p = 0.039* p = 0.154 (ns)

Variables with non-significant ANOVA (p ≥ 0.05): post-hoc not applicable. ND: No Decline; PIVD: Pacemaker-Induced Ventricular Dysfunction; PICM: Pacemaker-Induced Cardiomyopathy; ns: not significant; N/A, not applicable (post-hoc testing not performed when omnibus ANOVA p ≥ 0.05). Significance: * p < 0.05; ** p < 0.01; *** p < 0.001.

 Discussion

In this exploratory study, pacing-induced LV systolic dysfunction was more prevalent, manifesting within six months post-implantation. A wider pre-implantation QRS complex, lower post-implantation GLS(an early change observed at seven days), and a greater pacing percentage were associated with PICM and PIVD development.

We observed both short-term and long-term adverse impacts on LV volume and functions. Within seven days, SV was significantly reduced in association with a drop in EDV. This may be related to pacing at higher heart rates, shortening the cardiac cycle duration, particularly diastole, and reducing the time for ventricular filling. This decrease in EDV reduces the myocardial stretch, consistent with a drop in SV (Frank-Starling law).16 Yu et al. investigated the acute effects of RVA in 35 patients with sick sinus syndrome, observing a decline in LV EDV and EF.17 Reduced EF may be associated with pacing-induced remodelling of the LV structure, which was observed to alter LV volumes, mainly increasing ESV.18 At the second follow-up, we also observed a further drop in EF and increased ESV, which may be related to the pacing-induced remodelling of the LV structure.

We identified 20 (27%) patients with ≥10% reduction in EF, further categorized into patients with PIVD (20%) or PICM (7%). It is important to note that the number of PICM cases was small (n=5), which limits definitive conclusions and precludes multivariable adjustment. The incidence of PICM in our study aligned with previous reports of 5-27%, with the variation being dependent on the PICM defining criteria and the length of follow-up.14 Lee et al. found a 20.5% incidence of PICM after an average follow-up duration of 15.6 years, while Dawood et al. reported an incidence rate of 12% with a six-month follow-up.19,20

A lower absolute pre-implantation GLS was observed in patients who subsequently developed PICM. A significant decline in absolute GLS was noted at seven days in patients with either PIVD or PICM. An increasing body of research highlights the negative association between pacing and myocardial contraction. Delgado et al. reported the effects of RVA pacing in 25 individuals with structurally normal hearts, finding greater dyssynchronous LV contraction and impaired LV longitudinal shortening and twisting during RVA pacing.21 Babu et al. followed 36 patients with EF above 45% for six months after permanent pacemaker implantation, noting a significant reduction in GLS in 63.9% of patients by six months, with a notable reduction in overall longitudinal strain in seven patients 24 hours post-implantation.22 Recent studies indicate that patients with lower GLS may be at risk for PICM, identifying lower LV peak GLS as an independent indicator of LV dyssynchrony.23

The PICM group had a wider pre-implantation QRS complex and a higher VP% at both follow-ups. Another study found male gender, lower baseline EF, and a wide native QRS complex were variables associated with PICM.24 Kim et al. also linked PICM with abnormal post-pacing QRS axis, which our study could not corroborate due to the small sample size.25

We found a significant reduction in TAPSE, S’ velocity, and FAC at the second follow-up, indicating RV dysfunction. Sinkar et al. assessed RV dimensions and function in 60 patients six months after pacemaker implantation, finding a decline in RV function parameters.26 Porapakkham et al. analyzed factors affecting RV dysfunction in 96 patients, noting that factors affecting LV function, such as pacing lead site, pacing mode, and VP%, did not significantly impact RV function.27

Our study was limited owing to the small sample size along with a short follow-up period, although it was statistically significant. An extended follow-up would allow one to predict a greater incidence of pacing-induced malfunction. Further, 87% of patients in our study underwent RVS pacing, with only 10 (13%) patients having RVA pacing. Due to this, our study is limited in analysing the role of the RV lead site on ventricular functions and cardiomyopathy. Some studies have shown that RVS pacing has better clinical outcomes over the short and long term. Karpawich et al. compared apical and mid-septal pacing sites in canines, finding that septal pacing prevented remodelling over a four-month follow-up period.28 They found preserved mitochondrial morphology, no calcification, or degenerative changes in the septal-paced group.

Tse et al. reported that patients with RVA pacing had significantly broader average QRS duration, lower EF, and a higher incidence of myocardial perfusion defects and regional abnormalities than patients with RVS pacing.29 They further concluded that preserving synchronous ventricular activation during RVS pacing mitigates the long-term detrimental effects of RVA pacing on myocardial perfusion and function.16 However, Ng et al. demonstrated in a long-term study that septal pacing resulted in worse LV dyssynchrony and a more impaired circumferential strain than apical pacing.30

Several potential sources of bias should be considered when interpreting the findings. Strain-based and right ventricular functional measurements are inherently operator-dependent and influenced by image quality and tracking algorithms. Although standardized acquisition protocols and experienced operators were used, inter-observer variability cannot be completely excluded and may have affected the precision of strain and RV functional indices. Despite its novel contributions, the study has a few limitations. Although no a priori sample size calculation was performed, a post-hoc power analysis based on the observed EF reduction of 14.8 percentage points (SD ~13.0) in 75 patients demonstrated >99% power at α = 0.05, and the observed GLS reduction of 5.2% (SD ~2.0) similarly showed >99% power. These findings suggest adequate statistical power for the primary echocardiographic outcomes; however, the small number of PICM cases limited subgroup analyses and multivariable modelling. Due to the low PICM event count, multivariable adjustment was not possible, and residual confounding cannot be excluded. Strain and 3D echocardiographic measurements are operator-dependent and susceptible to image-quality variation.

Further studies with extended follow-up are needed to elucidate the long-term effects of pacing on LV function, as longer observation may reveal more incidences of dysfunction. Larger sample sizes will enhance statistical power for definitive conclusions and subgroup analyses, particularly regarding pacing sites. Given differential outcomes of RVA and RVS pacing, comparative studies with standardized assessments of dyssynchrony and perfusion are essential. Investigating myocardial fibrosis, metabolic changes, and synchrony alterations may identify therapeutic targets. Examining baseline GLS and QRS duration can personalize strategies. Trials on pacing parameters, His-bundle, or left-bundle branch pacing could guide selection, improving patient outcomes.

 Conclusion

This study investigates the impact of RV pacing on patient cardiac performance in patients with preserved baseline LVEF and structurally normal hearts. These findings are presented as exploratory associations. RV pacing was associated with significant adverse changes in both LV and RV functions. Notably, LV ejection fraction and absolute GLS declined significantly, with reductions observed as early as seven days post-pacing (early changes) and continuing through six months. Specifically, EF decreased by 23.7 absolute percentage points in patients with PIVD and 41.2 absolute percentage points in those with PICM, both defined at 6-month follow-up.

Additionally, RV function parameters such as FAC, TAPSE, and S’s velocity also deteriorated over time. The study identified key variables associated with adverse outcomes, including early impairment of absolute GLS at seven days, a wider pre-implantation QRS complex, and higher pacing percentages. These results underscore the need for early identification and close monitoring of patients undergoing RV pacing to mitigate risks of PIVD and PICM. Effective management strategies and tailored pacing approaches are essential to improve patient outcomes and reduce heart failure-related complications.

This article is part of the thesis of Doctoral submitted by Sanjeev Kumar, from SMS Medical College.

This study was approved by the Ethics Committee of the SMS Medical College under the protocol number 63 MC/EC/2023. All the procedures in this study were in accordance with the 1975 Helsinki Declaration, updated in 2013. Informed consent was obtained from all participants included in the study.

The authors did not use any artificial intelligence tools in the development of this work.

The underlying content of the research text is contained within the manuscript.

There were no external funding sources for this study.