Spatial changes in the atrial fibrillation wave-dynamics after using antiarrhythmic drugs: A computational modeling study

Abstract

Background We previously reported that a computational modeling-guided anti-arrhythmic drug (AAD) test was feasible for evaluating multiple AADs in patients with atrial fibrillation (AF). We explored the anti-AF mechanisms of AADs and spatial change in the AF wave-dynamics by a realistic computational model. Methods We used realistic computational modeling of 25 AF patients (68% male, 59.8±9.8 years old, 32.0% paroxysmal AF) reflecting the anatomy, histology, and electrophysiology of the left atrium (LA) to characterize the effects of 5 AADs (amiodarone, sotalol, dronedarone, flecainide, and propafenone). We evaluated the spatial change in the AF wave-dynamics by measuring the mean dominant frequency (DF) and its coefficient of variation (DF-COV) in 10 segments of the LA. The mean DF and DF-COV were compared according to the pulmonary vein (PV) vs. extra-PV, maximal slope of the restitution curves (Smax), and defragmentation of AF. Results The mean DF decreased after the administration of AADs in the dose dependent manner (p<0.001). Under AADs, the DF was significantly lower (p<0.001) and COV-DF higher (p=0.003) in the PV than extra-PV region. The mean DF was significantly lower at a high Smax (1.4) than a lower Smax condition under AADs. During the episodes of AF defragmentation, the mean DF was lower (p<0.001), but the COV-DF was higher (p<0.001) than that in those without defragmentation. Conclusions The DF reduction with AADs is predominant in the PVs and during a high Smax condition and causes AF termination or defragmentation during a lower DF and spatially unstable (higher DF-COV) condition.

배경 우리는 이전에 심방세동 (AF) 환자에서 다중 AAD를 평가하기 위해 컴퓨터 모델링 유도 항부정맥제 (AAD) 테스트가 가능하다고 보고함. 우리는 AADs의 anti-AF 메커니즘과 AF 파동 역학의 공간적 변화를 현실적인 계산 모델을 통해 탐구함. 방법 우리는 5가지 AAD (아미오다론, 소탈롤, 드로네다론, 플레카이니드 및 프로파페논)의 효과를 특성화 하기 위해 좌심방 (LA)의 해부학, 조직학 및 전기 생리학을 반영하는 25명의 AF 환자 (68% 남성, 59.8±9.8세, 32.0% 발작성 AF)의 실제 계산 모델링을 사용함. 우리는 LA의 10개 부분에서 평균 지배 주파수(DF)와 변동 계수 (DF-COV)를 측정하여 AF 파동 역학의 공간적 변화를 평가함. 평균 DF와 DF-COV는 폐정맥(PV) 대 extra-PV, 복원 곡선의 최대 기울기 (Smax) 및 AF의 조각 모음에 따라 비교함. 결과 평균 DF는 용량 의존 방식으로 AAD 투여 후 감소함(p<0.001). AADs 하에서, DF는 extra-PV 영역보다 PV에서 유의하게 낮았고 (p<0.001) COV-DF는 더 높았다(p=0.003). 평균DF는 AAD에서 낮은 Smax 조건보다 높은 Smax(1.4)에서 상당히 낮았음. AF 조각 모음 에피소드 동안 평균 DF는 조각 모음이 없는 경우보다 낮았지만 (p<0.001) COV-DF는 더 높았음 (p<0.001). 결론 AAD를 사용한 DF 감소는 PV 및 높은 Smax 조건에서 우세하며 낮은 DF 및 공간적으로 불안정한 (높은 DF-COV) 조건에서 AF 종료 또는 조각 모음을 유발함.