Left Bundle Branch Pacing of His-Purkinje Conduction System: Initial Experience.

BACKGROUND: Conventional right ventricular pacing increases the risk of atrial fibrillation and heart failure in pacemaker patients. Stimulation of the left bundle branch (LBB) of the His-Purkinje system can prevent the unwanted outcomes of right ventricular pacing.
OBJECTIVE: To retrospectively analyze the intraoperative outcomes, electrocardiographic and clinical data from the initial follow-up of patients submitted to stimulation of the LBB.
METHODS: The electronic parameters of the implant and of possible early complications of 52 consecutive patients submitted to stimulation of the conduction system were evaluated. The adopted significance level was 0.05.
RESULTS: Fifty-two patients underwent left bundle branch stimulation, with 50 successful procedures; 69.2% of the patients were male, and the median and interquartile range of age at the time of implantation was 73.5 (65.0-80.0) years. The pre-implant QRS duration was 146 (104-175) ms and 120 (112-130) ms after the procedure. The left ventricle activation time was 78 (70-84) ms. The R-wave amplitude was 12.00 (7.95-15.30) mV, with a stimulation threshold of 0.5 (0.4-0.7) V x 0.4 ms and impedance of 676 (534-780) ohms. The procedure duration was 116 (90-130) min, and the fluoroscopy time was 14.2 (10.0-21.6) min.
CONCLUSION: Cardiac stimulation of the His-Purkinje conduction system through the stimulation of the left bundle branch is a safe and feasible technique. In this study, it showed a high success rate, with low procedure and fluoroscopy periods, achieving adequate electronic measurements.

Introdução

A estimulação ventricular direita é a modalidade de estimulação mais utilizada em todo o mundo para correção de distúrbios da condução atrioventricular (AV). Entretanto, este tipo de estimulação aumenta o risco de fibrilação atrial, pode piorar a classe funcional de insuficiência cardíaca (CFIC) e aumentar a necessidade de hospitalização por insuficiência cardíaca (IC) em até 20% dos pacientes em 4 anos.[1 - 3]

O risco desses eventos adversos aumenta quando a estimulação ventricular se faz necessária > 40% do tempo e em pacientes com disfunção ventricular prévia ao implante, principalmente quando a duração do QRS estimulado excede 150 ms. Vários sítios alternativos já foram explorados na tentativa de evitar os efeitos deletérios da estimulação ventricular muscular, sem uma comprovação real de benefício clínico ou ecocardiográfico.[4] Nesses pacientes, a terapia de ressincronização cardíaca (TRC) pode amenizar ou reverter os efeitos deletérios da estimulação ventricular direita ao reduzir a dissincronia intra e interventricular, tal como ocorre em pacientes com bloqueio de ramo esquerdo (BRE).[5]

Como alternativa à TRC convencional, pode ser utilizada a estimulação do sistema de condução His-Purkinje em qualquer uma de suas porções, tanto inicial como no feixe de His ou mais distal, como no ramo esquerdo (RE). Na estimulação do feixe de His, o eletrodo ventricular direito é fixado próximo ao ápice do Triângulo de Koch, permitindo a captura seletiva – ou não – do sistema His-Purkinje proximal. Dessa forma, ao recrutar o sistema de condução do coração, restabelece a fisiologia normal da ativação ventricular, prevenindo os efeitos indesejados da estimulação convencional.[3 , 6]

Essa técnica, no entanto, apresenta limitações. Em muitos casos, a energia necessária para capturar o feixe de His é muito alta quando comparada com a energia necessária à estimulação convencional do ventrículo direito, resultando em uma depleção rápida da bateria do marca-passo (MP) principalmente em pacientes com bloqueios intra ou infra-hissiano e bloqueio distal de RE. Além disso, a atividade ventricular intrínseca medida pelo dispositivo (onda R) pode ser de muito baixa amplitude na posição do feixe de His, dificultando a programação do MP.[7]

Como uma alternativa à técnica de estimulação do feixe de His, em 2017, Huang et al. descreveram o primeiro caso de estimulação do sistema de condução diretamente no RE em paciente inelegível para estimulação fisiológica do feixe de His.[8] Nessa abordagem, o eletrodo ventricular direito (geralmente o mesmo eletrodo que se destina ao implante no feixe de His) é fixado profundamente no septo interventricular, atingindo a região subendocárdica do ventrículo esquerdo, permitindo a estimulação direta do sistema de condução His-Purkinje através da ativação do RE. Essa modalidade de estimulação resulta em complexos QRS com duração equivalente à da estimulação do feixe de His, com menor limiar de captura e onda R adequada, facilitando a programação do MP e permitindo uma durabilidade da bateria semelhante à dos MP convencionais.[7]

O presente estudo tem por objetivo apresentar o resultado cirúrgico e eletrocardiográfico imediato e do seguimento clínico precoce dos primeiros 52 pacientes submetidos a implante de MP para estimulação do sistema de condução com estimulação direta do ramo esquerdo do sistema His-Purkinje em um centro de referência em eletrofisiologia.

Métodos

Trata-se de um estudo descritivo, retrospectivo em um centro para avaliação de viabilidade de um sítio alternativo de estimulação do sistema de condução His-Purkinje. Foram consideradas quatro categorias de inclusão para o estudo: implante primário, implante secundário, limiar elevado de MP hissiano (>2,0 V x 1,0 ms) e ressincronização ( Figura 1 ). Foram considerados implantes primários todos os pacientes em que a intenção inicial da intervenção era a estimulação do RE do sistema His-Purkinje, e secundários todas as intervenções em que a intenção inicial era a estimulação do feixe de His e não houve sucesso devido a limiar elevado transoperatório (limiar >2,0 V ou pacientes com BRE com limiar >2,5 V com correção do bloqueio).

Figura 1

– Fluxograma de estimulação do sistema His-Purkinje distal – ramo esquerdo. Pacientes com indicação de marca-passo que apresentavam QRS estreito ou bloqueio em nível nodal e apresentavam limiares de captura do His maior que 2 V X 1,0 ms ou maior que 2,5 V X 1,0 ms para correção de bloqueios de ramo preexistente eram encaminhados para implante mais distais junto ao ramo esquerdo (RE) (implante secundário). Pacientes com bloqueio intra ou infra-hissianos documentados por estudo eletrofisiológico, eram encaminhados diretamente para estimulação distal (chamado implante primário). Nos casos de insucesso, o paciente era encaminhado para estimulação convencional septal ou estimulação biventricular. MP: marca-passo; BAV: bloqueio atrioventricular; BRE: bloqueio do ramo esquerdo; VD: ventrículo direito.

Foram incluídos 52 pacientes consecutivos submetidos a implante de MP com estimulação do RE em um centro de referência. Todos os pacientes assinaram o termo de consentimento livre e esclarecido (TCLE) antes do procedimento. Este é um estudo retrospectivo com coleta de informações dos registros médicos do implante no Hospital SOS Cárdio realizado de acordo com a Declaração de Helsinki e aprovado pelo Comitê de Ética do Instituto de Cardiologia do estado de Santa Catarina por meio do Certificado de Apresentação de Apreciação Ética nº 36517420.7.0000.0113 com parecer favorável nº 4.293.667. Foram avaliados sucesso agudo do procedimento, complicações precoces e necessidade de reintervenção. Os pacientes incluídos no estudo tinham indicação de implante de MP de acordo com a Diretriz Brasileira de Dispositivos Cardíacos Eletrônicos Implantáveis (DCEI) e do ACC/AHA/HRS de 2018, submetidos ao procedimento de estimulação de RE entre agosto de 2019 e novembro de 2020 em um centro médico de referência.

Técnica de implante do eletrodo septal para estimulação do ramo esquerdo

Via de acesso: Todos os procedimentos foram realizados sob anestesia geral. A punção da veia axilar guiada por fluoroscopia com ou sem a injeção de contraste na veia cubital esquerda foi a via de acesso preferida. Em um dos pacientes, portador de MP há 8 anos, foi observada oclusão total da veia subclávia esquerda. Nesse caso, o implante foi realizado através da veia axilar direita e o eletrodo tunelizado até a loja subpeitoral esquerda. Nos demais pacientes, o acesso axilar esquerdo foi obtido sem complicações.

Bainha e eletrodo para estimulação do ramo esquerdo: Após a punção venosa, uma bainha Medtronic C315HIS® 69 cm (Medtronic, Minneapolis – MN) de curva fixa era avançada até o átrio direito com auxílio de um fio-guia longo (180 cm). Um eletrodo Medtronic Select Secure ® modelo 3830 era posicionado, através da bainha, no nível do anel atrioventricular direito, após discreta rotação anti-horária. O polo distal de eletrodo 3830 Select Secure ® Medtronic era exposto para permitir o mapeamento unipolar do eletrograma do feixe de His ( Figura 2 ). Excepcionalmente, foram utilizados cateteres de eletrofisiologia concomitantemente nos casos que necessitavam a realização de estudo eletrofisiológico para confirmar o nível do bloqueio (2 casos). Essa posição era fixada em fluoroscopia na posição oblíqua anterior direita 30° (OAD) e mantida como referência durante o mapeamento da região septal direita. A partir dessa posição e após leve rotação horária, a bainha e o eletrodo 3830 eram, então, avançados através da válvula tricúspide cerca de 1 a 1,5 cm inferoapicalmente em relação à da posição em que o eletrograma do feixe de His havia sido registrado.

Figura 2

– Técnica de implante do eletrodo para captura do ramo esquerdo após tentativa de captura do eletrograma de His. O painel superior esquerdo mostra bloqueio atrioventricular (BAV) infra-hissiano 2:1 durante estimulação atrial contínua com ciclo de 700 ms. Nos batimentos conduzidos, observa-se intervalo AH = 85 ms e HV de 77 ms. No painel central, à esquerda, observa-se cateter decapolar no seio coronariano (SC) que foi utilizado para estimulação atrial e cateter quadripolar na posição de His na posição oblíqua anterior direita a 30°. Esse caso foi realizado concomitantemente com a realização de um estudo eletrofisiológico, e podemos visualizar um cateter decapolar no seio coronário. O cateter quadripolar foi utilizado como referência para posicionamento do eletrodo de marca-passo (MP) na posição do feixe de His – pode ser observada corrente de lesão no eletrograma intracavitário. Durante a estimulação contínua do eletrodo do His, observa-se captura hissiana seletiva sem correção do bloqueio de ramo direito com energia de 5 V e largura de pulso de 1 ms. Com o aumento da energia de estimulação de 5 para 6 V, ocorre captura não seletiva do His com correção do bloqueio de ramo direito com ciclo de estimulação de 1.000 ms. No entanto, o bloqueio volta a ocorrer quando o ciclo de estimulação foi diminuído para 600 ms. Por essa razão (limiar alto e persistência do bloqueio de ramo com frequência cardíaca de 100 bpm [600 ms]), optou-se pelo implante do mesmo eletrodo na região septal mais baixa (painel inferior direito mostrando projeção em oblíquo anterior esquerda a 30 graus). Observa-se registro do eletrograma de His no cateter quadripolar e eletrograma do ramo esquerdo (RE) no eletrodo do marca-passo [E1]) 44 ms depois, sugerindo que o bloqueio estivesse entre o His e o local em que foi registrado o potencial do RE. A: eletrograma atrial; p: proximal; d: distal.

Nos 10 primeiros casos, foi realizada estimulação unipolar em áreas supostamente favoráveis à entrada do eletrodo septal definida pela presença de complexo QRS com morfologia de “W” na derivação V1 (e/ou estreitamento do QRS com padrão de onda R predominante na derivação DI, Rs na derivação DII e rS derivação DIII [ Figura 3 ]).[8] Entretanto, na experiência dos autores, tal morfologia do complexo QRS podia ser obtida em várias posições do septo interventricular em um mesmo paciente, enquanto, em outros, tal padrão do QRS não poderia ser observado, mesmo após extenso mapeamento do septo interventricular direito. Por esta razão, nos 42 casos subsequentes, o local selecionado para entrada do eletrodo foi definido apenas pela posição do eletrodo no septo interventricular em relação à referência do local onde um eletrograma de His havia sido registrado.

Figura 3

– Variação da impedância durante posicionamento do eletrodo de estimulação para captura do ramo esquerdo. Nota-se aumento progressivo da impedância de 560 para 760ohms acompanhado de aumento progressivo da onda R em V1. A medida inicial mostra complexo QRS em V1 com morfologia em “w”. À medida que o eletrodo avança no septo interventricular em direção à região subendocárdica do septo interventricular esquerdo, a onda R’ em V1 e a impedância durante estimulação unipolar aumentam progressivamente. O eletrocardiograma de 12 derivações ilustra a morfologia final do complexo QRS.

Nesses locais, mais rotação anti-horária era aplicada à bainha até que um ângulo próximo a 90° entre o septo interventricular e a bainha C315HIS® fosse observado na projeção oblíqua anterior esquerda (OAE) 30°. Uma vez atingida essa posição, o eletrodo 3830 era gentilmente rodado em sentido horário até sua fixação e leve penetração do eletrodo distal (mecanismo de fixação ativa) no septo interventricular. À medida que inserções progressivas do eletrodo eram visualizadas, era realizada estimulação unipolar para avaliar a duração e morfologia do complexo QRS estimulado, o eletrograma local (quando um QRS intrínseco era disponível) e a medida da impedância. À medida que o eletrodo penetra o septo interventricular, a impedância aumenta gradativamente durante a estimulação unipolar ( Figura 3 ).

O eletrodo era, então, avançado através de rotação horária até atingir profundidade de cerca de 1 cm em relação à extremidade distal da bainha, justaposta ao septo interventricular, na posição oblíqua anterior esquerda a 30° (OAE). A partir desse ponto, o eletrodo 3830 era conectado ao polígrafo de eletrofisiologia (EP Tracer® Schwarzer Cardiotek, NL) e ao analisador do MP para registro do eletrograma local e a medida da onda R. A morfologia, a duração do complexo QRS, e a variação da impedância – que aumenta gradativamente à medida que o eletrodo penetra o septo interventricular – eram comparados àquelas obtidas no ponto de entrada do eletrodo durante estimulação com energia de 3,0 V × 0,4 ms. Se não houvesse critério de captura do RE, o eletrodo era lentamente avançado com rotação horária adicional de meia a uma volta, e as medidas repetidas até que esses critérios fossem obtidos.

Critérios para definir a captura do ramo esquerdo: Uma das formas mais aceitas atualmente como critério de captura do ramo esquerdo é a medida do tempo de despolarização completa do ventrículo esquerdo, chamado de tempo de ativação do ventrículo esquerdo (TAVE). Eletrocardiograficamente, o TAVE corresponde ao intervalo em milissegundos entre a espícula de estimulação e o pico da onda R em V4, V5 ou V6; quando menor que 90 ms, caracteriza uma despolarização do VE rápida e através do sistema de condução. Nos pontos em que era obtido complexo QRS com morfologia sugestiva de captura do RE (morfologia qR ou rsR’ em V1), era realizada estimulação com baixa e alta energia (respectivamente, 1,5 V × 0,4 ms e 10 V × 0,4 ms) com o intuito de observar redução adicional da duração do complexo QRS e TAVE em milissegundos. Se o local fosse considerado inadequado, o eletrodo seria avançado por mais alguns milímetros até que não houvesse diminuição desses intervalos durante estimulação com alta energia.

Manobras para avaliar a captura do ramo esquerdo: Definiu-se como captura do RE a presença de um padrão eletrocardiográfico característico em V1 (qR ou rqR’) e pelo menos um dos seguintes critérios: 1) Identificação de potencial do RE/Purkinje precedendo o complexo QRS, com intervalo do potencial local até eletrocardiograma de superfície entre 10 e 50 ms ( Figura 4 ); 2) manutenção do TAVE <90 ms durante estimulação unipolar com alta e baixa energia; 3) mudança progressiva entre o padrão não seletivo e seletivo de captura do RE durante estimulação unipolar contínua com diferentes níveis de energia; 4) mudança do padrão não seletivo para um padrão muscular septal quando muito próximo ao limiar final de captura; e, por último, 5) teste com extraestímulos com resposta muscular pura ou de captura seletiva do RE.[9]

Figura 4

– Implante de marca-passo para captura do ramo esquerdo em paciente portadora de bloqueio atrioventricular total (BAVT). Paciente do sexo feminino com BAVT e escape com complexo QRS estreito (painel A), submetida a implante de marca-passo (MP) para captura do ramo esquerdo (RE). No painel B, observam-se derivações eletrocardiográficas e o registro intracavitário do potencial do RE o com HV=22 ms. A posição do eletrodo do MP posicionado profundamente no septo interventricular pode ser observada no painel C em oblíqua anterior esquerda a 30 graus. Neste local, a onda R era de 12mV com limiar de estimulação de 0,4 VX0,4 ms, resultando em um QRS estimulado estreito, idêntico ao do ritmo de escape, conforme evidenciado pelas derivações precordiais (V1 a V6) no painel D.

Teste com extraestímulos: A proximidade entre o valor do limiar de estimulação do RE e do músculo cardíaco que o circunda ocasionalmente pode dificultar a distinção entre a captura do RE e a captura ventricular septal esquerda, pois o complexo QRS estimulado pode representar uma fusão dos padrões de estimulação dessas duas estruturas. Por esta razão, utilizamos rotineiramente o teste de extraestímulos descrito por Jastrzbski.[10] O teste consiste em aplicar, com auxílio do polígrafo de eletrofisiologia, um ciclo fixo de estimulação ventricular unipolar de 8 batimentos consecutivos no eletrodo destinado ao RE, seguido de um extraestímulo com acoplamento progressivamente mais curto. A segunda forma do teste consiste na deflagração de um extraestímulo isolado, também, com acoplamento progressivamente mais curto. Conclui-se que há captura do RE quando ocorre mudança na morfologia do complexo QRS, de morfologia de captura não seletiva do RE para captura muscular pura ou captura seletiva do sistema de condução.[9] Ambas as respostas são diagnósticas, conforme ilustrado na Figura 5 . Outra forma de confirmação de captura do RE é a realização do teste de limiar com larguras de pulso muito pequenas, como 0,1 ou 0,05 ms.

Figura 5

– Técnica de extraestímulos por meio do eletrodo do marca-passo para demonstrar captura do ramo esquerdo (RE). O painel A mostra a presença de ritmo sinusal com bloqueio do ramo esquerdo (BRE) com duração do complexo QRS de 136 ms (dois batimentos iniciais). Durante a estimulação do RE, observa-se redução da duração do complexo QRS para 114 ms com um tempo de ativação do ventricular esquerdo (TAVE) de 78 ms. A posição do eletrodo pode ser evidenciada em projeção oblíqua anterior esquerda a 30° durante injeção de contraste através da bainha, e um ecocardiograma transtorácico bidimensional ilustra a posição desse mesmo eletrodo por meio do septo interventricular no painel C. Os painéis D e E ilustram a diferença na morfologia do complexo QRS em V1 durante estimulação contínua seguida de extraestímulos com intervalo de acoplamento progressivamente mais curto. Ao contrário do que demonstrado no painel E, em que um complexo qR pode ser claramente identificado, o complexo QRS em V1 não apresenta a morfologia característica de captura do RE. No painel D, o período refratário da porção muscular do septo interventricular ainda não havia sido atingido. Com a diminuição do acoplamento do extraestímulo em 10 ms, observa-se a perda da captura muscular septal e o padrão típico de captura do RE. VD: ventrículo direito; VE: ventrículo esquerdo; AE: átrio esquerdo.

Retirada da bainha e conexão do eletrodo septal ao gerador: Uma vez confirmada a captura do RE, é realizada injeção de pequena quantidade de contraste através da bainha C315, para contrastar a borda do septo interventricular direito e documentar a profundidade atingida pelo eletrodo no trajeto intraseptal. Nesse momento, a bainha era recuada até o átrio direito, as medidas eletrônicas repetidas e a bainha finalmente retirada conforme orientações do fabricante.

Conectando os eletrodos ao gerador: Nos casos de BAVT com escape com QRS alargado, devido ao risco de apresentar assistolia durante a manipulação intraseptal, o eletrodo inicialmente destinado ao átrio era fixado ao ventrículo direito e utilizado para estimulação provisória ventricular e após o implante do eletrodo intraseptal, levado ao apêndice auricular direito. Nos casos de MP bicameral e ressincronizador, o eletrodo 3830 era conectado à porta ventricular direita do dispositivo. No único caso em que o MP do ramo do esquerdo foi utilizado em um desfibrilador, o eletrodo 3830 foi conectado na porta do ventrículo direito através da conexão IS1/DF1.

Nos casos de MP dupla câmara ou de TRC, o eletrodo atrial e o do ventrículo esquerdo (seio coronariano) foram posicionados com a técnica habitual.

Análise estatística: As variáveis incluídas na análise foram sexo, idade, comorbidades, cardiopatia de base, tipo de bradiarritmia, tempo médio de follow-up , duração do complexo QRS pré e pós-implante, TAVE, tipo de indicação do procedimento, tempo de procedimento e fluoroscopia, bem como o limiar de captura (valor do limiar unipolar da estimulação × largura de pulso em Volts), impedância do eletrodo e amplitude da onda R. Os parâmetros elétricos dos dois pacientes nos quais a captura do RE não foi possível foram excluídos dessa análise.

A normalidade dos dados foi avaliada por meio do teste de Shapiro-Wilk. As variáveis contínuas de parâmetros do implante apresentaram distribuição não normal e foram comparadas com teste não paramétrico de Wilcoxon. Os resultados foram descritos em mediana e intervalo-interquartil (IQ) Q1 – Q3 (percentil 25 – percentil 75). Foi considerado como estatisticamente significativo um valor de p bicaudal <0,05. Todas as análises foram realizadas utilizando o programa R versão 3.6.2.

Resultados

Características dos pacientes

Foram realizados 52 procedimentos. A mediana e IQ da idade dos pacientes foi de 73,5 (65,0-80,0) anos e 69,2% eram do sexo masculino. Quarenta pacientes apresentavam cardiopatia não isquêmica (76,92%), 4 apresentavam cardiopatia isquêmica (7,69%) e 8 apresentavam cardiopatia induzida por MP prévio (15,38%). A característica do tipo de bradiarritmia dos pacientes está descrita na Tabela 1 , e um mesmo paciente pode apresentar mais de um tipo de bradiarritmia. Sete pacientes com FA necessitaram de MP para controle da frequência após BAVT. Em 63,5% dos implantes (n=33), a intenção inicial do procedimento foi o implante primário de MP para estimulação do RE. Em 13,5% dos pacientes (n=7), houve a tentativa inicial de estimulação do feixe de His, e devido a medidas insatisfatórias obtidas no transoperatório (limiar de estimulação >2 V x 1 ms e/ou onda R <2 mV), optou-se pela estimulação do RE – considerados implantes secundários. Em 7,7% dos pacientes (n=4) com MP hissiano prévio, houve aumento do limiar de comando > 4,0 V x 1 ms durante o seguimento clínico, e 15,4% dos pacientes (n=8) não responderam à TRC convencional, tendo sido submetidos à estimulação de RE. Foi obtido sucesso em 50/52 pacientes (96,2%), taxa semelhante à demonstrada na literatura.[11] Os dados dos dois pacientes nos quais não foi obtida captura do RE não foram incluídos nas análises seguintes. Dezessete pacientes eram portadores de cardiopatia estrutural com fração de ejeção do ventrículo esquerdo (FEVE) menor que 50%. Dos dispositivos implantados, 8 foram ressincronizadores (15,4%), 3 MP unicamerais (5,8%), 3 cardiodesfibriladores bicamerais (5,8%) e 38 MP bicamerais (73,1% dos dispositivos).

Tabela 1

– Características demográficas dos pacientes submetidos à estimulação de ramo esquerdo

	Total (N=52)
Sexo, n (%)
Masculino	36 (69,2%)
Feminino	16 (30,8%)
Idade (anos), mediana (IQ)	73,5 (65,0-80,0)
HAS, n (%)	39 (75,0%)
DM, n (%)	17 (32,7%)
CFIC, n (%)
NYHA I-II	11 (21,2%)
NYHA III-IV	41 (78,8%)
Cardiopatia de base, n (%)
Não isquêmica	40 (76,92%)
Isquêmica	4 (7,69%)
Induzida por MP prévio	8 (15,38%)
Tipo de bradiarritmia, n (%) ¶
Doença do nó sinusal	3 (5,8%)
BAV 1º grau	4 (7,7%)
BAV 2º grau	7 (13,5%)
BAV 3º grau	24 (46,2%)
FA + BAVT	5 (9,6%)
FEVE Basal, mediana (IQ)	56,2 (44,8-67,1)
Indicação, n (%)
Implante primário	33 (63,5%)
Implante secundário	7 (13,5%)
Limiar elevado de MP hissiano	4 (7,7%)
TRC	8 (15,4%)
Desfecho, n (%)
Sucesso	50 (96,2%)
Falha	2 (3,8%)

¶: Os pacientes podem apresentar mais de um tipo de bradiarritmia. HAS: hipertensão arterial sistêmica; DM: diabetes melito; BAV: bloqueio atrioventricular; FA: fibrilação atrial; BAVT: bloqueio atrioventricular total; MP: marca-passo; TRC: terapia de ressincronização cardíaca; CFIC: classe funcional de insuficiência cardíaca; NYHA: New York Heart Association; FEVE: fração de ejeção do ventrículo esquerdo.

Medidas eletrônicas: A mediana e IQ da duração do QRS pré-operatório foi de 146 (104-175) ms. A duração do complexo QRS durante a estimulação do RE foi de 120 (112-130) ms ( Figura 6 ) com um TAVE de 78 (70-84) ms. O tempo médio de procedimento foi de 116 (90-130) minutos com um tempo médio de fluoroscopia de 14,2 (10,0-21,6) min. O limiar da estimulação para captura do RE foi de 0,5 (0,4-0,7) V × 0,4 ms com uma impedância durante a estimulação de 676 (534-780) ohms e uma onda R de 12,00 (7,95-15,30) mV. Em cinco pacientes com BAVT sem escape, não foi possível avaliar a amplitude da onda R.

Figura 6

– Duração do complexo QRS antes e após estimulação direta do ramo esquerdo. Utilizado teste não paramétrico de Wilcoxon (p=0,001).

Implantes sem sucesso: Em dois (2/52) pacientes (3,8%) portadores de miocardiopatia dilatada, não foi possível obter critérios de captura do RE. No primeiro caso, o paciente apresentava diâmetros cavitários aumentados e FEVE de 38%. Houve dificuldade em manipular a bainha C315, impossibilitando o mapeamento do feixe de His. Após diversas tentativas, fratura de duas bainhas e tempo de procedimento e fluoroscopia prolongados, optamos pelo implante de um ressincronizador convencional com eletrodo ventricular esquerdo no ramo posterolateral do seio coronário.

No segundo paciente, com diâmetro diastólico do VE de 59 mm e FEVE de 35%, sem implante prévio de MP e com complexo QRS alargado (BAVT infra-hissiano), não foi possível demostrar nenhum dos critérios de captura do RE apesar do difícil posicionamento e aparentemente posição adequada do eletrodo ventricular. O eletrodo foi substituído por um eletrodo convencional de fixação ativa, posicionado na região médio-septal do ventrículo direito, por receio de deslocamento devido ao grande número de rotações do eletrodo na tentativa de alcançar o RE.

Seguimento clínico: Durante o seguimento [mediana e (IQ)] de 8 (3,25-10,00) meses, foi observado deslocamento do eletrodo septal para a porção subtricúspide do ventrículo direito em um paciente que apresentava, ao final do seu procedimento, parâmetros completamente normais. Esse paciente permaneceu assintomático por 30 dias quando, durante o retorno ambulatorial, foi observado complexo QRS alargado e a radiografia de tórax confirmou o deslocamento. O paciente foi submetido novamente ao implante de estimulação do RE e manteve-se clinicamente estável, com parâmetros estáveis de captura do RE até sua última consulta de seguimento 6 meses após o reimplante. Nesse caso, houve dificuldade em avançar o eletrodo dentro do septo em direção ao RE. A bainha foi, então, avançada para permitir maior sustentação do eletrodo e pode ter, inadvertidamente, produzido um alargamento na entrada e em parte do conduto intraseptal, resultando em menor sustentação e eventual deslocamento do eletrodo. A partir dessa observação (paciente 8), a bainha não foi mais forçada contra o septo interventricular. Não foram observadas outras complicações ou deslocamentos no seguimento de curto prazo (30 dias).

Outro paciente apresentou abscesso de parótida com bacteremia e hemocultura positiva 2 semanas após o implante. O paciente optou por não realizar o explante dos eletrodos e do MP e manter-se em uso contínuo de antibioticoterapia. Após 7 meses de medicação oral, apresentou sinais de infecção da loja quando foi, então, realizada a extração do sistema de MP e eletrodos e implante de MP convencional contralateral após controle adequado da infecção.

Discussão

Esta é a primeira série brasileira a respeito de estimulação direta do ramo esquerdo. Os resultados sugerem tratar-se de técnica factível e segura para reestabelecer a ativação fisiológica do ventrículo esquerdo em pacientes com indicação de MP.

Achados relevantes e comparação com resultados da literatura

A estimulação direta do sistema de condução cardíaco através de implante de eletrodo junto ao sistema His-Purkinje em suas porções distais, na área do RE, de forma transeptal a partir do ventrículo direito, demonstrou-se um procedimento seguro, factível e com taxa de sucesso alta, independentemente do local de bloqueio que o paciente apresenta. Nesses pacientes, semelhante ao relatado por outros grupos,[8] as medidas eletrônicas de sensibilidade e estimulação foram consideradas adequadas com a média da onda R de 12 mV e o limiar de captura do sistema de condução médio de 0,5 ± V × 0,4 ms. Como se trata de uma posição dentro do septo interventricular, não foi observada a inscrição de eletrograma atrial pelo eletrodo 3830 que pudesse interferir na programação de sensibilidade em nenhum dos pacientes. O tempo necessário para o implante do eletrodo e do dispositivo e o tempo de fluoroscopia também estiveram de acordo com os demais achados da literatura e encontram-se muito próximo aos dados dos implantes convencionais.[12]

A estimulação direta do sistema de condução do coração pode ser obtida por meio da estimulação direta do feixe de His ou do RE do sistema His-Purkinje. O feixe de His apresenta importante variação anatômica em sua localização fluoroscópica, curta extensão de sua porção estimulável e localização peritricúspide usualmente no ápice do triangulo de Koch, junto ao anel atrioventricular direito. Por essa razão, não raramente, medidas eletrônicas desfavoráveis à estimulação cardíaca são obtidas. A onda R baixa, um limiar de estimulação mais alto que o da estimulação muscular convencional e a presença de farfield do eletrograma atrial no canal designado ao feixe de His podem resultar em depleção precoce da bateria do MP, oversense da atividade atrial intrínseca com possibilidade de inibição da estimulação ventricular/hissiana e impor dificuldades para a programação adequada do MP.[13 - 16] Além disso, a técnica de estimulação do feixe de His é mais demorada que a técnica de implante de MP tradicional, o que pode, eventualmente, aumentar o risco de infecção.[17] Na estimulação direta do RE, uma estrutura mais larga e ramificada que o feixe de His, por outro lado, a situação se inverte. O RE é maior que o feixe de His, sendo tecnicamente mais fácil e reprodutível obter a estimulação do sistema de condução através dessa abordagem. Teoricamente, a estimulação direta do RE é tão fisiológica para o ventrículo esquerdo quanto a estimulação do feixe de His e apresenta melhores parâmetros eletrônicos de sensibilidade, estimulação e maior durabilidade da bateria do MP devido ao limiar de captura menor que o posicionamento do eletrodo no septo proporciona.[18]

Outra observação do presente estudo sugere que duração do complexo QRS após estimulação do RE varia de acordo com o QRS pré-implante: pacientes com complexo QRS alargado apresentam um estreitamento após o implante, devido à correção dos bloqueios de ramo subjacentes, enquanto pacientes com QRS estreito apresentam um pequeno alargamento, devido ao traçado eletrocardiográfico resultante, semelhante ao distúrbio de condução pelo ramo direito (ver Figura 5 ). Isso provavelmente ocorre porque, apesar da ativação do ventrículo esquerdo dar-se principalmente pelo sistema de condução intrínseco – com pequena contribuição muscular (captura não seletiva) –, a ativação do ventrículo direito acontece após condução retrógrada até o feixe de His seguida de ativação anterógrada pelo ramo direito ou, quando a condução retrógrada não estiver presente, de forma passiva a partir do septo interventricular. Nessa técnica de estimulação, o objetivo principal é manter a ativação fisiológica do ventrículo esquerdo. Por esse motivo, utilizamos como um dos critérios de sucesso o TAVE e não a duração do complexo QRS após implante (tempo total de ativação ventricular esquerda e direita).

Implicações clínicas: A estimulação direta do ramo esquerdo pode diminuir ou talvez evitar a dissincronia causada pela estimulação muscular convencional do ventrículo direito e reduzir as taxas de miocardiopatia induzida pelo MP.[19] Nesses casos, a utilização de um MP de câmara única (como em pacientes com fibrilação atrial permanente) ou câmara dupla (pacientes em ritmo sinusal) poderia manter a sincronia intra e interventricular sem necessidade de um eletrodo adicional para o seio coronário, bem como os custos de um gerador de TRC. Esse tipo de estimulação evitaria ainda os inconvenientes da estimulação através do seio coronário, como tempo maior de procedimento e de fluoroscopia para acesso aos ramos posterolaterais, uso de contraste endovenoso, estimulação frênica e deslocamento do eletrodo do seio coronário em situações de miocardiopatia induzida pelo MP. Os pacientes submetidos à estimulação do feixe de His proximal que apresentam elevado limiar de captura durante o período de seguimento pós-operatório ou dificuldade na programação devido a interferências do eletrograma atrial e onda R baixa e que necessitam da estimulação do sistema His-Purkinje encontram uma ótima alternativa na estimulação direta do RE, conforme alguns dos pacientes deste estudo.

Outro cenário clínico relevante é que o implante distal ao feixe de His com captura direta do RE pode ser utilizado em pacientes após a manipulação cirúrgica ou por cateter da valva aórtica (TAVR), pois esses procedimentos podem estar relacionados a importante dano ao sistema de condução proximal, potencialmente tornando a estimulação do feixe de His desafiadora ou até mesmo impossível. Há evidências de que a disfunção ventricular relacionada à estimulação convencional do ventrículo direito pode ser mais frequente nesses pacientes, justificando a implementação de terapias destinadas à ressincronização ventricular de forma precoce nesses casos.[20]

Da mesma maneira, a estimulação do RE pode ser preferencialmente utilizada em pacientes com fibrilação atrial submetidos à ablação do nó atrioventricular, reduzindo o risco de miocardiopatia induzida pela estimulação ventricular convencional.[11]

Implantes sem sucesso: Os dois pacientes nos quais não obtivemos sucesso apresentavam importante aumento das cavidades ventriculares direita e esquerda, o que pode ter dificultado o posicionamento da bainha no ângulo correto junto ao septo interventricular, uma vez que a bainha foi desenhada para facilitar o acesso ao feixe de His em coração de tamanho normal. A curva fixa da bainha pode não proporcionar, nesses casos, o alcance necessário para permitir acesso ao septo interventricular. Nessas situações, na tentativa de conferir mais estabilidade e sustentação ao conjunto bainha-eletrodo, torque excessivo na manipulação pode ter justificado o insucesso nesses casos. Em pacientes previamente submetidos a implantes intravasculares, a redução do calibre do trajeto venoso por fibrose e/ou aderência em virtude da presença de eletrodos antigos pode levar à importante redução da mobilidade da bainha, essencial para o adequado posicionamento do conjunto e fixação do eletrodo.

Limitações

O procedimento de estimulação do RE realizado neste trabalho utiliza um eletrodo que não foi desenhado especificamente para estimulação transeptal, porém obtivemos uma taxa de sucesso de 96,2%. Trata-se de um trabalho retrospectivo, avaliando um pequeno número de pacientes em um único centro médico, o que não permite a comparação do efeito clínico dessa abordagem com o implante de MP convencional ou do ressincronizador cardíaco. Apesar de ser uma técnica promissora e de provável grande utilidade clínica, faz-se necessária uma avaliação mais detalhada a longo prazo antes que tal abordagem possa ser incorporada à rotina de implantes em substituição ao MP convencional ou aos ressincronizadores.

Conclusão

A estimulação do sistema de condução cardíaco por meio da estimulação do ramo esquerdo do sistema His-Purkinje é uma técnica segura e exequível, com alta taxa de sucesso, realizada com tempo de procedimento e fluoroscopia baixos, e que resulta em tempo de ativação ventricular esquerdo curto e medidas eletrônicas adequadas.

Introduction

Right ventricular stimulation is the most used method of stimulation around the world for the correction of atrioventricular (AV) conduction disorders. However, this type of stimulation increases the risk of atrial fibrillation, may worsen the heart failure functional class (HFFC) and increase the need for hospitalization due to heart failure (HF) in up to 20% of the patients in 4 years.[1 - 3] The risk of these adverse events increases when ventricular stimulation is necessary > 40% of the time, and among patients with ventricular disfunction previous to the implant, especially when the duration of the stimulated QRS exceeds 150 ms. Several alternative sites have already been explored in the attempt to prevent the harmful effects of muscular ventricular stimulation, without real proof of its clinical or ecochardiographic benefits.[4] In these patients, cardiac resynchronization therapy (CRT) may improve or reverse the harmful effects of right ventricular stimulation by reducing the intra and interventricular disynchronization, as it occurs among patients with left bundle branch block (LBBB).[5]

As an alternative to conventional CRT, the His-Purkinje conduction system can be used in any of its portions, both initial and in the His or the more distal axis, such as the left bundle branch (LBB). In the stimulation of the His axis, the right ventricular electrode is fixated close to the apex of the Koch’s triangle, allowing the selective capture – or not – of the proximal His-Purkinje system. Therefore, by recruiting the heart conduction system, it reestablishes the normal physiology of ventricular activation, thus preventing the unwanted effects of conventional stimulation.[3 , 6] However, this technique is limited. In many cases, the necessary energy to capture the His axis is very high when compared to the necessary energy for the conventional stimulation of the right ventricle, thus resulting in the fast discharge of the pacemaker (PM) battery, especially in patients with intra or infra-hisian blocks and distal LBB block. Besides, the intrinsic ventricular activity measured by the device (R-wave) can have very low amplitude in the His axis position, thus making it difficult to program the PM.[7]

As an alternative to the technique of the Hix axis stimulation, in 2017, Huang et al. described the first case of conduction system stimulation directly in the LBB, in a patient who was ineligible for the physiological stimulation of the His axis.[8] In this approach, the right ventricular electrode (usually the same electrode addressed to the implant in the His axis) is deeply fixated in the interventricular septum, thus reaching the subendocardial region of the left ventricle, allowing the direct stimulation of the His-Purkinje conduction system by activating the LBB. This stimulation modality results in complex QRS, whose duration is equivalent to that of the His axis stimulation, and lower capture threshold and adequate R-wave, thus facilitating PM programming and allowing the durability of the battery to be similar to that of conventional PMs.[7]

This study aims at presenting the surgical and electrocardiographic immediate result of the early clinical follow-up of the first 52 patients who underwent PM implant to stimulate the conduction system, with the direct stimulation of the left bundle branch of the His-Purkinje system, in an electrophysiology reference center.

Methods

This is a descriptive, retrospective study in a center to assess the feasibility of an alternative site of stimulation for the His-Purkinje conduction system. We considered 4 inclusion categories for the study: primary implant, secondary implant, high hisian PM threshold (>2.0 V x 1.0 ms) and resynchronization ( Figure 1 ). Primary implants were considered for all patients for whom the initial intention of the intervention was the LBB stimulation of the His-Purkinje system; secondary implants were considered as all of the interventions in which the initial intention was the His axis stimulation, without success due to the high transoperative threshold (threshold > 2.0 V or patients with LBB and threshold > 2.5 V, with block correction).

Figure 1

– Flowchart of the distal His-Purkinje system stimulation – left bundle branch. Patients with indication for PM who presented with narrow QRS or node level block, and presenting with His capture thresholds higher than 2V X 1.0 ms, or higher than 2.5V X 1.0ms for the correction of pre-existing branch blocks, were referred for more distal implants with the LBB (secondary implant). Patients with intra or infrahisian block documented by an electrophysiological study were directly sent for distal stimulation (called primary implant). In cases of unsuccess, the patient was referred to conventional septal stimulation or biventricular stimulation. PM: pacemaker; AVB: atrioventricular block; LBBB: left bundle branch block; RV: right ventricle.

Fifty-two consecutive patients were included and underwent a pacemaker implant with LBB stimulation at a reference center. All patients signed the informed consent form before the procedure. This is a retrospective study, with information collected from the medical implant records at Hospital SOS Cardio, performed in accordance with the Declaration of Helsinki and approved by the Ethics Committee of Instituto de Cardiologia do Estado de Santa Catarina, through the Certificate of Appreciation n. 36517420.7.0000.0113, with favorable opinion, n. 4.293.667. The following were assessed: acute success in the procedure, early complications and the need for reintervention. The patients included in this study had indication for PC implant, according to the Guidelines for Implantable Electronic Cardiac Devices and ACA/AHA/HRS, 2018, and underwent the LBB stimulation procedure between August, 2019, and November, 2020, at a reference medical center.

Septal electrode placement for left bundle branch stimulation

Access pathway: All of the procedures were carried out under general anesthesia. Fluoroscopy-guided axillary vein puncture, with or without contrast injection in the left cubital vein, was the chosen access pathway. In one of the patients, who has had a PM for 8 years, we observed left subclavian vein total occlusion. In this case, the implant was placed through the right axillary vein, and the electrode was tunneled until the left subpectoral space. In the other patients, the left axillary access carried on without complications.

Sheath and Electrode for Left Bundle Branch stimulation: After the venous puncture, a fixed curve Medtronic C315HIS®69 cm sheath (Medtronic, Minneapolis – MN) was inserted through the right atrium, assisted by a long guidewire (180 cm). A Medtronic Select Secure ®electrode, model 3830, was placed, through the sheath, at the level of the right atrioventricular ring, after a discreet counterclockwise rotation. The distal pole of the 3830 Select Secure ®Medtronic electrode was exposed to allow the unipolar mapping of the His axis electrogram ( Figure 2 ). Exceptionally, electrophysiology catheters were concomitantly used in cases that required an electrophysiological analysis to confirm the block level (2 cases). This position was fixed with fluoroscopy at the right anterior oblique position, 30° (RAO), and maintained as reference while mapping the right septal region. Starting at this position, and after a mild clockwise rotation, the sheath and the 3830 electrode were, then, taken through the tricuspid valve about 1 to 1.5 cm in the inferoapical region, in relation to the position where the electrogram of the His axis had been registered.

Figure 2

– Technique to implant the Electrode for the capture of the left bundle branch after an attempt of the His Electrogram Capture – The left superior panel shows infrahisian AVB 2:1 during continuous atrial stimulation, with a 700 millisecond cycle. In conducted beats, it is possible to observe an AH interval = 85 ms, and HV = 77 ms. In the middle and left panel, we observe a decapolar catheter in the coronary sinus (CS), which was used for atrial stimulation, and a quadripolar catheter in the His position, at the right anterior oblique position 30º. This case was conducted together with the performance of an electrophysiological study, and we were able to visualize a decapolar catheter in the coronary sinus. The quadripolar catheter was used as a reference for the placement of the PM electrode in the His axis position – it is possible to observe the current of the lesion in the intracavity electrogram. During the continuous stimulation of the His electrode, selective hisian capture is observed without the correction of the right bundle branch block, with 5 V of energy and wrist width of 1 ms. When we increase the stimulation energy from 5 to 6V, the non-selective capture of His occurs, with the correction of the right bundle branch block and cycle of stimulation of 1000 ms. But the block occurs again when the stimulation cycle is reduced to 600 ms. Therefore (high threshold and persistence of the branch block with heart rate of 100 bpm [600ms]), the choice was for the implant of the same electrode in the septal lowest region (inferior right panel showing a projection in the left anterior oblique position at 30º). It is possible to observe the His electrogram record in the quadripolar catheter and the LBB electrogram in the PM electrode [E1] 44 milliseconds after, suggesting that the block is between the His and the location where the potential LBB was registered. A: atrial electrogram; p: proximal; d: distal.

In the first 10 cases, there was unipolar stimulation in areas that were supposedly favorable to the entry of the septal electrode, defined by the presence of the QRS complex, of the “W” morphology in V1 derivation (and/or narrowing of the QRS with R-wave pattern being prevalent in derivation DI, Rs in derivation DII and rS in derivation DIII – Figure 3 ).[8] However, according to the authors’ experience, such a morphology of the QRS complex could be obtained in several positions of the interventricular septum in a single patient, whereas in others such a pattern could not be observed in the QRS, even after extensive mapping of the right interventricular septum. Therefore, in the 42 subsequent cases, the selected location for the electrode entry was defined only by the placement of the electrode in the interventricular septum in relation to the reference of the site where a His electrogram had been registered.

Figure 3

– Variation of impedance during the placement of the stimulation electrode for the capture of the left bundle branch. It is possible to observe a progressive increase of impedance, from 560 to 760 ohms, followed by a progressive increase in the R-wave in V1. The initial measurement shows the QRS complex in V1, with “w” morphology. Whereas the electrode advances through the interventricular septum towards the subendocardial region of the left interventricular septum, the R’ wave in V1 and the impedance during unipolar stimulation increase progressively. The 12-lead electrocardiogram illustrates the final morphology of the QRS complex.

In these locations, more counterclockwise rotation was applied to the sheath until an angle that was close to 90º between the interventricular septum and the C315HIS®sheath could be observed in the left anterior oblique projection 30º (LAO). Once this position was reached, the 3830 electrode was gently clockwise rotated until its fixation and mild penetration of the distal electrode (active fixation mechanism) in the interventricular septum. While progressive insertions of the electrode were visualized, the unipolar stimulation was carried out to assess the duration and morphology of the stimulated QRS complex, the local electrogram (when an intrinsic QRS was available) and the impedance measurement. While the electrode penetrates the interventricular septum, the impedance increases gradually during unipolar stimulation ( Figure 3 ).

The electrode, then, was pushed through clockwise rotation until reaching a depth of about 1 cm, in relation to the distal extremity of the sheath, overlapped to the interventricular septum, in the left anterior oblique position at 30º (LAO). After this point, the 3830 electrode was connected to the electrophysiology polygraph (EP Tracer®Schwarzer Cardiotek, NL) and to the pacemaker analyzer for the record of the local electrogram and the R-wave measurement. Morphology, duration of the QRS complex, and impedance variation – which gradually increases while the electrode penetrates the interventricular septum – were compared to those obtained at the entry point of the electrode during stimulation, with 3.0 V x 0.4 ms energy. If there was no criterion to capture the LBB, the electrode would be slowly introduced, with an additional clockwise rotation of one and a half lap, and the measurements would be repeated until these criteria could be obtained.

Criteria to define Left Bundle Branch capture: One of the most accepted capture criterion of the left bundle branch, nowadays, is the measurement of time for the complete depolarization of the left ventricle, called left ventricular activation time (LVAT). In terms of electrocardiography, LVAT corresponds to the millisecond interval between the stimulation spike and the R-wave peak in V4, V5 or V6; when lower than 90 ms, it characterizes the fast depolarization of the LV, through a conduction system. In the points where there was complex QRS with morphology suggestive of LBB capture (morphology qR or rsR’ in V1), stimulation was performed with low and high energy (respectively, 1.5 V x 0.4 ms and 10 V x 0.4 ms), in order to observe the additional reduction of the QRS complex duration and LVAT in milliseconds (MS). If the site was considered as inadequate, the electrode would be inserted for a few more millimeters, until there was no reduction of these intervals during high energy stimulation.

Maneuvers to assess Left Bundle Branch Capture: LBB capture was defined as the presence of a characteristic electrocardiographic pattern in V1 (qR or rqR’) and at least one of the following criteria: 1) Identification of the LBB potential/Purkinje, preceding the QRS complex, with local potential interval until the surface electrocardiogram between 10-50 ms ( Figure 4 ); 2) LVAT maintenance < 90ms during the unipolar stimulation with high and low energy; 3) progressive change between the non-selective and selective pattern of LBB capture during unipolar stimulation with different levels of energy; 4) change from the non-selective pattern to a muscular septal pattern when too close to the final capture threshold; and finally, 5) extrastimuli testing and pure muscular response or LBB selective capture.[9]

Figure 4

– Pacemaker implant for the Capture of the Left Bundle Branch in a patient with TAVB. Female patient with TAVB and escape, with narrow QRS complex (panel A), submitted to PM implant for the capture of the LBB. Panel B shows electrocardiographic leads and the intracavity record of the LBB potential with HV = 22 ms. The position of the PM electrode, placed deeply into the interventricular septum, can be observed in panel C in the left anterior oblique position at 30º. In this location, the R wave was 12 mV, with stimulation threshold of 0.4VX0.4ms, resulting in a narrow stimulated QRS, identical to that of the escape rhythm, as shown by the precordial leads (V1 to V6) in panel D.

Extrastimuli testing: The proximity between the threshold stimulation value of the LBB and the heart muscle that occasionally surrounds it may make it difficult to distinguish the LBB capture and the left ventricular septal capture, since the stimulated QRS complex may represent a fusion of the stimulation patterns of both structures. Therefore, we usually use the extrastimuli test described by Jastrzbski.[10] The test consists of applying, by using an electrophysiology polygraph, a fixed cycle of unipolar ventricular stimulation of eight paced beats in the electrode addressed to LBB, followed by an extrastimulus with progressive shorter coupling. The second form of the test consists on the deflagration of an isolated extrastimulus, also with progressively shorter coupling. The conclusion is that there is LBB capture when there is a change in the morphology of the QRS complex, from a non-selective capture of the LBB to a pure muscular capture or selective capture of the conduction system.[9] Both are diagnostic answers, as illustrated in Figure 5 . Another way to confirm LBB capture is a threshold test with small wrist width, such as 0.1 or 0.05ms.

Figure 5

– Extrastimuli technique through the pacemaker electrode to show the left bundle branch capture. Panel A shows the presence of sinus rhythm with LBBB, and duration of the QRS complex of 136 ms (two initial beats). During the LBB stimulation, it is possible to observe a reduction in the duration of the QRS complex, to 14 ms, with left ventricular activation time (LVAT) of 78 ms. The electrode position can be shown in left anterior oblique projection at 30º, during the contrast injection through the sheath, and a bidimensional transthoracic echocardiogram illustrates the position of this same electrode through the interventricular septum in panel C. Panels D and E illustrate the difference in the morphology of the QRS complex in V1 during the continuous stimulation, followed by extrastimuli with progressively shorter coupling interval. As opposed to the demonstrated in panel E, where a qR complex can be clearly identified, the QRS complex in V1 does not present the characteristic morphology of LBB capture. In panel D, the refractory period of the muscular portion of the interventricular septum had not been reached yet. With the reduction of the extrastimulus coupling in 10 ms, we observe the loss of septal muscular capture and the typical LBB capture pattern. Abbreviations: RV: right ventricle; LV: left ventricle.

Removal of the sheath and connection of the septal electrode to a generator: Once the LBB capture is confirmed, a small amount of contrast is injected using a C315 sheath to contrast with the right interventricular septum edge and to register the depth reached by the electrode in the intraseptal route. At this moment, the sheath was retreated until the right atrium, the electronic measurements were repeated and the sheath was finally removed, according to the manufacturer’s orientations.

Connecting the electrodes to the generator: In cases of complete atrioventricular block with wide QRS escape, due to the risk of presenting with asystole during intraseptal manipulation, the electrode that was initially destined to the atrium was fixated to the right ventricle and used for temporary ventricular stimulation, and after the implant of the intraseptal electrode, taken to the right auricular appendage. In cases of dual chamber and resynchronization PM, the 3830 electrode was connected to the right ventricular port of the device. In the one case in which the left bundle branch PM was used in a defibrillator, the 3830 electrode was connected to the right ventricular port through a IS1/DF1 connection.

In cases of dual chamber PM or CRT, the atrial and left ventricular electrode (coronary sinus) were placed with the usual technique.

Statistical analysis: The variables included in the analysis were: sex, age, comorbidities, underlying cardiopathy, type of bradyarrhythmia, mean follow-up time, duration of pre and post-implant QRS complex, LVAT, type of indication for the procedure, time of procedure and fluoroscopy, as well as the capture threshold (value of the unipolar stimulation threshold x wrist width in Volts), electrode impedance, and R-wave amplitude. The electric parameters of the two patients in which the LBB capture was not possible were excluded from this analysis.

Data normality was assessed using the Shapiro-Wilk test. The continuous variables of the implant parameters presented non-normal distribution and were compared using the non-parametric Wilcoxon test. The results were described as median and interquartile range (IQR) Q1 – Q3 (percentile 25 – percentile 75). A two-tailed p-value < 0.05 was considered as statistically significant. All of the analyses were performed using the R software, version 3.6.2.

Results

Patients’ characteristics:

Fifty-two procedures were carried out. The median and IQR of the patients’ age was 73.5 (65.0-80.0) years, and 69.2% were male. Forty patients presented with non-ischemic cardiomyopathy (76.92%), 4 presented with ischemic cardiomyopathy (7.69%), and 8 presented with previous PM-induced cardiomyopathy (15.38%). The characteristic of the type of bradyarrhythmia of the patients is described in Table 1 , and one patient can present with more than one type of bradyarrhythmia. Seven patients with atrial fibrillation (AF) needed a PM to control frequency after complete atrioventricular block (CAVB). In 63.5% of the implants (n=33), the initial intention of the procedure was the primary PM implant to stimulate the LBB. In 13.5% of the patients (n=7), there was an initial attempt to stimulate the His axis, and due to unsatisfactory measures obtained in the transoperative period (stimulation threshold > 2 V x 1 ms and/or R-wave < 2 mV), the choice was for the LBB stimulation – considered as secondary implants. In 7.7% of the patients (n=4), with previous hisian PM, there was an increase in the command threshold > 4,0 V x 1 ms during clinical follow-up; 15.4% of the patients (n=8) did not respond to conventional CRT, and were submitted to LBB stimulation. Success was obtained in 50/52 patients (96.2%), which is similar to the rates shown in the literature.[11] The data of two patients in which it was not possible to capture the LBB were not included in the following analyses. Seventeen patients had structural cardiomyopathy and left ventricular ejection fraction (LVEF) lower than 50%. Of the implanted devices, 8 were resynchronization (15.4%), 3 were single-chamber PM (5.8%), 3 were dual chamber cardioverter defibrillator (5.8%), and 38 were dual chamber PMs (73.1% of the devices).

Table 1

– Demographic characteristics of the patients who underwent left bundle branch stimulation

	Total (N=52)
Sex, n (%)
Male	36 (69.2%)
Female	16 (30.8%)
Age (years), median (IQR)	73.5 (65.0-80.0)
SAH, n (%)	39 (75.0%)
DM, n (%)	17 (32.7%)
HFFC, n (%)
NYHA I-II	11 (21.2%)
NYHA III-IV	41 (78.8%)
Underlying cardiopathy, n (%)
Non-ischemic	40 (76.2%)
Ischemic	4 (7.69%)
INduced by previous PM	8 (15.38%)
Type bradyarrhytmia, n (%) ¶
Sinus node dysfunction	3 (5.8%)
1st degree AVB	4 (7.7%)
2nd degree AVB	7 (13.5%)
3rd degree AVB	24 (46.2%)
AF + TAVB	5 (9.6%)
Basal LVEF, median (IQR)	56.2 (44.8-67.1)
Indication, n (%)
Primary implant	33 (63.5%)
Secondary implant	7 (13.5%)
High threshold – hisian PM	4 (7.7%)
CRT	8 (15.4%)
Outcime, n (%)
Success	50 (96.2%)
Failure	2 (3.8%)

¶: The patients may present more than one type of bradyarrhythmia. SAH: Systemic Arterial Hypertension; DM: Diabetes Mellitus; AVB: atrioventricular block; AF: atrial fibrillation; TAVB: total atrioventricular block; PM: pacemaker; CRT: Cardiac resynchronization therapy; HFFC: Heart Failure Functional Class; NYHA: New York Heart Association; LVEF: left ventricular ejection fraction.

Electronic measurements: The median and IQR of the duration of preoperative QRS was 146 (104-175 ms). The duration of the QRX complex during LBB stimulation was 120 (112-130) ms ( Figure 6 ), with LVAT of 78 (70-84) ms. The mean duration of the procedure was 116 (90-130) minutes, with mean fluoroscopy time of 14.2 (10.0-21.6) min. The stimulation threshold for LBB capture was 0.5 (0.4-0.7) V x 0.4 ms, with impedance during stimulation of 676 (534-780) Ohms, and R-wave of 12.00 (7.95-15.30) mV. In five patients with CAVB without escape, it was not possible to assess the amplitude of the R-wave.

Figure 6

– Duration of the QRS complex before and after the direct stimulation of the left bundle branch. The Wilcoxon non-parametric test was used (p=0.001).

Unsuccessful implants: In two (2/52) patients (3.8%) with dilated cardiomyopathy, it was not possible to obtain the LBB capture criteria. In the first case, the patient presented with increased cavity diameter and LVEF of 38%. It was difficult to handle the C315 sheath, thus preventing the mapping of the His axis. After several attempts, fracture of two sheaths and prolonged duration of the procedure and fluoroscopy, we chose to use the conventional resynchronization implant with a left ventricular electrode in the posterolateral branch of the coronary sinus.

In the second patient, with diastolic left ventricular diameter of 59 mm and LVEF of 35%, without previous PM implant and wide QRS complex (infra-hisian CAVB), it was not possible to demonstrate any of the LBB capture criteria despite the difficult placement and apparent adequate position of the ventricular electrode. The electrode was replaced with a conventional active-fixation electrode, placed in the mid-septal region of the right ventricle, due to the possibility of displacement due to the large number of electrode rotations in the attempt to reach the LBB.

Clinical follow-up: During follow-up [median and (IQR)] 8.00 (3.25-10.0) months, it was possible to observe the displacement of the septal electrode to the sub-tricuspid portion of the right ventricle in a patient who presented completely normal parameters at the end of the procedure. This patient remained asymptomatic for 30 days when, at the follow-up appointment in the outpatient clinic, a wide QRS complex was observed, and a thoracic X-ray confirmed the displacement. The patient once again underwent the LBB stimulation implant and remained clinically stable, with stable LBB capture parameters until the last follow-up appointment, six months after the reimplant. In this case, there were difficulties to introduce the electrode inside the septum towards the LBB. The sheath was, then, introduced to provide more support to the electrode, and may inadvertently have produced an enlargement in the entrance and in part of the intraseptal conduct, resulting in less support and possible electrode displacement. Considering this observation (patient 8), the sheath was not forced against the interventricular septum. No other complications or displacements were observed in the short-term follow up (30 days).

Another patient presented with parotid abscess, bacteremia and positive blood culture two weeks after the implant. The patient chose not to remove the electrodes and the PM, and to remain with the continuous use of antibiotics. After 7 months of oral medication, the patient presented with signs of infection, and then the pacemaker and the electrodes were removed, followed by the conventional contralateral PM implant after the adequate control of the infection.

Discussion

This is the first Brazilian series about the direct stimulation of the left bundle branch. The results suggest it is a viable and safe technique to reestablish the physiological activation of the left ventricle in patients with indication for PM.

Relevant findings and comparison with results in the literature: The direct stimulation of the cardiac conduction system through the implantation of an electrode with the His-Purkinje system in its distal proportions, in the LBB region, in a transseptal manner starting in the right ventricle, has proven to be a safe, viable procedure, with high success rates, regardless of the block site presented by the patient. In these patients, similarly to the reports of other groups,[8] the electronic sensitivity and stimulation measurements were considered as adequate, with mean R-wave of 12mV and mean conduction system capture threshold of 0.5 ± V x 0.4 ms. Since this is a position inside the interventricular septum, it was not possible to observe the inscription of the atrial electrogram by the 3830 electrode that could interfere in the sensitivity programming in any of the patients. The necessary period of time for the electrode and device implant and the time of fluoroscopy were also in accordance with the other findings in the literature, and are very close to the data regarding conventional implants.[12]

The direct stimulation of the heart conduction system can be obtained through the direct stimulation of the His axis or the LBB of the His-Purkinje system. The His axis presents major anatomical variation in its fluoroscopy location, short extension of its stimulable portion, and peritricuspid location usually at the apex of the Koch’s triangle, together with the right atrioventricular ring. Therefore, electronic measurements that are unfavorable to cardiac stimulation are not rarely obtained. The low R-wave, a higher stimulation threshold than that of conventional muscular stimulation, and the presence of “fairfield” of the atrial electrogram in the channel addressed to the His axis may result in the early discharge of the PM battery, the “oversensing” of the intrinsic atrial activity, with possibility of inhibiting the ventricular/hisian stimulation, and the imposition of difficulties for the adequate programming of the pacemaker.[13 - 16] Besides,the His axis stimulation technique takes longer than the traditional PM implant, which may increase the risk of infection.[17] However, in the direct stimulation of the LBB, a larger and more branched structure than the His axis, the situation is the opposite. The LBB is larger than the His axis, thus being technically easier and more reproducible to obtain the conduction system stimulation through this approach. In theory, the direct stimulation of the LBB is as physiological for the left ventricle as is the stimulation of the His axis, and presents better electronic sensitivity parameters, stimulation and longer durability of the PM battery due to the lower capture threshold than that provided by the placement of the electrode in the septum.[18]

Another observation in this study suggests that the duration of the QRS complex after the LBB stimulation ranges according to the pre-implant QRS: patients with wide QRS complex present narrowing after the implant, due to the correction of the blocks in subjacent branches, whereas patients with narrow QRS present with minor enlargement due to the resulting electrocardiographic design, similar to the conduction disorder by the right bundle branch ( Figure 5 ). This probably happens because even though the activation of the left ventricle is mainly owed to the intrinsic conduction system – with minor muscular contribution (non-selective capture) – the activation of the right ventricle occurs after a retrograde conduction until the His axis, followed by the anterograde activation through the right bundle branch, or, when there is no retrograde conduction, passively starting in the interventricular septum. In this stimulation technique, the main goal is to obtain the physiological activation of the left ventricle. Therefore, one of our success criteria was the LVAT, and not the duration of the QRS complex (total time of left and right ventricular activation).

Clinical Implications: The direct stimulation of the left bundle branch may reduce, or maybe prevent the dyssynchrony caused by the conventional muscular stimulation of the right ventricle, as well as reduce the rates of cardiomyopathy induced by the PM.[19] In these cases, the use of a single chamber (such as in patients with permanent atrial fibrillation) or dual chamber PM (patients in sinus rhythm) could maintain the intra and interventricular synchrony without the need for an additional electrode for the coronary sinus, as well as the costs of a CRT generator. This type of stimulation would prevent the inconveniece of the stimulation through the coronary sinus, with longer period for the procedure and fluoroscopy to access the posterolateral branches, use of intravenous contrast, phrenic stimulation and displacement of the electrode in the coronary sinus in situations of pacemaker induced cardiomyopathy. Among the patients submitted to the proximal His axis stimulation who present with high capture threshold during the postoperative follow-up period, or difficulties in the programming due to the interferences of the atrial electrogram and low R-wave, which require the stimulation of the His-Purkinje system, the direct stimulation of the LBB is a great alternative, according to some patients in this study.

Another relevant clinical scenario is that the distal implant to the His axis, with direct capture of the LBB, can be used in patients after surgical manipulation or through a transcatheter aortic valve replacement (TAVR), because these procedures can be related to major damage to the proximal conduction system, potentially making the His axis stimulation more challenging, or even impossible. There is evidence showing that the ventricular dysfunction related to the conventional stimulation of the right ventricle can be more frequent in these patients, thus justifying the implementation of therapies addressed to the early ventricular resynchronization in these cases.[20]

Likewise, the stimulation of the LBB can be preferably used in patients with atrial fibrillation submitted to the AV node ablation, thus reducing the risk of cardiomyopathy induced by conventional ventricular stimulation.[11]

Unsuccessful implants: The two patients that were not successful presented with major increase of the right and left ventricular cavities, which may have made it difficult to place the sheath in the correct angle near the interventricular septum, once the sheath was designed to facilitate the access to the His axis in a normal-sized heart. The fixed curve of the sheath may not provide, in these cases, the necessary reach to allow access to the interventricular septum. In these situations, in the attempt to provide more stability and support to the sheath-electrode set, excessive torque in the manipulation may have justified the lack of success in these cases. In patients who had previously undergone intravascular implants, the reduction of the venous route caliber due to fibrosis and/or adherence due to the presence of old electrodes, may lead to a major reduction in the sheath mobility, which is essential for the adequate placement of the set and fixation of the electrode.

Limitations

The LBB stimulation procedure carried out in this study uses an electrode that was not specifically designed for transseptal stimulation; however, we obtained a 96.2% success rate. This is a retrospective study that assesses a small number of patients in a single medical center, which does not allow the comparison of the clinical effect of this approach with the conventional PM implant or the cardiac resynchronization. Despite being a promising technique, with probable great clinical use, it is necessary to assess it in more detail and in the long term before this approach can be incorporated to the routine of implants to replace conventional PM or resynchronization.

Conclusion

The stimulation of the cardiac conduction system through stimulating the left bundle branch of the His-Purkinje system is a safe and viable technique, with high success rates, carried out with low time of procedure and fluoroscopy, and results in short time of left ventricular activation and adequate electronic measurements.

Tabela 2

– Resultados dos procedimentos e parâmetros eletrônicos dos marca-passos

	Total (N=50)
QRS pré-operatório (ms), mediana (IQ)	146 (104-175)
QRS pós-operatório (ms), mediana (IQ)	120 (112-130)
TAVE (ms), mediana (IQ)	78 (70-84)
Tempo de fluoroscopia (min), mediana (IQ)	14,2 (10,0-21,6)
Tempo de procedimento (min), mediana (IQ)	116 (90-130)
Limiar (V x 0,4 ms), mediana (IQ)	0,5 (0,4-0,7)
Impedância (ohms), mediana (IQ)	676 (534-780)
Onda R (mV), mediana (IQ)	12,00 (7,95-15,30)

TAVE: tempo de ativação do ventrículo esquerdo.

Table 2

– Results of the procedures and electronic parameters of the pacemakers

	Total (N=50)
Preoperative QRS (ms), median (IQR)	146 (104-175)
Postoperative QRS (ms), median (IQR)	120 (112-130)
LVAT (ms), median (IQR)	78 (70 - 84)
Time of fluoroscopy (min), median (IQR)	14.2 (10.0-21.6)
Time for the procedure (min), median (IQR)	116 (90-130)
Threshold (V x 0.4 ms), median (IQR)	0.5 (0.4-0.7)
Impedance (ohms), median (IQR)	676 (534-780)
R-wave (mV), median (IQR)	12.00 (7.95-15.30)

LVAT: left ventricular activation time.