Cardiovascular system

Hussien Mohammed Jumaah
CABM
Lecturer in internal medicine
Mosul College of Medicine
2016

learning-topics

CARDIOVASCULAR SYSTEM

In the UK, one-third of men and one-quarter of women 
will 

die

as a result of ischaemic heart disease(IHD).

In 20% of adults, a patent foramen ovale is Found. The 
atria and ventricles are separated by the 

annulus 

fibrosus

, which forms the skeleton for the atrioventricular 

(AV) valves and which 

electrically insulates 

the atria from 

the ventricles.
The right ventricle (RV) is roughly triangular in shape The 
RV sits anterior to, and to the right of, the left ventricle 
(LV). The LV is more conical in shape and in cross-section is 
nearly circular. 
The LV myocardium is normally around 10 mm thick 
(c.f. RV of 2–3 mm) because 
it pumps blood at a higher pressure.

Direction of blood flow through the heart. 

The blue arrows show deoxygenated 

blood moving through the right heart to the lungs. The red
arrows show oxygenated blood moving from the lungs to the systemic circulation. 
The normal pressures are shown for each chamber in mmHg.

Surface anatomy of 
the heart. 

The coronary arteries. 
anterior view.

The coronary circulation

The left main and right coronary arteries arise from the
left and right sinuses of the aortic root, distal to the aortic
valve . Within 2.5 cm of its origin, the left main
coronary artery divides into the left anterior descending
artery (LAD), which runs in the anterior interventricular
groove, and the left circumflex artery (CX), which runs
posteriorly in the atrioventricular groove. 
The LAD gives branches to supply the anterior part of the 
septum , the anterior, lateral and apical walls of the LV. 
The CX supply the lateral, posterior and inferior segments 
of the LV. 
The right coronary artery (RCA) runs in the right
atrioventricular groove, supply the RA, RV and 
inferoposterior aspects of the LV. 

The posterior descending artery runs in the posterior 
interventricular groove and supplies the inferior part of 
the interventricular septum. This vessel is a branch of the
RCA in approximately 90% of people (

dominant right

system) and is supplied by the CX in the remainder
(

dominant left system

). The RCA supplies the sinoatrial 

(SA) node in about 60% and the AV node in about 90%. 
Abrupt occlusions in the RCA, result in infarction of the 
inferior part of the LV and often the RV. Occlusion of the 
left main coronary artery is usually fatal. The venous 
system follows the coronary arteries but drains into the 
coronary sinus in the atrioventricular groove, and then to 
the RA. The lymphatic system drains into vessels that 
travel with the coronary vessels and then into thoracic duct.

Conducting system of the heart

The SA node is situated at the junction of SVC and RA . It 
comprises specialized atrial cells that depolarise at a rate 
influenced by the autonomic nervous system and by 
circulating catecholamines.During normal (sinus) rhythm, 
wave propagates through both atria via atrial myocytes to 
the AV node conduct relatively slowly producing a 
necessary time delay between atrial and ventricular 
contraction. The His–Purkinje system extending from the 
AV node into right and left bundle branches passing along 
the septum and into the respective ventricles, the anterior 
and posterior fascicles of the left bundle, and the smaller 
Purkinje fibres that ramify through the myocardium. 
His–Purkinje conduct very rapidly and

allow

near-

simultaneous depolarisation of the entire myocardium.

The cardiac conduction 
system. 

Depolarisation starts 

in the sinoatrial node and 
spreads through the atria 
(blue arrows), and then
through the atrioventricular 
node (black arrows). 
Depolarisation then spreads 
through the bundle of His and 
the bundle branches to reach 
the ventricular muscle (red 
arrows). 

Repolarisation 

spreads from epicardium 

to

endocardium (green arrows).

Nerve supply of the heart

The heart is innervated by 

sympathetic

(from the cervical 

sympathetic chain , supply muscle fibres in the atria , 
ventricles and the electrical conducting system, β

1

-

adrenoceptors mediate positive inotropic and chronotropic 
effects, whereas β

2

-adrenoceptors predominate in vascular 

smooth muscle and mediate vasodilatation),

and parasympathetic 

fibres . Parasympathetic pre-

ganglionic fibres and sensory fibres reach the heart through 
the vagus nerves. Cholinergic nerves supply the AV and SA 
nodes via muscarinic (M2) receptors. 
Under resting conditions, vagal inhibitory activity 
predominates and the heart rate is slow. 
Adrenergic stimulation, associated with exercise, emotional
stress, fever and so on, causes the heart rate to increase.

Myocardial contraction

Myocardial cells (myocytes) branches and interdigitates 
with adjacent cells.
The basic unit of contraction is the sarcomere . Actin 
filaments are attached at right angles to the Z-lines and 
interdigitate with thicker parallel myosin filaments. 
The cross-links between actin and myosin molecules 
contain myofibrillar adenosine triphosphatase (ATPase), 
which breaks down adenosine triphosphate (ATP) to 
provide the energy for contraction . 
The extent to which the sarcomere can shorten determines
stroke volume of the ventricle. The force of cardiac muscle 
contraction, or inotropic state, is regulated by the influx 
of calcium ions through ‘slow calcium channels’. 

Cardiac output 

is the product of stroke volume and heart 

rate. Stroke volume is the volume of blood ejected in each 
cardiac cycle, and is dependent upon end-diastolic volume 
and pressure (preload), myocardial contractility and 
systolic aortic pressure (afterload). 

Starling’s Law of the heart

:

Stretch of cardiac muscle (from increased end-diastolic 
volume) causes an increase in the force of contraction, 
producing a greater stroke volume
The contractile state of the myocardium is controlled
by neuro-endocrine factors, such as adrenaline and can be 
influenced by inotropic drugs and their antagonists. 

Blood flow

Blood passes from the heart through the large central
elastic arteries into muscular arteries before encountering 
the resistance vessels, and ultimately the capillary bed, 
where there is exchange of nutrients, oxygen and waste 
products of metabolism. 

The central arteries, 

such as the 

aorta, are predominantly composed of elastic tissue with 
little or no vascular smooth muscle cells. When blood is 
ejected, the compliant aorta expands to accommodate the 
volume of blood before the elastic recoil sustains blood 
pressure (BP) and flow following cessation of cardiac 
contraction. 

This‘Windkessel effect’

(Windkessel when loosely 

translated from German to English means 'air chamber‘)  

prevents 

excessive rises in systolic BP whilst sustaining diastolic BP, 
thereby maintaining coronary perfusion. 

Windkessel vessels e.g. aorta, common carotid, subclavian, 
and pulmonary arteries and their larger branches).
Since the rate of blood entering these elastic arteries 
exceeds that leaving them due to the peripheral resistance 
there is a net storage of blood during systole which 
discharges during diastole. The pulsatile flow of blood
during systole converted into continuous flow due to elastic 
recoiling of the vessel during diastole and maintaining 
coronary perfusion. These benefits are lost with 
progressive arterial stiffening , a feature of ageing and 
advanced renal disease as the arteriosclerosis, lead to 
fragmentation and loss of elastin and the elastic arteries 
become less compliant, The reduction in the Windkessel 
effect results in increased pulse pressure and elevated 
systolic pressure for a given stroke volume.

Passing down the arterial tree, vascular smooth
muscle cells progressively play a greater role until the
resistance arterioles are encountered. Although all
vessels contribute, the resistance vessels (diameter
50–200 μm) provide the greatest contribution to systemic
vascular resistance, with small changes in radius
having a marked influence on blood flow; resistance
is proportional to the fourth power of the radius

(Poiseuille’s Law). 

The tone of these resistance vessels is tightly regulated by 
humoral, neuronal and mechanical factors. 

Coronary blood vessels receive sympathetic and parasympathetic 
innervation. 

Stimulation

of α- adrenoceptors causes vasoconstriction; 

stimulation 

of 

β

2

-adrenoceptors causes vasodilatation; the predominant

effect of sympathetic stimulation in coronaries is vasodilatation. 
Parasympathetic stimulation (muscarinic) also causes dilatation of 
normal coronaries. 

As a result 

of vascular regulation, an atheromatous narrowing in a 

coronary artery does not limit flow, even during exercise, until the 
cross-sectional area of the vessel is reduced by at least 70%.

In addition

, systemic and locally released vasoactive substances 

influence tone; vasoconstrictors include noradrenaline (norepinephrine), 
angiotensin II and endothelin-1, whereas adenosine, bradykinin, 
prostaglandins and nitric oxide are vasodilators. 
Resistance to blood flow rises with 

viscosity

and is mainly influenced 

by red cell concentration (haematocrit).

Endothelial function

The endothelium 

plays a vital role in 

the control of vascular 

homeostasis. 

It synthesises 

and releases many vasoactive 

mediators that cause vasodilatation, including nitric oxide, 
prostacyclin and vasoconstriction, including endothelin-1 
and angiotensin II. A balance exists contributes to the 
maintenance and regulation of vascular tone and BP. 
Damage to the endothelium may disrupt this balance and 
lead to vascular dysfunction, tissue ischaemia and 
hypertension.
The endothelium also has a major influence on key
regulatory steps in the 

recruitment

of inflammatory cells

and on the 

formation and dissolution 

of thrombus. 

The endothelium also stores and 

releases von 

Willebrand 

factor, which promotes thrombus formation by linking 
platelet adhesion to denuded surfaces.

In contrast, once 

intravascular thrombus forms, tissue 

plasminogen activator is rapidly released from adynamic 
storage pool within the endothelium to induce fibrinolysis 
and thrombus dissolution. 
These processes are critically involved in the development 
and progression of atherosclerosis, and endothelial 
function and injury are seen as central to the pathogenesis 
of many  cardiovascular disease states. 

Effects of respiration

There is a fall in intrathoracic pressure during inspiration 
that tends to promote venous flow into the chest, producing 
an increase in the flow of blood through the right heart. 
However, a substantial volume of blood is sequestered in 
the chest as the lungs expand; the increase in the 
capacitance of the pulmonary vascular bed usually exceeds 
any increase in the output of the right heart and therefore 
there is a reduction in the flow of blood into the left heart 
during inspiration. In contrast, expiration is accompanied by 
a fall in venous return to the right heart, a reduction in the 
output of the right heart, a rise in the venous return to the 
left heart (as blood is squeezed out of the lungs) and an 
increase in the output of the left heart .

Pulsus paradoxus

exaggerated fall in BP during inspiration, characteristic 
of cardiac tamponade and severe airways obstruction. In 
airways obstruction, due to accentuation of the change in 
intrathoracic pressure with respiration. In tamponade, 
compression of the right heart prevents the normal 
increase in flow through the right heart on inspiration, 
exaggerates the usual drop in venous return to the left
heart and produces a marked fall in BP 

(> 10 mmHg fall).

Haemodynamic effects of respiration

INVESTIGATION OF CARDIOVASCULAR DISEASE

Basic tests, such as electrocardiography, chest X-ray and 
echocardiography, can be performed in an outpatient
clinic or at the bedside.
Procedures such as cardiac catheterisation, radionuclide
imaging, computed tomography (CT) and magnetic
resonance imaging (MRI) require specialised facilities.
ECG, Leads V1 and V2 lie over the RV, V3 and V4 over 
the interventricular septum, V5 and V6 over the LV .
The Depolarisation of the interventricular septum occurs 
first and moves from left to right; this generates a small 
initial negative deflection in lead V6 (Q wave) and an 
initial positive deflection in lead V1 (R wave). 

How to read a 12–lead ECG

Exercise (stress) ECG

Used to detect myocardial ischaemia during physical stress 
and is helpful in the diagnosis of coronary artery disease 
(CAD). A 12-lead ECG is recorded during exercise on a 
treadmill or bicycle ergometer. The limb electrodes are 
placed on the shoulders and hips rather than the wrists 
and ankles. The Bruce Protocol is the most commonly used. 
BP is recorded and symptoms assessed throughout the test. 
A test is ‘

positive

’ if anginal pain occurs, BP falls or fails to 

increase, or ST shifts of >1 mm . It is an unreliable 
screening tool because, in low-risk (e.g. asymptomatic 
young or middle-aged women), an abnormal response is 
more likely to represent a false positive. Stress testing is 
contraindicated in the presence of ACS , decompensated 
heart failure and severe hypertension.

Exercise testing

Ambulatory ECG

Continuous (ambulatory) ECG recordings 

using a portable 

recorder , record between 1 - 7 days. Principally used in the 
investigation of suspected arrhythmia, such as those with 
intermittent palpitation, dizziness or syncope, can also be 
used to assess rate control in atrial fibrillation, sometimes 
used to detect transient myocardial ischaemia. With some 
devices, the recording can be transmitted to hospital via 
telephone. 

Implantable ‘loop recorders’ 

resemble leadless pacemaker , 

implanted subcutaneously, have a lifespan of 1–3 years and 
are used to investigate patients with infrequent but 
potentially serious symptoms, such as syncope.

Cardiac biomarkers

Brain natriuretic peptide (BNP)

This is 

a 32-amino acid peptide and is

secreted by the LV along 

with an inactive 

76-amino acid N-terminal fragment 

(NT- proBNP). 

The latter is diagnostically more useful, as it has a longer 
half-life, elevated in LV systolic dysfunction, 

aid

the 

diagnosis , prognosis and response to therapy of failure.

Troponin I and troponin T 

are cardiac muscle proteins 

released during myocyte damage, and represent the 
cornerstone of the diagnosis of acute MI. However, modern 
assays are extremely sensitive and can detect very low 
levels of myocardial damage, such as : pulmonary embolus, 
septic shock and pulmonary oedema. The diagnosis of MI 
therefore relies on the clinical presentation.

Chest X-ray
‘ Cardiomegaly’ 

is the term used to describe an enlarged 

cardiac silhouette where the ‘cardiothoracic ratio’ is >0.5.

(comparing the maximum width of the cardiac outline with the maximum internal 
transverse diameter of the thoracic cavity). 

It can be caused by chamber dilatation, especially left 
ventricular dilatation, or by a pericardial effusion. 

Artefactual

cardiomegaly may be due to a mediastinal 

mass or pectus excavatum and cannot be reliably 
assessed from an AP film. Cardiomegaly is not a sensitive 
indicator of left ventricular systolic dysfunction since the 
cardiothoracic ratio is normal in many affected patients 
(false-negative) and also lacks specificity with many 
patients with apparent cardiomegaly having normal 
echocardiograms (false-positive). 

Left atrial dilatation 

results in prominence of the left atrial 

appendage, creating the appearance of a straight left 
heart border, a double cardiac shadow to the right of the 
sternum, and widening of the angle of the carina as the 
left main bronchus is pushed upwards .

• Right atrial enlargement 

projects from the right heart 

border towards the right lower lung field.

• Left ventricular dilatation 

causes prominence of the left 

heart border and enlargement of the cardiac silhouette. 

• Left ventricular hypertrophy 

produces rounding of the 

left heart border.

• Right ventricular dilatation 

increases heart size, displaces 

the apex upwards and straightens the left heart border.

Chest X-ray 

of a patient with mitral 

stenosis and regurgitation indicating 
enlargement of the LA and prominence of
the pulmonary artery trunk.

Chest X-ray 

of a patient with aortic 

regurgitation, left ventricular enlargement 
and dilatation of the ascending aorta.

Radiological features of heart failure. 

A

Chest X-ray of a patient with pulmonary 

oedema. 

Radiological features of heart failure. 

B 

Enlargement of lung base showing 

septal or ‘Kerley B’ lines (arrow).

Echocardiography (echo)

This permits the rapid assessment of cardiac structure and 
function ,wall thickness and ejection fraction. 

Doppler echocardiography

This depends on the Doppler principle that sound waves
reflected from moving objects, such as RBC. The speed and 
direction of blood, can be detected in the heart chambers 
and great vessels. Can be used to detect valvular 
regurgitation, where the direction of blood flow is 
reversed, and to detect high pressure gradients associated 
with stenosed valves. For example, the normal 

resting 

systolic flow velocity

across the 

aortic

valve is 1 m/sec; in 

the presence of aortic stenosis, this is increased as blood 
accelerates through the narrow orifice. 

In severe 

stenosis, 

the peak aortic velocity may be increased to 5 m/sec .

An estimate of the 

pressure gradient 

across a valve or 

lesion is given by the modified Bernoulli equation: 

Advanced techniques 

include three-dimensional echo, 

intravascular US (defines vessel wall abnormalities and 
guides coronary intervention), intracardiac US (provides 
high-resolution images) and tissue Doppler imaging 
(quantifies myocardial contractility and diastolic function).

Bernoulli equation

Common indications for echocardiography

Transoesophageal echocardiography (TOE) 

overweight or has obstructive airways disease, structures  
that are difficult to visualise in transthoracic views, such as 
the left atrial appendage, pulmonary veins, thoracic 
aorta and interatrial septum, TOE uses an endoscope-like 
ultrasound probe which is passed into the oesophagus 
under light sedation and positioned behind the LA. This 
produces high-resolution images, which makes the technique 
particularly valuable for investigating patients with 
prosthetic (especially mitral) valve dysfunction, atrial 
septal defect, aortic dissection, infective endocarditis
(vegetations that are too small to be detected by 
transthoracic echo) and systemic embolism (intracardiac 
thrombus or masses).

Stress echocardiography

Is used to investigate patients with CAD who are 
unsuitable for exercise stress testing, such as those with 
mobility problems or pre-existing bundle branch block. 
A two-dimensional echo is performed before and after
infusion of a moderate to high dose of an inotrope,
such as dobutamine. 
Myocardial segments with poor perfusion become ischaemic 
and contract poorly under stress, showing as a wall motion 
abnormality on the scan. Low-dose dobutamine can induce 
contraction in ‘hibernating’ myocardium; such patients may 
benefit from bypass surgery or PCI .

Computed tomographic imaging

Imaging chambers, great vessels, pericardium, and 
mediastinal structures and masses. 

Contrast scans 

are 

very useful for imaging aortic dissection , pulmonary 
arteries and branches in suspected pulmonary embolism . 
Some centres use it for quantification of coronary artery 
calcification, which may serve as an index of CV risk. 
However, modern 

multidetector

scanning allows non-

invasive coronary angio with a resolution approaching that 
of conventional angio and at a lower radiation. 

CT coronary angiography 

is particularly useful in the 

initial assessment of chest pain and a low or intermediate 
likelihood of disease, since its negative predictive value is 
very high.  Modern volume scanners are also able to assess 
myocardial perfusion, often at the same sitting.

Magnetic resonance imaging (MRI) 

MRI requires no ionizing radiation ,used to image the heart, 
lungs and mediastinal structures. It provides better 
differentiation of 

soft tissue 

structures than CT but is poor 

at demonstrating calcification. It needs to be ‘gated’ to the 
ECG, allowing the scanner to produce moving images of the 
throughout the cardiac cycle. Very useful for imaging the 
aorta, including suspected 

dissection

. It is also useful for 

detecting 

infiltrative

conditions affecting the heart. 

Quantification of blood flow across 

regurgitant or stenotic 

valves. It is also possible to analyse regional wall motion in 
patients with suspected CAD or cardiomyopathy. 

The RV 

is difficult to assess using echo because of its 

retrosternal position but is readily visualised with MRI.

Cardiac catheterisation

This involves passage of catheter via a vein or artery into the heart 
under X-ray guidance, which allows the measurement of 

pressure

and 

oxygen

saturation in the cardiac chambers and great vessels, and the 

performance of 

angiograms

by injecting contrast media into a 

chamber or blood vessel.

Left heart catheterisation 

is a day case procedure and is 

relatively safe, with serious complications occurring in < 1 in 1000 
cases. Usually via the radial artery, to allow catheterisation of the 
aorta (

aortography

defines the size of the aortic root and thoracic 

aorta, and can help quantify aortic regurgitation).

Left

ventriculography

to determine the size and function of the LV and to 

demonstrate mitral regurgitation.

Coronary angiography 

in which the left and right coronary arteries 

are selectively cannulated and imaged, providing information about 
the extent and severity of coronary stenoses, thrombus and 
calcification and permits planning of PCI and CABG . 

Right heart catheterisation 

is used to assess right

heart and pulmonary artery pressures, and to detect
intracardiac shunts by measuring oxygen saturations. For 
example, a step up in oxygen saturation from 65% in the 
RA to 80% in the pulmonary artery is indicative of a large 
left-to-right 

shunt

that might be due to a VSD . 

Cardiac output

can also be measured using thermodilution 

techniques. 

Left atrial pressure 

can be measured directly 

by puncturing the interatrial septum from the RA. For most 
purposes, however, a satisfactory approximation can be 
obtained by ‘wedging’ Swan– Ganz balloon catheter , to 
monitor ‘wedge’ in a branch of the pulmonary artery as a 
guide to left filling pressure in critically ill patients .

The left anterior descending and circumflex 

coronary arteries with 

a stenosis in the left anterior descending vessel. 

A 

Coronary artery 

angiogram. 

B 

Schematic of the vessels and branches

Electrophysiology study (EPS) 

Patients with known or suspected arrhythmia investigated 
by percutaneous placement of electrode catheters into the 
heart via the femoral and neck veins.
EPS performed to evaluate patients for catheter ablation, 
normally done during the same procedure. 

Radionuclide imaging

Non-invasive gamma-emitting radionuclides study cardiac
function .

Two techniques are available, 

although their use is 

declining due to the availability of equivalent or superior 
imaging that have lower or no exposure to radiation.

Blood pool imaging

The isotope is injected IV. A gamma camera detects the 
amount of radiation-emitting blood in the heart at different 
phases of the cardiac cycle, permitting the calculation of 
ventricular 

ejection fractions 

and assessment 

size and 

shape 

of the cardiac chambers.

Myocardial perfusion imaging

A dministration of an  IV  radioactive isotope, such as

99

technetium

tetrofosmin to obtain scintiscans of the 

myocardium at rest and during stress . More sophisticated 
quantitative information is obtained with positron emission 
tomography 

(PET), 

which can also be used to assess 

myocardial metabolism, but this available in a few centres

PRESENTING PROBLEMS IN CARDIOVASCULAR DISEASE

A close relationship 

between symptoms and exercise is the 

hallmark of heart disease.

The New York Heart Association 

(NYHA) 

functional classification is used 

to grade disability .

Pain that occurs after rather than during exertion is usually 
musculoskeletal or psychological in origin. 
The pain of MI typically takes several minutes or longer to 
develop; similarly, angina builds up gradually . 

The pain of :

aortic dissection, pneumothorax , or massive pulmonary 
embolism is usually very sudden or instantaneous in onset.

New York Heart Association (NYHA)
functional classification

Common 
causes of 
chest pain

Chest pain

Characteristics of cardiac pain

• Site. 

Cardiac pain is typically located in the centre

of the chest because of the derivation of the nerve
supply to the heart and mediastinum.

• Radiation

. 

Ischaemic cardiac pain may radiate to the 

neck, jaw, and upper or even lower arms. Occasionally, 
experienced only at the sites of radiation or in the back. 
Pain situated over the left anterior chest and radiating 
laterally is unlikely to be due to ischaemia and may 
have many causes, including pleural or lung disorders, 
musculoskeletal problems and anxiety. 

• Character. 

Cardiac pain is typically dull, constricting,

choking or ‘heavy’, squeezing, crushing, burning or aching 
but not sharp, stabbing, pricking, can be described as 
breathlessness. Patients often emphasise that it is a 
discomfort rather than a pain. They typically use 
characteristic hand gestures (e.g. open hand or clenched 
fist) when describing ischaemic pain .

• Provocation

. 

Anginal pain occurs 

during (not after)

exertion, promptly relieved (<5 minutes) by rest, may be 
precipitated or exacerbated by emotion , exertion, large 
meal or in a cold wind. In crescendo or unstable angina, 
similar pain may be precipitated by minimal exertion or 
at rest. The increase in venous return or preload induced 
by lying down may also be sufficient to provoke pain in 
vulnerable patients (decubitus angina).

The pain of MI 

may be preceded by a period of stable or 

unstable angina but often occurs de novo. 

Pleural or pericardial pain 

described as a ‘sharp’ or 

‘catching’ sensation , exacerbated by breathing, coughing 
or movement. Pain associated with a specific movement 
(bending,stretching,turning) is likely to be 

musculoskeletal

.

• Onset

. 

The pain of MI typically takes several minutes or 

longer to develop; similarly, angina builds up gradually in 
proportion to the intensity of exertion. 
The pain of aortic dissection, massive pulmonary 
embolism or pneumothorax is usually very sudden or 
instantaneous in onset.
Pain that occurs after rather than during exertion is usually 
musculoskeletal or psychological in origin. 

• Associated features. 

The pain of MI, massive pulmonary 

embolism or aortic dissection is often accompanied by 
autonomic disturbance, including sweating, nausea and 
vomiting. 
Breathlessness, due to pulmonary congestion arising from
transient ischaemic left ventricular dysfunction, is often a 
prominent and occasionally the dominant feature of MI or 
angina (

angina equivalent

). Breathlessness

may also accompany any of the respiratory causes
of chest pain and can be associated with cough, wheeze or 
other respiratory symptoms. Gastrointestinal disorders, such 
as gastrooesophageal reflux, peptic ulceration or biliary 
colic, may present with chest pain but effort-related 
‘indigestion’ is usually due to heart disease.

Myocarditis and pericarditis

Pain is characteristically felt retrosternally, to the left of
the sternum, or in the left or right shoulder, and typically
varies in intensity with movement and the phase of 
respiration. The pain is described as ‘sharp’ and may 
‘catch’the patient during inspiration, coughing or lying 
flat; there may be a history of a prodromal viral illness.

Mitral valve prolapse

Sharp left-sided chest pain that is suggestive of a
Musculoskeletal problem may be a feature of prolapse .

Aortic dissection

This pain is severe, sharp and tearing, is often felt in or
penetrating through to the back, typically very abrupt in 
onset .The pain follows the path of the dissection.

Oesophageal pain

This can mimic the pain of angina very closely, is sometimes 
precipitated by exercise and may be relieved by
nitrates. However, it is usually possible to elicit a history
relating chest pain to supine posture or eating, drinking
or oesophageal reflux. It often radiates to the 
interscapular region and dysphagia may be present.

Bronchospasm

Patients with reversible airways obstruction, such as
asthma, may describe exertional chest tightness that is
relieved by rest. This may be difficult to distinguish from
ischaemic chest tightness. Bronchospasm may be associated
with wheeze, atopy and cough .

Musculoskeletal chest pain

This is a common problem that is very variable in site
and intensity but does not usually fall into any of the
patterns described above. The pain may vary with
posture or movement of the upper body and is sometimes
accompanied by local tenderness over a rib or costal 
cartilage. There are numerous causes, including arthritis, 
costochondritis, intercostal muscle injury and Coxsackie viral 
infection (epidemic myalgia or Bornholm disease). Many 
minor soft tissue injuries are related to everyday activities, 
such as driving, manual work and sport.

Initial evaluation of suspected cardiac pain

A careful history is crucial in determining whether pain
is cardiac or not. Although the physical findings and
subsequent investigations may help to confirm the
diagnosis, they are of more value in determining the
nature and extent of any underlying heart disease,
the risk of a serious adverse event, and management.

Stable angina

Effort-related chest pain is the hallmark of angina 
pectoris or ‘choking in the chest’ . The reproducibility, 
predictability and relationship to physical exertion (and 
emotion) of the chest pain are the most important features. 
The duration of symptoms should be noted because patients 
with recent-onset angina are at greater risk than those with 
long-standing and unchanged symptoms.

Physical examination is often normal but may reveal
evidence of risk factors (e.g. xanthoma, left ventricular 
dysfunction (e.g. dyskinetic apex beat, gallop rhythm), 
manifestations of arterial disease (e.g. bruits, signs of 
peripheral vascular disease) and conditions that 
exacerbate angina (e.g. anaemia, thyroid disease). 
Stable angina is usually a symptom of CAD but may be a 
manifestation of other forms of heart disease, aortic valve 
disease and hypertrophic cardiomyopathy. 

Investigations

A full blood count, fasting blood glucose, lipids, thyroid 
tests and ECG. Exercise testing may confirm the diagnosis 
and also identify high-risk patients .CT angiography is very 
useful to exclude the presence CAD where doubt exists.

Pathophysiology, clinical features and risk assessment of 
patients with stable or unstable coronary heart disease.

Acute coronary syndromes (ACS)

Prolonged

, 

severe

chest pain may be due to unstable

angina (recent-onset limiting, rapidly worsening or 
crescendo angina, and angina at rest) or acute MI; known 
collectively as the ACS. Although there may be a history of 
chronic stable angina, an episode is often the first
presentation of CAD .  Patients presenting with symptoms 
consistent with an ACS require 

urgent 

evaluation because

there is a high risk of avoidable complications, such as 
sudden death and MI. Signs of haemodynamic 
compromise (hypotension, pulmonary oedema), ECG

(The most 

useful method of initial triage ) 

ST changes and biochemical markers

of cardiac damage, such as CK, myoglobin , elevated 
troponin I or T,  

are

powerful indicators of short-term risk. 

Repeated ECG are valuable, particularly during an 
episode of pain . Plasma troponin should be measured at 
presentation and, if normal, repeated 6–12 hours after 
the onset. 

If the 

pain has not recurred, troponin not 

elevated and no new ECG changes, the patient may be 
discharged from hospital. 

Physical examination 

may reveal signs of important

comorbidity, such as peripheral or cerebrovascular
disease, autonomic disturbance (pallor or sweating) and
complications (arrhythmia or heart failure).

Summary of treatment for 
acute coronary syndrome 

(ACS). *Not required 
following PCI. Amended 
from SIGN 93. For details 
of the GRACE score, (ACE = 
angiotensin-converting 
enzyme; GP = 
glycoprotein; LMW = low 
molecular weight; 
PCI = percutaneous
coronary intervention).

Breathlessness (dyspnoea)

Dyspnoea of cardiac origin may vary in severity from an 
uncomfortable awareness of breathing to a frightening 
sensation of ‘fighting for breath’. The sensation of 
dyspnoea originates in the cerebral cortex.
There are several causes of cardiac dyspnoea: 
acute left heart failure, 
chronic heart failure, 
arrhythmia and 
angina equivalent . 

Breathlessness (dyspnoea)
Acute left heart failure

May be triggered by a major event, such as MI, in a 
previously healthy heart, or by a relatively minor event, 
such as atrial fibrillation, in a diseased heart. An increase
in the LV-diastolic pressure causes the pressure in the LA, 
pulmonary veins and pulmonary capillaries to rise.

When

the hydrostatic pressure of the pulmonary capillaries 

exceeds the oncotic pressure of plasma (25–30 mmHg), 
fluid moves from the capillaries into alveoli. This stimulates 
respiration through a series of autonomic reflexes, 
producing rapid shallow respiration. 
Congestion of the bronchial mucosa may cause
wheeze

(cardiac asthma). 

Breathlessness (dyspnoea) – cont’d
Acute pulmonary oedema 

is a terrifying experience 

because of the sensation of ‘fighting for breath’. Sitting 
upright or standing may provide some relief by helping
to reduce congestion at the apices of the lungs. 
The patient may be unable to speak and is typically 
distressed, agitated, sweaty and pale. 
Respiration is rapid, with recruitment of accessory muscles, 
coughing and wheezing. Sputum may be profuse, frothy 
and blood-streaked or pink. 
Extensive crepitations and rhonchi are usually audible 
and there may also be signs of right heart failure.

Breathlessness– cont’d Chronic heart failure

Is the most common cardiac cause of chronic dyspnoea. 
Symptoms may first present on moderate exertion, such as 
walking up a steep hill, and may be described as a 
difficulty in ‘catching my breath’. As failure progresses, 
the dyspnoea is provoked by less exertion and, ultimately, 
the patient may be breathless walking from room to room, 
washing, dressing or trying to hold a conversation. 

• Orthopnoea. 

Lying down increases the venous return to 

the heart and provokes breathlessness. Patients may prop 
themselves up with pillows to prevent this.

• Paroxysmal nocturnal dyspnoea. 

In severe heart failure, 

fluid shifts from the interstitial tissues into the circulation within 1–2 
hours of lying down. Pulmonary oedema supervenes, causing the 
patient to wake and sit upright, profoundly breathless.

Cheyne–Stokes respiration. 

This cyclical pattern of

respiration is due to impaired responsiveness of the 
respiratory centre to carbon dioxide and occurs in severe 
left ventricular failure. The pattern of slowly diminishing 
respiration, leading to apnoea, followed by progressively 
increasing respiration and hyperventilation, may be 
accompanied by asensation of breathlessness and panic 
during the period of hyperventilation. The Cheyne–Stokes 
cycle length is a function of the circulation time.
The condition can also occur in diffuse cerebral 
atherosclerosis, stroke or head injury, and may be
exaggerated by sleep, barbiturates and opiates.

Breathlessness – cont’d
Arrhythmia

Usually only does so if the heart is structurally abnormal, 
such as with the onset of atrial fibrillation in mitral stenosis.

Angina equivalent : 

Breathlessness is a common feature of 

angina. Patients will sometimes describe chest tightness as 
‘breathlessness’.
However, myocardial ischaemia may also induce true 
breathlessness by provoking transient left V dysfunction or 
heart failure. 

When 

breathlessness is the dominant or sole feature of 

myocardial ischaemia, it is 

known as ‘angina equivalent’. 

Some causes 
of dyspnoea

Acute circulatory failure (cardiogenic shock)

‘Shock’ is used to describe the clinical syndrome that
develops when there is critical impairment of tissue 
perfusion due to some form of acute circulatory failure.
There are numerous causes of shock. 

Myocardial infarction

Shock in acute MI is due to left ventricular dysfunction
in more than 70% of cases. However, it may also be due
to infarction of the RV and a variety of mechanical 
complications, including tamponade (due to infarction and
rupture of the free wall), an acquired VSD (due to 
infarction and rupture of the septum) and
acute mitral regurgitation (due to infarction or rupture
of the papillary muscles).

Severe myocardial systolic dysfunction causes a fall
in cardiac output, BP and coronary perfusion pressure.
Diastolic dysfunction causes a rise in left ventricular
end-diastolic pressure, pulmonary congestion and
oedema, leading to hypoxaemia that worsens myocardial
ischaemia. This is further exacerbated by peripheral
vasoconstriction. 

These factors combine to create the

‘downward spiral’ of cardiogenic shock. 

Hypotension, 

oliguria, confusion and cold, clammy peripheries are the 
manifestations of a low cardiac output, whereas 
breathlessness, hypoxaemia, cyanosis and inspiratory 
crackles at the lung bases are typical features of 
pulmonary oedema. A chest X-ray may reveal signs of 
pulmonary congestion when clinical examination is normal. 

The downward 
spiral of 
cardiogenic 
shock.

If necessary, a Swan– Ganz catheter can be used to 
measure the pulmonary artery wedge pressure and to 
guide fluid replacement.
The findings can be used to categorise patients with acute 
MI into four haemodynamic subsets. Those with 
cardiogenic shock should be considered for immediate 
coronary revascularisation.

The viable myocardium surrounding a fresh infarct

may contract poorly for a few days and then recover.
This phenomenon is known as 

myocardial stunning

and means that acute heart failure should be treated
intensively because overall cardiac function may
subsequently improve.

Acute circulatory failure (cardiogenic shock) – cont’d
Acute massive pulmonary embolism

This may complicate leg or pelvic vein thrombosis and
usually presents with sudden collapse. Bedside echo may 
demonstrate a small, underfilled, vigorous LV with a dilated 
RV; it is sometimes possible to see thrombus in the right 
ventricular outflow tract or main pulmonary artery. 
CT pulmonary angio usually provides a definitive diagnosis.

Cardiac tamponade

This is due to a collection of fluid or blood in the pericardial
sac, compressing the heart; the effusion may be small <100 
mL. Sudden deterioration may be due to bleeding into the
pericardial space. Tamponade may complicate any form
of pericarditis but can be caused by malignant disease.

Other causes 

include trauma and rupture of the free wall

of the myocardium following MI. An ECG may show 
features of the underlying disease, such as pericarditis or 
acute MI. When there is a large pericardial effusion, the 
ECG complexes are small and there may be electrical 
alternans: a changing axis with alternate beats caused by 
the heart swinging from side to side in the pericardial fluid. 
A chest X-ray shows an enlarged globular heart but can 
look normal. 
Echo is the best way of confirming the diagnosis and helps 
to identify the optimum site for aspiration of the fluid. 
Prompt recognition of tamponade is important because the 
patient usually responds dramatically to percutaneous 
pericardiocentesis or surgical drainage.

Clinical features of pericardial tamponade

Acute circulatory failure (cardiogenic shock) – cont’d
Valvular heart disease

Acute left ventricular failure and shock may be due to
the sudden onset of aortic, mitral regurgitation or prosthetic 
valve dysfunction . Murmurs are often unimpressive because 
there is usually a tachycardia and a low cardiac output. 
Transthoracic echo will establish the diagnosis in most cases; 
however, transoesophageal echo is sometimes required, 
especially in prosthetic mitral valves. Patients with acute 
valve failure usually require cardiac surgery. 
Aortic dissection may lead to shock by causing aortic 
regurgitation, coronary dissection, tamponade .

Causes of acute valve failure

Heart failure

Heart failure describes the clinical syndrome that develops 
when the heart cannot maintain adequate output, or can 
do so only at the expense of elevated ventricular filling 
pressure. In mild to moderate forms of heart failure, 
cardiac output is normal at rest and only becomes 
impaired when the metabolic demand increases during 
exercise or some other form of stress. In practice, heart 
failure may be diagnosed when a patient with significant 
heart disease develops the signs or symptoms of a low
cardiac output, pulmonary congestion or systemic
venous congestion. Almost all forms of heart disease can 
lead to heart failure. 

Mechanisms of heart failure

Mechanisms of heart failure 

Cause 

Reduced ventricular contractility

In coronary artery disease,

‘akinetic’ or ‘dyskinetic’ segments contract poorly and may impede the 

function of normal segments by distorting their contraction and 
relaxation patterns.

Myocarditis/cardiomyopathy

Global dysfunction and progressive ventricular dilatation.

Ventricular 

outflow

obstruction (pressure overload)

a. Hypertension, aortic stenosis (left heart failure)
b. Pulmonary hypertension, pulmonary valve stenosis (right failure).
Initially, concentric ventricular hypertrophy allows the ventricle to 
maintain a normal output by generating a high systolic pressure.
Later, secondary changes in the myocardium and increasing
obstruction lead to failure,ventricular dilatation and rapid deterioration

Mechanisms of heart failure – cont’d

Cause 

Ventricular 

inflow

obstruction

a. Mitral stenosis
b. tricuspid stenosis 

Small, vigorous ventricle, dilated hypertrophied atrium. Atrial 
fibrillation is common , 
often causes marked deterioration because ventricular filling 
depends on atrial contraction.
Ventricular volume overload
a. Ventricular septal defect.
b. Right ventricular volume overload (e.g. atrial septal defect).
c.

Increased metabolic demand (high output).

Dilatation and hypertrophy allow the ventricle to generate a high 
stroke volume and help to maintain a normal cardiac output.
However, secondary changes in the myocardium lead to impaired 
contractility and worsening heart failure

Mechanisms of heart failure – cont’d

Cause 

Arrhythmia 

a. Atrial fibrillation :

Tachycardia does not allow for adequate filling 

of the heart, resulting in reduced output and back pressure.

b. Tachycardia cardiomyopathy :

Incessant tachycardia causes 

myocardial fatigue

c. Complete heart block :

Bradycardia limits cardiac output, even if 

stroke volume is normal

Diastolic dysfunction

a. Constrictive pericarditis : 

Marked fluid retention , peripheral 

oedema, ascites, pleural effusions and elevated jugular veins

b. Restrictive cardiomyopathy : 

Bi-atrial enlargement (restrictive 

filling pattern and high atrial pressures). AF cause deterioration

c. Left ventricular hypertrophy and fibrosis,Cardiac tamponade : 

Good systolic function but poor diastolic filling.Hypotension, 
elevated jugular veins, pulsus paradoxus, poor urine output.

The most common aetiology is CAD and MI.  Untreated 
heart failure carries a poor prognosis; approximately 
50% with severe failure due to left V- dysfunction will die
within 2 years, because of pump failure or malignant V-
arrhythmias.
Pathophysiology
Cardiac output is determined by preload (volume and 
pressure of blood in the ventricles at the end of diastole), 
afterload (volume and pressure of blood in the ventricles 
during systole) and myocardial contractility; this is the 
basis of 

Starling’s Law.

The fall in cardiac output can occur because of impaired 
systolic contraction, impaired diastolic relaxation, or both. 
This activates counterregulatory neurohumoral mechanisms 
that, in normal physiological circumstances, would support 
cardiac function but, in the setting of impaired ventricular 
function, can lead to a deleterious increase in both afterload 
and preload . A vicious circle may be established because 
any additional fall in cardiac output will cause further 
neurohumoral activation and increasing peripheral vascular 
resistance. Stimulation of the renin–angiotensin–aldosterone
system leads to vasoconstriction, sodium and water
retention, and sympathetic nervous system activation.
This is mediated by angiotensin II, a potent constrictor
of arterioles, in both the kidney and the systemic circulation.

Activation of the sympathetic nervous system may 
initially sustain cardiac output through increased 
myocardial contractility (inotropy) and heart rate 
(chronotropy). 

Prolonged sympathetic stimulation 

also 

causes

negative effects, including cardiac myocyte 

apoptosis, hypertrophy and focal myocardial necrosis. 
Sympathetic stimulation 

also causes 

peripheral 

vasoconstriction 

and

arrhythmias. Sodium and water 

retention is promoted by the release of aldosterone, 
endothelin-1 

(a potent vasoconstrictor peptide with marked effects on the renal 

vasculature) 

and antidiuretic hormone (ADH). 

Natriuretic 

peptides 

are released from the atria in response to atrial 

stretch, and act as physiological antagonists to the fluid-
conserving effect of aldosterone.

After MI, 

cardiac contractility is impaired and neurohumoral 

activation causes hypertrophy of non-infarcted segments, 
with thinning, dilatation and expansion of the infarcted 
segment 

(remodelling).

This leads to further deterioration in ventricular function
and worsening heart failure.
Pulmonary and peripheral oedema occurs because of
high left and right atrial pressures, respectively; this
is compounded by sodium and water retention, caused
by impairment of renal perfusion and by secondary
hyperaldosteronism.

Starling’s Law

. 

Normal (A), mild (B), 

moderate (C) and severe (D) heart 
failure. Ventricular performance is 
related to the degree of
myocardial 

stretching. 

An increase in 

preload (end-diastolic volume,
end-diastolic pressure, filling 
pressure or atrial pressure) will 
therefore enhance function; however, 

overstretching

causes marked 

deterioration. 
In heart failure, the curve moves to 
the right and becomes flatter. 

An increase 

in myocardial 

contractility 

or a reduction 

in 

afterload will shift the curve upwards 
and to the left (

green arrow).

Neurohumoral activation and compensatory mechanisms in heart 
failure. There is a vicious circle in progressive heart failure.

Types of heart failure

Left, right and biventricular heart failure

Left-sided heart failure. 

There is a reduction in left 

ventricular output

increase in left atrial and 

pulmonary venous pressure. An acute increase in left 
atrial pressure causes pulmonary congestion or 
pulmonary oedema; a more gradual increase in left atrial 
pressure, as occurs with mitral stenosis, leads to reflex 
pulmonary vasoconstriction, which protects the patient 
from pulmonary oedema. This increases pulmonary 
vascular resistance and causes pulmonary hypertension, 
which can, in turn, impair right ventricular function.

Right-sided heart failure. 

There is a reduction in right

ventricular output

increase in right atrial

and systemic venous pressure.

Causes of 

isolated

right heart failure include chronic lung 

disease (cor pulmonale), pulmonary embolism and 
pulmonary valvular stenosis.

Biventricular heart failure. 

May develop because the 

disease process, such as dilated cardiomyopathy or 
ischaemic heart disease, affects both ventricles or 
because disease of the left heart leads to chronic 
elevation of the left atrial pressure, pulmonary 
hypertension and right heart failure.

Diastolic and systolic dysfunction

Heart failure may develop as a result of impaired 
myocardial contraction (systolic dysfunction) but can also 
be due to poor ventricular filling and high filling pressures
stemming from abnormal ventricular relaxation (diastolic
dysfunction). The latter is caused by a stiff, noncompliant
ventricle and is commonly found in patients with left 
ventricular hypertrophy. 
Systolic and diastolic dysfunction often coexist, particularly 
in patients with CAD .

High-output failure

A large arteriovenous shunt, beri-beri, severe anaemia or 
thyrotoxicosis can occasionally cause heart 
failure due to an excessively high cardiac output.

Acute and chronic heart failure

Heart failure may develop suddenly, as in MI, or gradually,
as in progressive valvular heart disease. The term 
‘compensated heart failure’ is sometimes used to describe 
the condition of those with impaired cardiac function, in 
whom adaptive changes have prevented the development 
of overt heart failure. A minor event, such as an 
intercurrent infection or development of atrial fibrillation, 
may precipitate overt or acute heart failure .Acute left 
heart failure occurs, either de novo or as an acute 
decompensated episode, on a background of chronic heart 
failure: so-called acute-on- chronic heart failure.

Factors that may precipitate or aggravate
heart failure in pre-existing heart disease

Clinical assessment

Acute left heart failure
Acute de novo left ventricular failure presents with
a sudden onset of dyspnoea at rest that rapidly
progresses to acute respiratory distress, orthopnoea and
prostration. The precipitant, such as acute MI, is often
apparent from the history. The patient appears agitated, 
pale and clammy. The peripheries are cool to the touch and 
the pulse is rapid. Inappropriate bradycardia or excessive 
tachycardia should be identified promptly, as this may be 
the precipitant for the acute episode of heart failure. 
The BP is usually high because of sympathetic nervous 
system activation, but may be normal or low if the patient is 
in cardiogenic shock.

JVP is usually elevated, particularly with associated fluid 
overload or right heart failure. In acute de novo heart 
failure, 

there has been no time for

ventricular dilatation 

and the apex is not displaced. A ‘gallop’ rhythm, with a 
third heart sound, is heard quite early in the development 
of acute left sided heart failure. 

A new systolic murmur 

may signify 

acute mitral regurgitation or ventricular septal 

rupture. Auscultatory findings in pulmonary oedema are 
crepitations at the lung bases, or throughout the lungs if 
pulmonary oedema is severe. Expiratory wheeze often 
accompanies this. Acute-on-chronic heart failure will have 
additional features of long-standing heart failure , 
precipitants, respiratory tract infection or inappropriate 
cessation of diuretic medication, should be identified.

Chronic heart failure
Commonly follow a relapsing and remitting course. Low 
cardiac output causes fatigue, listlessness , poor effort 
tolerance; the peripheries are cold and the BP is low. To 
maintain perfusion of vital organs, blood flow is diverted 
away from skeletal muscle and this may contribute to 
fatigue and weakness. Poor renal perfusion leads to 
oliguria and uraemia. Pulmonary oedema due to left heart 
failure presents with inspiratory crepitations over the lung 
bases. In contrast, right heart failure produces a high JVP 
with hepatic congestion and dependent peripheral 
oedema. In ambulant, the oedema affects the ankles, 
whereas, in bed-bound patients, it collects around the 
thighs and sacrum.  Ascites or pleural effusion may occur .

Chronic heart failure is sometimes associated with
marked weight loss (cardiac cachexia), caused by 
a combination of :
anorexia and impaired absorption due to 
gastrointestinal congestion, 
poor tissue perfusion due to a low cardiac output, 
and skeletal muscle atrophy due to immobility.

Clinical 
features of 
left and 
right heart 
failure.

Differential diagnosis of peripheral oedema

Complications  of heart failure
In advanced heart failure, the following may occur:

• Renal failure 

is caused by poor renal perfusion due

to low cardiac output and may be exacerbated by
diuretic, ACE inhibitors and angiotensin receptor blockers

• Hypokalaemia 

may be the result of treatment with

potassium-losing diuretics or hyperaldosteronism caused by 
activation of the renin–angiotensin system and impaired
aldosterone metabolism due to hepatic congestion. 

• Hyperkalaemia 

may be due to the effects of drugs

in particular the combination of ACE inhibitors or ARB 
mineralocorticoid receptor antagonists. These effects are 
amplified if there is renal dysfunction.

• Hyponatraemia 

is a feature of severe failure and is a 

poor prognostic sign. It may be caused by diuretic, 
inappropriate water retention due to high ADH secretion.

• Impaired liver function 

is caused by hepatic venous

congestion, which frequently cause mild jaundice and 
abnormal liver function tests; reduced synthesis of clotting 
factors can make anticoagulant control difficult.

• Thromboembolism

. 

VTE may occur due to the effects

of a low cardiac output and enforced immobility.
Systemic emboli occur in patients with atrial fibrillation or 
flutter, or with intracardiac thrombus complicating conditions 
such as mitral stenosis, MI or left ventricular aneurysm.

• Atrial and ventricular arrhythmias 

are very common

and may be related to electrolyte changes (e.g.
hypokalaemia, hypomagnesaemia), the underlying
cardiac disease, and the pro-arrhythmic effects of
sympathetic activation. Atrial fibrillation occurs in
approximately 20% of patients with heart failure and 
causes further impairment of cardiac function.
Sudden death occurs in up to 50% with heart failure and 
is often due to a ventricular arrhythmia. Frequent 
ventricular ectopic beats and runs of non-sustained 
ventricular tachycardia are common findings and
are associated with an adverse prognosis.

Investigations
Serum urea, creatinine and electrolytes, haemoglobin,
thyroid function, ECG and chest X-ray. Brain natriuretic
peptide (BNP) is elevated in heart failure and is a marker
of risk; it is useful in the investigation of patients with
breathlessness or peripheral oedema.
Echocardiography is very useful and should be considered
in all patients with heart failure in order to:
• determine the aetiology
• detect unsuspected valvular disease, such as mitral 
stenosis
• identify patients who will benefit from long-term
drug therapy, e.g. ACE inhibitors .

Chest X-ray
High pulmonary venous pressure in left-sided heart
failure first shows on the chest X-ray . as an abnormal 
distension of the upper lobe pulmonary veins
(with the patient in the erect position). The vascularity
of the lung fields becomes more prominent, and the
right and left pulmonary arteries dilate. Subsequently,
interstitial oedema causes thickened interlobular septa
and dilated lymphatics. These are evident as horizontal
lines in the costophrenic angles (

septal or ‘Kerley B’

lines). More advanced changes due to alveolar oedema
cause a hazy opacification spreading from the hilar
regions, and pleural effusions.

Radiological features 
of heart failure. 

A

Chest X-ray of

a patient with 
pulmonary oedema. 

B 

Enlargement of lung 

base showing septal or 
‘Kerley B’ lines (arrow).

Management of acute pulmonary oedema

This is an acute medical emergency:

• Sit the patient up to reduce pulmonary congestion.
• Give oxygen (high-flow, high-concentration).
Non-invasive positive pressure ventilation 

(continuous positive 

airways pressure (CPAP) of 5–10 mmHg) 

by a tight-fitting facemask 

results in a more rapid clinical improvement.
• Administer nitrates, IV glyceryl trinitrate 

(10–200 μg/min or 

buccal glyceryl trinitrate 2–5 mg, titrated upwards every 10 minutes), 

until clinical 

improvement occurs or systolic BP falls to < 110 mmHg.
• Administer a loop diuretic, furosemide

(50–100 mg IV).

The patient should initially be kept rested, with continuous
monitoring of rhythm, BP and pulse oximetry. 

• Intravenous opiates must be used sparingly in distressed 
patients, as they may cause respiratory depression and 
exacerbation of hypoxaemia and hypercapnia.
• 

If these measures prove ineffective, 

inotropic agents

may be required to augment cardiac output, particularly
in hypotensive patients. Insertion of an intra-aortic
balloon pump may be beneficial in patients with acute
cardiogenic pulmonary oedema and shock.

Management of chronic heart failure

1. General measures

Education of patients. Some may need to weigh themselves 
daily, as a measure of fluid load, and adjust their diuretic. 
Treat the underlying cause (e.g. CAD ) is important.

2. Drug therapy

Cardiac function can be improved by increasing 
contractility, optimising preload or decreasing afterload. 
Drugs that reduce preload are appropriate in patients with 
high end-diastolic filling pressures and evidence of 
pulmonary or systemic venous congestion. 
Those that reduce afterload or increase myocardial
contractility are more useful in patients with signs and 
symptoms of a low cardiac output.

Diuretic therapy

In heart failure, diuretics produce an increase in urinary
sodium and water excretion , reduces preload and 
improves pulmonary and systemic venous congestion. It may 
also reduce afterload, leading to a fall in ventricular wall 
tension and increased cardiac efficiency. 
Although a fall in preload tends to reduce cardiac output, 
the ‘Starling curve’ in heart failure is flat, so there may be 
a substantial and beneficial fall in filling pressure with little 
change in cardiac output . Nevertheless, excessive diuretic 
may cause an undesirable fall in cardiac output, especially 
in patients with a marked diastolic component. This leads to 
hypotension, lethargy and renal failure.

In some patients with severe chronic heart failure,
oedema may persist, despite oral loop diuretic therapy.
In such patients, an intravenous infusion of furosemide
(5–10 mg/ hr) may initiate a diuresis. Combining a loop 
with a thiazide diuretic (e.g. 

bendroflumethiazide 5 mg daily

) may 

prove effective, but this can cause an excessive diuresis.

Mineralocorticoid receptor antagonists, 

such as

spironolactone and eplerenone, are of particular benefit 
in patients with heart failure with severe left ventricular 
systolic dysfunction. They may cause hyperkalaemia, 
particularly when used with an ACE inhibitor. 
They 

improve longterm clinical outcome in 

patients with 

severe heart failure or heart failure following acute MI.

Angiotensin-converting enzyme (ACE) inhibition therapy

ACE inhibition therapy 

interrupts the vicious circle of 

neurohumoral activation that is characteristic of moderate 
and severe heart failure by preventing the conversion of 
angiotensin I to angiotensin II, thereby preventing peripheral 
vasoconstriction, activation of the sympathetic nervous
system , 

and 

salt and water retention due to aldosterone 

release. 
These drugs 

also prevent 

the undesirable activation of the 

renin–angiotensin system caused by diuretic . In moderate 
and severe heart failure, ACE inhibitors can produce a 
substantial improvement in effort tolerance and in mortality. 

Beta-adrenoceptor blocker therapy

Counteract the deleterious effects of enhanced 
sympathetic stimulation and reduces arrhythmias and 
sudden death. When initiated in standard doses, they may 
precipitate acute-on-chronic heart failure, but when given 
in small incremental doses (e.g. bisoprolol started at a 
dose of 1.25 mg daily, and increased gradually over a 
12-week period to a target maintenance dose of 10 mg 
daily), they can increase ejection fraction, improve 
symptoms, reduce hospitalisation and reduce mortality in 
patients with chronic heart failure . Betablockers are 

more 

effective at 

reducing mortality than ACE inhibitors 

:

relative risk reduction of 33% versus 20%, respectively.

They can also improve outcome and prevent the onset of 
overt heart failure in patients with poor residual left 
ventricular function following MI.
ACE inhibitors can cause symptomatic hypotension
and impairment of renal function, especially in patients
with bilateral RAS or preexisting renal disease. An increase 
in serum potassium concentration. Short-acting ACE 
inhibitors can cause marked falls in BP, particularly in the 
elderly or when started in the presence of hypotension, 
hypovolaemia or hyponatraemia. In stable patients without 
hypotension (systolic BP > 100 mmHg), ACE inhibitors can 
usually be safely started. 

However, in other patients, it is usually advisable to 
withhold diuretics for 24 hours before starting treatment 
with a small dose of a long-acting agent, preferably given 
at night. 
Renal function and serum potassium must be monitored and 
should be checked 1–2 weeks after starting therapy.

Angiotensin receptor blocker therapy

Act by blocking the action of angiotensin II on the heart, 
peripheral vasculature and kidney. They produce beneficial 
haemodynamic changes that are similar to the effects of 
ACE inhibitors but are generally better tolerated. They have 
comparable effects on mortality and are a useful 
alternative for patients who cannot tolerate ACE inhibitors. 

ARBs are normally used as an alternative to ACE 
inhibitors, but the two can be combined in patients with 
resistant or recurrent heart failure.

Vasodilator therapy

These drugs are valuable in chronic heart failure, 

when

ACE inhibitor or ARB drugs are contraindicated (e.g. in
severe renal failure). Venodilators, such as nitrates,
reduce preload, and arterial dilators, such as 
hydralazine, reduce afterload .Their use is limited by 
pharmacological tolerance and hypotension.

Ivabradine

Ivabradine inhibit the

I

f 

inward current in the SA node,

resulting in reduction of heart rate.
It reduces hospital admission and mortality rates in 
patients with heart failure due to moderate or severe left 
ventricular systolic impairment. 
In trials, its effects were most marked in patients with a 
relatively high heart rate (over 77/min), so ivabradine is 
best suited to patients who cannot take β-blockers or in 
whom the heart rate remains high despite β-blockade. 

It is ineffective in patients in atrial fibrillation. 

Digoxin

Digoxin can be used to provide rate control in
patients with heart failure and atrial fibrillation. In
patients with severe heart failure (NYHA class III–IV ) , 
digoxin reduces the likelihood of hospitalisation for heart 
failure, although it has no effect on long-term survival.

Amiodarone

This is a potent anti-arrhythmic drug that has little negative 
inotropic effect and may be valuable in patients with poor 
left ventricular function. 
It is only effective in the treatment of symptomatic 
arrhythmias, and 

should not 

be used as a preventative 

agent in asymptomatic patients.

3. Implantable cardiac defibrillators 

and

resynchronisation therapy

Patients with symptomatic ventricular arrhythmias and
heart failure have a very poor prognosis. Irrespective of
their response to anti-arrhythmic therapy, all should be 
considered for implantation because it 

improves survival . 

In patients 

with marked 

intraventricular conduction delay, 

prolonged depolarisation may lead to uncoordinated left 
ventricular contraction. When this is associated with severe 
symptomatic heart failure, 

cardiac resynchronisation

should be considered. Here, both the LV and RV are paced 
simultaneously to generate a more coordinated left 
ventricular contraction and improve cardiac output. This is 
associated with improved 

symptoms and survival.

4. Coronary revascularisation

Coronary artery bypass surgery or percutaneous 
coronary intervention may improve function in 
areas of the myocardium that are ‘hibernating’ 
because of inadequate blood supply, and can be 
used to treat carefully selected patients with heart 
failure and coronary artery disease. 
If necessary, ‘

hibernating

’ myocardium can be 

identified by stress echocardiography and 
specialized nuclear or MR imaging.

5. Heart transplantation

Cardiac transplantation is an established and successful
treatment for patients with 

intractable

heart failure.

CAD and dilated cardiomyopathy are the most common 
indications. 
The introduction of ciclosporin for immunosuppression has 
improved survival, which is around 80% at 1 year. The use 
of transplantation is limited by the efficacy of modern 
drug and device therapies, as well as the availability of 
donor hearts, so it is generally reserved for young patients 
with severe symptoms despite optimal therapy.

Conventional heart transplantation is contraindicated
in patients with pulmonary vascular disease due
to long-standing left heart failure, complex congenital
heart disease (e.g. Eisenmenger’s syndrome) or primary
pulmonary hypertension because the RV of the donor
heart may fail in the face of high pulmonary vascular
resistance. 

However,

heart–lung transplantation can be

successful in patients with Eisenmenger’s syndrome.
Lung transplantation has been used for primary 
pulmonary hypertension. 

Although 

cardiac transplantation usually produces a 

dramatic improvement in the recipient’s quality of life, 

serious complications may occur:

Complications

• Rejection

. In spite of routine therapy with ciclosporin A, 

azathioprine and corticosteroids, episodes of rejection are 
common and may present with heart failure, arrhythmias; 
cardiac biopsy is often used to confirm the diagnosis before 
starting treatment with high-dose corticosteroids.

• Accelerated atherosclerosis

. 

Recurrent heart failure is 

often due to progressive atherosclerosis in the coronary 
arteries of the donor heart. 

Angina is rare because 

the 

heart has been denervated.

• Infection. 

Opportunistic infection with organisms such as 

cytomegalovirus or Aspergillus remains a major cause of 
death in transplant recipients.

6. Ventricular assist devices (VADs) 

• as a bridge to cardiac transplantation
• potential long-term therapy
• short-term restoration therapy following a potentially 
reversible insult, e.g. viral myocarditis.VADs assist cardiac 
output by using pulsatile pump that, in some cases, is 
implantable and portable. They withdraw blood through 
cannulae inserted in the atria or apex and pump it into the 
pulmonary artery or aorta. They unload the ventricles and 
to provide support to the pulmonary and systemic 
circulations. Their application is limited by high 
complication rates (haemorrhage, systemic embolism, 
infection, neurological and renal sequelae), although some 
improvements in survival and quality of life have been
demonstrated in patients with severe heart failure.

General measures for the management of heart failure

Adverse effects of loop-acting and thiazide 
diuretics

The effect of treatment on 
ventricular performance

curves in heart failure. 

(A) 

Diuretics and 

venodilators 

(B) 

Angiotensin converting

enzyme (ACE) inhibitors 
and mixed vasodilators 

(C) 

Positive inotropic agents

ACE inhibitors and treatment of chronic heart failure

ACE inhibitor and ARB dosages in heart failure

Angiotensin receptor blockers and chronic heart failure

Beta-blockers and treatment of chronic heart failure

Neurohumor
al activation
and sites of 
action of 
drugs used 
in
the treatment 
of heart 
failure.

Chest X-ray of a biventricular 
pacemaker and defibrillator 

(cardiac resynchronisation 
therapy). 
The right ventricular lead (RV) 
is in position in the ventricular 
apex and is 

used for 

pacing 

and defibrillation. 
The left ventricular lead (LV) is 
placed via the coronary sinus, 
and the right atrial lead (RA) is 
placed in the right atrial
appendage; 
both are used 

for

pacing only.

Congestive cardiac failure in old age

Syncope and presyncope

The term ‘syncope’ refers to sudden loss of consciousness
due to reduced cerebral perfusion. 
Presyncope
refers to lightheadedness in which the individual thinks
he or she may black out. Syncope affects around 20% of 
the population at some time and accounts for more than 
5% of hospital admissions. Dizziness and presyncope are 
very common in old age . Symptoms are disabling, 
undermine confidence and independence, and can affect 
an individual’s ability to work or to drive.

There are three principal mechanisms that underlie
recurrent presyncope or syncope:

• cardiac syncope 

due to mechanical cardiac dysfunction 

or arrhythmia

• neurocardiogenic syncope, 

abnormal autonomic reflex 

causes bradycardia and/or hypotension

• postural hypotension, 

in which physiological

peripheral vasoconstriction on standing is impaired,
lead to hypotension.
Loss of consciousness can also be caused by non-cardiac
pathology, such as 
epilepsy, cerebrovascular ischaemia or hypoglycaemia .

The differential diagnosis of syncope and presyncope.

Differential diagnosis

History-taking, from the patient or a witness, is the key 
to establishing a diagnosis. Attention should be paid to 
potential triggers (e.g. medication, exertion,  posture), the 
victim’s appearance (e.g. colour, seizure activity), the 
duration of the episode and the speed of recovery . 
Cardiac syncope is usually sudden but can be 
associated with premonitory lightheadedness, palpitation 
or chest discomfort. The blackout is usually brief and 
recovery rapid. 
Neurocardiogenic syncope will often be associated with 
a situational trigger, and the patient may experience 
flushing, nausea and malaise for several minutes 
afterwards.

Patients with seizures do not exhibit pallor, may have
abnormal movements, usually take more than 5 minutes
to recover and are often confused. A history of rotational
vertigo is suggestive of a labyrinthine or vestibular
disorder .The pattern and description of the patient’s 
symptoms should indicate the probable mechanism and 
help to determine subsequent investigations.
Postural hypotension is normally obvious from the 
history, with presyncope or, less commonly, syncope, 
occurring within a few seconds of standing.

Typical features of cardiac syncope, vasovagal 
syncope and seizures

A simple guide to 
the investigation 
and diagnosis of
recurrent 
presyncope and 
syncope.

1. Cardiac syncope

Arrhythmia

Lightheadedness may occur with many arrhythmias, but 
blackouts (Stokes–Adams attacks) are usually due to 
profound 

bradycardia

or malignant ventricular

tachyarrhythmias

. ECG may show evidence of conducting 

system disease (e.g. sinus bradycardia, AV block, BB block) 
which would predispose to bradycardia, but the key to 
establishing a diagnosis is to obtain an ECG recording 
while symptoms are present. Ambulatory ECG recordings 
are helpful only if symptoms occur several times per week.
an implantable ECG recorder can be sited subcutaneously
over the upper left chest. Stored ECGs can be accessed by 
the implanting centre, using a telemetry device 

Structural heart disease

Severe aortic stenosis and hypertrophic obstructive 
cardiomyopathy can lead to lightheadedness or syncope 
on exertion. This is caused by profound hypotension due 
to a fall in cardiac output, or failure to increase output
during exertion, coupled with exercise-induced peripheral
vasodilatation. 
Severe coronary artery disease can produce the same 
symptoms because of ischaemic left ventricular 
dysfunction. 
Exertional arrhythmias also occur in these patients.

2. Neurocardiogenic syncope

Bradycardia and/or hypotension occur because of a
series of abnormal autonomic reflexes. 
The two main conditions are hypersensitive carotid sinus 
syndrome and malignant vasovagal syncope.

Situational syncope

This is the collective name given to some variants of
neurocardiogenic syncope that occur in the presence of
identifiable triggers (e.g. cough, micturition syncope).

Vasovagal syncope

This is normally triggered by a reduction in venous
return due to prolonged standing, excessive heat or a
large meal. It is mediated by the Bezold– Jarisch reflex,

Bezold–Jarisch reflex, a combination of sympathetic
activation, and reduced venous return due to an impaired 
vasoconstrictor response to standing, leads to vigorous 
contraction of relatively under-filled ventricles. This 
stimulates ventricular mechanoreceptors, producing 
parasympathetic (vagal) activation and sympathetic 
withdrawal, causing bradycardia, vasodilatation or both. 

Head-up 

tilt-table

testing is a provocation test used to 

establish the diagnosis, and involves positioning the patient 
supine on a padded table that is then tilted to an angle of 
60–70° for up to 45 minutes, while the ECG and BP 
responses are monitored. 

A positive test is characterised 

by bradycardia (cardio-

inhibitory response) and/or hypotension (vasodepressor 
response) associated with typical symptoms.

Initial management involves lifestyle modification
(salt supplementation and avoiding prolonged standing,
dehydration or missing meals). In resistant cases, drug
therapy can be tried, although efficacy is inconsistent in
clinical trials. Fludrocortisone (causes sodium and water
retention and expands plasma volume), disopyramide
(a vagolytic agent) or midodrine (a vasoconstrictor
α- adrenoceptor agonist) may be helpful. Beta-blockers
(inhibit the initial sympathetic activation) are seldom
effective and are rarely used. In patients with resistant
vasovagal syncope in which bradycardia is the 
predominant response, a dual-chamber pacemaker can be 
useful. Patients with a urinary sodium excretion of less than
170 mmol/day may respond to salt loading.

Hypersensitive carotid sinus syndrome (HCSS) 

Causes presyncope or syncope because of reflex 
bradycardia and vasodilatation. 

Carotid baroreceptors 

are involved in BP regulation and 

are activated by increased BP, resulting in a vagal 
discharge that causes a compensatory drop in BP. In HCSS, 
the baroreceptor is sensitive to external pressure (e.g. 
during neck movement or if a tight collar is worn), so that 
pressure over the carotid artery causes an inappropriate
and intense vagal discharge.
The diagnosis can be established by monitoring the ECG 
and BP during carotid sinus pressure. 
This manoeuvre 

should not 

be attempted in patients with 

a carotid bruit or with a history of cerebrovascular disease 
because of the risk of embolic stroke. 

A positive cardio-inhibitory response is defined as a 

sinus pause of 3 seconds 

or more; 

A positive vasodepressor response is defined as 

a fall 

in 

systolic

BP of 

> 50 mmHg.

Carotid sinus pressure will produce positive findings in
about 10% of elderly individuals but less than 25% of
these experience spontaneous syncope. 
Symptoms should not therefore be attributed to HCSS 
unless they are reproduced by carotid sinus pressure. 
Dual-chamber pacemaker implantation usually prevents 
syncope in patients with the more common cardio-
inhibitory response.

Syncope and presyncope– cont’d

3. Postural hypotension

This is caused by 

a failure of normal postural 

compensatory mechanisms. Relative hypovolaemia (often 
due to excessive diuretic therapy), sympathetic
degeneration (diabetes mellitus, Parkinson’s disease, 
ageing) and drug therapy (vasodilators, antidepressants) 
can all cause or aggravate the problem. 

Treatment

is often ineffective; however, withdrawing

unnecessary medication and advising the patient to wear 
graduated elastic stockings and to get up slowly may be 
helpful. Fludrocortisone which can expand blood volume 
through sodium and water retention, may be of value.

Palpitation

Is a very common and sometimes frightening symptom. 
Patients use the term to describe many sensations, including 
erratic, fast, slow or forceful heart beat, or even chest 
pain or breathlessness. Initial evaluation should 
concentrate on determining its likely mechanism, and 
whether or not there is significant underlying heart disease. 
A detailed description of the sensation is essential and 
patients should be asked to describe their symptoms clearly, 
or to demonstrate the sensation of rhythm by tapping with 
their hand. 
The diagnosis should be confirmed by an ECG recording 
during an episode using an ambulatory ECG monitor or a 
patient-activated ECG recorder.

Recurrent but short-lived bouts of an irregular heart
beat are usually due to atrial or ventricular extrasystoles
(ectopic beats). Some patients will describe the 
experience as a ‘flip’ or a ‘jolt’ in the chest, while others 
report dropped or missed beats , more frequent during 
periods of stress or debility; they can be triggered by 
alcohol or nicotine.
These may also reflect a hyperdynamic circulation, such 
as anaemia, pregnancy and thyrotoxicosis, and can occur 
in some forms of valve disease (e.g. aortic regurgitation). 
Discrete bouts of a very rapid (>120/min) heart beat 
are more likely to be due to a paroxysmal 
tachyarrhythmia (SVT or VT). 

In contrast, episodes of atrial fibrillation typically present 
with irregular and usually rapid palpitation. 
Palpitation is usually benign and, even if the patient’s 
symptoms are due to an arrhythmia, the outlook is good if 
there is no underlying structural heart disease. 
Most cases are due to an awareness of the normal heart 
beat, a sinus tachycardia or benign extrasystoles, in which
case an explanation and reassurance may be all that is
required. 

Palpitation associated with 

presyncope or

syncope may

reflect 

more serious structural or electrical

disease and should be investigated without delay.

How to evaluate palpitation

• Is the palpitation continuous or intermittent?
• Is the heart beat regular or irregular?
• What is the approximate heart rate?
• Do symptoms occur in discrete attacks?

Is the onset abrupt ? How do attacks terminate?

• Are there any associated symptoms?
Chest pain, lightheadedness, polyuria (feature of SVT )
• Are there any precipitating factors, e.g. exercise, 
alcohol?
• Is there a history of structural heart disease, e.g. 
coronary artery disease, valvular heart disease?

A simple 
approach to 
the diagnosis 
of palpitation.

Cardiac arrest and sudden cardiac death

Cardiac arrest describes the sudden and complete

loss

of cardiac output due to 

Asystole, 
Ventricular

tachycardia or fibrillation, or 

loss of mechanical 

cardiac contraction (pulseless electrical 

activity). The clinical diagnosis is based on the victim being 
unconscious and pulseless; breathing may take some time 
to stop completely after cardiac arrest.  Death is virtually 
inevitable, unless effective treatment is given promptly, 
accounts for 25–30% of deaths from CVD.
Coronary artery disease(CAD) is the most common 
condition leading to cardiac arrest. Ventricular fibrillation 
or tachycardia is common in the first few hours of MI and 
many victims die before medical help is sought.

Up to one-third of people developing MI die before 
reaching hospital, emphasising the importance of educating 
the public to recognise symptoms and to seek medical help 
quickly.  Acute myocardial ischaemia (in the absence of 
infarction) can also cause these arrhythmias, although less 
commonly. Patients with a history of previous MI may be at 
risk of sudden arrhythmic death, especially if there is 
extensive left ventricular scarring and impairment, or if 
there is ongoing myocardial ischaemia. In these patients, 
the risk is 

reduced by 

the treatment of heart failure with 

β-blockers and ACE inhibitors, and by coronary 
revascularisation. For some, the risk of sudden death is 
reduced by the implantation of a cardiac defibrillator.

Aetiology of cardiac arrest

Cardiac arrest may be caused by ventricular fibrillation,
pulseless ventricular tachycardia, asystole or pulseless
electrical activity.

Ventricular fibrillation and pulseless ventricular 
tachycardia

These are the most common and most easily treatable
cardiac arrest rhythms. Ventricular fibrillation produces
rapid, ineffective, uncoordinated movement of the 
ventricles, which therefore produces no pulse. The ECG
shows 

rapid, bizarre and irregular 

ventricular complexes. 

Ventricular tachycardia can cause cardiac arrest if the 
ventricular rate is so rapid that effective mechanical 
contraction and relaxation cannot occur, especially in the 
presence of severe left ventricular impairment. 

Defibrillation will restore 

cardiac output in more

than 80%, if delivered immediately. However, the chances 
of survival fall by at least 10% with each minute’s delay, 
and by more if basic life support is not given; thus provision 
of these is the key to survival.

Asystole

This occurs when there is 

no electrical activity 

within the 

ventricles and is usually due to failure of the conducting
tissue or massive ventricular damage complicating MI. 
A precordial 

thump

, external cardiac massage, or 

administration of intravenous 

atropine

or 

adrenaline

may 

restore cardiac activity. 
When due to conducting tissue failure, permanent 

pacemaker

implantation will be required if survive.

Pulseless electrical activity

This occurs when there is no effective cardiac output 
despite the presence of 

organised electrical activity. 

It 

may be caused by reversible conditions, such as 
hypovolaemia, cardiac tamponade or tension 
pneumothorax , but is often due to a catastrophic event, 
such as cardiac rupture or massive pulmonary 
embolism, therefore carries an extremely poor prognosis.

Ventricular fibrillation. 

A bizarre chaotic rhythm, initiated in this case by two 
ventricular ectopic beats in rapid succession.

Coronary artery disease (85%)

• Myocardial ischaemia
• Acute MI
• Prior MI with myocardial scarring

Structural heart disease (10%)

• Aortic stenosis 
• Hypertrophic cardiomyopathy
• Dilated cardiomyopathy 
• Arrhythmogenic right ventricular dysplasia 
• Congenital heart disease 

No structural heart disease (5%)

• Long QT syndrome 
• Brugada syndrome 
• Wolff–Parkinson–White syndrome 
• Adverse drug reactions (torsades de pointes)
• Severe electrolyte abnormalities

Causes of sudden arrhythmic death

Management of cardiac arrest

The Chain of Survival

Refers to the sequence of events that is necessary to 
maximise the chances of surviving, basic life support is 
administered by a trained individual, the emergency 
medical services respond promptly, and defibrillation is 
achieved within a few minutes. In recent years, public 
access defibrillation has been introduced in places of high 
population density, particularly where traffic congestion 
railway stations, airports and sports stadia. Designated 
individuals can respond to a cardiac arrest using basic 
life support and an automated external defibrillator.

The Chain of Survival in cardiac arrest. 
(ALS = advanced life support; 
CPR = cardiopulmonary resuscitation

Basic life support (BLS) 

BLS encompasses manoeuvres that aim to maintain a low 
level of circulation until more definitive treatment with 
advanced life support can be given. The ABCDE approach 
to management of the collapsed patient should be 
followed: prompt assessment and restoration of the Airway, 
maintenance of ventilation using rescue Breathing (‘mouth-
to-mouth’ breathing), maintenance of the Circulation using 
chest compressions; Disability, in resuscitated patients, refers
to assessment of neurological status, and Exposure entails 
removal of clothes to enable defibrillation, auscultation of 
the chest, and assessment for a rash caused by anaphylaxis, 
injuries or so on .Chest compression-only (‘hands-only’) 
CPR is easier for members of the public to learn and 
administer, now advocated in public education campaigns.

Algorithm for adult 
basic life support. 
From Resuscitation 
Council (UK)
guidelines

Advanced life support (ALS)

ALS aims to restore normal cardiac rhythm by 
defibrillation when the cause of arrest is tachyarrhythmia, 
or to restore cardiac output by correcting other reversible 
causes. ALS can also involve administration of intravenous 
drugs to support the circulation, and endotracheal 
intubation. If cardiac arrest is witnessed, a precordial 
thump may sometimes convert ventricular fibrillation or 
tachycardia to normal rhythm. Ventricular fibrillation or 
pulseless ventricular tachycardia is treated with immediate 
defibrillation.
Defibrillation is more likely to be effective if a
biphasic shock defibrillator is used, where the polarity
of the shock is reversed midway through its delivery. 

Defibrillation is usually administered using a 150-Joule
biphasic shock, and CPR resumed immediately for
2 minutes without attempting to confirm restoration
of a pulse, because restoration of mechanical cardiac
output rarely occurs immediately after successful 
defibrillation. If, after 2 minutes, a pulse is not restored,
a further biphasic shock of 150–200 joules is given. 
Thereafter, additional biphasic shocks of 

150–200 joules 

are 

given every 2 minutes after each cycle of 
cardiopulmonary resuscitation (CPR). During resuscitation,
adrenaline

(1 mg IV) 

should be given every 3–5 minutes and 

consideration given to the use of IVamiodarone, especially 
if ventricular fibrillation or tachycardia re-initiates after 
successful defibrillation.

If asystole cannot be confidently diagnosed, the patient 
should be treated for VF and defibrillated.
If an electrical rhythm is observed that would be 
expected to produce a cardiac output, ‘pulseless
electrical activity’ is present. Pulseless electrical
activity is treated by continuing CPR and adrenaline
administration whilst seeking reversible causes.

Asystole

is treated similarly, with the additional support

of atropine and sometimes external or transvenous
pacing in an attempt to generate an electrical rhythm.
There are many potentially reversible causes of
cardiac arrest and the main causes can be easily 
remembered as a list of four Hs and four Ts.

Algorithm for adult advanced life support. (CPR = cardiopulmonary 
resuscitation: PEA = pulseless electrical activity; VF = ventricular 
fibrillation; VT = pulseless ventricular tachycardia)

Survivors of cardiac arrest
Patients 

who survive 

a cardiac arrest caused by acute 

MI need no specific treatment beyond that given to 
those recovering from an uncomplicated infarct, since their
prognosis is similar .

Those with reversible 

causes, such 

as exercise-induced ischaemia or aortic stenosis, should 
have the underlying cause treated if possible.

Survivors of

ventricular tachycardia or ventricular 

fibrillation arrest in whom no reversible cause can be
identified may be at risk of another episode, and should
be considered for an implantable cardiac defibrillator
and anti-arrhythmic drug therapy.

Normal and abnormal heart sounds

Opening snap (OS)

Early in diastole, high pitch, brief duration .
1.Opening of stenosed leaflets of mitral valve .
2. Prosthetic heart sounds.

Systolic clicks

Early or mid-systole. Brief, high-intensity. 
Valvular aortic stenosis.Valvular pulmonary stenosis
Floppy mitral valve. Prosthetic heart sounds from opening and closing 
of normally functioning mechanical valves.
High pitch murmur indicates high-velocity flow.
The position of a murmur in relation to the cardiac cycle is crucial 
and should be assessed by timing it with the heart sounds, carotid 
pulse and apex beat
Mitral, tricuspid R and VSD are the only causes of a pansystolic 
murmur. 
Late systolic murmurs may occur in mitral valve prolapse, if the mitral 
regurgitation is confined to late systole, and HOCM, if dynamic 
obstruction occurs late in systole.

Features of a benign or innocent
heart murmur

Auscultatory evaluation of a heart murmur

Timing, intensity, location, radiation and quality are all
useful clues to the origin and nature of a heart murmur . 
Radiation of a murmur is determined by the direction of 
turbulent blood flow and is only detectable when there is 
a high-velocity jet, such as in mitral regurgitation (radiation 
from apex to axilla) or aortic stenosis (radiation from base 
to neck). Similarly, the pitch and quality of the sound can 
help to distinguish the murmur, such as the ‘blowing’ murmur 
of mitral regurgitation or the ‘rasping’ murmur of aortic 
stenosis.

The position of a murmur 

in relation to the cardiac cycle is 

crucial and should be assessed by timing it with the heart 
sounds, carotid pulse and apex beat.

How to assess 
a heart 
murmur

Systolic murmurs

Ejection systolic murmurs are associated with ventricular
outflow tract obstruction and occur in mid-systole with a 
crescendo–decrescendo pattern, reflecting the changing 
velocity of blood flow . Pansystolic murmurs maintain a 
constant intensity and extend from the first to the second 
heart sound, sometimes obscuring it. They occur when blood 
leaks from a ventricle into a low-pressure chamber at an 
even or constant velocity. Mitral, tricuspid regurgitation
and VSD are the only causes of a pansystolic murmur. Late 
systolic murmurs are unusual but may occur in mitral valve 
prolapse, if the MR is confined to late systole, and 
hypertrophic obstructive cardiomyopathy, if dynamic 
obstruction occurs late in systole.

Features of some common systolic murmurs

Continuous murmurs

These result from a combination of systolic and diastolic flow (e.g. 
persistent ductus arteriosus), and must be distinguished from 
extracardiac noises such as bruits from arterial shunts, venous hums 
(high rates of venous flow in children) and pericardial friction rubs.

Diastolic murmurs

These are due to accelerated or turbulent flow across the
mitral or tricuspid valves. They are low-pitched noises
that are often difficult to hear and should be evaluated
with the bell. A mid-diastolic murmur may be due to MS 
(located at the apex and axilla), tricuspid stenosis (located 
at the left sternal edge), increased flow across the mitral 
valve (e.g. the to-and-fro murmur of severe MR ) or 
increased flow across the tricuspid valve (e.g.a large ASD). 
Early diastolic murmurs have a soft, blowing quality with 
adecrescendo pattern and should be evaluated with the 
diaphragm of the stethoscope. They are due to 
regurgitation across the aortic or pulmonary valves and 
are best heard at the left sternal edge, with the patient 
sitting forwards in held expiration.

DISORDERS OF HEART RATE, RHYTHM
AND CONDUCTION

The sinus node acts as a 

pacemaker

and its intrinsic 

rate is regulated by the 

autonomic

nervous system; vagal 

activity decreases the heart rate, and sympathetic activity 
increases it via cardiac sympathetic nerves and circulating 
catecholamines. If the sinus rate becomes unduly slow, 
another, more distal part of the conducting system may 
assume the role of pacemaker. This is known as an 

escape rhythm 

and 

may arise in 

the 

AV 

node or 

His 

bundle (junctional rhythm)

or

the 

ventricles

(idioventricular rhythm). A cardiac 

arrhythmia is a disturbance of the electrical rhythm of the 
heart. A heart rate of > 100/min is called a tachycardia, 
and a heart rate of l< 60/min is called a bradycardia.

There are three main mechanisms of tachycardia:

• Increased automaticity. 

repeated spontaneous 

depolarisation of an ectopic focus.

• Re-entry. 

initiated by an ectopic and sustained by a re-

entry circuit . Most tachyarrhythmias are due to re-entry.

• Triggered activity. 

This can cause ventricular arrhythmias 

in patients with CAD , a form of secondary depolarisation 
arising from an incompletely repolarised cell membrane

Bradycardia may be due to:
• Reduced automaticity, e.g. sinus bradycardia.
• Blocked or abnormally slow conduction, e.g. AV block.

The mechanism of re-entry. 

Re-entry can occur when there are two alternative 

pathways with different conducting properties (e.g. the AV node and an accessory 
pathway, or an area of normal and an area of ischaemic tissue). Here, pathway A 
conducts slowly and recovers quickly, while pathway B conducts rapidly and 
recovers slowly. (1) In sinus rhythm, each impulse passes down both pathways before 
entering a common distal pathway. (2) As the pathways recover at different rates, a 
premature impulse may find pathway A open and B closed. (3) Pathway B may 
recover while the premature impulse is travelling selectively down pathway A. The 
impulse can then travel retrogradely up pathway B, setting up a closed loop or re-
entry circuit. (4) This may initiate a tachycardia that continues until the circuit is 
interrupted by a change in conduction rates or electrical depolarisation.

An arrhythmia may be 

‘

supraventricular

’ (sinus, atrial or 

junctional) or 

ventricular

in origin. Supraventricular rhythms 

usually produce narrow QRS complexes because the 
ventricles are depolarised in their normal sequence. 
Occasionally, however, a supraventricular rhythm can 
produce broad or wide QRS complexes due to coexisting 
bundle branch block or the presence of an additional 
atrioventricular connection (accessory pathway).

Bradycardias cause symptoms that 

reflect low cardiac

output: fatigue, lightheadedness and syncope. 

Tachycardias

cause rapid palpitation, dizziness, chest 

discomfort or breathlessness. Extreme tachycardias can 
cause syncope. 

Extreme

bradycardias or tachycardias can precipitate 

sudden death or cardiac 

arrest

.

Sinus arrhythmia

The sinus rate increases during inspiration and slows during
expiration is a consequence of normal parasympathetic
activity and can be pronounced in children. Absence of this 
normal variation with breathing or with changes in posture 
may be a feature of autonomic neuropathy .

Sinus bradycardia

A sinus rate of <60/min may occur in healthy people at rest 
and is a common finding in athletes. Asymptomatic sinus 
bradycardia requires no treatment. 

Symptomatic 

acute 

sinus bradycardia usually responds to IV atropine 0.6–1.2 
mg. Recurrent or persistent symptomatic sinus bradycardia 
should be considered for pacemaker implantation.

Sinus tachycardia

A sinus rate of >100/min, due to an increase in 
sympathetic activity associated with exercise, emotion, 
pregnancy or pathology. Young adults can produce a 
rapid sinus rate, up to 200/min, during intense exercise.

Sinoatrial disease (sick sinus syndrome)

The underlying pathology involves fibrosis, degenerative
changes or ischaemia of the SA node. The condition is 
characterised by a variety of arrhythmias and may 
present with palpitation, dizzy spells or syncope, due to 
intermittent tachycardia, bradycardia, or pauses with no 
atrial or ventricular activity (SA block or sinus arrest) .
A permanent pacemaker may benefit patients with 
troublesome symptoms due to spontaneous bradycardias

Causes of sinus bradycardia and tachycardia

Common features of sinoatrial disease

Sinoatrial disease (sick sinus syndrome). 

A continuous 

rhythm strip from a 24-hour ECG tape recording illustrating 
periods of sinus rhythm, atrial ectopics, junctional beats, 
sinus bradycardia, sinus arrest and paroxysmal atrial 
fibrillation.

Atrial tachyarrhythmias

Atrial ectopic beats (extrasystoles, premature beats)

These usually cause no symptoms but can give the 
sensation of a missed beat or an abnormally strong 
beat. The ECG shows a premature but otherwise
normal QRS complex; if visible, the preceding P wave
has a different morphology because the atria activate
from an abnormal site. 
In most cases, these are of no consequence, although 
very frequent atrial ectopic beats may herald the onset 
of atrial fibrillation. Treatment is rarely necessary but β-
blockers can be used if symptoms are intrusive.

Atrial ectopic beats. 

The first, second and fifth complexes

are normal sinus beats. The third, fourth and sixth complexes 
are atrial ectopic beats with identical QRS complexes and 

abnormal

(sometimes barely visible) 

P waves.

Atrial tachycardia

May be a manifestation of increased atrial automaticity, 
sinoatrial disease or digoxin toxicity.
It produces a narrow-complex tachycardia with abnormal
P-wave morphology, sometimes associated with AV
block if the atrial rate is rapid. It may respond to

β-blockers, which reduce automaticity

, or class I or III

anti-arrhythmic drugs. The ventricular response in rapid 
atrial tachycardias may be controlled by AV node-
blocking drugs. 
Catheter ablation can be used to target the ectopic site 
and should be offered as an alternative to anti-arrhythmic 
drugs in patients with recurrent atrial tachycardia.

Atrial flutter

characterised by a large (macro) re-entry circuit, usually 
within the right atrium encircling the tricuspid annulus. The 
atrial rate is approximately 300/min, usually associated
with 2 : 1, 3 : 1 or 4 : 1 AV block (with corresponding rates 
of 150, 100 or 75/min). Rarely, in young, every beat is 
conducted, producing a rate of 300/min and, potentially, 
haemodynamic compromise. The ECG shows saw-toothed 
flutter waves .When there is regular 2 : 1 AV block, it may 
be difficult to identify flutter waves that are buried in QRS 
complexes and T waves. Atrial flutter 

should

always be 

suspected when there is anarrow-complex tachycardia of 

150/min

. Carotid sinus pressure or IV adenosine may 

help to establish the diagnosis by temporarily increasing the 
degree of AV block and revealing flutter waves .

Atrial flutter

Simultaneous recording 
showing atrial flutter
with 3 : 1 AV block; flutter 
waves are only visible in 
leads II and III.

Carotid sinus pressure 

in atrial flutter: continuous trace. The diagnosis 

of atrial flutter with 2 : 1 block was established when carotid sinus 
pressure produced temporary AV block, revealing the flutter waves.

Management
Digoxin, ββ or verapamil can control the ventricular rate . 

However, 

in many cases, it may be 

preferable

to try to 

restore sinus rhythm by direct current (DC) cardioversion 

or

by using IV amiodarone. ββ or amiodarone can also be 
used to prevent recurrent episodes of flutter. 

Although

flecainide can also be used for acute treatment 

or prophylaxis, it should be avoided because there is a risk 
of slowing the flutter circuit and facilitating 1 : 1 AV nodal 
conduction. This can cause a paradoxical tachycardia and 
haemodynamic compromise. If used, it should always be 
prescribed along with an AV node-blocking drug, such as a 
β-blocker. 

Catheter ablation 

offers a 90% chance of 

complete cure and is the treatment of choice for patients 
with persistent symptoms.

Atrial fibrillation

Is the most common sustained cardiac arrhythmia. The 
prevalence rises with age, affecting 1% of those aged 60–
64 years, increasing to 9% of those aged over 80 years. 
AF is a complex arrhythmia characterised by abnormal 
automatic firing and the presence of multiple interacting 
re-entry circuits looping around the atria. Episodes of 
fibrillation are initiated by rapid bursts of ectopic beats 
arising from conducting tissue in the pulmonary veins or 
from diseased atrial tissue. AF becomes sustained because 
of re-entrant conduction within the atria or sometimes 
because of continuous ectopic firing. Re-entry is more 
likely to occur in atria that are enlarged, or conduction is 
slow (as is the case in many forms of heart disease). 

Mechanisms initiating atrial 
fibrillation. 

(1) 

Ectopic beats, often arising 

from the pulmonary veins, trigger 
atrial fibrillation.

(2) 

Re-entry within the atria 

maintains atrial fibrillation, with 
multiple
interacting re-entry circuits 
operating simultaneously.

Two examples of atrial fibrillation. 

The QRS complexes are irregular and there 

are no P waves. 

A

There is usually a fast ventricular rate, e.g. between 120 and 

160/min, at the onset of atrial fibrillation. 

B 

In chronic atrial fibrillation, the 

ventricular rate may be much slower, due to the effects of medication and AV 
nodal fatigue.

During episodes of AF, the atria beat rapidly but in an 
uncoordinated and ineffective manner. The ventricles 
are activated irregularly at a rate determined by 
conduction through the AV node. This produces the 
characteristic ‘irregularly irregular’ pulse.

AF can be classified as 

paroxysmal 

(intermittent 

episodes which self-terminate within 7 days), 

persistent

(prolonged episodes that can be terminated by electrical 
or chemical cardioversion) or 

permanent. 

Unfortunately 

for many patients, paroxysmal AF will become permanent 
as the underlying disease process progresses.
Electrophysiological changes occur in the atria within a 
few hours of the onset of AF that tend to maintain 
fibrillation: 

electrical remodelling

. 

When AF persists for a period of months, structural 
remodelling occurs, with atrial fibrosis and dilatation that 
further predispose to AF. Thus early treatment will prevent 
re-initiation of the arrhythmia. AF may be the first 
manifestation of many forms of heart disease , 
particularly those that are associated with enlargement or 
dilatation of the atria.
Alcohol excess, hyperthyroidism and chronic lung disease are 
also common causes of AF, although multiple
aetiological factors often coexist, such as the combination
of alcohol, hypertension and CAD. About 50% of all 
patients with paroxysmal AF and 20% of patients with 
persistent or permanent AF have structurally normal 
hearts; this is known as 

‘lone atrial fibrillation’.

AF can cause palpitation, breathlessness and fatigue. In 
patients with poor ventricular function or valve disease, it 
may precipitate or aggravate cardiac failure.
A fall in BP may cause lightheadedness, and chest pain
may occur with underlying CAD . In older patients, AF 
may not be associated with a rapid ventricular rate and 
is thus often asymptomatic, in which case it is usually 
discovered as a result of a routine examination or ECG.
AF is associated with significant morbidity and a
twofold increase in mortality (mainly because of its 
association with other underlying heart disease). By far 
the most disabling consequence is its association with 
stroke and systemic embolism. 

Common causes of atrial fibrillation

Management

Assessment includes a full history, physical examination, 
ECG, echo and thyroid function tests. Additional 
investigations may be needed to determine the nature and 
extent of any underlying heart disease. When AF 
complicates an acute illness (e.g. chest infection, pulmonary 
embolism), effective treatment of the primary disorder will 
often restore sinus rhythm.
Otherwise, the main objectives are restoration of sinus
rhythm (when possible), prevention of recurrent AF,
optimisation of the heart rate during periods of AF,
reduction of the risk of thromboembolism, and treatment
of underlying cardiac disease. 

Paroxysmal atrial fibrillation

Occasional attacks that are well tolerated do not 
necessarily require treatment. 

Beta-blockers

are normally 

used as first-line therapy if symptoms are troublesome,
and are 

particularly useful for 

treating patients with AF

associated with CAD , hypertension and cardiac failure. 
Beta-blockers reduce the ectopic firing that normally 
initiates AF. Class Ic drugs, such as 

propafenone or 

flecainide, 

are also effective at preventing episodes 

but 

should not be given to patients with CAD or left ventricular 
dysfunction.

Flecainide is usually prescribed along 

with a rate limiting 

β-blocker because it occasionally precipitates  atrial flutter. 

Class III drugs can also be used; 

amiodarone is the 

most effective agent for preventing 

AF 

but its side-

effects 

restrict its use when other measures fail. 

Dronedarone is an effective alternative, but is 
contraindicated in heart failure or significant left 
ventricular impairment.
Digoxin and verapamil are not effective drugs for 
preventing paroxysms of AF, although they do limit the
heart rate when AF occurs by blocking the AV node. 
In patients with AF in whom anti-arrhythmic drug 
therapy is ineffective or causes side-effects, catheter 
ablation can be considered. Ablation is used to 
disconnect the pulmonary veins from the LA 
electrically, preventing ectopic triggering of AF. 

In addition, lines of conduction block can be created within 
the atria to prevent re-entry. 
Ablation prevents AF in approximately 75% of patients 
with prior drug-resistant episodes, although a repeat 
procedure is sometimes required before this is achieved. 

Ablation

is an attractive treatment for patients in whom 

drugs are ineffective or poorly tolerated but associated 
with a risk of cardiac tamponade, stroke.

Persistent and permanent atrial fibrillation

There are two options 

• rhythm control: 

to restore and maintain sinus rhythm

• rate control: 

accepting that AF will be permanent

and using treatments to control the ventricular rate
and to prevent embolic complications.

Rhythm control. 

particularly appropriate for troublesome 

symptoms and if there is a modifiable or treatable cause. 

Electrical 

cardioversion is initially successful in 75%  but 

relapse is frequent 

(25–50% at 1 month and 70–90% at 1 year)

. 

Attempts to restore and maintain sinus rhythm are most 
successful if AF has been present for < 3 months, the patient 
is young and no important structural heart disease.
Immediate cardioversion, after IV heparin, is appropriate 
if AF has been present for < 48 hours. 

In stable 

patients with no history of structural disease, IV 

flecainide 

(2 mg/kg over 30 mins, maximum dose 150 mg)

can be used 

for pharmacological cardioversion and will restore sinus 
rhythm in 75% of patients within 8 hours. 

In patients 

with structural or ischaemic heart disease,

IV amiodarone can be given. 

In other situations, 

DC cardioversion should be deferred 

until the patient has been established on warfarin, with an 
INR of >2.0 for a minimum of 4 weeks, and any problems, 
such as hypertension or alcohol excess, eliminated.
Anticoagulation should be maintained for at least 3 months 
following successful cardioversion. If AF recurs, further 
cardioversion may be appropriate but consideration should 
be given to pretreatment with amiodarone to reduce the 
risk of recurrence. Catheter ablation is sometimes used to 
help restore and maintain sinus rhythm in resistant cases, but
is a less effective treatment than for paroxysmal AF.

Rate control. 

If sinus rhythm cannot be restored,Digoxin, 

ββ and rate-limiting CA (verapamil or diltiazem) reduce 
ventricular rate by increasing the degree of AV block. 
This alone may produce a striking improvement, 
particularly in patients with mitral stenosis. 
β-blockers and rate-limiting calcium antagonists are more 
effective than digoxin at controlling the heart rate during 
exercise and have additional benefits in patients with 
hypertension or structural heart disease. Combination 
therapy (e.g. digoxin and atenolol) is often advisable. 

In patients with permanent atrial fibrillation and poor rate control, 
in whom drugs are ineffective or are not tolerated, rate control by: 
(i)

Implantation of a permanent pacemaker, followed by 

(ii) ablation of the AV node to induce complete AV block and 

bradycardia, thus allowing the pacemaker to assume 

control

of 

the 

heart rate.

‘pace and ablate’ strategy.

Prevention of thromboembolism

Stasis of blood in the LA and may lead to thrombus 
formation in the left atrial appendage. This predisposes 
to stroke and other forms of systemic embolism. Several 
large randomised trials have shown that treatment with 
adjusted-dose warfarin

(target INR 2.0–3.0) 

reduces the risk 

of stroke by about two-thirds, at the cost of an annual 
risk of bleeding of 1–1.5%, whereas treatment with 
aspirin reduces the risk of stroke by only one-fifth, is 
associated with significant bleeding risk. Warfarin is thus 
indicated for patients with AF who have specific risk 
factors for stroke. 

Stroke prevention guidelines 

do not distinguish between 

those with paroxysmal, persistent and permanent AF.

An assessment of the risk 

using the (

CHA

2

DS

2

-VASc

) 

scoring system of embolism helps to 

define 

the possible 

benefits of antithrombotic which must be balanced against 
its potential hazards. Left atrial size is of limited value in 
predicting stroke risk. 

The direct thrombin inhibitor, dabigatran

, is the first novel 

oral anticoagulant shown to be as effective and safe as 
warfarin. No monitoring is required and there are few 
drug interactions but there are 

no 

current antidotes. For 

all anticoagulant, comorbid conditions, such as peptic ulcer, 
uncontrolled hypertension, alcohol misuse, frequent falls, 
poor drug compliance and drug interactions, are all relative 
contraindications. 

Young patients < 65 years with no 

evidence 

of structural heart disease have a very low risk 

and may not require anticoagulation.

CHA

2

DS

2

-VAS

c

stroke risk 
scoring system
for 

non-

valvular 

atrial 
fibrillation

Vascular disease =

Prior MI, peripheral 
arterial disease, or 
aortic plaque 

Anticoagulation in atrial fibrillation

Atrial fibrillation in old age

Atrial fibrillation in old age 'cont'd

‘Supraventricular’ tachycardias (SVT) 

The term SVT is commonly used to describe regular 
tachycardias that have a similar appearance on ECG. 
These are usually associated with a narrow QRS complex 
and are characterised by a re-entry circuit or automatic
focus involving the atria.
The term SVT is misleading, as, in many cases, the 
ventricles also form part of the re-entry circuit, such as in
patients with Atrioventricular re-entrant tachycardia.

SVT. the rate is 180/min ,the QRS complexes are normal.

Atrioventricular nodal re-entrant tachycardia (AVNRT)

AVNRT is due to re-entry in a circuit involving the AV node 
and its two right atrial input pathways: a superior ‘fast’
pathway and an inferior ‘slow’ pathway. This produces a 
regular tachycardia with a rate of 120–240/min. It tends 
to occur in the absence of structural heart disease and 
episodes may last from a few seconds to many hours. The 
patient is usually aware of a rapid, very forceful, regular 
heart beat and may experience chest discomfort, 
lightheadedness or breathlessness. Polyuria, mainly due to 
the release of atrial natriuretic peptide, is sometimes a 
feature. The ECG usually shows a tachycardia with normal 
QRS complexes but occasionally there may be rate-
dependent bundle branch block.

A The mechanism of AVNRT occurs via two right atrial AV nodal input pathways: the slow 
(S) and fast (F) pathways. Antegrade conduction occurs via the slow pathway; the 
wavefront enters the AV node and passes into the ventricles, at the same time re-entering 
the atria via the fast pathway. In WPW syndrome, there is a strip of accessory conducting 
tissue that allows electricity to bypass the AV node and spread from the atria to the 
ventricles rapidly and without delay. When the ventricles are depolarised through the AV 
node, the ECG is normal, but when the ventricles are depolarized  through the accessory 
conducting tissue, the ECG shows a very short PR interval and a broad QRS complex. 
B In sinus rhythm, the ventricles are depolarised through (1) the AV node and (2) the 
accessory pathway, producing an ECG with a short PR interval and broadened QRS
complexes; the characteristic slurring of the upstroke of the QRS complex is known as a 
delta wave. The degree of pre-excitation (the proportion of activation passing down the 
accessory pathway) and ECG appearances may vary a lot, and at times the ECG can 
look normal.
C Orthodromic tachycardia. This is the most common form of tachycardia in WPW. The 
re-entry circuit passes antegradely through the AV node and retrogradely through the 
accessory pathway. The ventricles are therefore depolarised in the normal way, 
producing a narrow-complex tachycardia that is indistinguishable from other forms of SVT.

D Atrial fibrillation. the ventricles are largely depolarised through the accessory 

pathway, producing an irregular broad-complex tachycardia

Management
Treatment is 

not always 

necessary. However, an episode

may be terminated by 

carotid sinus 

pressure or by the

Valsalva

manoeuvre. 

Adenosine

(3–12 mg rapidly IV in

incremental doses until tachycardia stops)

or 

verapamil 

(5 mg IV over 1 min) 

will restore sinus rhythm in most cases. IV 

ββ

or

flecainide 

can also be used. 

In rare cases, 

when there is

haemodynamic 

compromise, should be terminated by 

DC

cardioversion . In patients with 

recurrent SVT, 

catheter 

ablation

is the most effective and will permanently prevent 

SVT in more than 90% of cases. Alternatively, prophylaxis 
with oral ββ, verapamil or flecainide may be used but
commits predominantly young patients to long-term drug 
therapy and can create difficulty in female, as these 
normally avoided during pregnancy.

Wolff–Parkinson–White syndrome and atrioventricular 
re-entrant tachycardia

Here, an abnormal band of conducting tissue connects
the atria and ventricles. This ‘accessory pathway’
comprises rapidly conducting fibres which resemble
Purkinje tissue, in that they conduct very rapidly and are 
rich in sodium channels. In around 

half 

of cases, this

pathway only conducts in the 

retrograde

direction (from

ventricles to atria) and thus does

not alter 

the appearance

of the ECG in sinus rhythm. This is known as 

a concealed 

accessory

pathway. In 

the rest

, the pathway also conducts 

antegradely

(from atria to ventricles) so AV conduction in 

sinus rhythm is mediated via 

both

the AV node and the 

accessory pathway, 

distorting

the QRS complex. 

Premature ventricular activation via the pathway shortens 
the PR interval and produces a ‘slurred’ initial deflection of 
the QRS complex, called a delta wave .This is known as 

a manifest accessory

pathway. As the AV node and 

accessory pathway have different conduction speeds and 
refractory periods, a re-entry circuit can develop, causing
tachycardia , when associated with symptoms, the 
condition is known as Wolff–Parkinson–White syndrome. 
The ECG during this 

tachycardia

is almost indistinguishable 

from that of AVNRT . 

Carotid sinus pressure or 

intravenous

adenosine can terminate 

the tachycardia. 

If atrial fibrillation occurs, it may produce a dangerously 
rapid ventricular rate because the accessory pathway 
lacks the rate-limiting properties of the AV node . 

This is known as 

pre-excited atrial fibrillation 

and may 

cause collapse, syncope and even death. It should be 
treated as an 

emergency

, usually 

with DC 

cardioversion.

Catheter ablation 

is first-line treatment 

in symptomatic

patients and is 

nearly always curative. 

Alternatively, prophylactic anti-arrhythmic drugs, such as 
flecainide or propafenone , can be used to slow 
conduction in, and prolong the refractory period of, the 
accessory pathway. Long-term drug therapy is not the 
preferred treatment for most patients and amiodarone 
should not be used, as its side-effect profile cannot be 
justified and ablation is safer and more effective. 

Digoxin and verapamil shorten 

the refractory period of 

the accessory pathway and 

should not be used.

Ventricular tachyarrhythmias

Ventricular ectopic beats (extrasystoles, premature beats)

The complexes of ventricular ectopic beats (VEBs) are 
premature, broad and bizarre because the ventricles are 
activated sequentially rather than simultaneously. The 
complexes may be unifocal 

(identical beats arising from a single ectopic 

focus) 

or multifocal 

(varying morphology with multiple foci). 

‘Couplet’ and 

‘triplet’ two or three successive ectopic beats. 
Ventricular ‘bigeminy’.A run of alternating sinus and ectopic.
Ectopic produce a low stroke volume because LV 
contraction occurs before filling is complete. The pulse is 
irregular, with weak or missed beats . Patients are usually 
asymptomatic but may complain of an irregular heart beat, 
missed beats or abnormally strong beats (due to the 
increased output of the post-ectopic sinus beat). 

The significance of VEBs depends on the presence or 
absence of underlying heart disease.

Ventricular ectopic beats in otherwise healthy subjects

Ectopic beats in patients with otherwise normal hearts 
are more prominent at rest and disappear with exercise. 
Treatment is not necessary, unless the patient is highly 
symptomatic, in which case β-blockers or, in some 
situations, catheter ablation can be used. VEBs are 
sometimes a manifestation of heart disease, such as CAD 
or cardiomyopathy. There is no evidence that anti-
arrhythmic therapy improves prognosis but the discovery 
of very frequent VEBs should prompt investigations, 
looking for structural heart disease.

Ventricular ectopic beats associated with heart disease

Frequent VEBs often occur during acute MI but need no
treatment. Persistent, frequent (over 10/ hr) VEBs in
patients who have survived the acute phase of MI indicate
a poorer long-term outcome. 

Other than β-blockers,

anti-arrhythmic drugs do not improve and may even
worsen prognosis.
Effective treatment of the heart failure may suppress the 
ectopic beats.
VEBs are also a feature of digoxin toxicity, and may
occur as ‘escape beats’ in patients with bradycardia.
Treatment is that of the underlying condition.

Ventricular ectopic beats. 

A There are broad, bizarre QRS complexes (arrows) 

with no preceding P wave in between normal sinus beats. Their configuration 
varies, so these are multifocal ectopics. B A simultaneous arterial pressure trace 
is shown. The ectopic beats result in a weaker pulse (arrows), which may be 
perceived as a ‘dropped beat’.

Ventricular tachycardia (VT) 

VT occurs most commonly in the settings of acute MI, chronic 
CAD , and cardiomyopathy. It occurs when there is 
extensive ventricular disease, such as impaired left 
ventricular function or a left ventricular aneurysm. In these 
settings, VT may cause haemodynamic compromise or 
degenerate into ventricular fibrillation. It is caused by 
abnormal automaticity or triggered activity in ischaemic 
tissue, or by re-entry within scarred ventricular tissue. 
Patients may complain of palpitation or symptoms of
low cardiac output, e.g. dizziness, dyspnoea or syncope.
The ECG shows tachycardia and broad, abnormal QRS
complexes with a rate of more than 120/min .

Features more in keeping with ventricular tachycardia

• History of MI
• AV dissociation (pathognomonic)
• Capture/fusion beats (pathognomonic)
• Extreme left axis deviation
• Very broad QRS complexes (> 140 ms)
• No response to carotid sinus massage or IV adenosine

VT may be difficult to distinguish from SVT with 
bundle branch block 

or

pre-excitation (WPW syndrome). 

A 12-lead ECG or electrophysiology study may help 
establish the diagnosis. 

When there 

is doubt, it is safer to 

manage the problem as VT.

Management
Prompt action to 

restore

sinus rhythm is required and should 

usually be 

followed

by prophylactic therapy. Synchronised

DC cardioversion is the treatment of choice if systolic BP is 
< 90 mmHg. If the arrhythmia is well tolerated, 
intravenous amiodarone may be given as a bolus, 
followed by a continuous infusion . Intravenous lidocaine 
can be used but may depress left ventricular function, 
causing hypotension or acute heart failure. Hypokalaemia, 
hypomagnesaemia, acidosis and hypoxaemia should be 
corrected. Beta-blockers are effective at preventing VT by 
reducing ventricular automaticity. Amiodarone can be 
added if additional control is needed. 

Class Ic anti-arrhythmic drugs 

such as 

propafenone or 

flecainide 

should not 

be used for prevention of VT in 

patients with CAD or heart failure because they depress 
myocardial function and can be pro-arrhythmic (increase 
the likelihood of a dangerous arrhythmia). In patients at 
high risk of arrhythmic death (e.g. those with poor left 
ventricular function, or where VT is associated with 
haemodynamic compromise), the use of an implantable 
cardiac defibrillator is recommended . Rarely, surgery 
(e.g. aneurysm resection) or catheter ablation can be 
used to interrupt the arrhythmia focus or circuit in patients 
with VT associated with a myocardial infarct scar.

Patients recovering from MI sometimes 

have periods

of 

idioventricular rhythm (‘slow’ VT) 

at a rate only slightly 

above the preceding sinus rate and below 120/min. These 
episodes often reflect reperfusion of the infarct territory 
and may be a good sign. They are usually self-limiting
and asymptomatic, and do not require treatment. 

Other forms of sustained VT will require treatment, 

often 

as an emergency.
VT occasionally occurs in patients with otherwise healthy 
hearts 

(‘normal heart VT’),

usually because of abnormal 

automaticity in the right ventricular outflow tract or one of 
the fascicles of the left bundle branch. The prognosis is 
good and 

catheter ablation can be curative.

Ventricular tachycardia: 

There are typically very broad QRS complexes and 

marked left axis deviation. There is also AV dissociation; some P waves are visible 
and others are buried in the QRS complexes (arrows).

Ventricular tachycardia:

There is independent atrial and ventricular activity. 

Occasionally, a P wave is conducted to the ventricles through the AV node, 
producing 

a normal sinus beat in the 

middle of the tachycardia 

(a capture 

beat); 

more commonly, however, the conducted impulse fuses with an impulse 

from the tachycardia 

(a fusion beat). 

This can only occur when there is AV 

dissociation and is therefore 

diagnostic

of ventricular tachycardia.

Torsades de pointes (ventricular tachycardia)

This form of polymorphic VT is a complication of 
prolonged ventricular repolarisation 

(prolonged QT interval).

The 

ECG shows rapid irregular complexes that oscillate from an 
upright to an inverted position and seem to twist around the 
baseline as the mean QRS axis changes .The arrhythmia is 
usually non-sustained and repetitive, but may degenerate 
into ventricular fibrillation.  During periods of sinus rhythm, 
the ECG will usually show a prolonged QT interval 

(> 0.43 s 

in men, > 0.45 s in women when corrected to a heart rate of 60/min).

Torsades de pointes. 

A bradycardia with a long QT interval is 

followed by polymorphic VT that is triggered by an R on T ectopic.

The arrhythmia is more common in women and is often
triggered by medications and hypokalaemia. The
congenital long QT syndromes are a family of genetic
disorders that are characterised by mutations in genes
that code for cardiac sodium or potassium channels.
Adrenergic stimulation (e.g. exercise) is a common trigger 
in long QT type 1, and a sudden noise (e.g. an alarm 
clock) may trigger arrhythmias in long QT type 2. 
Arrhythmias are more common during sleep in type 3.

Treatment

should be directed at the underlying cause. 

IV magnesium (8 mmol over 15 mins, then 72 mmol over 
24 hrs) should be given in all cases. Atrial pacing will 
usually suppress the arrhythmia through rate-dependent 
shortening of the QT interval.

IV isoprenaline is a reasonable alternative to pacing but 
should be avoided in patients with the congenital long QT 
syndromes. Beta-blockers are effective at preventing 
syncope in patients with congenital long QT syndrome, 
those with extreme QT interval prolongation 
(> 500 ms) should be considered for implantation of a 
defibrillator. Left stellate ganglion block may be of value.

The Brugada syndrome 

is a related genetic disorder that 

may present with polymorphic 

VT

or sudden 

death

.

It is characterised by a defect in 

sodium

channel function 

and an abnormal ECG (RBBB and ST elevation in V1 and 
V2 but not usually prolongation of the QT interval). 
The only known treatment is an 

implantable

defibrillator.

Causes of long QT interval and torsades de pointes

Atrioventricular and bundle branch block

First-degree atrioventricular block

AV conduction is delayed and so the PR interval is 
prolonged (> 0.20 s).  It rarely causes symptoms.

Second-degree atrioventricular block

Wenckebach phenomenon , Mobitz type I block , there is 
progressive lengthening of successive PR intervals, 
culminating in a dropped beat. The cycle then repeats itself, 
is usually due to impaired conduction in the 

AV node 

itself. 

The phenomenon may be physiological and is sometimes 
observed at rest or during sleep in athletic with high vagal 
tone. In Mobitz type II, the PR interval of the conducted 
impulses remains constant but some P waves are not 
conducted. This is usually caused by disease of the 

His–

Purkinje system 

and carries a risk of asystole. 

Second-degree AV block 

(Mobitz type I – Wenckebach’s 

phenomenon). The PR interval progressively increases until a P wave 
is not conducted. The cycle repeats itself. In this example, conduction is 
at a ratio of 4 : 3, leading to groupings of three V complexes.

Second-degree AV block 

(Mobitz type II). The PR interval of 

conducted beats is normal but some P waves are not conducted.
The constant PR interval distinguishes this from Wenckebach’s 
phenomenon.

Second-degree AV block with fixed 

2 : 1 block. 

Alternate P waves are not conducted. This may be due 
to Mobitz type I or II block.

Complete (third-degree) AV block. 

There is complete 

dissociation of atrial and ventricular complexes. The atrial rate is 
80/min and the ventricular rate is 38/min.

Third-degree (complete) atrioventricular block

When AV conduction fails completely, the atria and 
ventricles beat independently (AV dissociation).
Ventricular activity is maintained by an escape rhythm
arising in the AV node or bundle of His (narrow QRS )
or the distal Purkinje tissues (broad QRS complexes). 
Distal escape rhythms tend to be slower and less reliable. 
Complete AV block produces a slow(25–50/min), regular 
pulse that, except in the case of congenital complete AV 
block, does not vary with exercise. There is usually a 
compensatory increase in stroke volume, producing a large-
volume pulse. Cannon waves may be visible in the neck 
and the intensity of the first heart sound varies due to the 
loss of AV synchrony.

Aetiology of complete AV block

Congenital
Acquired

• Idiopathic fibrosis
• MI/ ischaemia
• Inflammation
Acute (e.g. aortic root abscess in infective endocarditis)
Chronic (e.g. sarcoidosis, Chagas’ disease,)
• Trauma (e.g. cardiac surgery)
• Drugs (e.g. digoxin, 

β-blocker)

Stokes–Adams attacks
Episodes

of ventricular 

asystole

and recurrent 

syncope

may 

complicate

, Mobitz type II , complete heart block or 

sinoatrial disease. A typical episode is characterised by 
sudden loss of consciousness that occurs without warning 
and results in collapse. A brief anoxic seizure (due to 
cerebral ischaemia) may occur if there is prolonged 
asystole.
There is pallor and a death-like appearance during the
attack, but when the heart starts beating again, there is
a characteristic flush. Unlike in epilepsy, recovery is
rapid. Sinoatrial disease and neurocardiogenic syncope
may cause similar symptoms.

Management

Atrioventricular block complicating MI

Acute inferior MI is often complicated by transient AV
block because the right coronary artery (RCA) supplies
the AV node. There is usually a reliable escape rhythm
and, if the patient remains well, no treatment is 
required. Symptomatic second- or third-degree AV block 
may respond to atropine

(0.6 mg IV, repeated as necessary)

or, if this fails, a temporary pacemaker. In most cases,
the AV block will resolve within 7–10 days. Second- or 
third-degree AV heart block complicating acute anterior 
MI indicates extensive ventricular damage involving 
both bundle branches and carries a poor prognosis. 
Asystole may ensue and a temporary pacemaker should 
be inserted promptly. 

If the patient presents with asystole, IV atropine (3 mg) or IV 
isoprenaline (2 mg in 500 mL 5% dextrose, infused at 10–
60 mL/ hr) may help to maintain the circulation until a 
temporary pacing electrode can be inserted. 

Chronic atrioventricular block

Patients with symptomatic bradyarrhythmias associated
with AV block should receive a permanent pacemaker.
Asymptomatic first-degree or Wenckebach does not 
require treatment. A permanent pacemaker is indicated in 
patients with asymptomatic Mobitz type II second- or 
third-degree AV block because of the risk of asystole and 
sudden death. Pacing improves prognosis.

Bundle branch block and hemiblock

Conduction block in the right or left bundle branch can
occur as a result of many pathologies, including ischaemic
or hypertensive heart disease or cardiomyopathies.
RBBB can occur in healthy people but LBBB often signifies 
important underlying heart disease. The left bundle 
branch divides into an anterior and a posterior fascicle. 
Damage to the conducting tissue at this point (hemiblock) 
does not broaden the QRS complex but alters the mean 
direction of ventricular depolarisation, causing left axis 
deviation in left anterior hemiblock and right axis 
deviation in left posterior hemiblock  .
The combination of right branch block and left anterior 
or posterior hemiblock is known as bifascicular block.

Right bundle branch 
block. 

Note the wide QRS 

complexes with ‘M’-shaped 
configuration in leads V, 
and V2 and a wide S 
wave in lead I.

Left bundle branch block. 

Note the wide QRS 
complexes with loss of the 
Q wave or septal vector in 
lead I and ‘M’-shaped 
QRS in V5 and V6.

Common causes of bundle branch block

Anti-arrhythmic drug therapy

Classification

Anti-arrhythmic drugs may be classified according to
their mode or site of action .
The Vaughan-Williams classification is a simple system 
but is convenient for describing the main mode of action 
of anti-arrhythmic drugs that should be used following 
guiding principles.
Anti-arrhythmic drugs can also be more accurately 
categorised by referring to the cardiac ion channels and 
receptors on which they act.

Anti-arrhythmic drugs: principles of use

Classification of 

anti-arrhythmic 

drugs by site 

of action.

Classification of anti-arrhythmic drugs by effect on the 
intracellular action potential

The main uses, dosages and side-effects of the most 
widely used anti-arrhythmic drugs

The main uses, dosages and side-effects of the most 
widely used anti-arrhythmic drugs'cont'd

The main uses, dosages and side-effects of the most 
widely used anti-arrhythmic drugs'cont'd

Class I drugs

Act principally by suppressing excitability and slowing 
conduction in atrial or ventricular muscle. They block 
sodium channels .  These drugs should generally be 
avoided in patients with heart failure because they 
depress myocardial function, and class Ia and Ic drugs are 
often pro-arrhythmic.

Class Ia drugs

Prolong action potential duration and increase refractory 
period. They are used to prevent atrial and V. arrhythmias.
Disopyramide. Causes anticholinergic side-effects, such as 
urinary retention, and can precipitate glaucoma. It can 
depress myocardium and should be avoided in H.failure.
Quinidine. Now rarely used, as it increases mortality
and causes gastrointestinal upset.

Class Ib drugs

Shorten action potential and refractory period. They act 
predominantly in ventricular myocardium and so are used to 
treat or prevent ventricular tachycardia and fibrillation.
Lidocaine. Must be given IV and has a very short half-life.
Mexiletine. Given IV or orally, has many side-effects .

Class Ic drugs

These affect the slope of the action potential without
altering its duration or refractory period. They are
used mainly for prophylaxis of atrial fibrillation but
are effective in prophylaxis and treatment of SVT and VT. 
They are useful for WPW syndrome because they block
conduction in accessory pathways. 
They 

should not be used 

as oral prophylaxis in patients 

with previous MI because of pro-arrhythmia.

Flecainide
Intravenous infusion may be used for pharmacological 
cardioversion of atrial fibrillation of less than 24 hours’ 
duration. It should be prescribed along with an AV node-
blocking drug, such as a β-blocker, to prevent pro-
arrhythmia. Effective for prevention of atrial fibrillation
Propafenone. has some ββ (class II) properties.
interactions with digoxin, warfarin and cimetidine.

Class II drugs

This group comprises β-blockers. These agents reduce the 
rate of SA node depolarisation and cause relative block 
in the AV node, making them useful for rate control in 
atrial flutter and fibrillation, can be used to prevent SVT 
and VT . They reduce risk of arrhythmic death in patients 
with coronary artery disease and heart failure.

‘Non-selective’ β-blockers. Act on both β

1

and β

2

receptors. Beta

2

blockade causes side-effects, such as 

bronchospasm and peripheral vasoconstriction. 
Propranolol ,nadolol and carvedilol are non-selective and 
is subject to extensive first-pass metabolism in the liver. 

‘

Cardioselective’ β-blockers. Act mainly on myocardial

β1 receptors and are relatively well tolerated. Bisoprolol
and metoprolol are examples.
Sotalol. A racemic mixture of two isomers with nonselective
β-blocker (mainly l- sotalol) and class III (mainly
d- sotalol) activity. It may cause torsades de pointes.

Class III drugs

Prolonging the plateau phase of the action potential, thus 
lengthening the refractory Period, are very effective at 
preventing atrial and ventricular tachyarrhythmias.  They 
prolong QT and can predispose to torsades de pointes.

Amiodarone. 

The principal drug, although disopyramide 

and sotalol have class III activity. Amiodarone is a complex 
drug that also has class I, II and IV activity. It is probably 
the most effective drug 

currently 

available for 

controlling

paroxysmal atrial fibrillation. It is also used 

to 

prevent

episodes of recurrent VT, particularly in 

patients with poor left ventricular function or those with
implantable defibrillators (to 

prevent

unnecessary DC

shocks). Has a very long tissue half-life (25–110 days). 

The drug’s effects may last for weeks or months after
treatment has been stopped. 
Side-effects are common (up to one-third of patients), 
numerous and potentially serious. Drug interactions are 
also common . 

Dronedarone. 

A related drug that has a short tissue

half-life and fewer side-effects. It has recently been
shown to be effective at preventing episodes of atrial
flutter and fibrillation. 
It is 

contraindicated in

patients with permanent atrial 

fibrillation, or if there is heart failure or left ventricular 
impairment, because it increases mortality. 
Regular liver function test monitoring is required.

Class IV drugs

These 

block

the ‘slow calcium channel’, which is 

important for

impulse 

generation and conduction in 

atrial and nodal tissue, although it is also present in 
ventricular muscle. Their main indications are prevention
of SVT (by blocking the AV node) and rate control in 
patients with atrial fibrillation.

Verapamil. 

The most widely used drug in this class.

Intravenous verapamil may cause profound bradycardia
or hypotension, and should not be used in conjunction
with β-blockers.

Diltiazem. 

Has similar properties.

Other anti-arrhythmic drugs

Atropine sulphate 

(0.6 mg IV, repeated if necessary to a maximum of 

3 mg). 

Increases the sinus rate and SA and AV conduction, 

and is the treatment of choice for severe bradycardia or 
hypotension due to vagal overactivity.  It is used for initial 
management of symptomatic bradyarrhythmias 
complicating inferior MI, and in cardiac arrest due to 
asystole. 

Adenosine. 

Must be given IV. It produces transient AV

block lasting a few seconds. It is used to terminate SVT 
when the AV node is part of the re-entry circuit, or to 
help establish the diagnosis in difficult arrhythmias, such 
as atrial flutter with  2 : 1 AV block or broad-complex 
tachycardia .

Adenosine is given as an intravenous bolus, initially 3 mg 
over 2 seconds . If there is no response after 1–2 minutes, 
6 mg should be given; if necessary, after another 1–2 
minutes, the maximum dose of 12 mg. Patients 

should be 

warned to expect 

short-lived and sometimes distressing 

flushing, breathlessness and chest pain. Adenosine can
cause bronchospasm and should be avoided in asthmatics; 
its effects are greatly potentiated by dipyridamole and 
inhibited by xanthines.

Response to intravenous adenosine

Digoxin. 

A purified glycoside from foxglove, Digitalis 

lanata, which slows conduction and prolongs the refractory 
period in the AV node. This helps to control the ventricular 
rate in atrial fibrillation and may interrupt SVT involving 
the AV node. It shortens refractory periods and enhances 
excitability and conduction in other parts of the heart 
(including accessory pathways). It may therefore 
increase atrial and ventricular ectopic activity and can 
lead to atrial and ventricular tachyarrhythmias. 
Excreted by the kidneys, maintenance dose should be 
reduced in children, olde and those with renal impairment. 
It has a long tissue half-life  (36 hours), so that effects 
may persist for several days. Measurement of plasma 
concentration helps identify digoxin toxicity .

Digoxin toxicity

There are five main classes in the Singh Vaughan Williams 
classification of antiarrhythmic agents:

Class I interfere

with the (Na

+

) channel. block inward sodium current

Ia  Quinidine , procainamide, disopyramide 
Ib  Lidocaine, phenytoin , mexiletine , tocainide 
Ic   flecainide, propafenone (also ββ activity).

Class II

are anti-sympathetic NS agents. 

ββ , propranolol, esmolol , timolol , metoprolol, bisoprolol. 

Class III

agents affect (K

+

) efflux. prolong action potential duration; 

Amiodarone and dronedarone ,sotalol, (also ββ) Ibutilide,dofetilide 

Class IV

agents affect calcium channels and the AV node .

verapamil ,diltiazem , effective at SA and AV nodes; reduce rate and 

conduction.

Class V

agents work by other or unknown mechanisms.

Adenosine, digoxin ,decreases conduction of impulses through the AV node and 
increases vagal activity, MG sulfate used for torsade de pointes

Amiodarone , dronedarone grouped in class III, also have class I, II, IV properties.

Common Nonarrhythmic Toxicity of Most Frequently Used Antiarrhythmic Agents

Drug

Common Nonarrhythmic Toxicity

Amiodarone

Tremor, peripheral neuropathy, pulmonary inflammation, hypo-
and hyperthyroidism, photosensitivity

Adenosine

Cough, flushing

Digoxin

Anorexia, nausea, vomiting, visual changes

Disopyramide

Anticholinergic effects, decreased myocardial contractility

Dofetilide

Nausea

Dronedarone

Gastointestinal intolerance, exacerbation of heart failure

Flecainide

Dizziness, nausea, headache, decreased myocardial contractility

Ibutilide

Nausea

Lidocaine

Dizziness, confusion, delirium, seizures, coma

Mexiletine

Ataxia, tremor, gait disturbances, rash, nausea

Moricizine

Mood changes, tremor, loss of mental clarity, nausea

Procainamide

Lupus erythematosus-like syndrome (more common in slow 
acetylators), anorexia, nausea, neutropenia

Propafenone

Taste disturbance, dyspepsia, nausea, vomiting

Quinidine

Diarrhea, nausea, vomiting, cinchonism, thrombocytopenia

Sotalol

Hypotension, bronchospasm

Electrical cardioversion

The heart can be completely depolarised by passing a sufficiently 
large electrical current through it from an external source with a 
synchronized shock, usually under general anaesthesia. This will 
interrupt any arrhythmia and produce a brief period of asystole that 
is usually followed by the resumption of sinus rhythm. 
The shock is delivered immediately after detection of the R wave 
because, 

if it is 

applied during ventricular repolarization (

on the T 

wave

), it may provoke ventricular fibrillation. High-energy shocks 

may cause chest wall pain so, if there is no urgency, it is appropriate 
to begin with a lower-amplitude shock (e.g. 

50 joules

), going on to 

larger if necessary. Patients with atrial fibrillation or flutter of >48 
hours’ duration are at risk of left atrial appendage thrombus, and 
thus systemic embolism after cardioversion. 
In such cases, cardioversion should be delayed until effective 
anticoagulation has been given for at least 4 weeks.

Defibrillation

Defibrillators deliver a DC, high-energy, short-duration 
shock via two large electrodes or paddles coated with 
conducting jelly or a gel pad, positioned over the upper 
right sternal edge and the apex. 
Modern units deliver a 

biphasic

shock, during which the 

shock polarity is reversed mid-shock. This reduces the 
total shock energy required to depolarise the heart.
Defibrillators is the delivery of an 

unsynchronised

shock 

during a cardiac arrest caused by ventricular fibrillation. 
The precise timing of the discharge 

is not 

important in this 

situation. In ventricular fibrillation and other emergencies, 
the energy of the first and second shocks should be 

150 

joules and thereafter up to 200 joules; there is no need for 
an anaesthetic, as the patient is unconscious.

Catheter ablation therapy 

is the treatment of choice for 

SVT or atrial flutter, symptomatic WPW

(first-line treatment and is 

nearly always curative)

. This is effective at reducing atrial 

fibrillation in 70–80% of young with structurally normal 
hearts, and tends to be reserved for drug-resistant atrial 
fibrillation. It is a useful for some with V. arrhythmias, 
AVNRT and AVre-entrant (accessory pathway) T, curative in 
> 90% of cases. (via 

radiofrequency

current) or freezing 

(

cryoablation

). The 

ablation at two sites: 

the ostia of the 

pulmonary veins, from which ectopic beats may trigger 
paroxysms of arrhythmia, and in the LA itself. 

The procedure takes approximately1–4 hours and does not require 
GA .The patient may experience some discomfort during the 
ablation. Serious complications are rare (< 1%) include inadvertent 
CHB requiring pacemaker implantation, and cardiac tamponade. 

Temporary pacemakers

Involves delivery of an electrical impulse into the heart to 
initiate tissue depolarisation and cardiac contraction. This is 
achieved by inserting a bipolar pacing electrode via the 
internal jugular, subclavian or femoral vein and positioning 
it at the apex of the RV, using fluoroscopic imaging. The 
electrode is connected to an external pacemaker with an 
adjustable energy output and pacing rate. The ECG of 
right ventricular pacing is characterised by regular broad 
QRS complexes with a left bundle branch block pattern. 
Each complex is immediately preceded by a‘pacing spike’. 
Nearly all pulse generators are used in the ‘demand’ 
mode, so that the pacemaker will only operate if the heart 
rate falls below a preset level. 

Temporary pacing may be 

indicated in 

the management 

of transient AV block and other arrhythmias complicating 
acute MI or cardiac surgery, to maintain the rhythm in 
other situations of reversible bradycardia (i.e. due to 
metabolic disturbance or drug overdose), 

or as a bridge 

to permanent pacing. 

Complications include

pneumothorax, brachial plexus or subclavian artery
injury, local infection or septicaemia (usually Staphy-
aureus), and pericarditis. Failure of the system may be 
due to lead displacement or a progressive increase in the 
threshold (exit block) caused by tissue oedema. 
Complications increase with time and so a temporary 
pacing system should ideally 

not be used for >7 days.

Dual-chamber pacing. 

The first three beats show atrial and

ventricular pacing with narrow pacing spikes in front of 
each P wave and QRS complex. 
The last beats show spontaneous P waves with a different 
morphology and no pacing spike; the pacemaker senses or 
tracks these P waves and maintains AV synchrony by pacing 
the ventricle after an appropriate interval.

Permanent pacemakers

Small, flat, metal devices implanted under the skin, usually 
in the pectoral area. They contain a battery, a pulse 
generator, and programmable electronics that allow 
adjustment of pacing and memory functions. Pacing 
electrodes (leads) can be placed via the subclavian or 
cephalic veins into the RV (usually at the apex), the right 
atrial appendage or, 

to maintain AV synchrony

, both. 

Permanent pacemakers are programmed using an 
external programmer via a wireless telemetry system.
Pacing rate, output, timing and other parameters can be
adjusted. This allows the device to be set to the optimum 
settings to suit the patient’s needs. Pacemakers store useful 
diagnostic data about the patient’s heart rate 

Single-chamber atrial 

pacing is used in sinoatrial disease 

without AV block (acts as an external sinus node). 

Single-chamber ventricular 

pacing is used in patients with 

continuous atrial fibrillation and bradycardia. 

Dual-chamber pacing 

is most often used in second- or 

third-degree AV block; here, the atrial electrode is used to 
detect spontaneous atrial activity and trigger ventricular 
pacing , thereby preserving AV synchrony and allowing the 
ventricular rate to increase, together with the sinus node 
rate, during exercise and other forms of stress. 
Dual-chamber advantages over ventricular pacing; include 
superior haemodynamics, a better effort tolerance, a 
lower prevalence of atrial arrhythmias and 

avoidance 

of 

‘pacemaker syndrome’

(a fall in BP and dizziness 

precipitated by loss of AV synchrony).

A code is used to signify the pacing mode 

. For example, 

a system that

paces 

the

atrium

, senses the atrium and is 

inhibited if it senses spontaneous activity is designated 

AAI. 

Most dual-chamber

pacemakers are programmed to a 

mode termed 

DDD; 

in this case, ventricular pacing is 

triggered by a sensed sinus P wave and inhibited by a 
sensed spontaneous QRS complex. A fourth letter, 

‘R’, is 

added if the pacemaker has a rate response function (e.g. 
AAIR = atrial demand pacemaker with rate response 
function). Rate-responsive pacemakers are used in patients 
with chronotropic incompetence, who are unable to 
increase their heart rate during exercise. 

These devices have a sensor that triggers an increase in 
heart rate in response to movement or increased 
respiratory rate. 
The sensitivity of  the sensor is programmable, as is the 
maximum paced heart rate.
Early complications of permanent pacing include
pneumothorax, cardiac tamponade, infection and lead
displacement. 
Late complications include infection (which usually 
necessitates removing the pacing system), erosion of the 
generator or lead, chronic pain related to the implant 
site, and lead fracture due to mechanical fatigue.

International generic pacemaker code

Implantable cardiac defibrillators (ICDs) 

ICDs can also detect and terminate life-threatening 
ventricular tachyarrhythmias.

ICDs treat ventricular tachyarrhythmias 

using overdrive

pacing

,

cardioversion

or

defibrillation. They are

implanted in a similar manner to pacemakers and carry
a similar risk of complications. In addition,patients can be 
prone to psychological problems and anxiety, particularly if 
they have experienced repeated shocks from their device.

The evidence-based indications 

for ICD implantation

can be divided into ‘secondary prevention’ indications, 
when patients have already had a potentially life-
threatening ventricular arrhythmia, and ‘primary 
prevention’ indications, when patients are considered to be 
at significant future risk of arrhythmic death. 

ICDs may be used prophylactically in selected patients 

with inherited conditions associated with a high risk of 
sudden cardiac death, such as long QT syndrome , 
hypertrophic cardiomyopathy and arrhythmogenic right 
ventricular dysplasia . ICD treatment is expensive and so 
the indications for which the devices are routinely 
implanted depend on the health-care resources available.

Key indications for ICD therapy

Cardiac resynchronisation therapy (CRT) 

A treatment for selected patients with heart failure, in whom 
cardiac function is further impaired by the presence of 
LBBB.This conduction defect is associated with left 
ventricular dys-synchrony

(poorly coordinated left ventricular contraction) 

and can aggravate heart failure. CRT systems have an 
additional lead that is placed via the coronary sinus into one 
of the veins on the epicardial surface of the LV . 
Simultaneous septal and left ventricular epicardial pacing 
resynchronises LV contraction. It improve effort tolerance, 
reduce symptoms and are more effective in sinus rhythm 
than in those with atrial fibrillation. Most devices are also
defibrillators (CRT-D) because many are predisposed to 
ventricular arrhythmias. CRTpacemakers (CRT-P) are used in 
patients with relatively low risk of these arrhythmias.

ATHEROSCLEROSIS

Atherosclerosis can affect any artery in the body. 

Pathophysiology

Atherosclerosis is a progressive inflammatory disorder
of the arterial wall characterised by focal lipid rich 
deposits of atheroma that remain clinically silent
until they become large enough to impair tissue perfusion,
or until ulceration and disruption of the lesion result in 
thrombotic occlusion or distal embolisation of the vessel. 
Atherosclerosis begins early in life. Abnormalities of arterial 
function have been detected among high-risk children and 
adolescents, such as cigarette smokers and those with 
familial hyperlipidaemia or hypertension.

Early atherosclerosis

Fatty streaks tend to occur at sites of altered arterial
shear stress, such as bifurcations, associated with 
abnormal endothelial function. Inflammatory cells, 
predominantly monocytes, bind to receptors expressed by 
endothelial cells, migrate into the intima, take up oxidised 
LDL particles and become lipid-laden macrophages or 

foam 

cells. Extracellular lipid pools appear in the intimal

space when foam cells die and release their contents.

In response to 

cytokines and growth factors produced by 

activated macrophages, smooth muscle cells migrate from 
the media into the intima, change from a contractile to a 
repair phenotype , lipid core will be covered by
smooth muscle cells and matrix, producing a stable
atherosclerotic plaque.

The six stages 
of 
atherosclerosis. 

American Heart 
Association 
classification.

Advanced atherosclerosis

In an established 

atherosclerotic plaque, macrophages

mediate inflammation and smooth muscle cells promote
repair.

If

inflammation predominates, the plaque becomes 

active or unstable and may be complicated by ulceration 
and thrombosis. 

Cytokines, 

such as interleukin-1, tumour

necrosis factor-alpha, interferon-gamma, platelet-derived
growth factors, are released by activated macrophages; 
they cause the intimal smooth muscle cells overlying the 
plaque to become senescent and collagen cross-struts within 
the plaque to degrade. This results in 

thinning

of the 

protective fibrous cap, making the lesion vulnerable to 
mechanical stress that ultimately causes
erosion, fissuring or rupture of the plaque surface . 

Any breach 

in the plaque will expose its contents to blood 

and will trigger platelet aggregation and thrombosis that 
extend into the atheromatous plaque and the lumen, this 
may cause partial or complete obstruction. The number and 
complexity of plaques increase with age and with risk 
factors.

‘Vulnerable’ plaques 

are characterised by a lipid-

rich core, a thin fibrocellular cap, speckled calcification 
and an increase in inflammatory cells that release specific 
enzymes to degrade matrix proteins. In contrast, 

stable plaques 

are typified by a small lipid pool, a thick 

fibrous cap, heavy calcification and collagenous cross-struts. 
Fissuring or rupture tends to occur at sites of maximal 
mechanical stressand may be triggered by a surge in BP, as 
during exercise or emotional stress. 

Surprisingly,

the majority of plaque events are subclinical 

and heal spontaneously, although this may allow 
thrombus to be incorporated into the lesion, producing 
plaque growth and further obstruction to flow.
Atherosclerosis may induce complex changes in the

media

that lead to arterial 

remodelling

. Some arterial

segments may slowly constrict (negative remodelling), whilst 
others may gradually enlarge (positive remodelling).
These changes are important because they may
amplify or minimise the degree to which atheroma
encroaches into the arterial lumen. 

Risk factors

The relative importance of many risk factors have been 
defined in animal, epidemiological studies and clinical 
interventional trials. Key factors have emerged but do not 
explain all the risk, and unknown factors may account for 
up to 40% of the variation in risk from one person to the 
next.The impact of 

genetic risk 

is illustrated by twin 

studies; a monozygotic twin of an affected individual has 
an eightfold increased risk and a dizygotic twin a fourfold 
increased risk of dying from CAD , compared to the 
general population.

The effect of risk factors is multiplicative rather

than 

additive. It is important to distinguish between relative 
risk (the proportional increase in risk) and 

absolute risk 

(the 

actual chance

of an event).

Thus, a man of 35 years with a plasma cholesterol of
270 mg/ dL, who smokes 40 cigarettes a day, is relatively
much more likely to die from CAD within the next decade 
than a non-smoking woman of the same age with a normal
cholesterol, but the absolute likelihood of his dying during 
this time is still small (high relative risk, low absolute risk).

• Age and sex. 

the most powerful independent

risk factor. Pre-menopausal women have lower rates of 
disease than men, although this sex difference disappears 
after the menopause. However, hormone replacement 
therapy has no role in the primary or secondary prevention 
of CAD, and isolated oestrogen therapy may cause an 
increased cardiovascular event rate.

• Family history

. Atherosclerotic vascular disease often

runs in families, due to a combination of shared genetic, 
environmental and lifestyle factors. The most common 
inherited risk characteristics (hypertension, hyperlipidaemia, 
diabetes mellitus) are polygenic. A ‘positive’ family history 
is present when clinical problems in first-degree relatives
occur at relatively young age, such as < 50 years for men 
and below 55 years for women.

• Smoking. 

This is probably the most important avoidable

cause of atherosclerotic vascular disease. There is a strong, 
consistent and dose-linked relationship between cigarette 
smoking and CAD, especially in younger (< 70 years).

• Hypertension.

The incidence of atherosclerosis increases as 

BP rises, and this excess risk is related to both systolic and 
diastolic BP, as well as pulse pressure. 

Antihypertensive therapy reduces cardiovascular mortality, 
stroke and heart failure.

• Hypercholesterolaemia 

.Risk rises with increasing serum 

cholesterol concentrations. Lowering serum total and LDL 
cholesterol concentrations reduces the risk of cardiovascular 
events, death, MI, stroke and coronary revascularisation.

• Diabetes mellitus. 

This is a potent risk factor for all forms 

of atherosclerosis and is often associated with diffuse 
disease that is difficult to treat. Insulin resistance 

(normal 

glucose homeostasis with high levels of insulin)

is associated with 

obesity and physical inactivity, and is a risk factor for CAD .

• Haemostatic factors. 

Platelet activation and high plasma 

fibrinogen concentrations are associated with an increased 
risk of coronary thrombosis. Antiphospholipid antibodies 
are associated with recurrent arterial thromboses .

• Physical activity. 

Physical inactivity roughly doubles the 

risk of CAD and is a major risk factor for stroke. Regular 
exercise (brisk walking, cycling or swimming for 20 minutes 
two or three times a week) has a protective effect that may 
be related to increased serum high-density lipoprotein 
(HDL) cholesterol concentrations, lower BP, and collateral
vessel development.

• Obesity 

, particularly if central or truncal, is an 

independent risk factor, although it is often associated with 
other adverse factors, such as hypertension, diabetes 
mellitus and physical inactivity.

• Alcohol. 

associated with reduced rates of coronary 

artery disease. Excess alcohol consumption is associated 
with hypertension and cerebrovascular disease.

• Other dietary factors. 

Diets deficient in fresh fruit, 

vegetables and polyunsaturated fatty acids are associated 
with an increased risk of CVD. The introduction of a 
Mediterranean-style diet reduces CV events. However, 
dietary supplements, such as vitamin C and E, beta-
carotene, folate and fish oils, do not reduce cardiovascular 
events and, in some cases, have been associated with harm.

• Personality. 

Certain personality traits are associated

with an increased risk of coronary disease. Nevertheless, 
there is little or no evidence to support the popular belief 
that stress is a major cause of CAD.

• Social deprivation. 

The impact of established risk factors 

is amplified in patients who are socially deprived and 
current guidelines recommend that treatment thresholds 
should be lowered for them.

Two complementary strategies can be used to prevent
atherosclerosis in apparently healthy but at-risk 

individuals:

population

and 

targeted

strategies. 

The population strategy 

aims to modify the risk factors of 

the whole population through diet and lifestyle advice, on 
the basis that even a small reduction in smoking or average 
cholesterol, or modification of exercise and diet will 
produce worthwhile benefits . Some risk factors for 
atheroma, such as obesity and smoking, are also associated 
with a higher risk of other diseases and should be actively 
discouraged through public health measures. Legislation 
restricting smoking in public places is associated with 
reductions in rates of MI.

The targeted strategy 

aims to identify and treat

high-risk individuals, who usually have a combination
of risk factors and can be identified by using composite
scoring systems . It is important to consider the absolute 
risk of atheromatous CVD before contemplating specific 
antihypertensive or lipid-lowering therapy because this will 
help to determine whether the possible benefits of 
intervention are likely to outweigh the expense, 
inconvenience and possible side-effects. 

Population advice to prevent CAD

Secondary prevention

Energetic correction of modifiable risk factors, particularly 
smoking, hypertension and hypercholesterolaemia, is 
particularly important. All patients with  CAD should be 
given statin therapy,irrespective of their serum cholesterol . 
BP treated to a target of 140/85 mmHg or lower .
Aspirin and ACE inhibitors are of benefit in patients with 
evidence of vascular disease. Betablockers benefit patients 
with a history of MI or heart failure.
Patients who have just survived an MI or undergone
bypass surgery are usually keen to help themselves and
may be particularly receptive to lifestyle advice, such as
dietary modification and smoking cessation.

Use of statins in prevention of atherosclerotic disease

ACE I and secondary prevention of atherosclerotic disease

Aspirin and secondary prevention in atherosclerotic vascular disease

CORONARY ARTERY DISEASE (CAD) 

CAD is the most common form of heart disease and the 
single most important cause of premature death in 
Europe, Russia, North and South America. Disease of the 
coronary arteries is almost always due to atheroma and its 
complications, particularly thrombosis . Occasionally, the 
coronary arteries are involved in aortitis, polyarteritis and 
other connective tissue disorders.

Stable angina

Angina pectoris is the symptom complex caused by 
transient myocardial ischaemia. It may occur whenever
there is an imbalance between myocardial oxygen
supply and demand . Coronary atheroma is by far the 
most common cause, although it may be a manifestation 
of other heart diseases, aortic valve disease, HOCM.

Clinical features

Stable angina is characterised by central chest pain, 
discomfort or breathlessness that is precipitated by 
exertion or other forms of stress, and is promptly relieved 
by rest. Some patients find the discomfort comes when 
they start walking, and that later it does not return 
despite greater effort (‘warm-up angina’).
Physical examination is frequently unremarkable but
should include a careful search for evidence of valve
disease (particularly aortic), important risk factors (e.g.
hypertension, diabetes mellitus), left ventricular 
dysfunction (cardiomegaly, gallop rhythm), other 
manifestations of arterial disease (carotid bruits, 
peripheral vascular disease) and unrelated conditions 
that may exacerbate angina (anaemia, thyrotoxicosis).

Coronary artery disease: clinical manifestations and 
pathology

Factors influencing myocardial oxygen supply and demand

Activities precipitating angina

Investigations

Resting ECG
The ECG may be normal or show evidence of previous MI. 
The most convincing ECG evidence of myocardial 
ischaemia is the demonstration of reversible ST segment 
depression or elevation, with or without T-wave inversion, 
at the time the patient is experiencing symptoms 
(spontaneous or induced by exercise testing).

Exercise ECG

An exercise tolerance test (ETT) is usually performed
using a standard treadmill or bicycle ergometer protocol
while monitoring the patient’s ECG, BP and general 
condition. Planar or down-sloping ST segment depression 
of 1 mm or more is indicative of ischaemia. Up-sloping ST 
depression is less specific and often occurs in normal.

Exercise testing is also a useful means of assessing the
severity of coronary disease and identifying high-risk
individuals . Exercise testing is not infallible and may 
produce false-positive results in the presence of digoxin
therapy, left ventricular hypertrophy, bundle branch block 
or WPW syndrome.
The predictive accuracy of exercise testing is lower in 
women than in men. The test should be classed
as inconclusive (rather than negative) if the patient
cannot achieve an adequate level of exercise because of
locomotor or other non-cardiac problems.

Forms of exercise-induced ST depression. 

A 

Planar ST depression is usually indicative of myocardial 

ischaemia. 

B

Downsloping depression also usually indicates 

myocardial ischaemia.

C 

Up-sloping depression may be a normal finding.

Risk stratification in stable angina

A positive exercise test 

(chest 

leads only). The resting
12-lead ECG shows some minor 
T-wave changes in the 
inferolateral leads but is 
otherwise normal. 
After 3 minutes’ exercise on a 
treadmill, there is marked 
planar ST depression in leads 
V4 and V5 (right offset). 
Subsequent coronary 
angiography revealed critical 
three-vessel CAD .

Other forms of stress testing

• Myocardial perfusion scanning. 

This may be helpful in

the evaluation of patients with an equivocal or 
uninterpretable exercise test and those who are unable to 
exercise .It entails obtaining scintiscans of the myocardium 
at rest and during stress (either exercise testing or 
pharmacological stress, such as a controlled infusion of 
dobutamine), after the administration of an IV radioactive 
isotope, such as 

99

technetium tetrofosmin. Thallium and 

tetrofosmin are taken up by viable perfused myocardium. A 
perfusion defect present during stress but not at rest 
provides evidence of reversible myocardial ischaemia , 
whereas a persistent perfusion defect seen during both 
phases of the study is usually indicative of previous MI.

A myocardial perfusion scan 

showing reversible anterior 
myocardial ischaemia. The 
images are cross-sectional
tomograms of the LV. The 
resting scans (left) show even 
uptake of the 

99

technetium-

labelled tetrofosmin and look 
like doughnuts. During stress
(e.g. a dobutamine infusion), 
there is reduced uptake of 
technetium, particularly along 
the anterior wall (arrows), and 
the scans look like
crescents (right).

• Stress echocardiography. 

This is an alternative to 

myocardial perfusion scanning and can achieve similar 
accuracy. It uses transthoracic echocardiography to 
identify ischaemic (do not contract at rest or during stress) .

• Coronary arteriography

This provides detailed anatomical information about
the extent and nature of CAD and is usually performed 
with a view to CABG surgery or PCI . In some patients, 
diagnostic coronary angiography may be indicated when 
non-invasive tests have failed to establish the cause of 
atypical chest pain, performed under local anaesthesia 
and requires specialized radiological equipment, cardiac 
monitoring and an experienced operating team.

A scheme for the 
investigation and treatment 
of stable angina. 

The 

selection of percutaneous 
coronary intervention (PCI) or 
coronary artery bypass 
grafting (CABG) depends
upon patient choice, coronary 
artery anatomy and extent
of coronary artery disease. 
In general, left main stem and 
three-vessel coronary artery
disease should be treated by 
CABG surgery.

Management: 

general measures
• a careful assessment of severity of arterial disease
• the identification and control of risk factors 
• the use of measures to control symptoms
• the identification of high-risk patients for treatment
to improve life expectancy.
Symptoms alone are a poor guide to the extent. 
Stress testing is therefore advisable in all patients who 
are potential candidates for revascularisation. 
Management should start with a careful explanation of 
the problem and a discussion of the potential lifestyle 
and medical interventions that may relieve symptoms
and improve prognosis . 

Advice to patients with stable angina

Anxiety and misconceptions often contribute to 
disability; for example, some patients avoid all forms of 
exertion because they believe that each attack of angina 
is a ‘mini heart attack’ that results in permanent damage. 
Effective management of these psychological factors can 
make a huge difference to the patient’s quality of life.

Antiplatelet therapy

Low-dose (75 mg) aspirin reduces the risk of adverse
events such as MI and should be prescribed for all
patients with CAD indefinitely . 
Clopidogrel (75 mg daily) is an equally effective that 
can be prescribed if aspirin causes troublesome 
dyspepsia or other side-effects.

Anti-anginal drug treatment
Five groups 

of drug are used to help relieve or prevent

the symptoms of angina: nitrates, ββ, calcium antagonists, 
potassium channel activators and an 

I

f 

channel antagonist.

Nitrates
Act directly on vascular smooth muscle to produce 
venous and arteriolar dilatation. Their beneficial effects 
are due to a reduction in myocardial oxygen demand
(lower pre and afterload) and an increase in myocardial 
oxygen supply (coronary vasodilatation). Sublingual 
glyceryl trinitrate (GTN), administered from a metered-
dose aerosol

(400 μg per spray) 

or as a tablet 

(300 or 500 μg), 

relieve 

an attack of angina in 2–3 minutes. Side-effects include 
headache, symptomatic hypotension and, rarely, syncope.

Patients should be 

encouraged

to use the drug 

prophylactically before taking exercise that is liable to
provoke symptoms. Sublingual GTN has a short duration
of action , however, a variety of alternative nitrate 
preparations can provide a more prolonged therapeutic 
effect. 

GTN 

can be given transcutaneously as a patch 

(5–10 

mg daily)

, or as a slow-release buccal tablet 

(1–5 mg 4 times daily).

GTN undergoes extensive first-pass metabolism in the liver 
and is ineffective when swallowed. Other nitrates, such as 
isosorbide dinitrate 

(10–20 mg 3 times daily) 

and isosorbide 

mononitrate 

(20–60 mg once or twice daily), 

can be given by mouth. 

Headache is common but tends to diminish if the patient 
perseveres with the treatment. 

Continuous nitrate therapy can cause pharmacological 
tolerance. This can be avoided by 

a 6–8-hour nitrate-free 

period, 

best achieved at night when the patient is inactive. 

If nocturnal angina is a predominant symptom, long acting 
nitrates can be given at the end of the day.
Beta-blockers
These lower myocardial oxygen demand by reducing
heart rate, BP and myocardial contractility, but they may
provoke bronchospasm in patients with asthma. In theory, 
non-selective ββ may aggravate coronary vasospasm by 
blocking the coronary artery β

2

- adrenoceptors and so a 

once-daily cardioselective preparation is used (e.g. slow-
release metoprolol 50–200 mg, bisoprolol 5–15 mg daily). 

Beta-blockers should not be withdrawn abruptly as 
rebound effects may precipitate dangerous arrhythmias, 
worsening angina or MI: 

the ββ withdrawal syndrome.

Calcium channel antagonists
These drugs inhibit the slow inward current caused by
the entry of extracellular calcium through the cell 
membrane of excitable cells, particularly cardiac and 
arteriolar smooth muscle, and lower myocardial oxygen
demand by reducing BP and myocardial contractility.
Dihydropyridine calcium antagonists, such as nifedipine
and nicardipine, often cause a reflex tachycardia.
This may be counterproductive and it is best to use
them in combination with a ββ. 

In contrast, verapamil and diltiazem are particularly 
suitable for patients who are not receiving a β-blocker 
(e.g. those with airways obstruction) because they slow 
SA node firing, inhibit conduction through the AV node 
and tend to cause a bradycardia. They reduce 
myocardial contractility and can aggravate or precipitate 
heart failure. Other unwanted effects include peripheral 
oedema, flushing, headache and dizziness .
Potassium channel activators
These have arterial and venous dilating properties but
do not exhibit the tolerance seen with nitrates. 

Nicorandil

(10–30 mg twice daily orally) 

is the only drug in this 

class currently available for clinical use.

Duration of action of some nitrate preparations

Calcium channel antagonists used for the treatment of angina

I

f

channel antagonist

Ivabradine

. It induces bradycardia by modulating ion 

channels in the sinus node. In contrast to β-blockers and 
rate-limiting calcium antagonists, it does not have other 
cardiovascular effects. It appears to be safe to use in 
patients with heart failure.

Although each of these anti-anginal drugs

is superior to

placebo, there is little evidence that one group is more 
effective than another. It is conventional to start with low-
dose aspirin, a statin, sublingual GTN and a ββ, and then 
add a CC antagonist or a long-acting nitrate later, if 
needed. The goal is the control of angina with minimum 
side-effects and the simplest drug regimen. 

There is little evidence that multiple anti-anginal drugs is 
of benefit, and revascularisation should be considered if 
an appropriate combination of two or more drugs fails to 
achieve an acceptable symptomatic response.

Invasive treatment

Percutaneous coronary intervention (PCI) 
PCI is performed by passing a fine guidewire across a 
coronary stenosis under radiographic control and using it 
to position a balloon, which is then inflated to dilate the 
stenosis . A coronary stent is a piece of coated metallic
‘scaffolding’ that can be deployed on a balloon and used
to maximise and maintain dilatation of a stenosed vessel.
The routine use of stents in appropriate vessels reduces
both acute complications and the incidence of clinically
important re-stenosis .

PCI provides an effective symptomatic treatment 

but

definitive evidence 

that it improves survival in patients

with chronic stable angina is 

lacking. 

It is mainly used in single- or two-vessel disease. Stenoses in 
bypass grafts can be dilated, as well as those in the native 
coronary arteries. Coronary surgery is usually the 
preferred option in patients with three-vessel or left main 
stem disease, although recent trials have demonstrated 
that PCI is also feasible in such patients. 

The main acute complications of PCI 

are occlusion of the 

target vessel or a side branch by thrombus or a loose flap 
of intima (coronary artery dissection), and consequent 
myocardial damage. This occurs in about 2–5% of 
procedures and can often be corrected by deploying a 
stent; however, emergency CABG is sometimes required. 

Minor myocardial damage, as indicated by elevation of
sensitive intracellular markers , occurs in up to 10% .

The main long-term complication 

of PCI is re-stenosis , in 

up to one-third of cases. This is due to a combination of 
elastic recoil and smooth muscle proliferation (neo-intimal
hyperplasia) and tends to occur within 3 months. 

Stenting 

substantially reduces 

the risk of re-stenosis, probably 

because it allows the operator to achieve more complete 
dilatation in the first place. Drug-eluting stents reduce this 
risk even further by allowing an antiproliferative drug, 
e.g. sirolimus or paclitaxel, to elute slowly from the coating 
and prevent neo-intimal hyperplasia and in-stent re-
stenosis. There is an increased risk of late drug-stent 
thrombosis, although the absolute risk is small(< 0.5%). 

Recurrent angina 

(affecting up to 15–20% of patients 

receiving an intracoronary stent at 6 months) may require 
further PCI or bypass grafting.

The risk of complications 

and the likely success of the

procedure are closely related to the morphology of the
stenoses, the experience of the operator and the presence 
of important comorbidity, e.g. diabetes, peripheral arterial 
disease. A good outcome is less likely if the target lesion 
is complex, long, eccentric or calcified, lies on a bend or 
within a tortuous vessel, involves a branch or contains acute 
thrombus. 

In combination 

with aspirin and heparin, 

adjunctive therapy with potent platelet inhibitors, such as 
clopidogrel or glycoprotein IIb/ IIIa receptor antagonists,
improves the outcome of PCI, with lower short- and
long-term rates of death and MI.

Primary PCI. 

A Acute right coronary artery occlusion.
B Initial angioplasty demonstrates a 
large thrombus filling defect (arrows).
C Complete restoration of normal flow 
following intracoronary stenting.

Angioplasty and intracoronary stents in angina

PCI vs medical therapy in stable angina

Coronary artery bypass grafting

The internal mammary arteries, radial arteries or
reversed segments of the patient’s own saphenous vein
can be used to bypass coronary artery stenoses .This 
usually involves major surgery under cardiopulmonary
bypass but, in some cases, grafts can be applied to the 
beating heart: ‘off-pump’ surgery. The operative
mortality is approximately 1.5% but risks are higher in 
elderly patients, those with poor left ventricular
function and those with significant comorbidity, such
as renal failure. 
Approximately 90% of patients are free of angina 1 
year after CABG surgery, but fewer than 60% of 
patients are asymptomatic after 5 or more years. 

Early postoperative angina 

is usually due to graft failure 

arising from technical problems during the operation,
or poor ‘run-off’ due to disease in the distal native 
coronary vessels. Late recurrence of angina may be due 
to progressive disease in the native coronary arteries or
graft degeneration. 
Fewer than 50% of vein grafts are patent 10 years 
after surgery. However, arterial grafts have a much 
better long-term patency rate, with more than 80% of 
internal mammary artery grafts patent at 10 years. 

This has led many surgeons to consider total arterial 
revascularisation during CABG surgery. Aspirin
(75–150 mg daily) and clopidogrel (75 mg daily) both
improve graft patency, and one or other should be 
prescribed indefinitely, if well tolerated. Intensive lipid 
lowering therapy slows the progression of disease in the
native coronary arteries and bypass grafts, and reduces
clinical cardiovascular events. There is substantial excess
cardiovascular morbidity and mortality in patients who
continue to smoke after bypass grafting. Persistent
smokers are twice as likely to die in the 10 years 
following surgery than those who give up at surgery. 

CABG improves survival in 

symptomatic patients with left 

main stem stenosis or three-vessel coronary disease (i.e. 
involving LAD, CX and right coronary arteries) or two-vessel 
disease involving the proximal LAD coronary artery. 
Improvement in survival is most marked in those with 
impaired left ventricular function or positive stress testing 
prior to surgery and in those who have undergone left
internal mammary artery grafting.
Neurological complications are common, with a
1–5% risk of peri-operative stroke. Between 30% and
80% of patients develop short-term cognitive impairment
that typically resolves within 6 months. There are
also reports of long-term cognitive decline that may be
evident in more than 30% of patients at 5 years. 

Coronary artery bypass grafting for stable angina

Coronary artery bypass graft surgery. 

A

Narrowed or stenosed arteries are bypassed using saphenous vein grafts 

connected to the aorta: or by utilising the internal mammary artery. 

B 

Three dimensional reconstruction of multidetector CT of the heart. The image shows 

the patent saphenous vein grafts (SVG) to the right coronary artery (RCA), obtuse 
marginal branch (OM) and diagonal branch (LADD), and left internal mammary 
artery graft (LIMA) to the left anterior descending (LAD) coronary artery.

Comparison 
of PCI and 
CABG

Comparison of PCI and CABG surgery in
stable angina

Prognosis
Symptoms are a poor guide to prognosis; 
nevertheless, the 5-year mortality of patients with 
severe angina (NYHA class III or IV) is nearly 
double that of patients with mild symptoms. 
Exercise testing and other forms of stress testing 
are much more powerful predictors of mortality; 
for example, in one study, the 4-year mortality of 
patients with stable angina and a negative
exercise test was 1%, compared to more than 
20% in those with a strongly positive test.

In general, the prognosis 

of coronary artery disease

is related to the number of diseased vessels and the
degree of left ventricular dysfunction. A patient with
single-vessel disease and good left ventricular function
has an excellent outlook (5-year survival > 90%), 
whereas a patient with severe left ventricular 

dysfunction

and extensive 

three-vessel

disease has a 

poor prognosis (5-year survival < 30%) without 
revascularisation. 
Spontaneous symptomatic improvement due to the 
development of collateral vessels is common.

Angina with normal coronary arteries

Approximately 

10% 

of patients who report stable angina 

on effort will have angiographically normal coronary 
arteries. Many of these patients are women and it is 
important to review the original diagnosis and explore 
other potential causes.

Coronary artery spasm

Vasospasm in coronary arteries may coexist with atheroma, 
especially in unstable angina; in <1% of cases, vasospasm 
may occur without angiographically detectable atheroma.
This is sometimes known as variant angina, and may be 
accompanied by spontaneous and transient ST elevation on 
the ECG (Prinzmetal’s angina). Calcium channel 
antagonists, nitrates and other coronary vasodilators are 
the most useful therapeutic agents but may be ineffective.

Syndrome X

The constellation of typical angina on effort, objective
evidence of myocardial ischaemia on stress testing, and
angiographically normal coronary arteries is sometimes
known as syndrome X. 
This disorder is poorly understood but carries a good 
prognosis and may respond to treatment with anti-
anginal therapy.

Acute coronary syndrome (ACS )