Ventricular repolarization during cardiovascular autonomic function testing

The autonomic nervous system is an important modulator of ventricular repolarization and arrhythmia vulnerability. This study explored the effects of cardiovascular autonomic function tests on repolarization and its heterogeneity, with a special reference to congenital arrhythmogenic disorders typically associated with stress-induced fatal ventricular arrhythmias. The first part explored the effects of standardized autonomic tests on QT intervals in a 12-lead electrocardiogram and in multichannel magnetocardiography in 10 healthy adults. The second part studied the effects of deep breathing, Valsalva manouvre, mental stress, sustained handgrip and mild exercise on QT intervals in asymptomatic patients with LQT1 subtype of the hereditary long QT syndrome (n=9) and in patients with arrhythmogenic right ventricular dysplasia (ARVD, n=9). Even strong sympathetic activation had no effects on spatial QT interval dispersion in healthy subjects, but deep respiratory efforts and Valsalva influenced it in ways that were opposite in electrocardiographic and magnetocardiographic recordings. LQT1 patients showed blunted QT interval and sinus nodal responses to sympathetic challenge, as well as an exaggerated QT prolongation during the recovery phases. LQT1 patients showed a QT interval recovery overshoot in 2.4 ± 1.7 tests compared with 0.8 ± 0.7 in healthy controls (P = 0.02). Valsalva strain prolonged the T wave peak to T wave end interval only in the LQT1 patients, considered to reflect the arrhythmogenic substrate in this syndrome. ARVD patients showed signs of abnormal repolarization in the right ventricle, modulated by abrupt sympathetic activation. An electrocardiographic marker reflecting interventricular dispersion of repolarization was introduced. It showed that LQT1 patients exhibit a repolarization gradient from the left ventricle towards the right ventricle, significantly larger than in controls. In contrast, ARVD patients showed a repolarization gradient from the right ventricle towards the left. Valsalva strain amplified the repolarization gradient in LQT1 patients whereas it transiently reversed it in patients with ARVD. In conclusion, intrathoracic volume and pressure changes influence regional electrocardiographic and magnetocardiographic QT interval measurements differently. Especially recovery phases of standard cardiovascular autonomic functions tests and Valsalva manoeuvre reveal the abnormal repolarization in asymptomatic LQT1 patients. Both LQT1 and ARVD patients have abnormal interventricular repolarization gradients, modulated by abrupt sympathetic activation. Autonomic testing and in particular the Valsalva manoeuvre are potentially useful in unmasking abnormal repolarization in these syndromes.

Autonominen, eli tahdosta riippumaton hermosto osallistuu moniin elimistön säätelytoimintoihin, vaikuttaen suoraan myös sydämeen. Autonominen hermosto jaetaan sympaattiseen hermostoon, joka aktivoituu äkillisissä elimistön kriisitilanteissa kuten vihastumisen, stressin ja rasituksen yhteydessä, sekä parasympaattiseen hermostoon, joka puolestaan toimii vilkkaammin elimistön lepotilassa. Äkillisesti lisääntynyt sympaattisen hermoston aktiivisuus lisää vakavien rytmihäiriöiden vaaraa mm. kasvattamalla ohimenevästi sydämen sähköiseen toipumisvaiheen (repolarisaatioon) keston alueellisia eroja. Tämän ilmiön merkitys korostuu tietyissä vakaville rytmihäiriöille altistavissa perinnöllisissä taudeissa, joissa repolarisaatio on valmiiksi poikkeava. Näille taudeille on tunnusomaista henkeä uhkaavan rytmihäiriön ilmaantumisen riski tilanteissa joissa autonomisen hermoston toiminta muuttuu äkillisesti. Väitöskirjatutkimuksessa selvitettiin vakioitujen autonomisen hermoston toimintakokeiden vaikutuksia sydämen repolarisaatioon, mittaamalla monikanavaisesta sydänsähkökäyrästä (EKG) repolarisaatiota kuvaavaa QT-aikaa lyönti lyönniltä. Erityisesti tutkittiin testisarjan (syväänhengityskoe, Valsalvan koe, henkinen stressitesti, isometrinen puristuskoe, kevyt rasitus) vaikutuksia QT-aikaan kahdessa perinnöllisessä rytmihäiriösairaudessa; 1-tyypin pitkä-QT oireyhtymässä (LQT1) ja oikean kammion arytmogeenisessä dysplasiassa (ARVD). LQT1-potilailla syketaajuuden nousu ja QT-ajan lyheneminen olivat normaalia vaimeampia sympaattiseen aktivaation aikana, ja tunnusomaista oli QT-ajan poikkeava piteneminen testien palautumisvaiheissa. Lisäksi Valsalvan kokeen ponnistusvaihe pidensi ohimenevästi T-aallon huipusta T-aallon loppuun mitattua aikaintervallia, mikä katsotaan olevan rytmihäiriöriskiä parhaiten kuvaava EKG-ilmiö tässä oireyhtymässä. ARVD-potilailla havaittiin merkkejä poikkeavasta oikean kammion repolarisaatiosta, ja sen muuttumisesta sympaattisen aktivaation vaikutuksesta. Tutkimuksessa esitettiin lisäksi uusi tapa kuvata repolarisaation epäyhtenäisyyttä, arvioimalla EKG:n avulla sydämen oikean ja vasemman kammion välistä repolarisaatiogradienttia. Gradientti oli normaalia suurempi ja suunnaltaan vasemmalta oikealle LQT1-potilailla, mutta päinvastainen eli oikealta vasemmalle ARVD-potilailla. Valsalvan kokeen ponnistusvaihe korosti entisestään gradienttia LQT1-potilailla ja käänsi ohimenevästi sen suuntaa ARVD-potilailla. Autonomisen hermoston testit ja niistä erityisesti Valsalvan koe osoittautuivat käyttökelpoiseksi poikkeavan repolarisaation paljastamisessa LQT1- ja ARVD-potilailla. Kuvatuista menetelmistä saattaa jatkossa olla apua näiden sairauksien hoitolinjauksissa ja rytmihäiriöriskin arvioimisessa.