background image

 

 

 

 

 

BASIC ELECTROPHYSIOLOGY 

 

 

Antiarrhythmic Drugs 

 

  Myocardial cells maintain transmembrane ion gradients by movement of the 

Na

+

, Ca

2+

 and K

+

 through membrane channels.  

  The resting potential of a cardiac cell is– 85 mV compared to the extracellular 

environment. 

  Depolarization is initiated by a rapid influx of Na

+

 (phase 0). 

 


background image

 

 

In the AV node depolarization is due to the 
slower influx of calcium ions. 

This results in slower conduction of the 
impulse through the AV node than in other 
parts of the heart.  

 

 

 

During the period between phase 0 and the end of phase 2, the cell is refractory to the 
further depolarization (absolute refractory period) since the sodium channels are 
inactivated. 

During phase 3, a sufficiently large stimulus can open enough sodium channels to over- 
come the potassium efflux. This is the relative refractory period. 

 

 

 

The cardiac action potential

 


background image

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Arrhythmia 

Heart condition where disturbances in  

  Pacemaker impulse formation 
  Contraction impulse conduction 
  Combination of the two 

Results in rate and/or timing of contraction of heart muscle that is insufficient to 
maintain normal cardiac output (CO) 

To understand how antiarrhythmic drugs work, need to understand 
electrophysiology of normal contraction of heart 

 

Ventricular Arrhythmia 

  Ventricular arrhythmias are common in most people and are usually not a 

problem but… 

  VA’s are most common cause of sudden death 
  Majority of sudden death occurs in people with neither a previously 

known heart disease nor history of VA’s 

  Medications which decrease incidence of VA’s do not decrease (and may 

increase) the risk of sudden death treatment may be worse then the 
disease! 

 


background image

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ECG (EKG) showing wave segments 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Electrophysiology - resting potential

 

  A transmembrane electrical gradient (potential) is maintained, with the 

interior of the cell negative with respect to outside the cell 

  Caused by unequal distribution of ions inside vs. outside cell 

o  Na

+

 higher outside than inside cell 

o  Ca

+

 much higher  “      “       “         “ 

o  K

+

 higher inside cell than outside 

o  Maintenance by ion selective channels, active pumps and exchangers 

 

Cardiac Action Potential 

  Divided into five phases (0,1,2,3,4) 

o  Phase 4 - resting phase (resting membrane potential) 

  Phase cardiac cells remain in until stimulated 
  Associated with diastole portion of heart cycle  

  Addition of current into cardiac muscle (stimulation) causes  

o  Phase 0 – opening of fast Na channels and rapid depolarization  

  Drives  Na

+

  into  cell  (inward  current),  changing  membrane 

potential 

  Transient outward current due to movement of Cl

-

 and K

+

  

o  Phase 1 – initial rapid repolarization 

  Closure of the fast Na

+

 channels 

  Phase 0 and 1 together correspond to the R and S waves of 

the ECG 

 


background image

 

 

Cardiac Na+ channels 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Differences between nonpacemaker and pacemaker cell action potentials 

  PCs - Slow, continuous depolarization during rest 
  Continuously moves potential towards threshold for a new action potential 

(called a phase 4 depolarization) 

Cardiac Action Potential (con’t) 

  Phase 2 - plateau phase 

o  sustained by the balance between the inward movement of Ca

and outward movement of K 

+

  

o  Has a long duration compared to other nerve and muscle tissue 
o  Normally blocks any premature stimulator signals (other muscle 

tissue can accept additional stimulation and increase contractility 
in a summation effect) 

o  Corresponds to ST segment of the ECG. 

  Phase 3 – repolarization  

o  K

channels remain open,  

o  Allows K

+

 to build up outside the cell, causing the cell to repolarize 

o  K 

channels finally close when membrane potential reaches certain 

level 

o  Corresponds to T wave on the ECG  

 


background image

 

 

 

  Mechanisms of Cardiac Arrhythmias 

  Result from disorders of impulse formation, conduction, or both  
  Causes of arrhythmias 

o  Cardiac ischemia 
o  Excessive discharge or sensitivity to autonomic transmitters 
o  Exposure to toxic substances 
o  Unknown etiology 

 

Disorders of impulse formation 

  No signal from the pacemaker site 
  Development of an ectopic pacemaker 

o  May arise from conduction cells (most are capable of spontaneous activity) 
o  Usually under control of SA node  if it slows down too much conduction 

cells could become dominant 

o  Often a result of other injury (ischemia, hypoxia) 

  Development of oscillatory afterdepolariztions 

o  Can initiate spontaneous activity in nonpacemaker tissue 
o  May be result of drugs (digitalis, norepinephrine) used to treat other  
o  cardiopathologies 

 

                                   Afterdepolarizations 


background image

 

Disorders of impulse conduction 

  May result in 

o  Bradycardia (if have AV block) 
o  Tachycardia (if reentrant circuit occurs) 

 

Reentrant circuit 

Antiarrhythmic drugs 

  Biggest problem – antiarrhythmics can cause arrhythmia! 
  Example: Treatment of a non-life threatening tachycardia may cause fatal 

ventricular arrhythmia 

  Must be vigilant in determining dosing, blood levels, and in follow-up when 

prescribing antiarrhythmics 

Therapeutic overview 

  Na

+

 channel blockade 

  β-adrenergic receptor blockade 
  Prolong repolarization 
  Ca

2+

 channel blockade 

  Adenosine 
  Digitalis glycosides 

Classification of antiarrhythmics (based on mechanisms of action) 

  Class I – blocker’s of fast Na

+

 channels  

o  Subclass IA  

  Cause moderate Phase 0 depression 
  Prolong repolarization 
  Increased duration of action potential 

 


background image

 

  Includes  

  Quinidine – 1

st

 antiarrhythmic used, treat both atrial and 

ventricular arrhythmias, increases refractory period 

  Procainamide -  increases refractory period but side effects 
  Disopyramide – extended duration of action, used only for 

treating ventricular arrthymias 

Class IA - Na+ Channel Blockers 
Procainamide/Quinidine/Disopyramide 

  Mode of action 

o  Depress conduction and prolong refractoriness 

  Atrial, His-Purkinje, ventricular tissue 

o  Peripheral alpha block 
o  Vagolytic 
o  Negative inotrope 

  ECG changes 

o  Increase PR, QRS (Diso:  PR á > QRS á ) 
o  Toxicity: QTc increases by 30% or QT > 0.5 sec 
o  Ca

++

 channel blockade / potent anticholinergic (Diso) 

  Uses 

o  SVT (reentry) or VT 
o  Afib/flutter (on digoxin) 

  Drug interactions-Decrease metabolism of Amiodarone 
  Dose 

o  IV: load 15 mg/kg over 1 hour, then 30-80 mg/kg/min  

  (level 5-10 ng/ml) 

o  PO: 30-70 mg/kg/day 

  Side effects: Lupus- in slow acetylators 

o  ANA + : 50-90%  Symptoms:  20-30 % 

Arrhythmia Therapy 

  Procainamide has been a long-used intravenous 

o  infusion for a wide range of dysrhythmias: 
o  Narrow complex tachycardia:  

  Atrial tachycardia, resistant re-entrant tachycardia 

o  Wide-complex tachycardia:   

  Ventricular tachycardia 

  Downside:  

o  Side effects, negative inotrope, pro-arrhythmic 

 

 


background image

 

Subclass IB 

  Weak Phase 0 depression 
  Shortened depolarization 
  Decreased action potential duration 
  Includes 

  Lidocane (also acts as local anesthetic) – blocks Na+ channels 

mostly in ventricular cells, also good for digitalis-associated 
arrhythmias 

  Mexiletine - oral lidocaine derivative, similar activity 
  Phenytoin – anticonvulsant that also works as antiarrhythmic 

similar to lidocane 

Class IB 
Lidocaine/Mexiletine/Phenytoin 

  Mode of action 

o  Little effect on normal tissues 
o  Decreases Purkinje ERP/ automaticity 
o  Increases Ventricular fibrillation threshold 
o  Depresses conduction, esp. at high rates (Mexiletine) 
o  Suppresses dig-induced delayed afterdepolarizations (Phenytoin) 

  ECG changes 

o  Slight ↓ QTc (Lidocaine/Phenytoin) 

Class IB Lidocaine 

  Use: VT (acute) 

o  Acts rapidly; no depression of contractility/AV conduction 

  Kinetics 

o  t

1/2

 : 5-10 min (1st phase); 80-110 min (2nd phase) 

  Drug interactions 

o  Decreased metabolism w/ CHF/hepatic failure, propranolol, cimetidine 
o  Increased metabolism w/ isuprel, phenobarbital, phenytoin 

  Dose 

o  1 mg/kg, then 20-50 mg/kg/min (level: 2-5 mg/ml) 

  Side effects 

o  CNS toxicity w/ levels > 5 mg/ml 

Class IB Mexiletine 

  Use: VT (post-op CHD) 
  Kinetics:  t

1/2

 =  8 - 12 hrs 

  Drug interactions- rare 
  Dose 


background image

10 

 

3-5 mg/kg/dose (adult 200-300mg/dose) po q 8 hrs 

  Side effects 

Nausea (40%) 
CNS - dizziness/tremor (25%) 

Class IB Phenytoin 

  Uses 

VT (post-op CHD), digoxin-induced arrhythmias 

  Drug interactions 

Coumadin- á PT;  Verapamil- á effect (displaces from protein) 

  Dose 

PO: 4 mg/kg q 6 hrs x 1 day, then 5-6 mg/kg/day ÷ q 12hr 
IV: bolus 15 mg/kg over 1 hr; level 15-20 mg/ml 

  Side effects 

Hypotension, gingival hyperplasia, rash 

Arrhythmia-focused Therapy 

  Class IB antiarrhythmics are very effective and very safe. 
  Little or no effect on “normal” tissues 
  First line for ischemic, automatic arrhythmia's (Ventricular tachycardia) 
  Not a lot of effect on normal conduction tissue – not a good medicine for reentry 

and atrial tachycardias. 

Subclass IC 

  Strong Phase 0 depression 
  No effect of depolarization 
  No effect on action potential duration 

Includes 

1.  Flecainide  (initially developed as a local anesthetic) 
  Slows conduction in all parts of heart,  
  Also inhibits abnormal automaticity 
2.  Propafenone 

  Also slows conduction 
  Weak β – blocker 
  Also some Ca

2+

  channel blockade 

 

 

 


background image

11 

 

Class IC 
Flecainide/Propafenone/Ethmozine 

  Mode of action 

o  Depresses abnormal automaticity (Flec/Ethmozine) 
o  Slows conduction in AV node, AP, ventricle (Flec/Prop) 
o  Shortens repolarization (Ethmozine) 
o  Negative inotrope (Propafenone) 
o  Prolongs atrial/ventricular refractoriness (Propafenone) 

  ECG changes 

o  ↑ PR, QRS 
o  ↑ QTc (Propafenone) 

  Uses: PJRT, AET, CAT, SVT, VT, Afib 
  Kinetics 

t

1/2

 = 13 hrs (shorter if between 1-15 mos old) 

  Drug interactions 

Increases digoxin levels (slight) 
Amiodarone: increases flecainide levels 

  Dose 

70-225 mg/m

2

/day ÷ q 8-12 hr 

Level: 0.2-1.0 mg/ml 

  Side effects 

Negative inotrope- use in normal hearts only  (NO POST-OPs) 
PROARRHYTHMIA - 5-12% (CAST) 

Arrhythmia –focused Therapy 

•  IC’s have a lot of side effects that make them appropriate for use only by 

experienced providers. 

Class II – β–adrenergic blockers 

Based on two major actions 

1.  blockade of myocardial β–adrenergic receptors 
2.  Direct membrane-stabilizing effects related to Na

channel blockade 

Includes 

  Propranolol  

•  causes both myocardial β–adrenergic blockade and membrane-stabilizing 

effects 

•  Slows SA node and ectopic pacemaking 
•  Can block arrhythmias induced by exercise or apprehension 
•  Other β–adrenergic blockers have similar therapeutic effect  

 


background image

12 

 

  Metoprolol 
  Nadolol 
  Atenolol 
  Acebutolol 
  Pindolol 
  Stalol 
  Timolol 
  Esmolol 

Class III – K

channel blockers  

1.  Developed because some patients negatively sensitive to Na channel 

blockers (they died!) 

2.  Cause delay in repolarization and prolonged refractory period 

Includes 

  Amiodarone – prolongs action potential by delaying K

+

 efflux but many other 

effects characteristic of other classes 

  Ibutilide – slows inward movement of Na

+

 in addition to delaying K 

+

 influx. 

  Bretylium – first developed to treat hypertension but found to also suppress 

ventricular fibrillation associated with myocardial infarction 

  Dofetilide - prolongs action potential by delaying K

+

 efflux with no other effects  

Can be very powerful antiarrhythmics but limited indications for first-line use – beyond 
the spectrum of primary care providers 

Amiodarone:  may become a first-line medicine for a broad spectrum of arrhythmias, 
currently still high-risk 

Class IV – Ca

2+ 

channel blockers 

slow rate of AV-conduction in  patients with atrial fibrillation 

Includes 

 Verapamil – blocks Na

+  

channels in addition to Ca

2+;  

also slows SA node in 

tachycardia 

 Diltiazem 

Purinergic Agonists 
Adenosine 

Mode of action 

•  Vagotonic 
•  Anti-adrenergic 
•  Depresses slow inward Ca

++ 

current 

•  Increases K

+

 conductance (hyperpolarizes) 


background image

13 

 

ECG/EP changes 

•  Slows AV node conduction 

Uses 

•  SVT- termination of reentry 
•  Aflutter- AV block for diagnosis 

Kinetics 

•  t

1/2

 = < 10 secs 

•  Metabolized by RBCs and vascular endothelial cells 

Dose 

•  IV: 100-300 mg/kg IV bolus 

Drug interactions 

•  Methylxanthines (caffeine/theophylline) 

Side effects 

•  AFib/ sinus arrest/ sinus bradycardia 
•  Bronchospasm 
•  Flushing/headache 
•  Nausea 

Great medicine: quick onset, quick degradation. 

Digoxin 

Mode of action 

•  Na-K ATPase inhibition 
•  Positive inotrope 
•  Vagotonic 

ECG changes 

•  Increases PR interval 
•  Depresses ST segment 
•  Decreases QT interval 

Use: SVT (not WPW) 

Kinetics 

•  t

1/2

 = preemie (61hrs), neonate (35hrs), infant (18hrs), child (37hrs), adult 

(35-48hrs ) 

 


background image

14 

 

Interactions 

  Coumadin- ↑ PT 
  ↑ Digoxin level 
  Quinidine, amiodarone, verapamil 
  ↓ renal function/renal tubular excretion (Spironolactone) 
  Worse with ↓ K

+

, ↓ Ca

++

 

Digoxin Toxicity 

Nausea/vomiting, lethargy, visual changes 

Metabolic 

•  Hyper K

+

, Ca

++

 

•  Hypo K

+

, Mg

++

 

•  Hypoxemia 
•  Hypothyroidism 

Proarrhythmia 

•  AV block- decreased conduction 
•  SVT- increased automaticity 
•  VT- delayed afterdepolarizations 

Digoxin Toxicity 
Treatment 

•  GI decontamination 

o  Ipecac/lavage/charcoal w/ cathartic 

•  Arrhythmias 

o  SA node /AV node depression- Atropine; if dig > 6, may need pacing 
o  SVT- Phenytoin or b -blocker 
o  VT- Lidocaine (1 mg/kg) or Phenytoin  

•  DC Cardioversion may cause refractory VT/VF!! 

 

 

 

 

Mubark A. Wilkins                                                                         

 




رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
المشاهدات: لقد قام 7 أعضاء و 106 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل