Minute Ventilation Sensor Driven Rate Response as a Part of Cardiac Resynchronization Therapy Optimization in Older Patients - Lehto, Sanni (My University, 2025)
With the growing and aging of the population the prevalence of heart failure is rapidly increasing. Furthermore, a growing number of heart failure patients suffer from chronotropic incompetence (CI), defined as the inability to adequately increase heart rate to meet the demands of physical activity. An inadequate raise in heart rate is possibly one of the main limiting factors for exercise capacity in heart failure patients. Additionally, CI is shown to be an independent marker of poorer prognosis. Nevertheless, chronotropic incompetence remains often unrecognized in clinical practice. The primary mechanisms underlying CI include alterations in autonomic nervous system function and the increasing use of beta-blockers as part of optimal medical therapy for heart failure. Rate-adaptive (or rate-responsive) pacing is an established clinical treatment for patients who suffer from CI. Rate-adaptive pacemakers adjust heart rate based on physical activity, guided by one or more sensors. In this study we investigated the use of a minute ventilation (MV) sensor, to achieve as physiological heart rate response to exertion as possible. Previous studies have shown that rate adaptive pacing can improve CI. To our knowledge, no earlier studies have evaluated the use of only MV sensor in patients with cardiac resynchronization therapy (CRT-P). The main goal of this study was to evaluate whether MV sensor driven rate-responsive pacing improves exercise tolerance in elderly patients with CRT-P devices. Exercise tolerance was assessed using the 6-minute walk test (6MWT). Our secondary goal was to assess whether MV sensor driven rate-responsive pacing improves the heart rate score (HRSc), a histogram-based marker of heart rate variability. HRSc shows the proportion of time spent at the most common 10 bpm heart rate bin, with values > 70% identified as an independent predictor of worse prognosis. A total of 61 patients were included in the study, all of whom met a guideline-based indication for CRT-P. At 1-month post-implantation, patients underwent a 6MWT. A maximum heart rate < 100 bpm or < 80% of the age-predicted maximum heart rate (APMHR) was determined as chronotropic incompetence. Patients with CI were programmed to receive rate-responsive pacing (DDDR). The 6MWT was repeated at 3 months post-implantation. HRSc data was also evaluated at 1 and 3 months. CI was present in 46 out of 61 patients. In this group, MV-sensor based rate responsive pacing significantly improved 6MWT results (349 ± 132 m vs. 376 ± 128 m at 1 and 3 months, p < 0.05). Furthermore, rate-responsive pacing reduced the HRSc by 6% (p=0.02), and among patients with a baseline HRSc > 70% the reduction was 14% (p<0.001). With MV sensor-driven pacing the heart rate response to exercise in patients with CI was comparable to that of non-CI patients. Our study did have some limitations. The sample size of the study was relatively small, and some patients were excluded from analysis due to incomplete follow-up data. Additionally, the study focused only on MV sensor-driven pacing and therefore the results may not be generalized to other types of rate-responsive pacing. Despite the modest sample size, our findings suggest that in heart failure patients, rate-adaptive pacing can improve exercise capacity. As rate-responsive sensor technology continues to evolve towards more physiological designs, patient care may be improved in the future. Modern advanced pacemakers are capable of continuously collecting and analyzing heart rate data, and this capability should be used to improve the identification and treatment of chronotropic incompetence.

Väestön kasvamisen ja ikääntymisen myötä sydämen vajaatoiminnan esiintyvyys lisääntyy vauhdilla. Yhä useampi vajaatoimintapotilas kärsii kronotrooppisesta inkompetenssista (CI) eli kyvyttömyydestä nostaa sykettä rasituksen vaatimalle tasolle. Sykkeen riittämätön nousu on todennäköisesti yksi merkittävimpiä liikuntakykyä rajoittavia tekijöitä vajaatoimintapotilailla. Lisäksi tiedetään, että kronotrooppinen inkompetenssi on itsenäinen huonomman ennusteen merkki. Näistä tekijöistä huolimatta sen tunnistaminen kliinisessä työssä, on vielä vähäistä. Tärkeimmät tekijät kronotrooppisen inkompetenssin taustalla ovat autonomisen hermoston muutokset ja lisääntyvä beetasalpaajien käyttö vajaatoiminnan ennustelääkkeinä. Kronotrooppista inkompetenssia on mahdollista hoitaa rasitukseen mukautuvalla tahdistuksella, toisin sanoen sykevasteisella tahdistuksella. Rasitukseen mukautuva tahdistin kontrolloi syketasoa aktiivisuutta mittaavan sensorin tai sensoreiden avulla. Tässä tutkimuksessa tutkimme minuuttiventilaatiosensoria (MV), jolla tavoiteltiin mahdollisimman fysiologista sykevastetta rasitukselle. Tutkimuksen tavoitteena oli selvittää parantaako minuuttiventilaatiosensorin ohjaama sykevasteinen tahdistus rasituksensietokykyä iäkkäillä vajaatoimintatahdistinpotilailla. Rasituksensietoa mitattiin 6 minuutin kävelytestin avulla. Tietojemme mukaan aiempia tutkimuksia MV-sensorin käytöstä yksinään, ei CRT-potilailla ole. Toisena päätavoitteena oli selvittää, saadaanko MV-ohjatulla tahdistuksella parannettua heart rate scorea (HRSc). HRSc on syketason variaation markkeri, joka kertoo yleisimmän syketaajuuden ajallisen osuuden, ja > 70% HRSc:n on tutkimuksissa osoitettu olevan itsenäinen heikomman ennusteen markkeri. Seurantatutkimukseen osallistui 61 potilasta, joilla oli kaikilla hoitosuositusten mukainen indikaatio vajaatoimintatahdistimelle. 1 kuukauden kuluttua tahdistimen asetuksesta tutkittavat suorittivat 6 minuutin kävelytestin. Mikäli suorituksen aikainen syketaso jäi alle 100 iskua/min tai alle 80 %:iin iän perusteella oletetusta maksimista (age-predicted maximum heart rate), tulkittiin tämä kronotrooppiseksi inkompetenssiksi. CI-potilaat ohjelmoitiin rasitukseen mukautuvaan tahdistukseen (DDDR). 6 minuutin kävelytesti toistettiin 3 kuukauden kohdalla. Tahdistimista kerätty HRSc-data arvioitiin myös 1 ja 3 kuukauden kohdalla. CI todettiin 46 potilaalla 61:stä. Sykevasteinen tahdistus paransi kävelymatkaa CI-potilailla merkitsevästi (349 ± 132 m vs. 376 ± 128 m 1 ja 3 kuukauden kohdalla, p < 0.05). Rasitukseen mukautuva tahdistus paransi eli madalsi HRSc:a 6 % (absoluuttinen vähenemä, p = 0,02). Niillä potilailla, joilla lähtötilanteessa HRSc oli > 70%, HRSc parani 14 % (absoluuttinen vähenemä, p < 0,001). MV-ohjatussa rasitukseen mukautuvassa tahdistuksessa CI-potilaiden sykevaste rasitukselle oli vastaavanlainen, kuin kontrolliryhmän, eli niiden tutkittavien, joilla ei todettu ensimmäisessä kävelytestissä CI:tä, sisäsyntyinen sykevaste. Tutkimuksen otanta oli pieni, ja osa potilaista jouduttiin jättämään ulos analyyseistä puutteellisen datan vuoksi. Tutkimus käsitteli vain minuuttiventilaatiosensorin avulla säädettyä tahdistusta, eikä tutkimuksen tuloksia siten voi yleistää koskemaan kaikkea sykemukautuvaa tahdistusta. Vaikka tutkimuspopulaatiomme oli maltillinen, se osoittaa, että oikein valikoiduilla vajaatoimintapotilailla rasitukseen mukautuva tahdistus parantaa suorituskykyä ja ennustetta. Sykemukautuvien sensoreiden kehittyessä yhä fysiologisemmiksi voidaan potilaiden hoitoa parantaa tulevaisuudessa. Nykyiset tehokkaat tahdistimet kykenevät keräämän jatkuvaa tietoa syketasosta ja tätä tulisi käyttää hyväksi, jotta kronotrooppisen inkompetenssin tunnistamista ja hoitoa saataisiin kehitettyä.
Keywords: Cardiac resynchronization therapy, Minute ventilation, Chronotropic incompetence, Rate response pacing, Heart rate score, Elderly patients