Permanent atrial pacing: anatomical study of the right atrium pacing atrial lead technologies procedural safety

Background and Objectives The gross anatomy of the right atrial appendage (RAA) and its relationships with the crista terminalis (CT) and the taenia sagittalis (TS) has been poorly described. The RAA is the most common region where leads for the permanent atrial pacing are placed. The atrial leads technology available for lead placement and anchorage is mainly represented by the active or passive fixation. The reliability of active-fixation atrial leads has been compared with passive-fixation ones; straight and J-shaped screw-in lead systems have also been compared. Few data are available on procedural and short-term safety. The first part of this thesis is a comprehensive review about the modern cardiac pacing, mainly oriented to the atrial permanent pacing clinical aspects, technique and materials. The second part is an original contribution about a brief anatomy overview of right atrial structures involved in the permanent pacing including also a retrospective procedural safety comparison among three different atrial pacing leads technologies. Patients and Methods An anatomical study of a consecutive series of human hearts specimens coming from routine autopsies, performed at the Cardiovascular Pathology Unit of the Department of Cardiac, Thoracic and Vascular Sciences of University of Padua, is reported. A total of 100 human hearts have been examined to analyze the macroscopic anatomy of CT and TS. Attention was paid to the anatomic variability of TS in its "entrance" into the RAA. Data were compared with the recent literature. A retrospective study was then carried out, with the aim to analyze the clinical impact on procedural safety of the main currently available atrial leads technologies for permanent pacing. To this purpose, from January 2004 to January 2010, 1464 patients who underwent to a new pacemaker/implantable cardioverter defibrillator (ICD) implantation, were recruited. Among these, 915 (study population) received a passive or active fixation pre-J-shaped or a straight screw-in atrial lead; the remaining 549 patients, who received only a ventricular lead (VVI pacemakers), were excluded. The 3 study groups were: Group S-FIX (165 patients, 18%) receiving a straight screw-in atrial lead (post-shaped in right appendage); Group J-PASS (690 patients, 75.4%) receiving a passive-fixation J-shaped atrial lead and Group J-FIX (60 patients, 6.6%), receiving an active fixation screw-in J-shaped atrial lead. Procedural and short-term complication rates have been analyzed up to 3 months post-implantation. Results Anatomic review: TS has shown 3 main kinds of anatomic variability related to the presence of a main trunk TS (type 1 present in 76% of cases), a double TS (type 2 present in 13% of cases) and a fine arborization without a clear TS represented (type 3 present in 10% of cases). A triple morphology of TS was found in one case. The RAA region proximally to TS (or "antral RAA region") is facing the aortic root, without a clear pericardial space in between; the distal region of the RAA, behind TS (or "saccular RAA region") is not facing closely the pulmonary artery infundibulum, due to its "unbound" nature that better comply the atrial systolic cycles. This could represent a safer region for leads placement, especially for screw-in technology. Procedural atrial leads technology comparison: One complication occurred in each group as follows: one case of sterile pericarditis in the S-FIX group (0.6%) vs one case of sustained atrial fibrillation in the J-PASS group (0.1 %) vs one case of pleuro-pericardial atrial lead perforation/migration in the J-FIX group (1.7 %). The p values were 0.3, 0.1 and 0.4 respectively for each rates comparison. The rate of atrial lead dislodgement was higher in the group J-PASS compared with the group S-FIX but not with the group J-FIX, and is distributed as follows: group S-FIX 0 cases vs group J-PASS 16 (2.3%) cases vs group J-FIX 1 (1.7%) case (p=0.04 and 0.7 respectively). Conclusions The "saccular" RAA could be a safer region for atrial leads insertion and anchorage compared with the “antral” RAA, which is quite close to the ascending aorta. However, in our case series the procedural complications of all the 3 available leads technologies were very low. In particular, no aortic perforations occurred. Straight screw-in atrial leads, “J post-shaped” in the RAA, offer a better stability compared with the passive J pre-shaped fixation and displayed a similar acceptable safety profile compared with both the J pre-shaped systems.

Introduzione e obiettivi Nella pratica clinica l'auricola atriale destra è la sede preferenziale per il posizionamento e l'ancoraggio dei cateteri atriali per la cardio-stimolazione atriale permanente. L'anatomia macroscopica di questa regione atriale destra e i suoi rapporti con la crista terminalis (CT), la taenia sagittalis (TS), l'aorta e l'infundibolo della arteria polmonare, è scarsamente descritta in letteratura. La tecnologia a disposizione, riguardante i cateteri stimolatori atriali per pacemakers, ci fornisce modelli con meccanismo di fissaggio endocardico attivo (a vite retrattile) o passivo (con punta catetere circondata da barbe siliconate) e modelli con forma terminale del catetere diritta (da post-formare a J con stiletto dedicato sempre e solo con fissaggio attivo a vite) o pre-formati a J (disponibili con fissaggio attivo o passivo). La forma J (pre o post-formata) è necessaria per il raggiungimento e la collocazione del catetere nell'auricola destra. In generale i cateteri a fissaggio attivo presentano l'inconveniente teorico di un rischio aumentato di perforazione cardiaca, ma garantirebbero una migliore stabilità, essendo meno esposti alla dislocazione (e necessità di re-intervento). I cateteri a fissaggio passivo, meno esposti al rischio di perforazione, presentano invece una maggiore incidenza di dislocazione a breve e medio termine. La forma a J è stata ideata per poter raggiungere la sede auricolare destra e mantenere la posizione e perciò potrebbe essere teoricamente la migliore per tale scopo. In questo ambito, la tecnologia a fissaggio attivo, unica disponibile per i cateteri dritti (da "post-formare" a J), permette un più affidabile aggancio per quest'ultimo tipo di cateteri. Essi infatti, se non ben ancorati, tendono a staccarsi immediatamente durante la procedura (stante la loro natura a ritornare dritti), ma sono immediatamente riposizionabili e pertanto consentono una certa sicurezza nel testare la loro cosiddetta "stabilità primaria" ovvero intra-operatoria. Il concetto di "stabilità primaria" intra-operatoria è stata l'ipotesi che ha ispirato la seconda parte della presente ricerca, con l’intento di vedere se davvero l'utilizzo di cateteri a fissaggio attivo dritti, post-formati a J in posizione di aggancio auricolare, possa consentire una adeguata affidabilità per la stabilità a medio termine e allo stesso tempo mantenere basso il rischio di eventuali complicanze di tipo perforativo, più caratteristiche dei cateteri a fissaggio attivo. Metodi La prima parte di questa analisi è caratterizzata da una revisione della relativamente scarsa letteratura riguardante l'anatomia macroscopica della auricola atriale destra e dei suoi rapporti con la CT e le sue diramazioni muscolari in forma di muscoli pettinati, talora coalescenti in una struttura unica, la TS. Abbiamo revisionato 100 cuori umani consecutivi provenienti da autopsia eseguita presso il Servizio di Patologia Cardiovascolare del Dipartimento di Scienze Cardiologiche, Toraciche e Vascolari dell’Università-Azienda Ospedaliera di Padova ed esaminato le auricole, la CT, e la presenza, il numero, le dimensioni e il decorso della TS. Abbiamo poi focalizzato la nostra attenzione sui rapporti di contiguità della auricola con le strutture vascolari maggiori cardiache, principalmente la radice aortica e l’arteria polmonare. La seconda parte della presente ricerca è stata disegnata come valutazione retrospettiva riguardo alla sicurezza procedurale e a breve-medio termine, confrontando la tecnologia di tre tipi di cateteri atriali. Per quest'ultimo obiettivo abbiamo raccolto i dati clinici, anagrafici e tecnici procedurali di 1464 pazienti, sottoposti a impianto di nuovo pacemaker, nel periodo compreso tra il gennaio 2004 e il gennaio 2010 presso l’Unità di Elettrofisiologia della Cardiologia dell’Ospedale di Mirano-Venezia. Tra questi, 915 hanno ricevuto un catetere atriale per indicazioni dunque al pacing cardiaco bicamerale (atriale e ventricolare) e costituiscono la popolazione coorte dello studio, mentre i restanti 549, avendo solo ricevuto un pacemaker monocamerale ventricolare (VVI, pertanto senza catetere atriale), sono stati esclusi dall'analisi. In base al tipo di catetere atriale utilizzato abbiamo identificato tre gruppi di studio: 1) gruppo S-FIX (165 pazienti, 18%) con catetere dritto a fissaggio attivo (J post-formato) 2) gruppo J-PASS (690 pazienti, 75.4%) con catetere J preformato a fissaggio passivo 3) gruppo J-FIX (60 pazienti, 6.6%) con catetere J preformato a fissaggio attivo I gruppi sono stati confrontati in base alla comparsa di complicanze peri-procedurali e osservati per questo fino al 3° mese post-procedura. Risultati Revisione anatomica La TS dimostra di avere una certa variabilità anatomica, in relazione alla presenza di: 1) un unico tronco comune (identificata come tipo 1), riportata nel 76% dei casi; 2) una sua duplicazione (identificata come tipo 2), riportata nel 13% dei casi, di rado presentandosi come tenie cosiddette "gemellari", di analoga dimensione e decorso stretto parallelo; 3) di muscoli pettinati finemente arborizzati non coalescenti in una unica struttura definita come TS; pertanto assenza di tenia (pattern identificato come tipo 3) riportato nel 10% dei casi; 4) molto raramente di triplice taenia, riportata solo nell' 1% dei casi. La nostra osservazione si allinea sostanzialmente con i dati della scarsa letteratura anatomica disponibile. Si conferma che la posizione e il decorso della TS, anche nelle morfologie sovrannumerarie, riescono a farci distinguere una porzione prossimale rispetto a una distale della auricola atriale destra. Tali porzioni in effetti corrispondono alle descrizioni da noi definite come auricola "antrale" e "sacculare". Nella totalità dei reperti la prima porzione si mostra particolarmente adesa alla radice aortica, la seconda è contigua, ma con una certa libertà di rapporti, con la radice della arteria polmonare. Tali osservazioni suscitano una riflessione riguardo al corretto posizionamento del catetere atriale a fissaggio attivo a vite, distalmente rispetto a posizioni prossimali, le quali ultime potrebbero essere teoricamente pericolose specialmente in pazienti con dilatazione della radice aortica. Comparazione sicurezza procedurale tra i gruppi dello studio Una complicanza è stata rilevata in ognuno dei gruppi di studio con la seguente distribuzione: un caso di pericardite "sterile" senza sequele, nel gruppo S-FIX (0.5%) vs un caso di fibrillazione atriale sostenuta, indotta meccanicamente durante il posizionamento del catetere atriale, nel gruppo J-PASS (0.1%) vs un caso di perforazione e migrazione nello spazio pleurico del catetere atriale, nel gruppo J-FIX (1.7 %), con valori di p non statisticamente significativi, pari a 0.3, 0.1, 0.4 per ognuno dei confronti. Per quanto riguarda le dislocazioni dei cateteri abbiamo documentato che non si sono registrate dislocazioni nel gruppo S-FIX mentre abbiamo rilevato 16 (2.3%) casi di dislocazioni nel gruppo J-PASS e 1 (1.7%) caso nel gruppo J-FIX, con valori di significatività statistica per il confronto tra gruppo S-FIX vs J-PASS (p=0.04) e solo un trend per il confronto J-PASS vs J-FIX (p=0.7). Conclusioni La regione auricolare distale definita come "sacculare" sembra essere la regione più sicura per l'impianto di catetere atriale per la cardiostimolazione permanente, a prescindere dalla tecnologia di fissaggio utilizzata, rispetto a regioni auricolari più prossimali, definite come "antrali". Nella nostra casistica l'incidenza di complicanze riguardo all'utilizzo delle tre tecnologie di cateteri utilizzate è stata comunque molto bassa. In particolare, tra i pazienti portatori di catetere a fissaggio attivo, abbiamo registrato un solo caso di versamento pericardico lieve (gruppo di studio con catetere dritto) ed un solo caso di perforazione e migrazione tardiva del catetere atriale in spazio pleuro-pericardico (gruppo di studio con catetere J-preformato). Non si sono registrati casi di perforazione dell'aorta ascendente. I cateteri atriali dritti (post-formati a J) a fissaggio attivo offrono una migliore stabilità in confronto ai cateteri a fissaggio passivo (J pre-formati) e un analogo profilo di sicurezza in confronto a entrambi i sistemi J pre-formati (a fissaggio attivo e passivo).