Skip to main content

Lund University Publications

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Cardiac muscle injury in children and experimental animals. Reflections in ECG, especially high-resolution electrocardiography

Bennhagen, Rolf LU (2006)
Abstract
Background and Methods: Signal-averaging ECG (SAECG), a bioelectrical processing method, is a further development of the conventional ECG. SAECG can detect voltage potentials in the microvolt range and provide a noise-reduced determination of QRS duration. Extended frequency spectra can be analysed. In adult patients after myocardial infarction it is used to predict the risk for arrhythmias and sudden cardiac death.



Results: High-frequency ECG components are not separate markers for myocardial ischaemia, but reflections of the original bioelectrical signal as demonstrated in a Langendorff model with ex vivo beating guinea-pig hearts. Increase in QT interval dispersion on conventional ECG in combination with loss of sinus... (More)
Background and Methods: Signal-averaging ECG (SAECG), a bioelectrical processing method, is a further development of the conventional ECG. SAECG can detect voltage potentials in the microvolt range and provide a noise-reduced determination of QRS duration. Extended frequency spectra can be analysed. In adult patients after myocardial infarction it is used to predict the risk for arrhythmias and sudden cardiac death.



Results: High-frequency ECG components are not separate markers for myocardial ischaemia, but reflections of the original bioelectrical signal as demonstrated in a Langendorff model with ex vivo beating guinea-pig hearts. Increase in QT interval dispersion on conventional ECG in combination with loss of sinus rhythm were shown to be associated with sudden cardiac death in patients after Mustard or Senning operations for transposition of the great arteries. Measurements were based on manual setting of QT interval although it might be beneficial to use SAECG as a recording method.



SAECG with standard 12-lead configuration is similar in quality and quantity to conventional bipolar orthogonal setting. In newborn infants the most constant SAECG parameter is filtered QRS duration (QRSD). An upper limit of normality was determined to be 100 ms. Newborn infants with myocardial ischaemia demonstrate an increase in filtered QRSD and its variance. It was best recorded in standard 12-lead configuration and in individual leads.



Children and adolescents after cardiac transplantation showing rejection with myocytolysis in endomyocardial biopsy (EMB) specimens have an increase in filtered QRSD and its variance in 12-lead SAECG. Late potentials were found in all individual SAECG leads in patients with myocytolysis (100%), but less frequently in the vector magnitude, VM (43%). Serum levels of cardiac troponin T and creatine kinase MB as well as left ventricular performance and diastolic filling indices on echocardiogram were not conclusive in rejection diagnosis.



Conclusions: High-frequency ECG components are not pathological ischaemic markers per se. Increased QT dispersion and loss of sinus rhythm are risk factors for sudden cardiac death in patients operated upon with atrial switch techniques. Filtered QRSD and its variance are increased in newborns with myocardial ischaemia and in cardiac transplant patients with cellular rejection including myocytolysis. SAECG with 12-lead configuration may be an adjunctive method to endomyocardial biopsy in monitoring patients after cardiac transplantation. (Less)
Abstract (Swedish)
Popular Abstract in Swedish

Bakgrund: Det första elektrokardiogrammet (EKG) utfördes 1887 av Augustus Desiré Waller. Det innebar att spänningsskillnader mellan olika delar av hjärtat, under hjärtats arbete dvs. vid upprepade sammandragningar och avslappningar, kunde registreras med elektroder på kroppens yta. Metoden utvecklades vidare av Willem Einthoven, som fick nobelpriset för sitt arbete 1924. Den första EKG-registreringen i Sverige utfördes i Lund 1908.



Metoder: Standard 12-avlednings EKG utfört under vila är ett av det mest använda diagnostiska testen inom medicinen och används vid en stor variation av olika sjukdomstillstånd. Att mäta QT intervallet innebär att tiden från kamrarnas sammandragning... (More)
Popular Abstract in Swedish

Bakgrund: Det första elektrokardiogrammet (EKG) utfördes 1887 av Augustus Desiré Waller. Det innebar att spänningsskillnader mellan olika delar av hjärtat, under hjärtats arbete dvs. vid upprepade sammandragningar och avslappningar, kunde registreras med elektroder på kroppens yta. Metoden utvecklades vidare av Willem Einthoven, som fick nobelpriset för sitt arbete 1924. Den första EKG-registreringen i Sverige utfördes i Lund 1908.



Metoder: Standard 12-avlednings EKG utfört under vila är ett av det mest använda diagnostiska testen inom medicinen och används vid en stor variation av olika sjukdomstillstånd. Att mäta QT intervallet innebär att tiden från kamrarnas sammandragning t.o.m. slutet av kamrarnas återhämtningsfas registreras. QT intervall dispersion (spridning) innebär att den största skillnaden mellan QT intervallen i samtidigt registrerade standard 12-avledningar analyseras.



I en djurexperimentell uppsättning studerades elektriskt avledda signaler från marsvins hjärtats yta, dels under normala flödesmässiga betingelser, dels när hjärtat utsattes för ett för lågt flöde och syrebrist. Signaler från dessa två situationer jämfördes för att se om nya signaler med högre frekvensinnehåll än normalt uppstår då hjärtat utsattes för ett för lågt flöde och syrebrist. Kammarkomplexen (QRS) studerades, före och efter medelvärdesbildning. På så vis kunde störningar från omgivningen, från muskler och elektrisk utrustning i den omedelbara närheten, filtreras bort och elektriska signaler med mycket låg styrka, inom mikrovoltområdet, analyseras.



Medelvärdesbildat EKG. Från en person avleds via elektroder på hudytan, elektriska signaler från hjärtat. Efter signalförstärkning och datorbehandling görs en signalbehandling, då ett signalmedelvärde erhålls. Därmed kan det omgivande signalbruset reduceras och signaler inom mikrovoltområdet analyseras. Två olika konfigurationer för elektrodplaceringar, dels konventionell bipolär, dels standard 12-avledning, användes och jämfördes.



Ekokardiografi. Ultraljudsundersökning av hjärtat användes för att bedöma olika nyfödda, såväl friska som hjärt/kärlsjuka barngruppers hjärtanatomi och hjärtfunktion.



Hjärtbiopsi. Hos barn och ungdomar som har genomgått hjärttransplantation är s.k. `avstötning´ (rejektion) av det nya hjärtat en av de största riskerna. För att diagnostisera denna reaktion måste vävnadsprover från hjärtats insida inhämtas genom en tång som förs in i ett blodkärl, vanligtvis på halsen och förs till hjärtat. Dessa vävnadsbitar analyseras därefter i mikroskop. En gradering sker avseende förekomsten, mängden och spridningen av inflammatoriska celler samt om det har uppstått en direkt skada på hjärtmuskelcellerna.



Bestämning av hjärtenzymer. När hjärtmuskelceller skadas frisätts äggviteämnen, proteiner (troponin T, creatin kinas MB) från hjärtmuskelcellens inre. Nivån av dessa ämnen kan bestämmas i blodet och ge en fingervisning om hjärtmuskelcellerna är utsatta för någon skada.



Resultat:



Arbete I



Elektriska signaler avledda från marsvinshjärtats yta analyserades efter medelvärdesbildning på högfrekventa (175-450 Hz) komponenter före och under pågående syrebrist. Dessa signaler var inte markörer vid en sjuklig situation, utan återspeglingar av ursprungssignalen och proportionella till signalens hastighet och acceleration över hjärtats yta. Detta gällde även när enskilda kammarkomplex analyserades, utan medelvärdesbildning, i området 200-250 Hz.



Arbete II



Barn och ungdomar, som är opererade för hjärtfel med Sennings eller Mustards operation, löper en ökad risk för plötslig hjärtdöd, om de på EKG uppvisar utebliven sinusrytm, dvs. normal rytm utgående från förmaken, samt en markant ökad spridning av tiden för sammandragning och avslappning av hjärtat (QT dispersion) i standard 12-avlednings EKG under vila.



Arbete III



Medelvärdesbildat EKG från nyfödda friska barn kan, med fördel, utföras som standard 12-avlednings EKG (vanligt EKG), i stället för med den vedertagna metoden bestående av tre par av elektroder i tre olika plan i rät vinkel mot varandra över bröstkorgen. Övre gränsen för normalvärdet hos nyfödda barn kan utgöras av 100 millisekunder.



Arbete IV



Svårt sjuka nyfödda barn med olika orsaker till syrebrist i hjärtat uppvisar förändringar i medelvärdesbildat EKG. Den viktigaste parametern är tiden för hjärtkamrarnas sammandragning (QRS), vilken förlängs vid denna typ av sjukdomstillstånd. Fler studier inom detta område är dock nödvändiga för att till fullo kunna använda denna metod inom nyföddhetsmedicinen.



Arbete V



I transplanterade hjärtan hos barn och ungdomar kan icke-invasivt medelvärdesbildat EKG skilja upp enbart inflammatoriska reaktioner i form av ansamling av lymfocyter men utan hjärtmuskelskada från mera allvarliga reaktioner med skada på hjärtmuskelcellernas väggar. QRS-tiden (tiden för hjärtkamrarnas sammandragning, depolarisation) förlängs. Om denna metod kom i användning, skulle antalet tillfällen med invasiv hjärtmuskelbiopsi, som är en komplicerad och riskfylld åtgärd, kunna minskas. Antalet kontrolltillfällen efter hjärttransplantation skulle kunna utökas, riskerna och kostnaderna minskas och patientsäkerheten förbättras.



Konklusion: Medelvärdesbildat EKG kan, med hjälp av olika datorbaserade algoritmer och program, användas som ett icke-invasivt hjälpmedel i klinisk diagnostik hos svårt hjärtsjuka nyfödda barn, samt hos hjärttransplanterade barn och ungdomar för att inom mikrovoltområdet diagnostisera hjärtmuskelskada. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
supervisor
opponent
  • Docent Holmgren, Daniel, Drottning Silvias Barn- och Ungdomssjukhus, Göteborg.
organization
publishing date
type
Thesis
publication status
published
subject
keywords
Pediatrics, Kardiovaskulära systemet, Cardiovascular system, signal-averaging ECG, ischaemia, cardiac transplantation, Pediatri
pages
122 pages
publisher
Department of Clinical Sciences, Lund University
defense location
Föreläsningssalen, Gamla Barnkliniken, Barngatan 2, Lunds Universitetssjukhus, Lund. The auditorium, The previous children´s hospital, Barngatan 2, Lund University Hospital, Lund
defense date
2006-03-31 13:00:00
ISBN
91-85481-49-1
language
English
LU publication?
yes
additional info
id
eceed4e6-070f-4476-90db-b27771cc1cda (old id 546381)
date added to LUP
2016-04-01 15:42:57
date last changed
2018-11-21 20:35:56
@phdthesis{eceed4e6-070f-4476-90db-b27771cc1cda,
  abstract     = {Background and Methods: Signal-averaging ECG (SAECG), a bioelectrical processing method, is a further development of the conventional ECG. SAECG can detect voltage potentials in the microvolt range and provide a noise-reduced determination of QRS duration. Extended frequency spectra can be analysed. In adult patients after myocardial infarction it is used to predict the risk for arrhythmias and sudden cardiac death.<br/><br>
<br/><br>
Results: High-frequency ECG components are not separate markers for myocardial ischaemia, but reflections of the original bioelectrical signal as demonstrated in a Langendorff model with ex vivo beating guinea-pig hearts. Increase in QT interval dispersion on conventional ECG in combination with loss of sinus rhythm were shown to be associated with sudden cardiac death in patients after Mustard or Senning operations for transposition of the great arteries. Measurements were based on manual setting of QT interval although it might be beneficial to use SAECG as a recording method.<br/><br>
<br/><br>
SAECG with standard 12-lead configuration is similar in quality and quantity to conventional bipolar orthogonal setting. In newborn infants the most constant SAECG parameter is filtered QRS duration (QRSD). An upper limit of normality was determined to be 100 ms. Newborn infants with myocardial ischaemia demonstrate an increase in filtered QRSD and its variance. It was best recorded in standard 12-lead configuration and in individual leads.<br/><br>
<br/><br>
Children and adolescents after cardiac transplantation showing rejection with myocytolysis in endomyocardial biopsy (EMB) specimens have an increase in filtered QRSD and its variance in 12-lead SAECG. Late potentials were found in all individual SAECG leads in patients with myocytolysis (100%), but less frequently in the vector magnitude, VM (43%). Serum levels of cardiac troponin T and creatine kinase MB as well as left ventricular performance and diastolic filling indices on echocardiogram were not conclusive in rejection diagnosis.<br/><br>
<br/><br>
Conclusions: High-frequency ECG components are not pathological ischaemic markers per se. Increased QT dispersion and loss of sinus rhythm are risk factors for sudden cardiac death in patients operated upon with atrial switch techniques. Filtered QRSD and its variance are increased in newborns with myocardial ischaemia and in cardiac transplant patients with cellular rejection including myocytolysis. SAECG with 12-lead configuration may be an adjunctive method to endomyocardial biopsy in monitoring patients after cardiac transplantation.},
  author       = {Bennhagen, Rolf},
  isbn         = {91-85481-49-1},
  language     = {eng},
  publisher    = {Department of Clinical Sciences, Lund University},
  school       = {Lund University},
  title        = {Cardiac muscle injury in children and experimental animals. Reflections in ECG, especially high-resolution electrocardiography},
  year         = {2006},
}