Implantable defibrillator therapy: more than defibrillation...

During the past 25 years, the implantable cardioverter-defibrillator (ICD) has evolved from the treatment of last resort to the gold standard for patients at high risk for life­threatening ventricular tachyarrhythmias. Patients at high risk include those who survived life-threatening ventricular tachyarrhythmias, and patients with cardiac diseases who carry an increased risk for these tachyarrhythmias. We performed a clinical assessment during implantation and follow-up of our patients in Rotterdam. Part I Prognosis and follow-up of patients with an ICD In Chapter 1, the clinical benefit of ICD therapy, survival, and adverse events of patients who received an ICD at the Erasmus MC Rotterdam are described. Our data confirm the benefit from ICD implantation, especially for those patients with a poor left ventricular function. In Chapter 2, defibrillation efficacy testing is investigated. The role of a second defibrillation threshold test after implantation appears questionable. With the advances in ICD technology, defibrillation thresholds are low and stable, which changed the mode of death in ICD patients from instantaneous arrhythmic death to heart failure. Our data demonstrate that despite the advanced ICD technology, a subset of patients may require a second defibrillation efficacy test to confirm a poor prognosis. The feasibility of remote monitoring of ICD therapy is discussed in Chapter 3. The expanding indications for ICD therapy and the complexity of current devices have a high impact on follow-up policy. Currently, the quality of medical supervision only depends on scheduled regular follow-up visits, which is time consuming and expensive. Too long follow-up intervals may have the disadvantage of a delay in the awareness of changes of the clinical course of the underlying disease or in the technical status of the device. Transmission of stored ICD data can overcome this problem and thus offers the potential to improve patient care. Finally, a case of Twiddler’s syndrome, which was detected by home monitoring is presented in Chapter 4. Part II Rhythm discrimination by the ICD The primary goal of the ICD is to detect and subsequently terminate ventricular tachyarrhythmias. The secondary goal is to deliver therapy only when necessary. Inappropriate therapy due to atrial tachyarrhythmias is the most common adverse event in ICD patients. In this second part of the thesis, rhythm discrimination by the ICD is investigated. Chapter 5 describes a confusing stored ICD electrogram. This electrogram demonstrates an apparent induction of ventricular tachycardia after appropriate pacing by the ICD. However, accurate analysis demonstrated an artefact representing a ventricular premature beat initiating the ventricular tachycardia. The initial clinical experience with a new dual-chamber algorithm, SMART, is discussed in Chapter 6. This new algorithm is based on comparison of atrial and ventricular rates, which divide tachyarrhythmias into 3 rate branches. Next, applicable single- and dual-chamber arrhythmia discriminators are applied in order to classify the tachyarrhythmia. In our series, the SMART algorithm achieved a sensitivity of 100%, with a positive predictive value of 95.6% for all ventricular arrhythmias. The majority of misclassified episodes appeared to be atrial tachyarrhythmias with stable atrioventricular conduction. In Chapter 7, the evolution of timing-based detection algorithms in ICDs is studied. Over the last 25 years, ICDs base arrhythmia discrimination on timing-based detection criteria in order to avoid inappropriate therapy for atrial tachyarrhythmias. Original single-chamber detection criteria have been implemented as such in dual­chamber devices. Atrial signals can be reliably recognized with atrial leads and improved arrhythmia discrimination algorithms based on atrial signals were developed. However, this did not reduce the incidence of inappropriate therapy over time with the development of algorithms as was proven with comparative studies. Chapter 8 evaluated whether clinical characteristics can predict inappropriate therapy due to atrial tachyarrhythmias. We identified a history of atrial tachyarrhythmias and recurrent slow ventricular tachycardias, rate < 170 bpm, as independent predictors of inappropriate therapy. Whether device selection should depend on the knowledge of a history of atrial tachyarrhythmias still is open for debate, as inappropriate therapy equally occurs in patients with single- and dual­chamber devices. The results of our prospective, randomized study comparing the performance of tachyarrhythmia detection algorithms in single- and dual-chamber devices are presented in Chapter 9. During a mean follow-up of 12 months, the investigators classified 653 tachyarrhythmia episodes with stored electrograms: 391 episodes were ventricular tachyarrhythmias and 262 epsiodes were atrial tachyarrhythmias. Overall, no significant difference in tachyarrhythmia detection, atrial or ventricular, between single- and dual-chamber devices was observed. Not sinus tachycardia or atrial fibrillation were a problem, but atrial tachyarrhythmias with stable N:1 atrioventricular conduction remain a problem for both devices. In Chapter 10, a systematic approach for the analysis of stored electrograms is proposed. Stored electrograms in ICDs have not only improved our patient management, but also contributed to our understanding of tachyarrhythmias. Stored electrograms are usually visually analyzed, but the analysis can also be performed in a methodological way by application of blocks containing physiologic information. Part III Single-chamber, dual-chamber or biventricular devices In Chapter 11, we studied factors influencing appropriate therapy and survival in ICD patients with single- and dual-chamber devices, in an era that dual chamber devices were only implanted for patients with bradycardia indication. Survival analysis demonstrated no significant difference between patients with single- and dual­chamber devices for mortality and for event-free rate of appropriate therapy. A tendency to less inappropriate interventions was observed in a small series of dual chamber devices. In addition, it was observed that a history of atrial fibrillation contributed to appropriate therapy. Resynchronization therapy by means of biventricular pacing is a novel therapy for patients with heart failure and severely diminished left ventricular function associated with intracardiac conduction delay. In Chapter 12, we present a brief review of early trials evaluating the therapeutic effect of biventricular pacing. Furthermore, we propose a method to select the optimal right and left ventricular pacing sites together with a technique of left ventricular lead positioning. The incidence of ventricular tachyarrhythmias in ICD patients with resynchronization therapy is presented in Chapter 13. Event-free survival was analyzed for patients with either a primary or a secondary prevention indication for ICD therapy. Ventricular tachyarrhythmias are very common for congestive heart failure patients with a secondary prevention indication. Patients with primary prophylaxis have an annual event rate of 10%, even when they tend to have a worse heart failure class. The decision-making process to implant an ICD in heart failure patients for primary prophylaxis of sudden cardiac death has presently become a clinical decision, based on low left ventricular ejection fraction plus heart failure.

Het concept van de implantable cardioverter-defibrillator (ICD) heeft de afgelopen 25 jaar een grote ontwikkeling doorgemaakt. De eerste generatie defibrillatoren was uitsluitend in staat om ventrikelfibrilleren te herkennen en te onderbreken door middel van een elektrische shock. De volgende generaties defibrillatoren werden uitgerust met functies om verschillende ritmestoornissen te herkennen en te behandelen. Vanuit klinisch oogpunt is er een verschuiving opgetreden van secundaire preventie naar primaire preventie van plotse dood ten gevolge van ventriculaire ritmestoornissen. Dit proefschrift beschrijft zowel de klinische als technische aspecten van defibrillator therapie. Deel 1 Prognose en follow-up van ICD patiënten Hoofdstuk 1 beschrijft zowel het klinische voordeel als de potentiële complicaties van defibrillator therapie bij patiënten, bij wie een ICD in het Erasmus MC werd geïmplanteerd. De rol van het testen van de defibrillatie effectiviteit wordt in Hoofdstuk 2 behandeld. Door de technische vooruitgang kunnen ventriculaire ritmestoornissen effectief met lage energie gedefibrilleerd worden. Vanuit dit technisch oogpunt is een tweede defibrillatie test niet nodig, echter vanuit klinisch oogpunt kan deze test een slechte prognose bij een kleine groep patiënten bevestigen. Veranderingen in de klinische status van de ICD patiënt worden vaak pas vastgesteld bij het volgende poliklinisch bezoek. In Hoofdstuk 3 wordt de mogelijkheid van het op afstand waarnemen van zowel klinische als technische aspecten van defibrillator therapie beschreven. Het verzenden van opgeslagen data in de ICD heeft een potentiële meerwaarde voor de klinische follow-up van de patiënt. Ter illustratie wordt in Hoofdstuk 4 een voorbeeld van het op afstand waarnemen van ICD data gepresenteerd. Bij interpretatie van de ontvangen data werd een malfunctie van de ventriculaire elektrode vastgesteld. Deel 2 Onderscheiden van ritmestoornissen door de ICD Hoofdstuk 5 behandelt een voorbeeld van een opgeslagen registratie van een ventriculaire ritmestoornis, die na nauwkeurige analyse een ander ontstaansmechanisme heeft dan het op eerste oog doet lijken. In Hoofdstuk 6 wordt een nieuw tweekamer detectie algoritme, SMART, geëvalueerd. Na de vergelijking van de atriale en ventriculaire frequentie worden enkelkamer detectie criteria toegepast om een ritmestoornis te classificeren. Ventriculaire ritmestoornissen worden met behulp van dit algoritme betrouwbaar waargenomen. Ondanks een goede discriminatie tussen atriale en ventriculaire ritmestoornissen, worden atriale ritmestoornissen met een stabiele atrioventriculaire geleiding vooral verkeerd geclassificeerd. De ontwikkeling van detectie algoritmen om onterechte therapie ten gevolge van atriale ritmestoornissen te vermijden, wordt in Hoofdstuk 7 gepresenteerd. De classificatie van de ritmestoornis door de ICD is primair gebaseerd op de timing van ventriculaire signalen. De originele eenkamer detectie algoritmen zijn in de tweekamer ICD geïmplementeerd. De toevoeging van atriale informatie heeft tot betere en geavanceerde detectie algoritmen geleidt. Echter, onderzoeken die eenkamer met tweekamer detectie algoritmen vergeleken, lieten geen afname van onterechte therapie zien. Hoofdstuk 8 gaat over klinische variabelen die een verhoogd risico op onterechte therapie kunnen voorspellen. Uit onderzoek blijkt dat de aanwezigheid van atriale ritmestoornissen in het verleden en het voorkomen van trage ventriculaire ritmestoornissen, beide een verhoogd risico op onterechte therapie voorspellen. De beslissing om een tweekamer defibrillator bij patiënten met atriale ritmestoornissen te implanteren is een open vraag. Onterechte therapie werd namelijk in gelijke mate bij zowel eenkamer als tweekamer defibrillatoren waargenomen. Een gerandomiseerd onderzoek tussen eenkamer en tweekamer detectie algoritmen wordt in Hoofdstuk 9 gepresenteerd. De resultaten van dit onderzoek laten geen verschil zien in de discriminatie van ritmestoornissen tussen beide detectie algoritmen. Ventriculaire ritmestoornissen worden betrouwbaar door beide detectie algoritmen waargenomen. Van de atriale ritmestoornissen zijn zowel sinustachycardie als atriumfibrilleren geen probleem voor eenkamer en tweekamer detectie algoritmen. Atriale ritmestoornissen met een stabiele atrioventriculaire geleiding blijven een probleem voor beide defibrillator detectie algoritmen. Een systematische methode voor de beoordeling van opgeslagen elektrogrammen wordt in Hoofdstuk 10 gepresenteerd. Opgeslagen elektrogrammen geven inzicht in ritmestoornissen en bepalen het klinisch beleid van de patiënt. De toepassing van blokken met fysiologische informatie, die kenmerken beschrijven van ritmestoornissen, is een methodiek voor het analyseren van ritmestoornissen. Deel 3 Enkel kamer, dubbel kamer of biventriculaire ICDs In Hoofdstuk 11 worden factoren die invloed hebben op terechte ICD therapie en overleving onderzocht in een groep patiënten met eenkamer en tweekamer defibrillatoren. Er wordt geen verschil in terechte therapie en overleving gevonden tussen patiënten met een eenkamer of een tweekamer defibrillator. Een trend tot minder onterechte therapie werd waargenomen bij de kleine groep patiënten met een tweekamer systeem. Patiënten met atriale ritmestoornissen hebben een groter risico op terechte therapie voor ventriculaire ritmestoornissen. In Hoofdstuk 12 wordt een nieuwe toepassing beschreven: resynchronisatie therapie bij patiënten met hartfalen en een intra-of interventriculaire geleidingsstoornis. Een kort overzicht van onderzoeken over resynchronisatie therapie wordt gepresenteerd. Verder wordt in dit hoofdstuk een methode voorgesteld om de beste positie van de rechter en linker ventrikel elektrode te bepalen. Hoofdstuk 13 gaat in op een klinisch vraagstuk van patiënten die in aanmerking komen voor resynchronisatie therapie. Een hoge incidentie van ventriculaire ritmestoornissen wordt waargenomen bij patiënten met hartfalen en een indicatie voor resynchronisatie therapie. Bij patiënten die eveneens een ICD indicatie hebben op basis van secundaire preventie is de incidentie van ventriculaire ritmestoornissen hoger ten opzichte van patiënten met een primaire preventie indicatie voor ICD therapie. Echter, de jaarlijkse incidentie van ventriculaire ritmestoornissen in de primaire preventie groep bedraagt 10%, ongeacht het stadium van hartfalen. Profylactische ICD therapie bij patiënten met hartfalen is een klinische beslissing op basis van de lage linker ventrikel ejectiefractie en hartfalen.