Pacing-induced cardiomyopathy – the importance of right ventricular pacing site and patterns of dyssynchronous myocardial activation

Background:
Right ventricular (RV) pacing may lead to pacing-induced cardiomyopathy (PICM) and heart failure (HF). The detrimental effects of RV pacing have been attributed to the abnormal and dyssynchronous electrical and mechanical activation of the myocardium. The activation pattern is affected by the RV pacing site. Understanding the consequences of different RV pacing sites and the patterns of dyssynchrony may help to choose the optimal treatment for the individual patient.

Aim and objectives:
The overall aim of this project is to investigate the association between RV pacing site and the risk of PICM. Contrast enhanced cardiac computed tomography (CT) will be applied for precise localization of the RV pacing site. Furthermore, the association between PICM and different mechanical and electrical myocardial activation patterns during RV pacing will be investigated using new echocardiographic and electrocardiographic methods.

Methods:
The design is a clinical retrospective follow-up study. We will include patients with prior implantation of a dual chamber pacemaker due to advanced atrioventricular block. The study baseline is retrospective and defined as time of pacemaker implantation and follow-up is present and defined as time of study inclusion. Baseline data will be extracted from the Danish Pacemaker- and ICD Registry, electronic medical records (EMR), and by review of echocardiographies. Follow-up data will be extracted from EMRs and generated during a follow-up visit with a clinical examination. For assessment of cardiac function, RV pacing site, and electrical and mechanical activations patterns, the clinical examination will include a transthoracic echocardiography, an electrocardiogram, 3-dimensional chest photo, and a contrast-enhanced cardiac CT. Based on a sample size calculation, 200 participants will be included. Data will be analysed for differences between those who develop PICM and those who do not.

Expected outcomes and perspectives:
This project will generate knowledge and awareness on pacemaker treatment and the risk of PICM. Understanding the pathophysiology behind PICM is key to learning how to prevent it. Accordingly, this project has the potential to contribute to improving pacemaker treatment and the quality of care for the large and still growing PM population.

Baggrund:
Pacemakere er en effektiv og livreddende behandling for patienter med svigt i hjertes elektriske overledning. Men stimulering af hjertemusklen ved pacing i højre hjertekammer kan føre til nedsat hjertepumpefunktion og i sidste ende hjertesvigt og øget dødelighed. De negative effekter ved pacemakerstimulering tilskrives den abnorme og dyssynkrone
elektriske og mekaniske aktivering af hjertemusklen. Hjertemusklens sammentrækning og graden af dyssynkron aktivering afhænger af, hvor pacemakerelektroden er implanteret i højre hjertekammer. Forståelse for konsekvensen ved forskellige placeringer af pacemakerelektroden og de bagvedliggende mekanismer for udvikling af nedsat hjertepumpefunktion kan bidrage til at kunne forebygge udvikling af hjertesvigt.

Formål:
At undersøge sammenhængen mellem pacemakerbehandling og risikoen for nedsat hjertepumpefunktion. Helt konkret vil vi undersøge sammenhængen mellem placeringen af pacemakerledningen i højre hjertekammer vurderet ved computed tomography (CT) og risikoen for nedsat hjertepumpefunktion. Projektet vil også gå et spadestik dybere og undersøge de bagvedliggende mekanismer, som kan være årsag til udviklingen af nedsat hjertepumpefunktion. Dette vil blive gjort ved at introducere nye metoder inden for ultralyd (til undersøgelse af hjertets mekaniske funktion) og elektrokardiologi (til undersøgelse af hjertets elektriske funktion).

Metoder:
Projektet er designet som et klinisk retrospektivt follow-up studie. Vi inkluderer patienter der tidligere har fået implanteret en pacemaker på baggrund af svigt i hjertets elektriske overledning. Baseline er defineret som tidspunktet for pacemakerimplantation og follow-up er defineret som det tidspunkt de inkluderes i studiet og gennemgår kliniske undersøgelser. Patienterne identificeres gennem Dansk Pacemaker og ICD Register og i alt 200 patienter skal inkluderes. Inklusion i studiet sker på baggrund af samtykke fra deltagerne og gennemgang af in- og eksklusionskriterier. Ved follow-up-besøget vil patienterne gennemgå en række kliniske undersøgelser. Ultralydsscanning af hjertet til vurdering af hjertets pumpefunktion. Elektrokardiogram (EKG) til vurdering af hjertets elektriske aktivitet. Aflæsning af pacemaker-computeren til vurdering af pacemakerbehandlingen. Hjerte-CT-scanning med kontrast til vurdering af pacemakerelektrodens placering samt hjertets anatomi. Ydermere indsamles data via Dansk Pacemaker og ICD Register samt ved gennemgang af elektroniske patientjournaler. Data analyseres for forskelle mellem dem der udvikler nedsat hjertepumpefunktion og dem der ikke gør.

Forventede resultater og perspektivering:
Ingen andre studier, så vidt vi ved, har undersøgt sammenhængen mellem elektrodeplacering og nedsat hjertepumpefunktion ved brug af hjerte-CT til præcis vurdering af pacemakerelektrodens placering i højre hjertekammer. Dette studie vil derfor bidrage med ny viden på området. Ydermere vil vi i projektet introducere nye metoder inden for ultralyd og elektrokardiologi til at vurdere hjertets funktioner. Vi vil undersøge om disse metoder kan hjælpe os med til en bedre forståelse for hjertets funktion under pacemakerstimulering. Disse metoder er potentielt relevante ikke kun for pacemakerpatienter men for alle hjertepatienter. På trods af store fremskridt inden for pacemakerbehandling er risikoen for nedsat hjertepumpefunktion ved pacemakerbehandling fortsat et klinisk relevant problem med risiko for signifikant nedsat livskvalitet samt øget morbiditet og mortalitet. Det er essentielt at forstå patofysiologien bag udviklingen af nedsat hjertepumpefunktion ved pacemakerbehandling for at kunne forebygge udviklingen af hjertesvigt. Viden fra dette projekt kan bruges som trinbræt til større randomiserede kliniske forsøg med implementering af de metoder vi introducerer her. Dette kan ultimativt føre til ændringer i kliniske retningslinjer for pacemakerimplantation til gavn for den store og stadigt voksende pacemakerpopulation.