The mechanisms of the vulnerable window: the role of virtual electrodes and shock polarity.

Vulnerability and defibrillation are mechanistically dependent upon shock strength, polarity, and timing. We have recently demonstrated that shock-induced virtual electrode polarization (VEP) may induce reentry. However, it remains unclear how the VEP mechanism may explain the vulnerable window and polarity dependence of vulnerability. We used a potentiometric dye and optical mapping to assess the anterior epicardial electrical activity of Langendorff-perfused rabbit hearts (n = 7) during monophasic shocks (±100 V and ±200 V, duration of 8 ms) applied from a transvenous defibrillation lead at various coupling intervals. Arrhythmias were induced in a coupling interval and shock polarity dependent manner: (i) anodal and cathodal shocks induced arrhythmias in 33.2 ± 30.1% and 53.1 ± 39.3% cases (P < 0.01), respectively, and (ii) the vulnerable window was located near the T-wave. Optical maps revealed that VEP was also modulated by the coupling interval and shock polarity. Recovery of excitability produced by negative polarization, known as de-excitation, and the resulting reentry was more readily achieved during the relative refractory period than the absolute refractory period. Furthermore, anodal shocks produced wavefronts propagating in an inward direction with respect to the electrode, whereas cathodal shocks propagated in an outward direction. Wavefronts produced by anodal shocks were more likely to collide and annihilate each other than those caused by cathodal shocks. The probability of degeneration of the VEP-induced phase singularity into a sustained arrhythmia depends upon the gradient of VEP and the direction of the VEP-induced wavefront. The VEP gradient depends upon the coupling interval, while the direction depends upon shock polarity; these factors explain the vulnerable window and polarity-dependence of vulnerability, respectively.Key words: defibrillation, stimulation, arrhythmia, cardiac vulnerability, optical mapping.La vulnérabilité et la défibrillation dépendent de la synchronisation, de la polarité et de l'intensité du choc. Récemment, nous avons démontré que la polarisation d'une électrode virtuelle (PÉV) induite par un choc pourrait provoquer une réentrée. Toutefois, nous ignorons encore comment le mécanisme de PÉV pourrait expliquer la fenêtre vulnérable et la dépendance de la vulnérabilité envers la polarité. Nous avons utilisé un colorant fluorescent et la cartographie optique pour évaluer l'activité électrique de l'épicarde antérieur de cœurs perfusés selon la méthode de Langendorff (n = 7) durant des chocs monophasiques (±100 V et ± 200 V, 8 ms) appliqués lors d'une défibrillation transveineuse effectuée à divers intervalles de couplage. Les arythmies ont été fonction des intervalles de couplage et de la polarité du choc : (i) des chocs anodiques et cathodiques ont induit des arythmies dans 33,2 ± 30,1 % et 53,1 ± 39,3 % des cas (P < 0,01) respectivement; (ii) la fenêtre vulnérable a été localisée près de l'onde T. Les cartes optiques ont révélé que la PÉV était aussi modulée par l'intervalle de couplage et la polarité du choc. La restauration de l'excitabilité provoquée par une polarisation négative, connue sous le nom de désexcitation, et la réentrée résultante, a été plus rapide durant la période réfractaire relative que durant la période réfractaire absolue. De plus, les chocs anodiques ont produit des front d'ondes se propageant vers l'intérieur par rapport à l'électrode, alors que ceux produits par les chocs cathodiques se sont propagés vers l'extérieur. La réentrée provoquée par les chocs anodiques était probablement plus exposée à la collision et à l'annihilation que celle induite par les chocs cathodiques. La probabilité que la singularité de phase induite par la PÉV se dégrade en une arythmie soutenue dépend du gradient de la PÉV et des directions des fronts d'ondes induits par la PÉV. Le gradient de la PÉV dépend de l'intervalle de couplage, alors que la direction dépend de la polarité du choc. Ces facteurs expliquent la fenêtre vulnérable et la dépendance de la vulnérabilité envers la polarité respectivement.Mots clés : défibrillation, stimulation, arythmie, vulnérabilité cardiaque, cartographie optique.[Traduit par la Rédaction] [ABSTRACT FROM AUTHOR]