Laser Ablation of Ventricular Tachycardia

Summary

About 5-10% of patients after myocardial infarction experience sustained ventricular tachycardias. Drugtherapy is successful only in 60 % of these pationts, so that a number of them is on a high risk of a sudden cardiac death.

Indirect surgical approaches like myocardial revascularization, or aneurysm resection haven provon to be ineffective in the treatment of these malignant tachycardias. By the development of electrophysiologic techniques a mechanism of the ventricular tachycardias could be identified as a micro-reentry at the border of myocardial infarction. On this base different direct surgical approaches were advocated by Guiraudon, proposing an encircling endocardial ventriculotomy and by Josephson and Harken recommending a subendocardial resection technique. The results of these direct procedures were much better than those of the prior indirect techniques. The mortality in this series was around 10 % and there still was a postoperative recurrence of the tachycardia in about 20-30%.

Our group started a study in which a Nd:YAG laser was used to photocoagulate areas of myocardium responsible for the initiation of ventricular tachycardia. By its deeper penetration depth the Nd:YAG laser was preferrable to other laser Systems like C02 and Argon-laser. In contrast to cryothermy the Nd:YAG showed three special advantages:

First, it was more effective in the normothermic myocardium, it showed not peripheral zone of temporary myocardial injury, potentially causing late failures, and third equal ablation of tissue could be achieved in much shorter time.

Patients were considered operative candidates when drug therapy failed. Preoporative investigations included formal cardiac catheterization and an electrophysiologic testing with induction and mapping of the ventricular tachycardia. The Operation was performed under normothermic cardiopulmonary bypass and after incision of the area of infarction, the ventricular tachycardia was induced and the responsible area located by mapping. This area was photocoagulated until the tachycardia disappeared and was no longer inducible. Further attempts were made to induce other forms of ventricular tachycardia and when successful, photocoagulation was repeated.

BetweenMay 1985 and April 1987 28 patients have been operated on by this method. All but one had a myocardial infarction between one week and 15 years prior to surgery. The preoperative left ventricular ejection fraction ranged from 0.05 to 0.45 (mean 0.25). One patient with an inferior incision of the left ventricle also required inferior right ventriculotomy for the treatment of a rightsided focus at the intraventricular septum. In 16 patients additional coronary artery bypass grafting was performed. Intraaortic counterpulsation was necessary in 8 patients. Two patients died perioperatively on low-cardiac-output and there has been one late non-cardiac death. 25 of the 26 operative survivors were cured of ventricular tachycardia and one is easily controlled by drugs. Left ventricular ejection fraction improved from a mean of 0.25 preoperatively to 0.32 postoperatively.

In conclusion this method offers promising results when induction, mapping and ablation of ventricular tachycardia can be performed in concert, so that each focal area can be identified and treated. In some cases these foci can be located distal from areas of endocardial fibrosis including even the right side of the intraventricular septum. Further improvements can be expected by an advancement in the sophistication of electrophysiologic techniques. The Nd:YAG laser photocoagulation is proven to be effective as a primary technique for myocardial ablation in the treatment of ventricular tachycardia.

Zusammenfassung

Cirka 5-10% der Patienten, die einen Herzinfarkt erlitten haben, entwickeln in der Folge anhaltende ventrikuläre Tachykardien. Nur 60% dieser teilweise lebensbedrohonden ventrikulären Rhythmusstörungen sind einer medikamentösen Therapie zugänglich.

Indirekte chirurgische Maßnahmen wie die Koronarrevaskularisation, die Sympathektomie oder die Aneurysmaresektion erwiesen sich schon in den frühen 70er Jahren als wenig effektiv in der Behandlung der ventrikulären Tachykardien. Elektrophysiologische Untersuchungen konnten zeigen, daß es sich bei den ventrikulären Tachykardien nach Infarkt um Re-entry-Mechanismen handelt, die ihren Ausgang in der Grenzzone zwischen Narbengewebe und normalem Myokard finden. Es wurden daraufhin direkte chirurgische Methoden zur Behandlung ventrikulärer Tachykardien entwickelt, wobei nach der Methode von Guiraudon eine vom Endokard aus bis zum Epikard reichende Inzision durchgeführt wurde, die sich exakt an der Grenze der sichtbaren Fibrosezone orientierte. Josephson und Harken empfahlen demgegenüber eine subendokardiale Resektion, die bis zu wieder normal erscheinendem Myokard reichte und so das Gebiet, welches für eine mögliche Entstehung ventrikulärer Tachykardien verantwortlich war, entfernte. Die Ergebnisse dieser direkten chirurgischen Techniken waren weitaus besser als die der vorher durchgeführten indirekten Maßnahmen, die Mortalität betrug um 10% und Tachykardierezidive traten in 20-30% der Fälle wieder auf. Weitere Fortschritte dieser Technik wurden mit verfeinerten elektrophysiologischen Methoden und dem endokardialen Mapping zur genauen Lokalisation des Ausgangspunktes ventrikulärer Tachykardien erzielt.

In diesem Rahmen wurde in unserer Gruppe eine Studio begonnen, in welcher mit Hilfe eines Nd:YAG Lasers die für die Entstehung einer ventrikulären Tachykardie verantwortlichen Myokardanteile photokoaguliert wurden. Der ND:YAG Laser wurde dabei wegen seines definierton Eindringvermögens anderen Laser-Systemen wie dem CO2-Laser oder dem Argon-Laser mit einer höheren Oberflächenabsorption vorgezogen. Das bestrahlte Gewebe heilte bei dem Nd:YAG Laser unter Bildung einer Narbe ohne Verlust der strukturalen Integrität. Gegenüber der etablierten Methode der CryoAblation stellten sich in erster Linie drei Vorteile heraus:

1. Der Nd:YAG Laser ist effektiver an normothermem Myokard, welches wiederum für die Durchführung der elektrophysiologischen Untersuchungen von Bedeutung ist.

2. Es bildet sich keine Randzone temporär geschädigten Myokards, welche für Spätversager verantwortlich sein kann.

3. Um am Gewebe einen gleichartigen Effekt zu erzielen, sind mit dem Nd:YAG erheblich kürzere Zeiten erforderlich, welche bei der Cryo-Chirurgie zwischen 60 und 90 Minuten im Gegensatz zu nur 15 Minuten mit dem Laser liegen. Bei den insgesamt aufwendigen operativen Eingriffen ist diese Zeitersparnis für den Patienten von wesentlicher Bedeutung.

Die Patienten werden dann zu einer operativen Behandlung vorgesehen, wenn medikamentöse Behandlungsmaßnahmen nicht zu einem befriedigenden Erfolg führen. Die Voruntersuchungen umfassen die Linksherzkatheteruntersuchung mit Ventrikulographie und Koronarangiographie sowie ausgedehnte elektrophysiologische Untersuchungen mit Provokation der ventrikulären Tachykardien und genauem Mapping. In einigen Fällen müssen diese Untersuchungen unvollständig bleiben, da bedrohliche ventrikuläre Tachykardien zum Abbruch zwingen.

Der operative Eingriff wird unter extrakorporaler Zirkulation in Normothermie durchgeführt. Nach Eröffnung des Infarktareals und genauer Inspektion der Narbenausdehnung wird die ventrikuläre Tachykardie ausgelöst und mit Hilfe des endokardialen Mappings der genaue Ausgangspunkt lokalisiert. Hier wird dann die Laserphotokoagulation durchgeführt, bis die Tachykardie verschwindet und nicht mehr auslösbar ist. Anschließend wird die Auslösbarkeit von Tachykardien an anderen Stellen der Randzone überprüft und gegebenenfalls dort eine weitere Fotokoagulation durchgeführt.

28 Patienten sind in diesem Rahmen zwischen Mai 1985 und April 1987 wegen medikamentenresistenter ventrikulärer Tachykardien behandelt worden. Der Infarkt lag bei diesen Patienten zwischen einer Woche und 15 Jahren zurück. Bei 4 Patienten hatte sich ein linksventrikuläres Aneurysma nach Infarkt ausgebildet. Die deutlich reduzierte Ejektionsfraktion lag zwischen 5 und 45% (Mittel 25 %). Präoperativ waren bei allen Patienten ventrikuläre Tachykardien auslösbar, intraoperativ gelang dies bei 5 Patienten nicht, bei denen dann die Ergebnisse der präoperativen Studien sowie intraoperativ sichtbare Narbenbildungen zur Durchführung des Eingriffes herangezogen wurden. Bei 16 Patienten wurde zusätzlich zur Laserphotokoagulation noch eine Koronarrevaskularisation durchgeführt. 8 Patienten aus der Gesamtgruppe brauchten postoperativ die Unterstützung der intraaortalen Ballonpumpe. Zwei Patienten verstarben perioperativ an den Folgen eines Low-cardia-output, ein Patient verstarb später an einer nicht-kardialen Ursache. 25 der 26 Überlebenden waren postoperativ frei von ventrikulären Tachykardien, einer konnte unter leichter Medikation ebenfalls symptomfrei gehalten werden. Die mittlere Ejektionsfraktion der Patienten stieg von präoperativ 25 % auf postoporativ 32 % an.

Zusammenfassend stellt sich mit der hier beschriebenen Methode eine vielversprechende Möglichkeit in der Behandlung schwerer ventrikulärer Tachykardien dar. Es ist dabei von größter Bedeutung, daß die Provokation, das Mapping und anschließend die Ablation ventrikulärer Tachykardien als Einheit erfolgen und daß dabei auch auf multiple Foci geachtet wird, deren unvollständige Erkennung und Abtragung zu Spätversagern führen kann. Es hat sich weiterhin gezeigt, daß der Ausgangspunkt ventrikulärer Tachykardien nicht unbedingt in unmittelbarem Zusammenhang mit der endokardialen Fibrose stehen muß, sondern auch entfernt davon liegen kann. Teilweise ist sogar die Ablation größerer Myokardge-biete notwendig, da es sich nicht immer um Mikro-RE-entry-, sondern teilweise auch um Makro-Re-entry-Mechanismen handelt. So sind auch weitere Verbesserungen noch durch Fortschritte in der elektrophysiologischen Diagnostik zu erwarten. Die Nd:YAG-Laser-photokoagulation hat sich in jedem Falle als eine effektive Methode bei der Behandlung ventrikulärer Tachykardien erwiesen.

Key words

Ventricular tachycardia - Laser ablation