Epistatic effects of potassium channel variation on cardiac repolarization and atrial fibrillation risk

Objectives The aim of this study was to evaluate the role of cardiac K+ channel gene variants in families with atrial fibrillation (AF). Background The K+ channels play a major role in atrial repolarization but single mutations in cardiac K+ channel genes are infrequently present in AF families. The collective effect of background K+ channel variants of varying prevalence and effect size on the atrial substrate for AF is largely unexplored. Methods Genes encoding the major cardiac K+ channels were resequenced in 80 AF probands. Nonsynonymous coding sequence variants identified in AF probands were evaluated in 240 control subjects. Novel variants were characterized using patch-clamp techniques and in silico modeling was performed using the Courtemanche atrial cell model. Results Nineteen nonsynonymous variants in 9 genes were found, including 11 rare variants. Rare variants were more frequent in AF probands (18.8% vs. 4.2%, p < 0.001), and the mean number of variants was greater (0.21 vs. 0.04, p < 0.001). The majority of K+ channel variants individually had modest functional effects. Modeling simulations to evaluate combinations of K+ channel variants of varying population frequency indicated that simultaneous small perturbations of multiple current densities had nonlinear interactions and could result in substantial (>30 ms) shortening or lengthening of action potential duration as well as increased dispersion of repolarization. Conclusions Families with AF show an excess of rare functional K+ channel gene variants of varying phenotypic effect size that may contribute to an atrial arrhythmogenic substrate. Atrial cell modeling is a useful tool to assess epistatic interactions between multiple variants.

Comparison of Radiation Doses for Catheter Ablation Procedures for Atrial Fibrillation with Percutaneous Coronary Intervention Cases

Background: Catheter ablation procedures for atrial fibrillation (AF) may frequently require long fluoroscopic times. We sought to undertake a review of radiation safety practice in our Cardiac Electrophysiology Laboratory and implement changes to minimize fluoroscopic doses. We also sought to compare the results with radiation doses for percutaneous coronary intervention (PCI) cases performed in our hospital. Methods: Fluoroscopic times and doses for AF ablation procedures performed by a single operator on a Philips Integris H3000 image-intensifier were analysed for 11-month period. Results were compared with all PCI procedures performed over a similar period by multiple operators on a Philips Integris Allura FD system. Comprehensive review of radiation practice in the Electrophysiology laboratory identified the potential to reduce pulse frame rates and doses, and to narrow the field of interest without impacting the performance of the procedure. These changes were implemented and results analysed after a further 11 months. Results: In the pre-intervention period 50 AF catheter ablations had a mean fluoroscopic time of 86.4 min and mean fluoroscopic dose 68.4 Gy/cm2. Post-intervention 75 procedures had a mean fluorosocopic time of 68.9 min (p < 0.0001) and mean dose of 14.3 Gy/cm2 (p < 0.0001) 128 PCI procedures had a mean combined fluoroscopic and image acquisition time of 10.0 min and mean total dose 38.8 Gy/cm2. Conclusions: Catheter ablation procedures for AF may require lengthy use of fluoroscopy but simple modifications to radiation practice can result in marked reductions in radiation dose that compare favourably with PCI case doses

Atrial remodeling in atrial fibrillation : Epidemiological, clinical and magnetocardiographic aspects

Atrial fibrillation is the most common arrhythmia requiring treatment. This Thesis investigated atrial fibrillation (AF) with a specific emphasis on atrial remodeling which was analysed from epidemiological, clinical and magnetocardiographic (MCG) perspectives. In the first study we evaluated in real-life clinical practice a population-based cohort of AF patients referred for their first elective cardioversion (CV). 183 consecutive patients were included of whom in 153 (84%) sinus rhythm (SR) was restored. Only 39 (25%) of those maintained SR for one year. Shorter duration of AF and the use of sotalol were the only characteristics associated with better restoration and maintenance of SR. During the one-year follow-up 40% of the patients ended up in permanent AF. Female gender and older age were associated with the acceptance of permanent AF. The LIFE-trial was a prospective, randomised, double-blinded study that evaluated losartan and atenolol in patients with hypertension and left ventricular hypertrophy (LVH). Of the 8,851 patients with SR at baseline and without a history of AF 371 patients developed new-onset AF during the study. Patients with new-onset AF had an increased risk of cardiac events, stroke, and increased rate of hospitalisation for heart failure. Younger age, female gender, lower systolic blood pressure, lesser LVH in ECG and randomisation to losartan therapy were independently associated with lower frequency of new-onset AF. The impact of AF on morbidity and mortality was evaluated in a post-hoc analysis of the OPTIMAAL trial that compared losartan with captopril in patients with acute myocardial infarction (AMI) and evidence of LV dysfunction. Of the 5,477 randomised patients 655 had AF at baseline, and 345 patients developed new AF during the follow-up period, median 3.0 years. Older patients and patients with signs of more serious heart disease had and developed AF more often. Patients with AF at baseline had an increased risk of mortality (hazard ratio (HR) of 1.32) and stroke (HR 1.77). New-onset AF was associated with increased mortality (HR 1.82) and stroke (HR of 2.29). In the fourth study we assessed the reproducibility of our MCG method. This method was used in the fifth study where 26 patients with persistent AF had immediately after the CV longer P-wave duration and higher energy of the last portion of atrial signal (RMS40) in MCG, increased P-wave dispersion in SAECG and decreased pump function of the atria as well as enlarged atrial diameter in echocardiography compared to age- and disease-matched controls. After one month in SR, P-wave duration in MCG still remained longer and left atrial (LA) diameter greater compared to the controls, while the other measurements had returned to the same level as in the control group. In conclusion is not a rare condition in either general population or patients with hypertension or AMI, and it is associated with increased risk of morbidity and mortality. Therefore, atrial remodeling that increases the likelihood of AF and also seems to be relatively stable has to be identified and prevented. MCG was found to be an encouraging new method to study electrical atrial remodeling and reverse remodeling. RAAS-suppressing medications appear to be the most promising method to prevent atrial remodeling and AF.

Atrial Electric Signal During Sinus Rhythm in Lone Paroxysmal Atrial Fibrillation

Atrial fibrillation (AF) is the most common tachyarrhythmia and is associated with substantial morbidity, increased mortality and cost. The treatment modalities of AF have increased, but results are still far from optimal. More individualized therapy may be beneficial. Aiming for this calls improved diagnostics. Aim of this study was to find non-invasive parameters obtained during sinus rhythm reflecting electrophysiological patterns related to propensity to AF and particularly to AF occurring without any associated heart disease, lone AF. Overall 240 subjects were enrolled, 136 patients with paroxysmal lone AF and 104 controls (mean age 45 years, 75% males). Signal measurements were performed by non-invasive magnetocardiography (MCG) and by invasive electroanatomic mapping (EAM). High-pass filtering techniques and a new method based on a surface gradient technique were adapted to analyze atrial MCG signal. The EAM was used to elucidate atrial activation in patients and as a reference for MCG. The results showed that MCG mapping is an accurate method to detect atrial electrophysiologic properties. In lone paroxysmal AF, duration of the atrial depolarization complex was marginally prolonged. The difference was more obvious in women and was also related to interatrial conduction patterns. In the focal type of AF (75%), the root mean square (RMS) amplitudes of the atrial signal were normal, but in AF without demonstrable triggers the late atrial RMS amplitudes were reduced. In addition, the atrial characteristics tended to remain similar even when examined several years after the first AF episodes. The intra-atrial recordings confirmed the occurrence of three distinct sites of electrical connection from right to left atrium (LA): the Bachmann bundle (BB), the margin of the fossa ovalis (FO), and the coronary sinus ostial area (CS). The propagation of atrial signal could also be evaluated non-invasively. Three MCG atrial wave types were identified, each of which represented a distinct interatrial activation pattern. In conclusion, in paroxysmal lone AF, active focal triggers are common, atrial depolarization is slightly prolonged, but with a normal amplitude, and the arrhythmia does not necessarily lead to electrical or mechanical dysfunction of the atria. In women the prolongation of atrial depolarization is more obvious. This may be related to gender differences in presentation of AF. A significant minority of patients with lone AF lack frequent focal triggers, and in them, the late atrial signal amplitude is reduced, possibly signifying a wider degenerative process in the LA. In lone AF, natural impulse propagation to LA during sinus rhythm goes through one or more of the principal pathways described. The BB is the most common route, but in one-third, the earliest LA activation occurs outside the BB. Susceptibility to paroxysmal lone AF is associated with propagation of the atrial signal via the margin of the FO or via multiple pathways. When conduction occurs via the BB, it is related with prolonged atrial activation. Thus, altered and alternative conduction pathways may contribute to pathogenesis of lone AF. There is growing evidence of variability in genesis of AF also within lone paroxysmal AF. Present study suggests that this variation may be reflected in cardiac signal pattern. Recognizing the distinct signal profiles may assist in understanding the pathogenesis of AF and identifying subgroups for patient-tailored therapy.

Cost-Effectiveness of Non-Vitamin K Antagonist Oral Anticoagulants for Atrial Fibrillation in Portugal

INTRODUCTION AND OBJECTIVES:Recently, three novel non-vitamin K antagonist oral anticoagulants received approval for reimbursement in Portugal for patients with non-valvular atrial fibrillation (AF). It is therefore important to evaluate the relative cost-effectiveness of these new oral anticoagulants in Portuguese AF patients. METHODS: A Markov model was used to analyze disease progression over a lifetime horizon. Relative efficacy data for stroke (ischemic and hemorrhagic), bleeding (intracranial, other major bleeding and clinically relevant non-major bleeding), myocardial infarction and treatment discontinuation were obtained by pairwise indirect comparisons between apixaban, dabigatran and rivaroxaban using warfarin as a common comparator. Data on resource use were obtained from the database of diagnosis-related groups and an expert panel. Model outputs included life years gained, quality-adjusted life years (QALYs), direct healthcare costs and incremental cost-effectiveness ratios (ICERs). RESULTS:Apixaban provided the most life years gained and QALYs. The ICERs of apixaban compared to warfarin and dabigatran were €5529/QALY and €9163/QALY, respectively. Apixaban was dominant over rivaroxaban (greater health gains and lower costs). The results were robust over a wide range of inputs in sensitivity analyses. Apixaban had a 70% probability of being cost-effective (at a threshold of €20 000/QALY) compared to all the other therapeutic options. CONCLUSIONS:Apixaban is a cost-effective alternative to warfarin and dabigatran and is dominant over rivaroxaban in AF patients from the perspective of the Portuguese national healthcare system. These conclusions are based on indirect comparisons, but despite this limitation, the information is useful for healthcare decision-makers.

Guidelines for the clinical management of atrial fibrillation: a practical perspective.

Since the management of atrial fibrillation may be difficult in the individual patient, our purpose was to develop simple clinical recommendations to help the general internist manage this common clinical problem. Systematic review of the literature with evaluation of data-related evidence and framing of graded recommendations. Atrial fibrillation affects some 1% of the population in Western countries and is linked to a significant increase in morbidity and mortality. The management of atrial fibrillation requires individualised evaluation of the risks and benefits of therapeutic modalities, relying whenever possible on simple and validated tools. The two main points requiring a decision in clinical management are 1) whether or not to implement thromboembolic prevention therapy, and 2) whether preference should be given to a "rate control" or "rhythm control" strategy. Thromboembolic prophylaxis should be prescribed after individualised risk assessment: for patients at risk, oral anticoagulation with warfarin decreases the rate of embolic complications by 60% and aspirin by 20%, at the expense of an increased incidence of haemorrhagic complications. "Rate control" and "rhythm control" strategies are probably equivalent, and the choice should also be made on an individualised basis. To assist the physician in making his choices for the care of an atrial fibrillation patient we propose specific tables and algorithms, with graded recommendations. On the evidence of data from the literature we propose simple algorithms and tables for the clinical management of atrial fibrillation in the individual patient.

Differences in atrial fibrillation properties under vagal nerve stimulation versus atrial tachycardia remodeling

Fond : Le substrat de fibrillation auriculaire (FA) vagale et celui secondaire à remodelage par tachycardie auriculaire (RTA) partagent beaucoup des caractéristiques : période réfractaire efficace (PRE) réduite, hétérogénéité accrue de PRE et quelques mécanismes moléculaires communs. Cette étude a comparé les 2 substrats à une abréviation comparable de PRE. Méthodes : Chez chacun de 6 chiens de groupe de stimulation vagal (SV), les paramètres de stimulation cervicale bilatérale de nerves vagaux ont été ajustés pour produire la même PRE moyenne (calculé à 8 sites des oreillettes gauche et droite) avec 6 chiens de groupe de RTA assorti à sexe et poids. Des paramètres électrophysiologiques, la durée moyenne de la fibrillation auriculaire (DAF) et les fréquences dominantes (FD) locales ont étés calculés. Résultats : En dépit des PREs assorties (SV: 80±12msec contre RTA: 79±12msec) la DAF était plus longue (*), l’hétérogénéité de conduction était plus élevée (*), la FD était plus rapide (*) et la variabilité de FD plus grande (*) chez les chiens SV. Les zones de maximum FD qui reflètent les zones d’origine de FA étaient à côté de ganglions autonomes chez les chiens SV. Conclusions : Pour un PRE atriale comparable, la FA secondaire à SV est plus rapide et plus persistante que la FA avec un substrat de RTA. Ces résultats sont consistants avec des modèles de travail suggérant que l'hyperpolarisation SV-induite contribue de façon important à la stabilisation et à l'accélération des rotors qui maintiennent la FA. La similitude de la distribution de FD du groupe vagal avec la distribution des lésions d’ablation après cartographie des électrogrammes atriales fragmentés suggère des nouvelles techniques d’ablation. La distribution des FD entre le SV et le RTA fournit de nouvelles idées au sujet de possible rémodelage neuroreceptorial et indique des différences importantes entre ces substrats de FA superficiellement semblables.

The left atrial ganglionated plexus : its function and pathways relative to atrial fibrillation surgery

Le système nerveux autonome cardiaque est devenu une cible dans les thérapies ablatives de la fibrillation auriculaire. Nous avons étudié les voies de communication et la fonction des plexus ganglionnaires (PG) de l'oreillette gauche (PGOG) afin de clarifier la validité physiopathologique des méthodes de détection et des thérapies impliquant ces groupes de neuronnes. Méthodes: Vingt-deux chiens ont subi une double thoracotomie et ont été instrumentés avec des plaques auriculaires épidcardiques de multiélectrodes. Une stimulation électrique (2 mA, 15 Hz) des PGOG a été réalisée à l'état basal et successivement après: 1) une décentralisation vagale, 2) l'ablation par radiofréquence des plexus péri-aortiques et de la veine cave supérieure (Ao/VCS) et 3) l'ablation du PG de l'oreillette droite (PGOD). Ces procédures de dénervation ont été réalisées suivant une séquence antérograde (n = 17) ou rétrograde (n = 5). Résultats: Chez 17 des 22 animaux, la stimulation des PGOG a induit une bradycardie sinusale (149 ± 34 bpm vs 136 ± 28 bpm, p < 0.002) et des changements de repolarization (ΔREPOL) auriculaires isointégrales. Dans le groupe des ablations antérogrades, les réponses aux stimulations vagales ont été supprimées suite à la décentralisation vagale chez un seul animal, par l'ablation des plexus Ao/VCS dans 4 cas et par l'ablation du PGOG dans 5 autres animaux. Des changements ont persisté tout au long chez 2 chiens. La valeur de surface des ΔREPOL a diminué avec les dénervations séquentielles, passant de 365 ± 252 mm2 en basale à 53 ± 106 mm2 après l'ablation du PGOD (p < 0.03). Dans le groupe de dénervation rétrograde, les changements de repolarisation et chronotropiques ont été supprimés suite à l'ablation du PGOD chez deux chiens et suite à l'ablation Ao/VCS chez trois. La valeur de surface du ΔREPOL a aussi diminué après l'ablation du PGOD (269±144mm2 vs 124±158mm2, p<0.05). Conclusion: Les PGOD sont identifiables en préablation par la réponse bradycardique à la stimulation directe dans la plupart des cas. Le PGOD semble former la principale, mais non la seule, voie de communication avec le nœud sinusal. Ces résultats pourraient avoir des implications dans le traitement de la FA par méthodes ablatives.

Mechanism and Prediction of Post-Operative Atrial Fibrillation Based on Atrial Electrograms

La fibrillation auriculaire (FA) est une arythmie touchant les oreillettes. En FA, la contraction auriculaire est rapide et irrégulière. Le remplissage des ventricules devient incomplet, ce qui réduit le débit cardiaque. La FA peut entraîner des palpitations, des évanouissements, des douleurs thoraciques ou l’insuffisance cardiaque. Elle augmente aussi le risque d'accident vasculaire. Le pontage coronarien est une intervention chirurgicale réalisée pour restaurer le flux sanguin dans les cas de maladie coronarienne sévère. 10% à 65% des patients qui n'ont jamais subi de FA, en sont victime le plus souvent lors du deuxième ou troisième jour postopératoire. La FA est particulièrement fréquente après une chirurgie de la valve mitrale, survenant alors dans environ 64% des patients. L'apparition de la FA postopératoire est associée à une augmentation de la morbidité, de la durée et des coûts d'hospitalisation. Les mécanismes responsables de la FA postopératoire ne sont pas bien compris. L'identification des patients à haut risque de FA après un pontage coronarien serait utile pour sa prévention. Le présent projet est basé sur l'analyse d’électrogrammes cardiaques enregistrées chez les patients après pontage un aorte-coronaire. Le premier objectif de la recherche est d'étudier si les enregistrements affichent des changements typiques avant l'apparition de la FA. Le deuxième objectif est d'identifier des facteurs prédictifs permettant d’identifier les patients qui vont développer une FA. Les enregistrements ont été réalisés par l'équipe du Dr Pierre Pagé sur 137 patients traités par pontage coronarien. Trois électrodes unipolaires ont été suturées sur l'épicarde des oreillettes pour enregistrer en continu pendant les 4 premiers jours postopératoires. La première tâche était de développer un algorithme pour détecter et distinguer les activations auriculaires et ventriculaires sur chaque canal, et pour combiner les activations des trois canaux appartenant à un même événement cardiaque. L'algorithme a été développé et optimisé sur un premier ensemble de marqueurs, et sa performance évaluée sur un second ensemble. Un logiciel de validation a été développé pour préparer ces deux ensembles et pour corriger les détections sur tous les enregistrements qui ont été utilisés plus tard dans les analyses. Il a été complété par des outils pour former, étiqueter et valider les battements sinusaux normaux, les activations auriculaires et ventriculaires prématurées (PAA, PVA), ainsi que les épisodes d'arythmie. Les données cliniques préopératoires ont ensuite été analysées pour établir le risque préopératoire de FA. L’âge, le niveau de créatinine sérique et un diagnostic d'infarctus du myocarde se sont révélés être les plus importants facteurs de prédiction. Bien que le niveau du risque préopératoire puisse dans une certaine mesure prédire qui développera la FA, il n'était pas corrélé avec le temps de l'apparition de la FA postopératoire. Pour l'ensemble des patients ayant eu au moins un épisode de FA d’une durée de 10 minutes ou plus, les deux heures précédant la première FA prolongée ont été analysées. Cette première FA prolongée était toujours déclenchée par un PAA dont l’origine était le plus souvent sur l'oreillette gauche. Cependant, au cours des deux heures pré-FA, la distribution des PAA et de la fraction de ceux-ci provenant de l'oreillette gauche était large et inhomogène parmi les patients. Le nombre de PAA, la durée des arythmies transitoires, le rythme cardiaque sinusal, la portion basse fréquence de la variabilité du rythme cardiaque (LF portion) montraient des changements significatifs dans la dernière heure avant le début de la FA. La dernière étape consistait à comparer les patients avec et sans FA prolongée pour trouver des facteurs permettant de discriminer les deux groupes. Cinq types de modèles de régression logistique ont été comparés. Ils avaient une sensibilité, une spécificité et une courbe opérateur-receveur similaires, et tous avaient un niveau de prédiction des patients sans FA très faible. Une méthode de moyenne glissante a été proposée pour améliorer la discrimination, surtout pour les patients sans FA. Deux modèles ont été retenus, sélectionnés sur les critères de robustesse, de précision, et d’applicabilité. Autour 70% patients sans FA et 75% de patients avec FA ont été correctement identifiés dans la dernière heure avant la FA. Le taux de PAA, la fraction des PAA initiés dans l'oreillette gauche, le pNN50, le temps de conduction auriculo-ventriculaire, et la corrélation entre ce dernier et le rythme cardiaque étaient les variables de prédiction communes à ces deux modèles.