abcArquivos Brasileiros de CardiologiaArq. Bras. Cardiol.0066-782X1678-4170Sociedade Brasileira de Cardiologia - SBCSão Paulo, SP, BrazilLFq9GbTqK8BndjdPhRfGw6B00003S0066-782X2008000200003S0066-782X(08)0900020310.1590/S0066-782X2008000200003Artigos OriginaisInfluência da estimulação biatrial temporária externa na prevenção da fibrilação atrial no pós-operatório de revascularização miocárdica sem circulação extracorpóreaSilvaFrancisco Maia daMilaniRodrigoPrécomaDaltonGuimarãesMaximilianoMoutinhoJose AugustoBarbozaLauraSartoriAlexandreBrofmanPauloCuritibaParanáPontifícia Universidade Católica do ParanáBrazil0220089028793041020071212200627052007This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
FUNDAMENTO: A fibrilação atrial é a mais comum complicação no pós-operatório de revascularização miocárdica, aumentando a incidência de morbi-mortalidade. OBJETIVO: O propósito deste estudo prospectivo e randomizado foi testar a hipótese de que a estimulação cardíaca temporária biatrial reduz a incidência da fibrilação atrial no pós-operatório de revascularização miocárdica. MÉTODOS: Em uma casuística de 98 pacientes não-consecutivos, submetidos a revascularização miocárdica sem circulação extracorpórea, foram implantados respectivamente dois eletrodos temporários em átrio direito e em átrio esquerdo e conectados a cada par de saída atrial do marcapasso, além dos eletrodos implantados no ventrículo direito. Foram randomizados dois grupos (controle: 49 pacientes sem a estimulação biatrial; terapêutico: 49 pacientes com a estimulação biatrial). As variáveis de interesse foram: fibrilação atrial (presença ou não), tempo de hospitalização. RESULTADOS: A incidência de fibrilação atrial foi de 36,73% no grupo controle e 14,29% no grupo terapêutico (p=0,0194). O tempo de hospitalização foi de 7,00±2,82 dias nos pacientes sem fibrilação atrial (n=73), e de 9,20±2,87 dias nos pacientes com fibrilação atrial (n=25) (p=0,0001). A idade foi importante preditor da arritmia, variou de 62,34±9,00 anos no grupo sem fibrilação atrial, e de 67,20±7,42 anos no grupo com fibrilação atrial (p=0,0170). CONCLUSÃO: A estimulação temporária biatrial profilática é efetiva na prevenção da fibrilação atrial, quando comparada ao grupo controle. Permanência hospitalar foi maior nos pacientes que apresentaram fibrilação atrial no pós-operatório e a idade foi importante preditor para o desenvolvimento da arritmia.
Influência da estimulação biatrial temporária externa na prevenção da fibrilação atrial no pós-operatório de revascularização miocárdica sem circulação extracorpórea
Francisco Maia da Silva; Rodrigo Milani; Dalton Précoma; Maximiliano Guimarães; Jose Augusto Moutinho; Laura Barboza; Alexandre Sartori; Paulo Brofman
Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, PR - Brasil
Correspondência
RESUMO
FUNDAMENTO: A fibrilação atrial é a mais comum complicação no pós-operatório de revascularização miocárdica, aumentando a incidência de morbi-mortalidade.
OBJETIVO: O propósito deste estudo prospectivo e randomizado foi testar a hipótese de que a estimulação cardíaca temporária biatrial reduz a incidência da fibrilação atrial no pós-operatório de revascularização miocárdica.
MÉTODOS: Em uma casuística de 98 pacientes não-consecutivos, submetidos a revascularização miocárdica sem circulação extracorpórea, foram implantados respectivamente dois eletrodos temporários em átrio direito e em átrio esquerdo e conectados a cada par de saída atrial do marcapasso, além dos eletrodos implantados no ventrículo direito. Foram randomizados dois grupos (controle: 49 pacientes sem a estimulação biatrial; terapêutico: 49 pacientes com a estimulação biatrial). As variáveis de interesse foram: fibrilação atrial (presença ou não), tempo de hospitalização.
RESULTADOS: A incidência de fibrilação atrial foi de 36,73% no grupo controle e 14,29% no grupo terapêutico (p=0,0194). O tempo de hospitalização foi de 7,00±2,82 dias nos pacientes sem fibrilação atrial (n=73), e de 9,20±2,87 dias nos pacientes com fibrilação atrial (n=25) (p=0,0001). A idade foi importante preditor da arritmia, variou de 62,34±9,00 anos no grupo sem fibrilação atrial, e de 67,20±7,42 anos no grupo com fibrilação atrial (p=0,0170).
CONCLUSÃO: A estimulação temporária biatrial profilática é efetiva na prevenção da fibrilação atrial, quando comparada ao grupo controle. Permanência hospitalar foi maior nos pacientes que apresentaram fibrilação atrial no pós-operatório e a idade foi importante preditor para o desenvolvimento da arritmia. (Arq Bras Cardiol 2008; 90(2): 87-93)
A fibrilação atrial é a mais comum complicação no cenário da operação cardiovascular, com incidência de aproximadamente 35% a 50% após a operação de revascularização miocárdica, com pico de incidência no segundo e no terceiro dias de pós-operatório1,2. A ocorrência da fibrilação atrial pós-operatório tem implicações significantes em termos de morbidade e de utilização de recursos hospitalares3. Apesar de a fibrilação atrial não representar uma situação de risco de vida e a significância clínica no pós-operatório variar de paciente para paciente, ela está freqüentemente associada a múltiplas co-morbidades, tais como: eventos tromboembólicos, deterioração hemodinâmica, exacerbação da falência cardíaca, insuficiência renal, infecção, prolongando a permanência dos pacientes em unidades de cuidados intensivos e aumentando a hospitalização4.
A patogênese da fibrilação atrial pós-operatória permanece incerta e é presumivelmente multifatorial. Diversos autores sugeriram que o mecanismo inicial da fibrilação atrial nessa população de pacientes consistia de múltiplos circuitos de reentrada, propagando-se internamente pelos átrios, freqüentemente iniciado por uma extra-sístole atrial, oriunda de áreas de condução lenta e bloqueio unidirecional5,6.
Embora a terapia profilática com antagonista beta-adrenérgico3,4,7-9, amiodarona3,10 e sotalol11 reduza a incidência de fibrilação atrial no pós-operatório de revascularização miocárdica, a fibrilação atrial permanece como importante causa de aumento na permanência hospitalar.
Pacientes submetidos a operação de revascularização miocárdica podem suprir um modelo para avaliar o impacto da estimulação atrial profilática (desde que tenham os eletrodos de marcapasso temporário implantados durante o ato operatório) na incidência da fibrilação atrial. Tal técnica pode ser também extremamente útil para reduzir os custos hospitalares e co-morbidades associadas com essa arritmia7,12-15.
Por meio deste estudo prospectivo e randomizado, espera-se estabelecer uma intervenção aceitável, segura e ao mesmo tempo eficaz, que poderá reduzir a incidência de fibrilação atrial no pós-operatório de revascularização miocárdica.
Métodos
Entre maio de 2004 e março de 2005, na Irmandade da Santa Casa de Misericórdia de Curitiba – Aliança Saúde – PUCPR, foram selecionados 98 pacientes não-consecutivos e em uso de betabloqueador, com diagnóstico de doença arterial coronariana obstrutiva e indicação para operação cardíaca. Os critérios de inclusão foram: idade maior ou igual a 18 anos, indicação de operação eletiva para revascularização miocárdica isolada e aceitar o consentimento livre e informado. Os critérios de exclusão incluíam: presença de fibrilação atrial ou algum tipo de arritmia no momento do recrutamento, tratamento com drogas antiarrítmicas (exceto digoxina, betabloqueadores ou bloqueadores dos canais de cálcio), bloqueio AV de 2º ou 3º grau, bradicardia definida com menor 60 spm (sem agentes ativos do nó sinusal ou atrioventricular), operação cardíaca prévia, necessidade de procedimento operatório adicionais no momento da revascularização miocárdica, contra-indicação ao uso de betabloqueador, átrio esquerdo maior que 5,0 cm.
Protocolo do estudo - Este estudo foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa da PUC-PR, sob o número 342.
Pacientes que tiveram critérios de elegibilidade foram randomizados, mediante um extrato de tábua de números aleatórios em dois grupos:
Grupo controle: sem estimulação elétrica biatrial temporária.
Grupo terapêutico: com estimulação elétrica biatrial temporária.
"Pacebox" - O "pacebox" foi especialmente desenvolvido para este estudo. Ele é composto de dois pares de conectores para estimulação atrial e um par para estimulação ventricular. O sistema elétrico de estimulação é um marcapasso cardíaco modelo Integrity™ DR+(St Jude Medical – USA) com algoritmo "AF Suppression™" (St Jude Medical – USA) (fig. 1).
Características do algoritmo "AF Suppression™" - Ajusta dinamicamente a freqüência de estimulação de maneira a estimular o coração ligeiramente acima das freqüências atriais intrínsecas, independentemente de o paciente estar ativo ou em repouso. A estimulação com o algoritmo "AF Suppresion™" libera estímulos atriais de acordo com o número programado de ciclos de estimulação "overdrive". Se duas ondas P naturais são detectadas antes da conclusão do ciclo de "overdrive" programado ou durante o período de recuperação, a freqüência atrial estimulada é, então, automaticamente aumentada.
Técnica operatória e implantação do sistema de marcapasso epicárdico temporário - Todos os pacientes foram submetidos a operação de revascularização miocárdica sem auxílio da circulação extracorpórea. Com o paciente em anestesia geral, decúbito dorsal, foram puncionadas a veia subclávia e a artéria radial esquerdas; foram realizadas esternotomia medial e pericardiotomia longitudinal. Dissecaram-se os enxertos arterial e venoso, de acordo com as artérias coronárias a serem tratadas. Os pacientes foram anticoagulados com heparina não-fracionada, na dose de 2 mg por quilo de peso. Após a identificação dos vasos e o local da anastomose, e com o auxílio do ponto de Lima, posicionou-se o estabilizador de tecidos, passou-se um torniquete proximal e iniciou-se a sutura do enxerto, após a arteriotomia longitudinal. Concluída, retiraram-se o torniquete e o estabilizador. O enxerto venoso foi anastomosado na aorta com campleamento lateral. Após estabilização hemodinâmica neutralizaram-se 75% da dose inicial da heparina e a hemostasia foi revisada. Os planos operatórios foram suturados.
Depois de completado o procedimento operatório, dois eletrodos de marcapasso (multifilamento de aço revestido com polietileno azul Ethicon™) foram implantados no teto do átrio esquerdo, entre a aorta e a veia cava superior, assim como dois eletrodos no átrio direito, sendo um eletrodo implantado na aurícula do átrio direito e outro, na parede lateral e dois eletrodos no ventrículo direito como rotineiramente se emprega nas operações cardíacas (fig.2). As extremidades das derivações epicárdicas foram passadas através da pele e foram conectadas ao "pacebox", o qual foi programado de acordo com a especificação do grupo de tratamento do paciente.
Os eletrodos de marcapasso foram implantados nos dois grupos (controle e terapêutico).
Manejo do paciente - Ao término da operação, o paciente foi transferido do centro cirúrgico à unidade de terapia intensiva cardiovascular, onde foi continuamente monitorado, até a alta para as dependências do hospital. No grupo terapêutico, os eletrodos foram conectados ao "pacebox" na 12ª hora de pós-operatório e permaneceram ligados continuamente por 96 horas. No momento da alta da unidade de terapia intensiva cardiovascular, geralmente entre a 36ª e a 48ª horas do pós-operatório para as dependências do hospital, foi instalado um sistema de eletrocardiograma dinâmico de 24 horas, para monitorização contínua. Registros diários com eletrocardiograma de 12 derivações foram também obtidos até a alta hospitalar e avaliados por pelo menos dois investigadores independentes, assim como os registros do eletrocardiograma dinâmico.
Os pacientes que desenvolveram fibrilação atrial no pós-operatório (controle e terapêutico) foram tratados de acordo com a diretriz de fibrilação atrial da Sociedade Brasileira de Cardiologia, levando-se em consideração o perfil hemodinâmico (estabilidade e instabilidade). Os pacientes com estabilidade hemodinâmica foram tratados com amiodarona (300 mg EV in bolus, seguido de 900 mg EV em 24h). E ao mesmo tempo, iniciou-se o uso de anticoagulante (enoxaparina ou heparina não-fracionada), sempre monitorizando possíveis sangramentos. Pacientes com instabilidade hemodinâmica foram submetidos a cardioversão elétrica (200 – 360 J), assim como aqueles que não responderam a cardioversão química (amiodarona).
Análise estatística - Os resultados de variáveis categóricas foram expressos por freqüências e porcentuais e por variáveis quantitativas por médias e desvios padrões. Para a comparação de grupos em relação a variáveis categóricas foi usado o teste exato de Fisher. A comparação de grupos em relação a variáveis quantitativas foi feita usando-se o teste t de Student para amostras independentes, ou o teste não-paramétrico de Mann-Whitney, quando apropriado. Para a análise multivariada, foi ajustado um modelo de Regressão Logística considerando-se a fibrilação atrial como variável resposta, e as demais variáveis do estudo como variáveis explicativas. Nessa análise, decisões foram tomadas com base no teste de Wald. Em todos os testes, valores de p<0,05 indicaram significância estatística.
Resultados
População - Neste estudo participaram 98 pacientes constituídos por 67 homens e 31 mulheres, com idades entre 44 e 78 anos, média 63,58±8,84 e mediana 64; os pacientes foram submetidos a operação de revascularização do miocárdio sem circulação extracorpórea, sendo realizados enxertos arteriais e venosos que variaram de 1,00 a 5,00, média 2,61±0,82 e mediana 3,00; tamanho de átrio esquerdo 2,90 a 5,00 cm, média 4,02±0,45 e mediana 4,10; tamanho ventrículo esquerdo 3,60 a 6,50 cm, média 5,06±0,72 e mediana 5,15; função ventricular 26,00 a 70,00, média 58,13±10,07 e mediana 60,00. Os pacientes foram randomizados em dois grupos com o auxílio de um extrato de tábua de número aleatórios, sendo o número par designado para o grupo sem estimulação e o número ímpar para o grupo com estimulação.
A determinação da linha e da coluna iniciais para esse procedimento foi feita por sorteio utilizando-se bolas enumeradas em uma urna. Grupo controle - sem estimulação (n=49) e Grupo terapêutico - com estimulação biatrial (n=49). As variáveis de interesse foram: fibrilação atrial (presença ou não) independentemente do tempo de duração (não-sustentada, paroxística, curta duração) e diversas características demográficas e clínicas do paciente. Todos os pacientes assinaram o consentimento livre e informado.
Características clínicas e demográficas dos pacientes - Na tabela 1 são apresentados os resultados da comparação dos grupos de pacientes controle e terapêutico, em relação a diversas variáveis clínicas e demográficas.
Fibrilação atrial - Na tabela 2 são apresentados os resultados da comparação dos grupos de pacientes controle (sem estimulação biatrial) e terapêutico (com estimulação biatrial), em relação à variável principal do estudo, ou seja, presença ou não de fibrilação atrial. Houve diferença estatisticamente significativa entre o grupo terapêutico e controle p: 0,0194.
Testou-se a hipótese nula de que a distribuição dos pacientes de acordo com o tempo livre de fibrilação atrial no grupo terapêutico é igual a essa distribuição no grupo controle versus a hipótese alternativa de distribuições diferentes. Os resultados são apresentados na gráfico 1 (Kaplan-Meier).
Análise univariada e multivariada - Na comparação entre pacientes com e sem fibrilação atrial, foram encontradas diferenças significativas em relação à idade e à estimulação biatrial, tanto na análise univariada como na análise multivariada (tab. 3).
Ajustando-se as diversas variáveis demográficas e clínicas consideradas no estudo, os resultados indicam que pacientes sem estimulação biatrial e com pelo menos 65 anos de idade têm maior probabilidade de apresentarem fibrilação atrial no período de 96 horas após a revascularização do miocárdio.
Ajustada as demais variáveis, a odds ratio estimada para a variável marcapasso (com ou sem estimulação) é de 3,66 (IC 95% de 1,11 a 12,09), e para a variável idade (< 65 ou > 65 anos) é igual a 3,70 (IC 95% de 1,06 a 12,94). Sendo assim, o uso do marcapasso e a faixa etária do paciente estão significativamente associados à presença de fibrilação atrial. Enquanto aplicar o marcapasso no procedimento cirúrgico gera um efeito protetor ao paciente, ter 65 anos ou mais o predispõe a essa complicação pós-revascularização miocárdica.
Os cálculos de risco relativo indicam que pacientes sem a utilização de estimulação são 2,57 vezes mais prováveis de apresentarem fibrilação atrial num período de 96 horas do que pacientes que utilizam a estimulação. Ainda, pacientes com idade > 65 anos são 2,31 vezes mais prováveis de apresentarem fibrilação atrial do que pacientes com idade de até 65 anos. O efeito potencial dessas duas características acarreta, para pacientes sem marcapasso e idade > 65 anos, uma probabilidade de apresentarem fibrilação atrial igual a 4,63 vezes maior do que para pacientes com marcapasso e idade < 65 anos.
Em relação ao tempo de hospitalização, observou-se que a presença da fibrilação atrial aumenta significativamente o período de hospitalização. Neste estudo, pacientes sem fibrilação atrial tiveram em média 7,00±2,82 dias de internamento, enquanto pacientes com fibrilação atrial ficaram hospitalizados, em média, 9,20±2,87 dias (p=0,0001).
Discussão
A patogênese da fibrilação atrial pós-operatória permanece incerta e é presumivelmente multifatorial.
Diversos autores sugeriram que o mecanismo inicial da fibrilação atrial nessa população de pacientes consistia de múltiplos circuitos de reentrada, propagando-se internamente pelos átrios, freqüentemente iniciado por uma extra-sístole atrial, oriunda de áreas de bloqueio unidirecional5,6.
Outros autores demonstraram que a técnica operatória empregada, ou seja, revascularização miocárdica com ou sem circulação extracorpórea, tem grande impacto na presença ou não da fibrilação atrial. Aquela está associada por si só a resposta inflamatória vascular sistêmica, contribuindo com aumento da incidência de morbidade no pós-operatório, ao passo que esta está associada a significativa redução da resposta inflamatória e na liberação dos marcadores de necrose miocárdica. Ressalte-se que o presente estudo foi realizado com essa técnica (sem circulação extracorpórea). Esses autores concluíram que a solução cardioplégica e a circulação extracorpórea são os principais preditores independentes dessa arritmia16,17.
No serviço em que foi desenvolvido o presente estudo, usa-se rotineiramente para operação de revascularização miocárdica a técnica sem circulação extracorpórea, com potenciais vantagens quando comparada à técnica convencional, tais como: menor tempo de operação, mais rápido período de recuperação, menor permanência na unidade de terapia intensiva e hospitalar, extubação precoce e redução da necessidade de hemoderivados.
Diversos autores demonstraram o impacto dessa arritmia no perfil clínico e econômico, com expressivo aumento nos custos hospitalar em mais de 16%, ou seja, $8.000 por caso18-21.
Este estudo demonstra claramente a nítida relação entre a presença de fibrilação atrial com o aumento do período de permanência hospitalar.
Algumas drogas como antagonista beta-adrenérgico, sotalol e amiodarona têm sido utilizados como profiláticos na tentativa de reduzir a incidência de fibrilação atrial no pós-operatório de revascularização miocárdica; porém, essa estratégia pode ser limitada, em virtude de seus efeitos colaterais e da contra-indicação para alguns pacientes, além da necessidade de ter que ser iniciada alguns dias antes da operação. Apesar de tal estratégia utilizada, observou-se ainda uma expressiva incidência dessa arritmia nessa população3,9,10,22,23.
Em virtude da limitação e da pouca efetividade dessa estratégia farmacológica, novas abordagens são requeridas para reduzir a incidência dessa arritmia nessa população.
Na prevenção não-farmacológica, dois mecanismos podem explicar como a estimulação biatrial temporária pode prevenir a fibrilação atrial nessa população. O primeiro mecanismo é que a dispersão da refratariedade atrial é reduzida com o marcapasso biatrial. Estudos clínicos têm demonstrado que as extra-sístoles atriais resultam da dispersão da refratariedade atrial5,24-26. Essa diferença na eletrofisiologia atrial é essencial para a reentrada que facilita o início da fibrilação atrial.
O segundo possível mecanismo pelo qual a estimulação biatrial pode prevenir a fibrilação atrial é pela supressão das extra-sístoles atriais. A fibrilação atrial com freqüência é iniciada por um batimento atrial prematuro, especialmente durante período de bradicardia sinusal.
No presente estudo, o modo de estimulação biatrial foi escolhido para assegurar a ativação precoce do miocárdio atrial em resposta à contração atrial prematura, reduzindo assim a dispersão atrial. Quando o algoritmo de sobrestimulação atrial dinâmico (DAO – dynamic atrial overdrive) é programado, o dispositivo ajusta a freqüência de estimulação do marcapasso, aumentando-a ou diminuindo-a, de acordo com a variação da freqüência intrínseca atrial do paciente.
De acordo com a literatura, o resultado de diversos estudos de marcapasso único e duplo sítio atrial (com uma variedade de algoritmos) tem sido publicado com resultados geralmente favoráveis, para reduzir a incidência da fibrilação atrial no pós-operatório de revascularização miocárdica7,12-14,27-29, o que fica demonstrado no presente estudo, onde observou-se que a presença da fibrilação atrial no grupo controle (sem estimulação artificial) foi de 36,73% e 14,29% no grupo terapêutico (com estimulação artificial) com alta significância estatística p = 0,0194.
Em uma metanálise recente, porém, Ronald e Dunning30 concluíram que somente o marcapasso biatrial é efetivo como profilático de fibrilação atrial nessa população, e que o marcapasso atrial direito isolado, assim como o esquerdo, não é efetivo30.
A estimulação cardíaca temporária para prevenção de fibrilação atrial pós-operatória também tem sido avaliada, segundo a Diretriz de fibrilação atrial da Sociedade Brasileira de Cardiologia. Dez estudos analisaram os efeitos do marcapasso utilizando eletrodos temporários epimiocárdicos no pós-operatório de cirurgia cardíaca, na maioria de revascularização miocárdica. Foram comparadas as técnicas de estimulação do átrio direito, do átrio esquerdo e de ambos (simultaneamente) com o grupo controle. As três técnicas avaliadas diminuíram a incidência de fibrilação atrial em relação ao grupo controle2.
Em relação à segurança, não se observaram complicações com o uso do marcapasso, tanto na implantação quanto na retirada dos eletrodos. Nenhum paciente do grupo terapêutico teve sua terapia descontinuada. De acordo com dados da literatura, o índice de complicações é significativamente menor quando comparado com o grupo controle; tais complicações foram observadas nos pacientes que desenvolveram fibrilação atrial13.
Conclusões
A utilização da estimulação biatrial temporária em pacientes submetidos a operação de revascularização miocárdica sem circulação extracorpórea reduz significativamente a incidência da fibrilação atrial, quando comparados ao grupo controle; assim como a presença da arritmia aumenta significativamente o período de permanência hospitalar e a idade é marcante preditor para a incidência dessa arritmia.
Potencial Conflito de Interesses
Fornecimento e confecção do "pacebox" de acordo com nossa orientação.
Fontes de Financiamento
O presente estudo não teve fontes de financiamento externas.
Vinculação Acadêmica
Este artigo é parte de tese de mestrado de Francisco Maia da Silva pela Pontifícia Universidade Católica do Paraná - PUCPR.
Francisco Maia da Silva
Rua México, 1454 - Bacacheri
82520-190, Curitiba, PR - Brasil
E-mail:
francmaia@cardiol.br
Artigo recebido em 12/12/06; revisado recebido em 27/05/07; aceito em 04/10/07.
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BACKGROUND: Atrial fibrillation is the most common complication after myocardial revascularization, and it increases morbidity/mortality. OBJECTIVE: The purpose of this prospective randomized study was to test the hypothesis that temporary biatrial pacing is effective in reducing the incidence of postoperative atrial fibrillation after myocardial revascularization. METHODS: Ninety-eight non-consecutive patients who had undergone off-pump myocardial revascularization received two temporary electrodes attached to the right and left atria, which were connected to either pair of atrial pacemaker electrodes, in addition to the leads implanted in the right ventricle. Two groups of patients were randomized (control: 49 patients with no biatrial pacing; therapeutic: 49 patients with biatrial pacing). The variables of interest were atrial fibrillation (present or absent) and length of hospital stay. RESULTS: The incidence of atrial fibrillation was 36.73% in the control group and 14.29% in the therapeutic group (p=0.0194). Length of hospital stay was 7.00 ± 2.82 days for patients with no atrial fibrillation (n=73) and 9.20 ± 2.87 days for patients with atrial fibrillation (n=25) (p=0.0001). Age was an important predictor of arrhythmia and ranged between 62.34 ± 9.00 years in the group with no atrial fibrillation and 67.20 ± 7.42 years in the group with atrial fibrillation (p=0.0170). CONCLUSION: Compared to controls, prophylactic temporary biatrial pacing is effective in preventing atrial fibrillation. Hospital stay was longer for patients who developed postoperative atrial fibrillation, and age was an important predictor for the development of arrhythmia.
Influence of external temporary biatrial pacing on the prevention of atrial fibrillation after coronary artery bypass without extracorporeal circulation
Francisco Maia da Silva; Rodrigo Milani; Dalton Précoma; Maximiliano Guimarães; Jose Augusto Moutinho; Laura Barboza; Alexandre Sartori, Paulo Brofman
Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, PR - Brazil
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SUMMARY
BACKGROUND: Atrial fibrillation is the most common complication after myocardial revascularization, and it increases morbidity/mortality.
OBJECTIVE: The purpose of this prospective randomized study was to test the hypothesis that temporary biatrial pacing is effective in reducing the incidence of postoperative atrial fibrillation after myocardial revascularization.
METHODS: Ninety-eight non-consecutive patients who had undergone off-pump myocardial revascularization received two temporary electrodes attached to the right and left atria, which were connected to either pair of atrial pacemaker electrodes, in addition to the leads implanted in the right ventricle. Two groups of patients were randomized (control: 49 patients with no biatrial pacing; therapeutic: 49 patients with biatrial pacing). The variables of interest were atrial fibrillation (present or absent) and length of hospital stay.
RESULTS: The incidence of atrial fibrillation was 36.73% in the control group and 14.29% in the therapeutic group (p=0.0194). Length of hospital stay was 7.00 ± 2.82 days for patients with no atrial fibrillation (n=73) and 9.20 ± 2.87 days for patients with atrial fibrillation (n=25) (p=0.0001). Age was an important predictor of arrhythmia and ranged between 62.34 ± 9.00 years in the group with no atrial fibrillation and 67.20 ± 7.42 years in the group with atrial fibrillation (p=0.0170).
CONCLUSION: Compared to controls, prophylactic temporary biatrial pacing is effective in preventing atrial fibrillation. Hospital stay was longer for patients who developed postoperative atrial fibrillation, and age was an important predictor for the development of arrhythmia. (Arq Bras Cardiol 2008; 90(2):80-85)
Atrial fibrillation is the most common complication in patients undergoing cardiovascular surgery, with an incidence of approximately 35% to 50% after myocardial revascularization that reaches its peak in the 2nd and 3rd postoperative days1,2. Postoperative atrial fibrillation has significant implications in morbidity and use of hospital resources3. Although atrial fibrillation is not life-threatening and its clinical significance in the postoperative phase varies from patient to patient, it is frequently associated with multiple comorbidities such as thromboembolic events, hemodynamic deterioration, exacerbation of heart failure, renal failure, and infection, and prolongs the stay of patients both in intensive care units and the hospital4.
The pathogenesis of postoperative atrial fibrillation remains uncertain and is likely to be multifactorial. Several authors have suggested that the initial mechanism of atrial fibrillation in this population of patients consists of multiple reentry circuits propagating through the atria, often initiated by an atrial extrasystole originating in areas of slow conduction and unidirectional block5,6.
Although prophylactic therapy with beta-adrenergic antagonists3,4,7-9, amiodarone3,10, and sotalol11 may reduce the incidence of postoperative atrial fibrillation after myocardial revascularization, this condition remains an important cause of prolonged hospital stay.
Patients who have undergone myocardial revascularization can serve as a model for evaluating the impact of prophylactic atrial pacing on the occurrence of atrial fibrillation (provided they have temporary pacemaker electrodes implanted during the operation). This technique can be very useful in reducing hospital costs and comorbidities associated with this arrhythmia7,12-15.
By means of this prospective randomized study, we hope to establish an acceptable, safe, and at the same time effective intervention capable of reducing the incidence of postoperative atrial fibrillation after myocardial revascularization.
Method
From May 2004 to March 2005, 98 non-consecutive patients treated with betablockers and diagnosed with obstructive coronary artery disease with indication to undergo cardiac surgery were selected at the Irmandade da Santa Casa de Misericórdia de Curitiba – Aliança Saúde – PUCPR. Inclusion criteria were: patients 18 years of age or older, indication for elective surgery for isolated myocardial revascularization, and written informed consent. Exclusion criteria were: presence of atrial fibrillation or any type of arrhythmia at the time of recruitment, treatment with antiarrhythmia drugs (except digoxin, beta-blockers, or calcium-channel blockers), 2nd- or 3rd-degree AV block, bradycardia defined as a heart rate less than 60 bpm (with no active sinus or atrioventricular node agents), previous cardiac surgery, need for additional surgical procedures along with the myocardial revascularization, contraindication of beta-blocker use, and left atrium larger than 5.0 cm.
Study protocol - This study was approved by PUCPR’s Institutional Review Board, under number 342. Patients who complied with all inclusion criteria were randomized to two groups, using extractions from a random numerical table:
Control group: with no temporary biatrial electrical stimulation;
Therapeutic group: with temporary biatrial electrical stimulation.
"Pacebox" - The "pacebox" was especially designed for this study and it consisted of two pairs of atrial stimulation connectors and one pair of ventricular stimulation connectors. The electrical stimulation system was a cardiac pacing Integrity® DR+(St Jude Medical – USA) model, with a "AF Suppression®" algorithm (St Jude Medical – USA) (fig. 1).
Features of the "AF Suppression®" algorithm - This algorithm dynamically adjusts the pacing frequency to stimulate the heart slighty above the intrinsic atrial rates, regardless of the patient being active or at rest. Stimulation with the "AF Suppression®" algorithm releases atrial stimuli according to the programmed number of overdrive stimulation cycles. If two natural P waves are detected before the programmed overdrive cycle is completed or during the period of recovery, the stimulated atrial rate is then automatically increased.
Surgical technique and implantation of temporary epicardial pacing system - All patients underwent off-pump myocardial revascularization. With the patient under general anesthesia and in the supine position, the left subclavian vein and radial artery were punctured, and median sternotomy and longitudinal pericardiotomy were performed. Arterial and venous grafts were dissected according to the coronary arteries to be treated. Patients were anticoagulated with unfractioned heparin (2 mg per kilogram of body weight). After identification of the vessels and anastomosis site, the Lima stitch was used to help position the tissue stabilizing device, a proximal tourniquet was positioned, and suture of the graft was started following longitudinal arteriotomy. Once the suture was completed, the tourniquet and stabilizer were removed. The venous graft was anastomosed to the aorta using lateral clamping. After hemodynamical stabilization, 75% of the initial dose of heparin was neutralized and hemostasis was checked. All surgical planes were sutured.
Following completion of the surgical procedure, two pacemaker electrodes (EthiconTM multifilament steel wire coated with a layer of blue polyethylene) were placed in the left atrial ceiling between the aorta and the superior cava, as well as two electrodes in the right atrium, one of them in the right atrial auricle and the other in the lateral wall, and two electrodes in the right ventricle, as is commonly done in cardiac surgeries (figure 1 – Panel B). The extremities of the epicardial leads were introduced through the skin and connected to the "pacebox" which had been programmed according to the specifications of the patient’s treatment group.
Pacemaker electrodes were implanted in both groups (control and therapeutic).
Patient management - At the end of the operation, the patient was transferred to the cardiovascular intensive care unit where he was continuously monitored until being released to the surgical ward. In the therapeutic group, the electrodes were connected to the "pacebox" 12 hours after surgery and remained for 96 hours. At discharge from the intensive care unit, which usually took place around 36 to 48 hours after the surgery, a dynamic 24-hour electrocardiogram system was installed for continuous monitoring. Data from daily 12-lead eletrocardiograms obtained up until hospital discharge were evaluated by at least two independent investigators, along with data from the dynamic electrocardiogram. Patients who developed atrial fibrillation during the postoperative phase (control and therapeutic groups) were treated as per the atrial fibrillation guidelines set by the Brazilian Society of Cardiology, taking in consideration their hemodynamical profiles (stability and instability). Patients with hemodynamical stability were treated with amiodarone (bolus 300 mg IV followed by 900 mg IV within 24 hours). At the same time, they were started on an anticoagulant (enoxaparin or unfractioned heparin) and continuously monitored for possible bleeding. Patients with hemodynamic instability underwent electrical cardioversion (200 – 360 J), as did those who did not respond to chemical cardioversion (amiodarone).
Statistical analysis - Categorical variable results were expressed as frequencies and percentages, and quantitative variables as means and standard deviations. Fisher’s exact test was used to compare the groups as to their categorical variables. Student’s t test for independent samples or the non-parametric Mann-Whitney test was used to compare the groups as to quantitative variables, as appropriate. For the multivariate analysis, a logistic regression model was adjusted considering atrial fibrillation as the response variable and the other ones as explanatory variables. In this analysis, decisions were based on Wald’s test. For all tests, p < 0.05 values indicated statistical significance.
Results
Population - This study consisted of 98 patients, 67 men and 31 women, aged 44 to 78 years (mean age 63.58 ± 8.84 years and median age 64 years). Patients underwent off-pump myocardial revascularization, and 1 to 5 arterial and venous grafts were made (average 2.61 ± 0.82 and median 3.00); size of the left atria ranged from 2.90 to 5.00 cm, (average 4.02 ± 0.45 and median 4.10); size of the left ventricle varied from 3.60 to 6.50 cm, (average 5.06 ± 0.72 and median 5.15); ventricular function ranged from 26.00 to 70.00, (average 58.13 ± 10.07 and median 60.00). Patients were randomized to two groups with the aid of a random numerical table extraction, with even numbers designating the group with no heart stimulation, and odd numbers the group with stimulation. Determination of the initial line and columns for this procedure was made by drawing numbered balls from an urn. Control Group – no stimulation (n=49) and Therapeutic Group – with biatrial stimulation (n=49). Variables of interest were atrial fibrillation (presence or absence) regardless of duration (nonsustained, paroxysmal, short duration) and several demographic and clinical characteristics of the patient. All patients provided informed consent.
Clinical and demographic patient characteristics - Table 1 shows the results of the comparison of several clinical and demographic variables between control and therapeutic groups.
Atrial fibrillation - Table 2 shows the results of the comparison between the control group (patients with no biatrial stimulation) and the therapeutic group (patients with biatrial stimulation) as to the primary variable of the study, i.e., the presence or absence of atrial fibrillation. There was a statistically significant difference between the therapeutic group and controls (p: 0.0194).
The null hypothesis that the distribution of patients according to the time free from atrial fibrillation in the therapeutic group is equal to this distribution in the control group was tested against the alternative hypothesis of different distributions. The results are displayed in Graphic 1 (Kaplan-Meier).
Univariate and multivariate analysis - In comparing patients with and without atrial fibrillation, significant differences were observed as to age and biatrial stimulation both in the univariate analysis and in the multivariate analysis (Table 3).
By adjusting the different demographic and clinical variables in the study, the results indicate that patients with no biatrial stimulation who are at least 65 years of age are more likely to develop atrial fibrillation within the 96-hour period following myocardial revascularization.
When the other variables were adjusted, the estimated odds ratio for the pacemaker variable (with or without stimulation) is 3.66 (95% CI; 1.11-12.09), and for the age variable (< 65 or > 65 years) it is 3.70 (95% CI; 1.06-12.94). Therefore, the use of a pacemaker and the patient’s age bracket are significantly associated with the presence of atrial fibrillation. While the use of a pacemaker in the surgical procedure provides a protective effect for the patient, being 65 years of age or more predisposes the patient to such a complication following myocardial revascularization.
Relative risk calculations indicate that patients with no stimulation are 2.57 times more likely to develop atrial fibrillation within the 96 hours following surgery than patients with stimulation. Moreover, patients > 65 years of age are 2.31 times more prone to develop atrial fibrillation than those aged up to 65 years. The potential effect of these two characteristics, for patients with no pacemaker and ages > 65 years, is a probability of developing atrial fibrillation 4.63 times greater than for patients with a pacemaker and under 65 years of age.
With regard to hospital saty, it was noted that the presence of atrial fibrillation significantly increases length of hospitalization. In this study, patients with no atrial fibrillation stayed an average of 7.00 ± 2.82 days in hospital, whereas patients with atrial fibrillation were hospitalized for an average of 9.20 ± 2.87 days (p=0.0001).
Discussion
The pathogenesis of postoperative atrial fibrillation remains uncertain and is likely to be multifactorial.
Several authors have suggested that the initial mechanism of atrial fibrillation in this population of patients consisted of multiple reentry circuits propagated internally through the atria, often initiated by an atrial extrasystole originating in areas of unidirectional conduction blocks5,6.
Other authors have demonstrated that the surgical technique employed, i.e., myocardial revascularization with or without extracorporeal circulation, plays a significant role in the presence or absence of atrial fibrillation. The former is in itself associated with a systemic vascular inflammatory response contributing to the increased incidence of postoperative morbidity, whereas the latter is associated with a significant decrease in the inflammatory response and release of myocardial necrosis markers. I wish to emphasize that our study was conducted with this technique (without extracorporeal circulation). These authors concluded that the cardioplegic solution and extracorporeal circulation are the main independent predictors of this arrhythmia16,17.
At the institution where this study was conducted, the off-pump technique for myocardial revasculariation is routinely used with potential benefits in comparison with conventional technique, such as: shorter procedure time, quicker recovery, shorter ICU and hospital stay, early extubation and reduced need for hemoderivates.
Several authors have shown the impact of this arrhythmia on clinical and economic profiles, which represents a significant increase in hospital costs of more than 16%. i.e., $8,000 per case18-21.
This study clearly shows the marked relationship between atrial fibrillation and a longer hospital stay.
A few drugs such as beta-adrenergic antagonists, sotalol and amiodarone have been used as prophylactic agents to try to reduce the incidence of atrial fibrillation following myocardial revascularization; however, this strategy may have limited use due to its side effects and contraindications for some patients, and also because it needs to be initiated a few days before surgery. Despite the use of such a scheme, a significant incidence of this arrhythmia was observed in this population3,9,10,22,23.
Due to the limitations and poor efficacy of this pharmachological approach, new options are needed in order to reduce the incidence of this arrhythmia in this population of patients.
In non-pharmacologial prevention, two mechanisms may explain how temporary biatrial stimulation can prevent atrial fibrillation in this population. The first mechanism refers to the fact that the dispersion of atrial refractivity is reduced with the use of a biatrial pacemaker. Clinical studies have shown that atrial extrasystoles result from the dispersion of atrial refractivity5,24-26. This difference in atrial electrophysiology is essential for the reentry that facilitates the start of atrial fibrillation.
The second possible mechanism through which biatrial stimulation may prevent atrial fibrillation is the suppression of atrial extrasystoles. Atrial fibrillation is frequently initiated by an early atrial beat, especially during the period of sinus bradycardia.
In this study, the biatrial stimulation mode has been chosen to ensure early activation of the atrial myocardium as a response to the early atrial contraction, thus reducing atrial dispersion. When the dynamic atrial overdrive (DAO) algorithm is programmed, the device adjusts the stimulation frequency of the pacemaker, increasing it or reducing it, according to the variation in the patient’s intrinsic atrial rate.
According to literature, several studies conducted with single and biatrial pacemakers (with a variety of algorithms) have been published showing results generally favourable for reducing the incidence of atrial fibrillation in the period after myocardial revascularization7,12-14,27-29. This was demonstrated in this study in which the presence of atrial fibrillation in the control group (with no artificial stimulation) was 36.73%, and in the therapeutic group (with artificial stimulation) it was 14.29%, with high statistical significance (p = 0.0194).
However, in a recent meta-analysis, Ronald and Dunning30 concluded that only the biatrial pacemaker is effective as a prophylactic measure in preventing atrial fibrillation in this population, and that use of an isolated right or left atrial pacemaker is not effective30.
On the other hand, temporary cardiac stimulation to prevent postoperative atrial fibrillation has also been evaluated, according to the guidelines on atrial fibrillation set by the Brazilian Society of Cardiology. Ten studies analyzed the effects of pacemaker, employing temporary epimyocardial electrodes in the postoperative period of cardiac surgeries, mostly myocardial revascularization. The techniques of stimulating the right atrium, left atrium and both (simultaneously) were compared with the control group. The three techniques evaluated reduced the incidence of atrial fibrillation relative to the control group2.
Concerning safety, no complications were observed during implantation or removal of pacemaker electrodes. No patient from the therapeutic group needed to have the treatment interrupted. According to data from literature, the rate of complications are significantly lower when compared with the control group, and were observed in patients who developed atrial fibrillation13.
Conclusions
The use of temporary biatrial stimulation in patients undergoing off-pump myocardial revascularization significantly reduces the incidence of atrial fibrillation when compared to the control group, the presence of arrhythmia significantly increases the length of hospitalization, and age is a marked predictor for the incidence of this arrhythmia.
Potential Conflict of Interest
Supply and assembly of the "pacebox" according to our instructions
Sources of Funding
There were no external funding sources for this study.
Study Association
This article is part of the thesis of master submitted by Francisco Maia da Silva from Pontifícia Universidade Católica do Paraná – PUCPR.