Resting electrocardiography for analysis of potential myocardial fibrosis markers : evidence from the 2022 World Masters Athletics Championships

Abstract

Säännöllinen tavoitteellinen harjoittelu voi aiheuttaa urheilijoille sydänlihaksen adaptaatioita ja muutoksia, joita kuvataan termillä ”urheilijansydän”. Jatkuva kovatehoinen harjoittelu voi aiheuttaa kohonneen kammioiden paineylikuormituksen johdosta sydänlihaksen muutoksia. Sydänlihakseen voi syntyä tämän johdosta mikroskooppisia vaurioita, jotka voivat johtaa sydänlihaksen fibroosiin (SF). SF määritellään kollageenisen arpikudoksen lisääntyneeksi määräksi sydämessä ja sen on osoitettu lisäävän riskiä haitallisiin sydänperäisiin ongelmiin.

Sydänsähkökäyrää (elektrokardiografia, EKG) analysoimalla on tunnistettu muuttujia, joita on yhdistetty SF:n. Urheilijoita ei ole aikaisemmin tutkittu tai vertailtu näiden SF:n EKG-muuttujien osalta. Tässä tutkimuksessa analysoimme aikuisyleisurheilijoiden (n=155) 12-kytkentäisiä lepo-EKG:itä. Urheilijat olivat iältään keskimäärin 61±17–vuotiaita ja heillä oli taustalla noin 28±18 vuotta harjoittelua yleisurheilulajeista. Analyysit toteutettiin kolmessa lajiryhmässä (kestävyysurheilijat n=51, 22 naista, lyhyen matkan juoksijat n=69, 25 naista ja heittäjät ja hyppääjät n=35, 18 naista) sekä erikseen sukupuolen mukaan. Lepo-EKG:n perusmuuttujien lisäksi analysoimme potentiaalisia SF:n EKG-muuttujia (T-aallon inversio, pirstoutunut QRS-kompleksi (fQRS), pidentynyt QRS-kompleksi sekä patologinen Q-aalto).

Kestävyysurheilijoilla oli matalampi leposyke (54±8 lyöntiä minuutissa, bpm) verrattuna lyhyen matkan juoksijoihin (63±12 bpm) ja heittäjiin ja hyppääjiin (62±12 bpm) (p<0.001). Leposyke jakautui samalla tavalla, kun miehiä ja naisia verrattiin erikseen lajiryhmittäin (miehet p<0.001, naiset p=0.017). Eräissä EKG-perusmuuttujissa havaittiin eroja lajiryhmien välillä. Esimerkiksi kestävyysurheilijoilla oli keskiarvoltaan pidemmät QT-ajat (448±37 ms), kuin lyhyen matkan juoksijoilla (413±33 ms) ja heittäjillä ja hyppääjillä (417±39 ms) (p<0.001), mutta sykekorjattua Bazettin kaavaa käyttäen lajiryhmät eivät poikenneet toisistaan (p=0.815). Kestävyysurheilijoilla oli myös pidempi PR-aika (176±25 ms) verrattuna lyhyen matkan juoksijoihin (169±34 ms) ja heittäjiin ja hyppääjiin (164±21 ms) (p=0.046). SF:a kuvaavien EKG-muuttujien esiintyvyys vaihteli 3% (pidentynyt QRS-kompleksi) ja 32% (fQRS) välillä. Selviä eroja SF:n EKG-muuttujissa ei havaittu lajiryhmien tai sukupuolten välillä. Esimerkiksi fQRS:n esiintyvyys oli kestävyysurheilijoilla 29% (n=15), lyhyen matkan juoksijoilla 34% (n=24) ja heittäjillä ja hyppääjillä 29% (n=10). Samanlainen fQRS:n esiintyvyys havaittiin, kun lajiryhmiä verrattiin sukupuolten kesken, jolloin fQRS:n esiintyvyys vaihteli 24% ja 38% välillä.

SF:a kuvaavia EKG-muuttujia havaittiin aikuisyleisurheilijoilla urheilulajista ja sukupuolesta riippumatta. SF:n EKG-muuttujia voidaan mahdollisesti käyttää SF:n aikaiseen havaitsemiseen. SF:a kuvaavien EKG-muuttujien esiintyvyydestä ja vaikutuksesta tarvitaan kuitenkin lisää tutkimuksia, sillä niiden yhteydestä urheilijan sydänterveyteen ei ole riittävästi tietoa.

Regular exercise training produces cardiovascular adaptations and cardiac remodeling for athletes. These changes are referred with the term “athlete’s heart”. The high amount of training in frequency and intensity may lead to pressure and volume overload changes in ventricles and myocardium. The pressure overload can in time cause slow and adaptative damage in myocardial tissue, which can lead to myocardial fibrosis (MF). MF is usually defined as an increased quantity of collagenous scar tissue in the heart which has been shown to be associated with adverse cardiac events. Certain markers of electrocardiography (ECG) have shown to be associated with the presence of MF. Since athletes have not been studied with these markers, we analyzed the 12-lead resting ECG’s from 155 track-and-field masters athletes (61±17 years old) with 28±18 years of training background, in three sports specific groups (endurance athletes n=51, 22 females, sprinters n=69, 25 females and throwers & jumpers “T&J” n=35, 18 females) and in biological sex. In addition to analysis of main components of the 12-lead resting ECG, we conducted analysis for potential MF related ECG markers such as T wave inversion (TWI), fragmented QRS complex (fQRS), prolonged QRS complex and pathological Q waves. Endurance athletes had lower resting heart rates (54±8 bpm) compared to sprinters (63±12 bpm) and T&J athletes (62±12 bpm) (p<0.001). Similar findings were seen when males (p<0.001) and females (p=0.017) were analyzed separately in sport specific groups. Some differences were observed in ECG parameters such as longer QT interval durations (ms) for endurance athletes (448±37 ms) compared to sprinters (413±33 ms) and T&J group (417±39 ms) (p<0.001), but not after Bazett’s corrected QT interval (p=0.815). Endurance athletes showed also longer PR intervals (176±25 ms) compared to sprinters (169±34 ms) and T&J athletes (164±21 ms) (p=0.046). The prevalence of potential MF connected ECG markers varied between 3% (prolonged QRS) to 32% (fQRS) without no clear difference between sport groups and genders. For example, the prevalence of fQRS for endurance athletes was 29% (n=15), 34% for sprinters (n=24) and 29% for T&J (n=10). Similar prevalence of fQRS was seen when the athlete groups were compared between genders varying from 24% to 38% Potential MF related ECG markers were recognized among masters athletes independent of sports specificity and gender. The results may provide a potentially useful non-invasive method for early recognition of MF in athletes hearts. More research is needed to substantiate our findings and corroborate them statistically, and also to elucidate the relevance of MF related ECG markers for athletes’ cardiac health.