The Prognostic Power of the Clinical Exercise Test

Abstract

Sydän- ja verisuonitauteihin kuolee vuosittain yli 20 000 suomalaista. Tämän vuoksi yhdeksi kansanterveyden suurista haasteista on viime vuosina noussut näiden potilaiden riittävän aikainen tunnistaminen, jotta riittävät hoito- ja tutkimustoimenpiteet saadaan kohdistettua suuren riskin potilaisiin. Kliinistä rasituskoetta ja sen aikaisia ST-segmentin muutoksia EKG:ssä käytetään yleisesti sepelvaltimotaudin diagnostiikassa. Diagnostiikan lisäksi kliinistä rasituskoetta voidaan käyttää myös arvioitaessa potilaan ennustetta sekä sydäntapahtumien riskiä tulevaisuudessa. Aiemmissa tutkimuksissa on todettu, että ST-segmentin muutosten lisäksi kliininen rasituskoe tarjoaa useita muita muuttujia riskinarviointiin.

Osana Finnish Cardiovascular Study (FINCAVAS) -tutkimusta väitöskirjatutkimuksessani tutkittiin sekä yksittäisten rasituskokeen aikaisten muuttujien, että eri muuttujien yhdistelmien merkitystä arvioitaessa potilaan ennustetta. FINCAVAS-tutkimusaineisto sisältää kliinisen rasituskokeen aikaiset tiedot 4568 (1765 naista) potilaalta, jotka tulivat vuosien 2001 ja 2008 välisenä aikana kliiniseen rasituskokeeseen Tampereen Yliopistolliseen Sairaalaan ja olivat halukkaita osallistumaan tutkimukseen. Potilaiden seuranta-aika oli keskimäärin 55 kuukautta, jonka aikana kuoli 321 potilasta. Kuolemista 138 oli sydän- ja verisuoniperäisiä, joista edelleen 63 oli sydänäkkikuolemaa. Pienempiä aineistoja otettiin analysoitavaksi lyhyempien seuranta-aikojen jälkeen. Rasituskokeen aikaisen ekg:n lisäksi syke ja verenpaine mitattiin säännöllisesti koko kokeen ajan. Ekg:stä määritettiin sydämen sykevaihtelu (heart rate variability, HRV), T-aallon vuorottelu (T-wave alternans, TWA) sekä PR-intervallit.

Väitöskirjatutkimuksessani tutkittiin sekä autonomisen hermoston toimintaa kuvaavia suureita, että sydämen sähköistä toimintaa kuvaavia suureita. Tutkituista suureista rasitusta edeltävän lepovaiheen aikana vaimentunut sydämen sykevaihtelu oli yhteydessä huonoon ennusteeseen usean sykevaihtelua kuvaavan muuttujan osalta. Maksimirasituksen aikainen sydämen sykevaihtelu ei sen sijaan ennustanut kuolleisuutta. Maksimirasituksen aikana T-aallon vuorottelu oli yhteydessä kuolleisuuteen sekä luokiteltuna (?60 ?V) että jatkuvana muuttujana, erityisesti ekg:n kytkennässä V5. Rasituksen jälkeisen palautumisvaiheen aikana T-aallon vuorottelu ?60 ?V oli yhteydessä huonoon ennusteeseen. Myös pidentynyt PR-intervalli sekä ensimmäisen asteen eteiskammiokatkos (AV-katkos) ennustivat sydän- ja verisuoniperäistä kuolleisuutta rasituksen jälkeisen palautumisvaiheen aikana. Hidastunut sykkeen palautuminen (?18 bpm) rasituksen jälkeen oli yhteydessä niin kokonaiskuolleisuuteen kuin sydän- ja verisuoniperäiseen kuolleisuuteenkin. Poikkeuksellisen suuri T-aallon vuorottelu (?60 ?V) yhdistettynä hidastuneeseen sydämen sykkeen palautumiseen oli yhteydessä huonoon ennusteeseen, kun T-aallon vuorottelu oli määritetty joko rasituksen tai palautumisvaiheen aikana. Hidastunut sykepainetulon (rate-pressure product, RPP) palautuminen rasituksen jälkeen oli myös yhteydessä seuranta-ajan kuolleisuuteen.

Väitöskirjatutkimukseni perusteella kliininen rasituskoe tarjoaa merkittävästi tietoa arvioitaessa potilaan ennustetta. Uudempiin menetelmiin verrattuna kliininen rasituskoe on edullinen, kajoamaton sekä yleensä helposti saatavilla oleva tutkimus. Diagnostisena testinä rasituskoetta voidaan luotettavasti käyttää vain niille potilaille joiden ennakkotodennäköisyys sepelvaltimotautiin on kohtalainen. Arvioitaessa potilaan ennustetta, kaikki potilaat joiden toimintakyky on riittävä, soveltuvat tutkimukseen. Tämän tutkimuksen perusteella rasituskoe tulisi nähdä kokonaisuutena, johon kuuluvat lepovaihe, rasitus sekä rasituksen jälkeinen palautumisvaihe. Yhdistämällä yksittäisiä muuttujia uusiksi muuttujiksi voidaan rasituskokeen ennustearvoa lisätä ja samalla vähentää virheellisiä riskiarvioita. Kuitenkin tarvitaan vielä uusia ja laajempia tutkimuksia suurilla potilasaineistoilla, ennen kuin voidaan tehdä yleisiä suosituksia rasituskokeen käytöstä riskinarvioinnissa.

The more than 20,000 cardiovascular deaths per year in Finland have made the identification of individuals at risk for cardiovascular death a pressing public challenge. The clinical exercise test and exercise-based ST segment deviation are widely accepted methods for diagnosing coronary heart disease (CHD). However, beyond ST segment analysis, a clinical exercise test provides much more information when estimating a patient s risk for future cardiovascular events. As a part of the Finnish Cardiovascular Study (FINCAVAS), the present study was designed to investigate the prognostic power of single and multiple variables derived from a clinical exercise test. The FINCAVAS population includes all patients scheduled for an exercise stress test due to clinical reasons using a bicycle ergometer at Tampere University Hospital and willing to participate in the study between October 2001 and December 2008. The follow-up lasted until September 2009. The final number of participants was 4,568 (1,765 women), but smaller study populations were created after shorter follow-up periods. In addition to repeated measurement of standard parameters such as heart rate and blood pressure, digital high-resolution ECG at 500Hz was recorded continuously during the entire exercise test, including the resting and recovery phases. T-wave alternans (TWA) was analyzed continuously with the time-domain Modified Moving Average (MMA) Method.

During the follow-up (55±26 months) 321 patients died, including 138 cardiovascular deaths and 63 sudden cardiac deaths (SCD). The prognostic power of exercise-test-based variables was determined by means of Cox multivariate regression analysis after adjustment for common coronary risk factors. Diminished heart rate variability (HRV) during the pre-exercise phase was associated with an increased risk of all-cause mortality according to several parameters (log VLF power, log LF power, log LF power n.u, log HF power%, pcSD2, log RMSSD), but during peak exercise HRV did not predict worse prognosis. At peak exercise TWA predicted worse prognosis both as a categorized variable (?60 ?V) and a continuous variable, especially in lead V5. During the recovery after exercise TWA ?60 ?V predicted worse prognosis. A prolonged PR interval and first-degree atrioventricular (AV) block during recovery were associated with increased risk of cardiovascular death. Abnormal heart rate recovery (?18 bpm) after exercise was a significant predictor of all-cause death and cardiovascular mortality. The combination of abnormal heart rate recovery and TWA ?60 ?V was a significant predictor of all-cause and cardiovascular mortality when TWA was measured either during peak exercise or during recovery. A decreased recovery of rate-pressure product (RPP) was significantly associated with an increased risk of SCD, cardiovascular mortality and all-cause death.

An exercise test utilising the bicycle ergometer has unused prognostic potential when evaluating patients risk for future all-cause and cardiovascular mortality as well as for SCD. To enhance the prognostic power of the exercise test, the test should be considered as a continuum from rest via peak exercise to the recovery phase. Combinations of single parameters can increase the accuracy of the exercise test by reflecting cardiovascular health from several perspectives. However, more studies are needed before universal recommendations for exercise testing in risk stratification can be constructed.