SYDÄNLIHASISKEMIA KLIINISESSÄ KUORMITUSKOKEESSA

Transkriptio

1 SYDÄNLIHASISKEMIA KLIINISESSÄ KUORMITUSKOKEESSA Matti Arokoski Tutkielma Lääketieteen koulutusohjelma Itä-Suomen yliopisto Biolääketieteen yksikkö Joulukuu

2 ITÄ-SUOMEN YLIOPISTO Terveystietieteiden tiedekunta Lääketieteen koulutusohjelma AROKOSKI MATTI OJ.: Sydänlihasiskemia kliinisessä kuormituskokeessa Tutkielma, 34 s. Opinnäytetyön ohjaajat: dosentti Kai Savonen ja FT Pirjo Komulainen Joulukuu 2015 Avainsanat: kuormituskoe, sydänlihasiskemia, elektrokardiografia, sydän- ja verisuonisairaudet, tulkinta Sydämen sähköisen toiminnan muutoksia kuormituskokeen aikana voidaan mitata elektrokardiografialla (EKG). Fyysisessä kuormituksessa sydämen minuuttitilavuus nousee, syketaajuus kasvaa ja sydämen sähköisessä toiminnassa tapahtuu muutoksia. Sydämen sähköinen toiminta perustuu sydämen solujen kalvoilla ja sisällä tapahtuviin sähkökemiallisiin muutoksiin. Sähkökentän vaihtelu piirtyy EKG:ssa jatkuvaksi käyräksi, jossa sydämen de- ja repolarisaatiotapahtumat erottuvat erisuuruisina poikkeamina perusviivasta. Tietyn elimen heikentynyt toiminta voi fyysisessä kuormituksessa tulla selvemmin esille kuin levossa, koska kuormituksen aikana elimistön säätelyjärjestelmät eivät pysty riittävästi kompensoimaan heikentyneitä toimintoja. Sydämen sähköinen aktivaatio muuttuu herkästi kehon elintoimintoja seuraten, siten myös fyysisessä rasituksessa. EKG:ssa havaittavien heilahduksien ja aaltojen järjestyksen, keston ja muodon perusteella saadaan tietoa näistä muutoksista. Kliinisen kuormituskokeen epänormaalien EKG-muutosten on havaittu olevan yhteydessä sydän- ja verisuonitapahtumiin, kuolleisuuteen sekä sydän- ja verisuonitautia sairastavilla että oireettomilla henkilöillä. Mahdollisen sydänlihasiskemian (hapenpuute sydänlihaksessa) arvioinnissa on huomio pääasiassa kiinnitetty EKG:n ST-segmentin muutoksiin ja erityisesti sen laskuun kuormituksessa tai kuormituksen jälkeisessä palautumisvaiheessa. Potilaan sairauden diagnostisena työkaluna kliinistä kuormituskoetta on kritisoitu, mutta useissa tutkimuksissa on kuitenkin osoitettu sen merkitys potilaan ennusteen arvioinnissa. Käytännön työni tehtävä oli tallentaa kuormituskokeen EKG-liuskojen keskiarvokompleksien ST-segmentin muuttujia ja muita kuormituskoemuuttujia elektroniseen tietokantaan. Tallennettava aineisto oli DR s EXTRA-tutkimus (DOSE- RESPONSES TO EXERCISE TRAINING), joka on satunnaistettu ja kontrolloitu 4-vuotinen interventiotutkimus. Tutkimuksen väestöotos (n=1410) koostui vuotiaista miehistä ja naisista. Tutkimus oli kolmivaiheinen, sen kahden vuoden välimittauksiin osallistui 1292 tutkittavaa ja loppututkimuksissa oli mukana 1254 tutkittavaa. Omaan työhöni kuului ensimmäisen vaiheen (D0) käsittely ja tallentaminen. 2

3 UNIVERSITY OF EASTERN FINLAND Faculty of Health Sciences Medicine AROKOSKI MATTI OJ.: Myocardial ischemia during cardiac stress test Thesis, 34 pages Tutors: Kai Savonen, docent, PhD, MD, Pirjo Komulainen, Doctor of Philosophy, PhD December 2015 Keywords: cardiac stress test, myocardial ischemia, electrocardiography, cardiovascular disease, interpretation Changes in the electrical activity of the heart can be measured by electrocardiography (ECG) during cardiac stress test. During physical activity cardiac output increases, heart rate increases and there are changes in the heart s electrical activity. Cardiac electrical activity is based on the electrochemical changes in the heart s cell membranes and inside of the cells. The variation of electrical fields is seen as continuous curve on the ECG in which depolarization events are distinguished by deviations from the baseline. The physical stress can stand out the impairment of a specific organ compared to rest, because the body's regulatory systems are unable to adequately compensate the impaired functions. As so the heart s electrical activation is easily changed during physical stress. The order, duration and shape of the oscillations and waves can be obtained in the ECG to get information of these changes. Abnormal ECG changes in cardiac stress test have been associated with cardiovascular events and mortality among cardiovascular disease patients and also among asymptomatic individuals. Evaluation of the possible myocardial ischemia (lack of oxygen) is mainly attached to the attention of the ECG ST-segment changes, in particular STdepression during the stress or ST-depression in the post-recovery period. The cardiac stress test has been criticized as a diagnostic tool of the patient s disease, but a number of studies have shown its value in the evaluation of patient s prognosis. My practical task was to store ECG average complexes of the ST-segments and other variables of cardiac stress tests to the electrical database. The saved data was part of DR s EXTRA-study (DOSE-RESPONSES TO EXERCISE TRAINING), which is a randomized controlled four year intervention trial. Population-based random sample (n=1410) was based on men and women who were years of age. The study was a three-phase, there was 1292 participants involved in the intermediate measurements and 1254 participants were involved in the end-phase study. My work was to process and store the first phase (D0) of the study. 3

4 SISÄLTÖ 1 JOHDANTO KLIININEN KUORMITUSKOE JA SYDÄNLIHASISKEMIA Kuormituskokeen suorittaminen ja kliininen merkitys Kliininen kuormituskoe yleensä Turvallisuus Potilaiden valinta Suorittaminen Sydämen sähköinen toiminta Elektrokardiografia sydämen sähköisen toiminnan havainnoimisessa Iskeemiset muutokset EKG:ssa kliinisessä kuormituskokeessa ST-tason lasku ja sydänlihasiskemia ST-tason nousu T-aaltomuutokset QRS-kompleksi Väärät negatiiviset ja väärät positiiviset tulokset Tulkinta RAPORTTI: DR S EXTRA-TUTKIMUKSEN TIETOJEN TALLENTAMINEN LÄHTEET

5 1 JOHDANTO Sydän- ja verisuonisairauksista on tullut toisen maailmansodan jälkeen merkittävin kuolinsyy länsimaissa, ne aiheuttavat lähestulkoon puolet kaikista kuolemista (Delagardelle ja Feiereisen 2011). Maailmanlaajuisesti teollisuusmaissa sydän- ja verisuonitautikuolleisuus on vähentynyt, mutta lisääntynyt useissa kehittyvissä matalan tulotason maissa (Lehto ja Miettinen 2008). Suurin kuolinsyy on iskeeminen sydänsairaus, jonka yleinen aiheuttaja on sepelvaltimotauti (Ilić ym 2011). Suomessa sepelvaltimotautikuolleisuus on vähentynyt huomattavasti, vaikka sepelvaltimotauti olikin työikäisten miesten yleisin kuolinsyy vuoteen 2004 saakka ja aiheuttaa vieläkin puolet sydän- ja verisuonikuolleisuudesta (Lehto ja Miettinen 2008). Oireilevilla potilailla sepelvaltimotauti on suhteellisen helposti tunnistettava ja hoidettava, mutta suurella osalla potilaista tauti on oireeton (Pasternak ym. 2003). Ainakin 25 % äkkikuolemaan tai ei-kuolemaan johtavista sydäninfarkteista ilmenee ilman ennakoivia oireita. Täten subkliinistä sepelvaltimotautia sairastavien potilaiden, jotka voisivat hyötyä taudin primaaripreventiosta, tunnistaminen on erityisen tärkeää (Greenland ym. 2001). Elinikäiseksi riskiksi sairastua sepelvaltimotautiin on arvioitu miehillä 49 % ja naisilla 32 % neljänkymmenen ikävuoden jälkeen (Ljloyd-Jones ym 1999). Sepelvaltimotauti on krooninen sairaus ja sen kehittymiseen vaikuttavat lukuisat tunnetut tekijät, joista useat liittyvät elämäntapoihin (Reunanen 2000). Sepelvaltimotaudin ennaltaehkäisyn kannalta tärkeintä on vaikuttaa vaaratekijöihin, joita ovat mm. suurentunut veren kokonaiskolesterolipitoisuus, kohonnut verenpaine, tupakointi, vähäinen liikunta (Reunanen 2000), runsas alkoholin kulutus (Bunde ja Suls 2006) ja diabetes (Le Feuvre ym 2011). Kliinistä kuormituskoetta on käytetty pitkään kardiologiassa erityisesti sepelvaltimotaudin diagnostiikassa, jolloin päähuomio on kiinnitetty ST-segmentin muutoksiin kuormituksen aikana ja sen jälkeen (Gibbons ym. 2002). Ensimmäistä kertaa elektrokardiografiarekisteröintiä (EKG) kuormituskokeessa ehdotettiin käytettäväksi diagnostiikassa vuonna 1932 (Ashley ym. 2000). Kliinistä kuormituskoetta sydän- ja verisuonisairauksien seulonnassa oireettomilla henkilöillä on kuitenkin kritisoitu (Lauer 2001), johtuen heillä esiintyvästä suuresta määrästä vääriä positiivisia EKG-löydöksiä (Erikssen ym. 2004). Kliininen kuormituskoe yhdistetäänkin usein radioisotooppi- tai ultraäänikuvantamiseen sepelvaltimotaudin diagnostiikassa (Tavel 2001). 5

6 Kuormituskokeen käyttö potilaan kardiovaskulaarisen statuksen arvioinnissa on kuitenkin saavuttanut pysyvän roolin noninvasiivisena testinä muiden kalliimpien ja monimutkaisempien (kaikukardiografia, angiografia) tutkimusten rinnalla, sillä se on edullinen ja yksinkertainen suorittaa. Vaikka uudemmat tutkimukset ovatkin sensitiivisyydeltään ja spesifisyydeltään yleensä parempia, antaa kliininen kuormituskoe EKG-muutosten lisäksi arvokasta tietoa tutkittavan toiminnallisesta kapasiteetista (Fletcher ym. 1998), kardiorespiratorisista suorituskyvystä, syke- ja verenpainevasteesta, rytmihäiriöistä ja mahdollisista kuormituksenaikaisista oireista (esim. rintakipu) tai niiden puutteista (Tavel 2001). 6

7 2 KLIININEN KUORMITUSKOE JA SYDÄNLIHASISKEMIA 2.1 Kuormituskokeen suorittaminen ja kliininen merkitys Kliininen kuormituskoe yleensä Kliinisen kuormituskokeen avulla voidaan tutkia kardiorespiratorisen suorituskyvyn mekanismeja ja rajoittuneisuutta (Sovijärvi 2000). Kokeella on kaksi merkittävää tehtävää. Ensimmäinen on määrittää, miten sydämen oma verisuonitus kykenee vastaamaan sydänlihaksen lisääntyneeseen hapentarpeeseen rasituksen kasvaessa, ja toinen on tarkistella tutkittavan fyysistä suorituskykyä (Fortuin ja Weiss 1977). Alun perin kliinistä kuormituskoetta yhdistettynä EKG-rekisteröintiin käytettiin ensisijaisesti ST-segmentin muutosten havainnointiin ja siten sydänlihasiskemian toteamiseen (Tavel 2001). Ensimmäisen kerran rasituksenaikaisia muutoksia ST-segmentissä mitattiin EKG-rekisteröinnillä jo vuonna 1908 (Ashley ym. 2000). Kuormituskoe ei rajoitu vain EKG-muutoksiin, vaan sillä voidaan mm. mitata maksimaalista hapenottokykyä ja suorituskykyä, arvioida syke- ja verenpainevastetta sekä tarkastella mahdollisia rytmihäiriöitä (Akkerhuis ja Simoons 2011). Kokeen avulla voidaan edelleen arvioida sydänlihasiskemian olemassaoloa ja vakavuutta, fyysistä kokonaiskapasiteettia ja terapeuttisen intervention tehokkuutta (Tavel 2001). Testinä kliininen kuormituskoe on noninvasiivinen ja edullinen, ja siten tullut laajaan käyttöön useiden sydän- ja verisuonitautien sekä neuromuskulaaristen sairausten diagnostiikassa ja ennusteen arvioinnisssa (Lear ym. 1999). Fyysisen aktiivisuuden väheneminen on saavuttanut epideemiset mittasuhteet länsimaissa, ja siksi kliinistä kuormituskoetta on perusteltu preventiossa sillä, että se voi saada potilaat tietoisiksi huonosta fyysisestä kunnostaan (Froelicher 2005). Huolimatta siitä, että 1990-luvulta lähtien on otettu käyttöön lisääntyvissä määrin kalliimpia sepelvaltimotaudin diagnostisia työkaluja paremman tarkkuuden saavuttamiseksi, voi yksinkertainen kuormituskoe aiempien tutkimusten perusteella olla useissa tapauksissa näitä testejä parempi (Ashley ym. 2000). Kuormituskokeen diagnostista arvoa voidaan tutkia suhteellisen nopeasti poikkileikkausasetelmalla, mutta ennustearvoa tutkittaessa tutkittavan joukon on oltava suuri, seuranta-ajan oltava tarpeeksi pitkä ja tiedot on kerättävä systemaattisesti (Hlatky 1999). 7

8 2.1.2 Turvallisuus Kliininen kuormituskoe on testinä varsin turvallinen: ennen 1980-lukua kuolleisuus oli yhden suhde kahteenkymmeneen tuhanteen tutkittavaan ja nykyään alle yksi testattavaa kohden (Tavel 2001). Testihenkilökunnan tulee olla hyvin koulutettua ja tuntea turvallisuusmenettelyt, testin vasta-aiheet sekä keskeyttämisperusteet (Lear ym. 1999). Mahdollisia vasta-aiheita ovat akuutti sydäninfarkti, epästabiili sepelvaltimotauti, hoitamaton vaarallinen rytmihäiriö, akuutti endokardiitti ja vaikea-asteinen aorttastenoosi (Pakarinen 2003). Muita vasta-aiheita ovat vakava tai epästabiili vasemman kammion vajaatoiminta, akuutti keuhkoembolia tai keuhkoinfarkti, vakava perussairaus, syvä laskimotromboosi ja riittämätön motivaatio suorittaa testi (Tavel 2001). Kliininen kuormituskoe suoritetaan aina lääkärin johdolla (Sovijärvi 2000), mutta kokeen turvallisuuden takia on ehdotettu, että sen voisi suorittaa muukin koulutettu henkilö (Franklin ym. 1997) Potilaiden valinta Tutkittaessa kivutonta sydänlihasiskemiaa on potilaiden huolellisella valinnalla suuri merkitys kliinisen hyödyn maksimoimisen kannalta (Laukkanen ym. 2009).Potilaille, joilla on keskisuuri tai korkea sepelvaltimotaudin riski, kuormituskoe on sovelias tutkimus. Mikäli potilaalla esiintyy ainakin yksi tavanomainen sepelvaltimotaudin riskitekijä, on kliininen kuormituskoe suositeltava suoritettavaksi (Fowler-Brown ym. 2004, Laukkanen ym. 2009). Useissa tutkimuksissa oireettomilla miehillä riskitekijöinä on pidetty hypertensiota, tupakointia, hyperkolesterolemiaa ja lähisuvun sepelvaltimotautia (Prisant ym. 1984). Vaikka sydänlihasiskemia on yleensä yhteydessä rintakipuun, on myös oireeton iskemia yleistä ja voi johtaa sydänperäiseen äkkikuolemaan ilman edeltäviä oireita (Glusman ym. 1995). Käytettäessä kliinistä kuormituskoetta puhtaasti seulontakokeena oireettomilla tutkittavilla ovat väärät positiiviset tulokset yleisiä erityisesti naisilla. Tämä voi johtaa turhiin hoitotoimenpiteisiin ja jatkotutkimuksiin (Fowler-Brown ym. 2004). Rintakivun syyn selvittäminen ja sepelvaltimotaudin diagnostiikka potilailla, joilla se viittaa sydänlihasiskemiaan, ovat tärkeimmät kliinisen kuormituskokeen aiheet (Pakarinen 2003). Muita aiheita ovat muun muassa erityisammateissa (lentäjät, linja-autonkuljettajat) työskentelevien oireettomien yli 40-vuotiaiden miesten terveystarkistukset, infarktin tai leikkauksen jälkeinen kuntoutuksen seuranta ja suorituskykyä rajoittavien oireiden syiden selvittäminen (Tavel 2001). 8

9 2.1.4 Suorittaminen Kolme erityyppistä kuormituskoetta on tavallisesti käytössä: submaksimaalinen, maksimaalinen ja maksimaalinen kuormituskoe yhdistettynä hengityskaasumittaukseen, joista maksimaalinen koe on käytetyin (Lear ym. 1999). Kuormituskoe suoritetaan joko juoksumatolla tai polkupyöräergometrillä, ja se on tyypiltään porrastettu, jolloin rasitusta lisätään 2 3 minuutin välein (Tavel 2001). Rasitusta nostetaan, kunnes saavutetaan tutkittavan potilaan rasituksensiedon yläraja (Sovijärvi 2000). EKG-monitorointi ei tapahdu vain testin aikana, vaan myös ennen testiä levossa sekä sen jälkeen palautumisvaiheessa (Tavel 2001). Testin aikana vähintään kolmea EKG-kytkentää tulisi tarkkailla jatkuvasti (Dargie 1993). Suomessa ja Euroopassa testi suoritetaan yleisimmin polkupyöräergometrillä, kun taas Pohjois-Amerikassa ja Australiassa juoksumattotesti on tavallisin (Higgins ja Higgins 2007). Polkupyöräergometrillä suoritetussa testissä rasituksen voimakkuus on riippumaton tutkittavan painosta, mutta juoksumatolla suoritettavassa testissä rasitus on painosta riippuvainen. Kuormitusta lisättäessä asteittain suuret lihasryhmät kuormittuvat nousujohteisesti, jolloin sydämen minuuttitilavuus, verenpaine ja syke nousevat (Sovijärvi 2000). On havaittu, että polkupyöräergometrillä suoritetussa testissä sydänlihasiskemiaa kuvaavat EKG-muutokset ilmaantuvat korkeammalla kuormitustasolla kuin juoksumattotestissä, riippumatta käytetystä kuormitusmallista (Noël ym. 2010). Suoritusta voidaan ilmaista metabolisen ekvivalentin (MET, lepoaineenvaihdunnan kerrannainen) avulla, joka helpottaa erilaisten kuormitusmallien vertailua keskenään (Tavel 2001). Yksi MET vastaa hapenkulutusta 3,5 ml/min/kg tai energiankulutusta kj kg -1 h -1, joka siis vastaa perusaineenvaihduntaa levossa istuvassa asennossa (Ainsworth ym. 2011). Rasitusta jatketaan Borgin rasittavuusasteikolla tasolle 18 19/20, joka vastaa noin 90 % maksimirasituksesta, mikäli erityisiä keskeyttämisperusteita ei ennen tätä ilmene (Sovijärvi 2000). Objektiivisia ehdottomia keskeyttämisperusteita ovat EKG:n rekisteröinnin epäluotettavuus, ST-tason nousu tai lasku non-q-kytkennässä 4 mm (Sovijärvi 2000), kammiotakykardia, bradykardia, eteis-kammiokatkoksen ilmaantuminen (Dargie 1993), huomattava verenpaineen nousu (> 250/115 mmhg) (Tavel 2001), systolisen verenpaineen lasku 10 mmhg lähtötasosta yhdessä muun iskemialöydöksen kanssa tai vasemman haarakatkoksen ilmaantuminen rasituksen aikana (Mäkijärvi 2003). Testi on myös keskeytettävä lääkärin harkinnan mukaan, mikäli potilas kokee voimakasta väsymystä, raajakipua, hengenahdistusta (Dargie 1993), voimakasta rintakipua rintakipuasteikolla taso 9

10 4 5/10), huimausta, pahoinvointia, tajunnan hämärtymistä (Sovijärvi 2000), tai ilmenee merkkejä heikosta ääreisverenkierrosta (Tavel 2001). EKG-kytkennät vaihtelevat kirjallisuudessa esitetyissä eri raporteissa, mutta kliinisen kuormituskokeen sensitiivisyyden takia niihin tulee kiinnittää huomiota (Siltanen 1984). Käytössä on kolme erilaista EKG-kytkentäluokkaa: yksikertaiset bipolaariset rintakytkennät, perinteiset tai modifioidut 12-kytkennät, ja ortogonaaliset tai vektorikolmikytkennät (Blomqvist 1971). Mason-Likarin modifikaatio 12-kytkennäisestä EKG:stä on nykyisin käytössä kliinisessä kuormituskokeessa rasituksen aikana (Sovijärvi 2000). 2.2 Sydämen sähköinen toiminta Sydämen biosähköinen toiminta perustuu kemiallisen energian muuttamiseen sähköiseen muotoon (Mäkijärvi 2003). Toiminnan lähteenä ovat solukalvoissa esiintyvät ionivirrat, eli ns. pakkovirrat, jotka aiheuttavat virtauksia ympäröivään väliaineeseen ja kudoksiin (Siltanen ym. 2000). Solukalvo on sähköisesti polarisoitunut niin, että sen sisäpuoli on negatiivisesti varautunut ulkotilaan nähden ja tämä potentiaaliero on normaalisti keskimäärin -90 mv. Potentiaaliero perustuu alkalimetalli-ionien erilaiseen konsentraatioon kalvon eri puolilla (Mäkijärvi 2003). Sydänlihassolun mekaaninen toiminta perustuu aktiopotentiaaalin aikaansaamaan solukalvon depolarisaatioon, joka edelleen aiheuttaa muutoksia solun supistumaan kykenevissä rakenteissa (myosiini ja aktiini). Sydänlihassolun ollessa levossa sarkomeerin ohuiden alkusäikeiden troponiiniryhmä (troponiini C, T ja I) ja tropomyosiini toimivat siten, että myosiinin pään ja aktiinin välinen mekaaninen vuorovaikutus estyy. Troponiini C toimii Ca2+-reseptorina, troponiini I jarruttaa ATPaasin aktiivisuutta ja troponiini T liittää koko ryhmän tropomyosiinimolekyyliin. Troponiini T sijaitsee aktiiniketjujen välissä, siten että se estää paksun myosiinipään tarttumasta aktiinimolekyylien kiinnittymiskohtiin (Kettunen ym. 2008). Depolarisaatio avaa solukalvon Ca2+-kanavat ja solunulkoinen kalsium virtaa sisään erityisesti T-putkien kautta (Guyton 2011). Tämä laukaisee myös kalsiumin virtauksen sarkoplastmisesta retikulumista solulimaan, jolloin sen Ca2+-pitoisuus nousee noin 100-kertaiseksi ja poikkisidokset syntyvät myosiinin ja aktiinin välille. Poikkisidokset pääsevät muodostumaan Ca2+-ionien kiinnittyessä troponiini-c:hen, jolloin troponiini-i irtautuu aktiinista ja tropomyosiinisauva siirtyy paljastaen myosiinin sitoutumiskohdan 10

11 aktiinille. Poikkisidoksen synty aktivoi myosiinipään ATPaasia, jolloin ATP hydrolysoituu ja soutava liike mahdollistuu, mikä johtaa lihassupistukseen (Kettunen ym. 2008). Tarjolla olevan kalsiumin määrä ja sydänlihaksen venytysaste vaikuttavat sen supistumisvireyteen. Venytysaste herkistää sydänlihasta kalsiumin vaikutukselle tiettyyn rajaan asti (Kettunen ym. 2008). Kalsiumin merkitys supistumisessa on sydänlihassolussa huomattavasti suurempi verrattuna luustonlihassoluun (Guyton 2011). Relaksaatio alkaa Ca2+-ionien irrotessa troponiiniryhmästä, mitä edeltää solunsisäisen kalsiumpitoisuuden lasku lepotasolle. Solunsisäinen kalsiumpitoisuus vähenee, koska solukalvon sisäpuolelle suuntautuva Ca2+-virta lakkaa ja solu pumppaa Ca2+-ioneita takaisin sarkoplastmiseen retikulumiin ATP:n hydrolysoinnista saatavan energian avulla. Osa kalsiumista siirtyy solun ulkopuolelle Na+/Ca2+-vaihtajan ja osa Ca2+-pumpun avulla (Guyton 2011). Sydänlihaksessa syntyvä aktiopotentiaali on hyvin pitkä, noin 15-kertainen verrattuna luustolihakseen. Sydänlihaksessa on kahdenlaisia aktiopotentiaaliin vaikuttavia ionikanavia: nopeita natriumioni-kanavia ja hitaita kalsiumioni-kanavia. Hitaille kalsiumioni-kanaville on tyypillistä, että ne avautuvat hitaasti ja pysyvät auki kauemmin, mikä saa aikaan pidentyneen depolarisaatioajan ja täten selvän tasanteen (plateau) mitattuun sähkökäyrään (ks. kuva 1) (Guyton 2011). 11

12 Kuva 1. Hitaiden kalsiumkanavien aikaansaama pidentynyt depolarisaatioaika näkyy mitatussa sähkökäyrässä selvänä tasanteena (plateau) (Guyton 2011). Depolarisaation aikana iskeeminen kudos on terveeseen nähden negatiivisesti varautunut ja siten siihen kohdistuu terveestä kudoksesta niin sanottu systolinen vauriovirta (Mäkijärvi 2000). Näillä virroilla on diagnostinen merkitys EKG:ssa (Mäkijärvi 2003). 2.3 Elektrokardiografia sydämen sähköisen toiminnan havainnoimisessa Sydänlihaksen sähköistä toimintaa mitataan EKG:lla, joka rekisteröi sydänlihaksen aktivaatiosta ja palautumisesta aiheutuvia sähköisiä muutoksia kehossa. Normaalin EKG:n ensimmäinen havaittu heilahdus on eteisten aktivaatiosta aiheutuva P-aalto, joka usein nähdään kaksihuippuisena eteisten eri aktivaatioajasta johtuen (Mäkijärvi 2003). Ensimmäinen osa kuvaa oikean ja toinen vasemman eteisen aktivaatiota. P-aallon kesto kuvaa sitä aikaa, mikä kuluu eteisten depolarisaatioon ja tämän jälkeen EKG palautuu keskiviivan tasolle samalla kun eteiset supistuvat (Guyton 2011). Terveellä henkilöllä P-aallon pituus on normaalisti 0,05 0,10 s. Eteisten aktivaation jälkeen aktivoituu johtoratajärjestelmä, mutta sen massan pienuuden vuoksi sähkövirta on niin pieni, ettei sitä eroteta kehon pinnalta mitatusta EKG:stä (Mäkijärvi 2003). Seuraava heilahdus EKG:ssa on kammioiden depolaarisaatiosta aiheutuva QRS-kompleksi. Ensimmäinen osa heilahdusta on 12

13 negatiivinen Q-aalto, sitä seuraa positiivinen R-aalto ja lopuksi negatiivinen S-aalto (Guyton 2011). Kompleksin kesto on terveellä normaalisti 0,06-0,01 s. Mikäli QRS-kompleksissa havaitaan toinen positiivinen ja negatiivinen heilahdus, ne merkitään kirjaimilla R ja S. Jos mahdolliset toiset heilahdukset ovat amplitudiltaan pieniä (alle 0,5 mv), käytetään yleensä pieniä kirjaimia q, r, r, s ja s. P-aallon alusta Q-aallon alkamiseen kuluvaa aikaa kutsutaan PQ-ajaksi ja sen pituus on normaalisti 0,12 0,20 s (Mäkijärvi 2003). Depolarisaation suunta on sydänlihaksessa endokardiumista epikardiumiin, ja se tapahtuu nopeasti. Repolarisaatio tapahtuu päinvastaiseen suuntaan hitaasti, mistä syntyy EKG:n T-aalto. T-aalto on samansuuntainen QRS-kompleksin kanssa johtuen aktivaatioiden vaihe-erosta, vaikka elektrofysiologisesti sen kuuluisi olla sille vastakkainen (Mäkijärvi 2003). Eteisten repolarisaatiosta syntyy myös T-aalto mutta samanaikaisena QRS-kompleksin kanssa on se heikompana harvoin havainnoitavissa EKG:stä (Guyton 2011). Aikaa Q-aallon alusta T-aallon loppuun kutsutaan QT-ajaksi. QT-aika on sykkeestä riippuvainen siten, että sykkeen nopeutuessa se lyhenee ja hidastuessa kasvaa. Mitattu QT-aika korjataan mitatun syketaajuuden mukaan jakamalla se edellisen mitatun R-R:n keston neliöjuurella sekunneissa (Mäkijärvi 2003). ST-väliksi kutsutaan aluetta J-pisteestä (QRS-kompleksin loppukohdan ja ST-segmentin alun välinen rajapinta) T-aallon alkuun (Sovijärvi 2000). ST-välin aikana kammiot ovat depolarisoituneet ja se on vaiheena tavallisesti isoelektrinen (Mäkijärvi 2003). Kun sydänlihas on täydellisesti polarisoitunut tai depolarisoitunut, EKG:ssä ei havaita potentiaalimuutosta keskiviivasta (Guyton 2011). Rasituksen aikana ST-segmentti voi siirtyä oikealle ja ylöspäin perustasosta, mutta muutoksen suuruuteen vaikuttavat huomattavasti biologiset erot (Fletcher ym. 1998). Joskus elektrokardiogrammin kuudentena viimeisenä nousevana muutoksena voidaan havaita heikko U-aalto. Sen on ajateltu edustavan papillaarilihasten tai Purkinjen säikeiden repolarisaatiota, mutta tarkkaa syntymekanismia ei tunneta (Pérez Riera ym. 2008). Invertoitunut U-aalto saattaa ilmentää sydänlihasiskemiaa tai vasemman kammion ylitäyttymistä (Conrath ja Opthof 2005). Normaalit EKG-heilahdukset kestoineen on esitetty kuvassa 2. 13

14 Kuva 2. Normaalit EKG-heilahdukset ja niiden merkintä. Kestoajat (s) ja niiden mittauspisteet. QT-aika riippuu kammiotaajuudesta (Mäkijärvi 2008). 2.4 Iskeemiset muutokset EKG:ssa kliinisessä kuormituskokeessa Yksi ensimmäisistä kliinisen EKG:n havainnoista oli, että testin aikaisia rintakipukohtauksia seurasi samanaikainen EKG:n ST-tason lasku (Selzer ym. 1978). Vuonna 1932 ehdotettiin ensimmäistä kertaa kuormitus-ekg:n käyttöä rintakivun diagnostisena työkaluna (Ashley ym. 2000). Rasitusta saattaa seurata suuri määrä erilaisia EKG-muutoksia iskeemistä sydänsairautta sairastavilla potilailla, mutta ainoastaan muutokset ST-segmentissä ovat osoittautuneet sensitiivisiksi sairauden havainnoimiselle ilman spesifiteetin pienenemistä (Fortuin ja Weiss 1977). ST-segmentin muutokset voivat olla junktionaalisia, hitaasti nousevia, horisontaalisia tai laskevia, mutta myös ST-tason nousua voi esiintyä (Pellinen 1993). 14

15 2.4.1 ST-tason lasku ja sydänlihasiskemia Sydänlihasiskemia määritellään sydänlihassolujen hapensaannin ja kulutuksen epätasapainona (Wolak ym. 2009). Sepelvaltimon ollessa riittävästi ahtautunut sen suonittama sydänlihaskudos ei saa riittävästi happea. Iskemia ilmenee ensimmäisenä subendokardiaalisessa lihaksessa, koska tämä alue on kaikkein herkin iskemialle (Tavel 2001). Kun sydänlihas supistuu ilman riittävää hapensaantia, syntyy laktaattia, myös sydänlihassolujen permeabiliteetti ioneille muuttuu (Barnabei ym. 2007). Syy näihin solukalvojen potentiaalimuutoksiin on epänormaali diastolinen virtaus iskeemisellä alueella (Lear ym. 1999). On ajateltu, että iskeemisen ja terveen sydänlihaskudoksen välille syntyy vauriovirta, mikä havaitaan elektrokardiografiasssa ST-tason laskuna (Hopenfeld ym. 2004, Pakarinen 2003). Mahdollisia mekanismeja ST-segmentin vajoamalle EKG:ssa ovat muutokset sydänlihaksen solukalvopotentiaalissa, mitkä johtuvat muutoksista iskeemisen alueen aktiopotentiaaliajassa sekä terveen että iskeemisen alueen välisen lepopotentiaalin avararuusgradientissa (Higgins ja Higgins 2007). Solutasolla hyperkalemialla on merkitys näiden molempien mekanismien synnyssä (Aslanidi ym. 2005). Kuormitus saa aikaan sydänlihasiskemian kahdella mekanismilla: sydänlihaksen hapentarve kasvaa sykkeen ja verenpaineen lisääntyessä kuormituksen myötä, ja samalla diastole lyhenee. Nämä yhdessä johtavat tarpeeseen nähden riittämättömään perfuusioon (Barnabei ym. 2007). Horisontaalinen tai alaspäin viettävä ST-segmentin lasku on yleinen sydänlihasiskemian osoittaja, mutta ei määritä sitä aiheuttavaa valtimoa (Gupta 2005). ST-segmentin vajoama mitataan siitä kytkennästä missä se on rasituksen loppuvaiheessa suurin (Sovijärvi 2000). Kuitenkin lähes kaikki merkittävät ST-segmentin muutokset näkyvät kytkennöistä I, V3-V6 ja keskimäärin 90 % informaatiosta näkyy kytkennästä V5 (Tavel 2001). Rasituksenaikainen ST-tason lasku on tyypillinen löydös niillä potilailla, joilla on merkittävää sepelvaltimoahtaumaa, mutta ei verenvirtauksen rajoittuneisuutta levossa (Patanè ym. 2010). Vaikka potilaalla ei olisikaan sepelvaltimon tukkeumaa, voivat kuitenkin monet muut tekijät aiheuttaa ST-segmentin laskun kuormituskokeen aikana (Tavel 2001). Yleisimmin hyväksyttynä positiivisena tuloksena pidetään horisontaalista tai laskevaa STsegmenttiä, joka on vähintään yhden millimetrin isoelektrisen tason alapuolella (Tavel 2001), on kestoltaan vähintään 80 ms ja esiintyy ainakin yhdessä kytkennässä (Pakarinen 2003). Isoelektrisen tason referenssinä pidetään PQ-välin loppukohtaa (Sovijärvi ja Kettunen 2008). ST-segmentin vajoaman mittauskohtana käytetään tavallisesti hetkeä 80 ms 15

16 J-pisteen jälkeen (Higgins ja Higgins 2007,) mutta mikäli syke tihenee rasituksessa huomattavasti (> 130/min), on 60 ms:n kestoinen ST-tason lasku riittävä (Pakarinen 2003). Automaattisissa EKG-järjestelmissä käytetään hetkeä 60 ms J-pisteestä (Dargie 1993). On esitetty, että epänormaalin löydöksen on oltava läsnä vähintään kolmen perättäisen iskun aikana ja ainakin kahdessa eri kytkennässä (Higgins ja Higgins 2007). Useat tutkimukset ovat esittäneet, että myös lievästi nousevat ST-segmentit, jotka pysyttelevät yhdestä kahteen millimetriä perustason alapuolella ms J-pisteen jälkeen, lisäävät testin sensitiivisyyttä ilman spesifisyyden pienenemistä (Tavel 2001). ST-segmentin vajoama, joka on syvä mutta nopeasti nouseva, lisää myös sensitiivisyyttä, mutta heikentää spesifisyyttä (Fletcher 1998). Sensitiivisyyttä lisää erityisesti, jos 1 mm mittauspisteeksi valitaan hetki 80 ms J-pisteen jälkeen (Sansoy 1996). Alaspäin viettävä, mutta J-pisteen kohdalta alle 1 mm syvä ST-vajoama on sydänlihasiskemian kannalta merkitykseltään pienempi. Mitä syvempi ST-segmentin lasku on, sitä todennäköisempää on sydänlihasiskemia (Sovijärvi 2000). Sydänlihasiskemian selvin indikaattori on ST-segmentin vajoama, mutta jos vajoamaa esiintyy jo lepo-ekg:ssä, tarkastellaan vajoaman lisäystä (Sovijärvi 2000). Mikäli potilaalla ilmenee ST-segmentin epänormaaleja muutoksia jo levossa, ovat kuormituksen aikaiset muutokset iskemian kannalta vähemmän spesifisiä (Fletcher ym. 1998). Iskeeminen ST-vajoama esiintyy yleensä jo pienillä sykkeillä, ja siihen liittyy rintakipuoire (Sovijärvi 2000). Tyypin 2-diabeetikoilla esiintyy usein rintakivutonta sydänlihasiskemiaa, ja siksi oireettomille tyypin 2-diabeetikoille, joilla on korkea sepelvaltimotaudin riski, suositellaan kuormituskoetta mahdollisen iskemian tutkimiseksi (Le Feuvre ym. 2011). Sydänlihasiskemian aiheuttama ST-tason laskulla on havaittu yhteys R-aallon amplitudiin kytkennässä V5 (Tavel 2001). Mikäli merkittävä ST-vajoama esiintyy kytkennässä, jossa R-aalto on matala, on muutoksen merkittävyys suurempi kuin sellaisessa kytkennässä, jossa R-aalto on korkea (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Hollenberg ym. (1985) havaitsivat, että suurentunut R-aallon amplitudi saattaa aiheuttaa iskemiaan nähden suhteettoman suuren ST-segmentin laskun rasituksen aikana, ja tulosten tarkkuus parani normalisoimalla ST-segmenttiä R-aallon amplitudin mukaan. Froelicher ym. (1998) puolestaan eivät havainneet testin tarkkuuden paranemista mukauttamalla R-aallon amplitudia. On ehdotettu, että ST-segmentin laskua tulisi tulkinnassa korjata R-aallon amplitudilla, mikäli amplitudi on yli 20 mm tai alle 10 mm testin sensitiivisyyden parantamiseksi (Ellestad ym. 1992). 16

17 R-aallon amplitudin mahdollinen vaikutus ST-segmentin laskun ja sydänlihasiskemian väliseen yhteyteen vaatii vielä kuitenkin lisätutkimuksia (Tavel 2001). Usean suonen sepelvaltimotautia ja kammoiden vajaatoimintaa sairastavilla potilailla on havaittu esiintyvän Q-aallon amplitudin nousua välittömästi rasituksen jälkeen (Bonoris ym. 1978). Osa tutkimuksista tukee havaintoa ja osa ei tue, eikä havaintoa käytetä diagnostiikassa sen matalan sensitiivisyyden vuoksi (Tavel 2001). Rasituksenaikainen rintakipu on yhteydessä laajempaan sydänlihasiskemiaan ja suurempaan todennäköisyyteen sepelvaltimotaudista, poikkeuksena kuitenkin diabeetikot, joilla on vähemmän taipumusta kokea rasituksenaikaista rintakipua (Higgins ja Higgins 2007). Tavel ja Shaar (1999) havaitsivat diabeetikoilla olevan merkittävästi vähemmän taipumusta kokea riittämättömästä sydänlihasperfuusiosta aiheutuvaa rintakipua (24 % testatuista) kuin eidiabeetikoilla (41 % testatuista). Olennaista kuormituskokeen aikaisten EKG-muutosten tarkastelussa on se, millä syke-, kuormitus- ja verenpainetasolla ne ilmaantuvat (Siltanen 1984). Sepelvaltimotaudin tunnistamisen parantamiseksi automaattisilla järjestelmillä on ehdotettu käytettäväksi ST-segmentin syvenemistä suhteessa sydämen lyöntitaajuuden kasvuun (ΔST/ΔHR) (Tavel 2001). Jos kulmakerroin k = ΔST/ΔHR 6,0 µv/lyöntiä minuutissa, on kolmen suonen sepelvaltimotauti todennäköinen. Iskemia on todennäköinen, jos k 2,4 µv/lyöntiä minuutissa, mutta ei ilmeistä kun k 1,3 µv/lyöntiä minuutissa (Sovijärvi 2000). Bobbio ym. (1992) vertailivat ST-segmentin laskun ja ΔST/ΔHR-suhteen sensitiivisyyttä ja spesifisyyttä ja havaitsivat, että ΔST/ΔHR-suhteen käytöstä ei ollut erityistä hyötyä sepelvaltimotaudin diagnostiikassa. ΔST/ΔHR-suhteen käyttöä sepelvaltimotaudin diagnostiikassa on kuitenkin tutkittu laajalti, ja huomattavassa määrässä tutkimuksia on havaittu sen parantavan kuormitus-ekg:n sensitiivisyyttä sepelvaltimotaudin tunnistamisessa ja taudin toiminnallisen merkityksen määrittämisessä (Fletcher ym. 1998). ΔST/ΔHR-suhteen laskeminen on sisällytetty suurimpaan osaan kaupallisia EKG-laitteistoja, ja sen käytön on havaittu parantavan sekä testin sensitiivisyyttä että spesifisyyttä erityisesti naisilla (Wolak ym. 2009). Sievanen (1991) havaitsi käytettäessä ΔST/ΔHR-suhdetta, että ST-segmentin arvioinnissa tarkkuus on paras mittaamalla amplitudi 60 ms J-pisteestä, mikäli segmentti on nouseva. Laskevan ja horisontaalisen segmentin amplitudin määrityksessä mittauspisteellä on vähemmän merkitystä tarkkuuteen. Joka tapauksessa suhteen käytön sensitiivisyyteen ja spesifisyyteen vaikuttavat testissä käytetyt 17

18 kynnykset ja kriteerit (Sheffield 1991). Suhteen käyttö ei ole kuitenkaan saavuttanut laajaa hyväksyntää (Tavel 2001), ja siitä saatavan hyödyn sepelvaltimotaudin diagnostiikassa on katsottu olevan rajoittunutta ja vähittäistä (Hsu ym. 1999). Inferiorisiin kytkentöihin (II, III ja avf) rajoittuvat ST-segmentin muutokset ovat harvinaisia potilailla, joilla ei ole diagnostisisia Q-aaltoja. Inferiorisissa kytkennöissä esiintyvä rasituksen aikaansaama ST-segmentin lasku on kyseenalainen ja onkin raportoitu, että pelkkä kytkentä V5 itsessään olisi diagnostisesti osuvampi kuin V5- ja II-kytkentöjen kombinaatio, sillä kytkennässä II esiintyy paljon vääriä positiivisia löydöksiä (Patanè ym. 2010). Tavel ja Shaar (1999) tutkivat 331 potilasta, joille suoritettiin kuormituskokeen aikana samanaikaisesti sydänlihasperfuusion gammakuvaus ja EKG. Potilailla, joilla oli kuormituksen aikaansaamia EKG-muutoksia tai rintakipua, oli laajempia puutosalueita sydänlihasperfuusiossa. Myös mitä enemmän puutosalueita perfuusiossa oli, sitä enemmän EKG:ssa ilmeni muutoksia, ne olivat kooltaan suurempia ja esiintyivät useammassa kytkennässä. ST-tason laskun koko ja esiintyminen useassa kytkennässä yleensä merkitsi laajempaa iskemiaa, mutta EKG:n perusteella ei voitu kuitenkaan päätellä iskemian sijaintia (Tavel ja Shaar 1999). Li ym. (1998) kehittivät subendokardiaalisen iskemian mallin tutkimuksessaan, jossa tutkittiin iskemian ilmenemistä ST-segmentissä lampaalla. Sydänlihasiskemian tuottamiseksi eri sydänlihaksen alueilla verenvirtausta vähennettiin ulkoisen puristimen avulla vuorotellen vasemmassa etulaskevassa sepelvaltimohaarassassa ja vasemmassa kiertävässä sepelvaltimohaarassa tarkoituksena heikentää perfuusiota paikallisesti. Syntyvien potentiaalimuutosten jakaantuminen oli epikardiumissa hyvin samanlaista, eikä ST-segmentin vajoamilla ollut yhteyttä iskeemiseen alueeseen. Kuitenkin ST-tason nousulla oli suora yhteys alueeseen, missä perfuusio oli heikentynyt (Li ym. 1998). Haluttaessa arvioida rasituksesta ja sydänlihasiskemiasta aiheutuvaa vasemman kammion toimintahäiriötä voidaan kliiniseen kuormituskokeeseen yhdistää sydämen ultraäänitutkimus, mutta se ei ole vielä laajemmin kliinisessä käytössä (Sovijärvi 2000). Sydämen ultraäänitutkimuksessa oireettoman sydänlihasiskemian on havaittu olevan yleisempää kuin oireellisen, ja toisaalta oireetonta sydänlihasiskemia on havaittu enemmän tyypin 2 diabeetikoilla (Ilić ym. 2011). 18

19 Oireettomilla miehillä ja naisilla, joilla ei ole kliinisesti todettua sydänsairautta, ei ole havaittu merkittäviä eroja ST-segmentin muutoksissa kliinisen kuormituskokeen aikana, mutta naisilla rasituksen jälkeinen sykkeen palautuminen on havaittu olevan nopeampaa (Chalela ym. 2009) ST-tason nousu Vaikka horisontaalinen tai laskeva ST-tason lasku on tyypillinen iskemiaan viittaava löydös kuormituskokeessa, joillakin potilailla ilmenee ST-tason 1 mm nousua (Tavel 2001). Havainto on epätavallinen, mutta sitä pidetään merkkinä vaikea-asteisesta transmuraalisesta sydänlihasiskemiasta, mikäli EKG:ssa ei havaita Q-aaltoja (Pakarinen 2003). Potilailla, joilla on rasituksenaikaista rintakipua ja ST-tason nousua, löytyy usein merkittävä proksimaalinen sepelvaltimoahtauma, jonka ennuste on huono ilman sydämen ohitusleikkausta (Gallik ym. 1993). Kytkennät, joissa havaitaan ST-tason nousua rasituksen aikana, ovat yleensä samoja kuin kytkennät, joissa on ST-tason nousua levossa ilmaantuvan rintakivun yhteydessä (Tavel 2001). Rasituksenaikainen ST-tason nousu on yleisempää sen kanssa samanaikaisesti havaittavan Q-aallon yhteydessä (Lear ym. 1999; Tavel 2001). Havainto on yleinen edeltävien sydäninfarktien, erityisesti etuseinäinfarktin, jälkeen, jolloin se ilmentää taustalla olevaa sydämen seinämän akineettistä tai dyskineettistä liikettä (Stiles ym. 1980, Chaitman ym. 1981). Havainnon merkittävyydestä on kuitenkin kiistelty (Ricci ym. 1997). Rasituksen aikaansaaman ST-tason nousun EKG:ssä kytkennässä avr on havaittu olevan merkittävästi yhteydessä vasemman etulaskevan sepelvaltimohaaran ja vasemman sepelvaltimon päärungon stenoosiin (Uthamalingam ym. 2011). On myös oletettu, että ST-tason nousu kytkennässä avr ja samanaikainen ST-tason lasku kytkennässä V5 on yhteydessä merkittävään vasemman etulaskevan sepelvaltimohaaran ahtaumaan sepelvaltimotautipotilailla, joilla vain yksi valtimo on tukkeutunut. ST-tason rasituksenaikainen nousu kytkennässä V1 on yhteydessä vasemman etulaskevan sepelvaltimohaaran stenoosiin (Michaelides ym. 2003). 19

20 2.4.3 T-aaltomuutokset T-aallon polariteetin kääntyminen EKG-rekisteröinnissä positiivisesta negatiiviseksi (inversio) tai syvien T-aaltoinversioiden kääntyminen negatiivisesta positiiviseksi (pseudonormalisaatio) yhdistettynä rasituksenaikaiseen ST-segmentin vajoamaan on yleensä merkki sydänlihasiskemiasta. Niillä henkilöillä, joilla sepelvaltimotaudin ennakkotodennäköisyys on pieni, ovat T-aaltomuutokset ilman ST-segmentin muutoksia harvoin yhteydessä sydänlihasiskemiaan (Mäkijärvi 2003). Pelkästään syvä T-aallon inversio, johon liittyy rintakipuoireisto, on vahva viite sydänlihasiskemiasta. Tietyissä tapauksissa T-aallon invertoituminen voi olla hyvälaatuinen ilman samanaikaista iskemiaa. Hyvälaatuisena ilmiö voi esiintyä sydämen palautuessa sinusrytmiin epänormaalin depolarisaatiojakson jälkeen. Syynä on poikkeava edeltävä johtuminen, mikä on tyypillisimmin liittynyt kehittyneeseen vasempaan haarakatkokseen tai kammiotahdistukseen (Byrne ja Flippone 2010) QRS-kompleksi QRS-kompleksin ajallinen kesto pysyy yleensä muuttumattomana tai lyhenee hieman rasituksen lisääntyessä (Tavel 2001). Michaelides ym. (1993) havaitsivat, että rasituksen aikana terveillä potilailla QRS-aika lyheni keskimäärin noin 3.0 ms, mutta sepelvaltimotautia sairastavilla rasituksenaikainen QRS-aika piteni ja oli verrannollinen ahtautuneiden sepelvaltimoiden määrään. Cantor ym. (1998) havaitsivat naispotilailla tietokoneavusteisesti mitattujen QRS-ajan muutoksien kuvantavan paremmin sydänlihasiskemiaa rasituksen aikana kuin tavalliset ST- ja T-aaltomuutokset (Cantor ym. 1998) Väärät negatiiviset ja väärät positiiviset tulokset Väärällä negatiivisella tarkoitetaan negatiivista testitulosta potilaalla, jolla on tauti. Väärällä positiivisella taas tarkoitetaan positiivista tulosta potilaalla, jolla ei ole tautia (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Kuitenkin täytyy huomioida, että testin tuloksen ei tulisi rajoittua termeihin positiivinen tai negatiivinen, vaan sen tulisi kattaa koko testin tuoma informaatio, mukaan lukien suoritusprotokolla (Akkerhuis ja Simoons 2011). Monet lääkeaineet voivat vaikuttaa kliinisessä kuormituskokeessa kardiorespiratorisiin vasteisiin, mistä syystä kliininen kuormituskoe pyritään tekemään ennen tällaisen lääkityksen määräämistä, mikäli mahdollista (Sovijärvi 2000). Digitalisvalmisteet 20

21 aiheuttavat tavallisesti ST-vajoamaa, mikä voidaan tulkita iskeemiseksi muutokseksi, mutta yleensä muutokset esiintyvät kaikissa EKG-kytkennöissä, eivätkä välttämättä etene rasituksen lisääntyessä. Fentiatsiinit voivat aiheuttaa sekä vääriä positiivisia että vääriä negatiivisia ST-muutoksia, bentsodiatsepiinivalmisteet voivat aiheuttaa ST-vajoamaa. Trisykliset masennuslääkkeet voivat aiheuttaa ST-vajoamaa sekä vaikuttaa verenpainevasteeseen. Kinidiinilääkitys voi estää ST-muutoksia (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Vääriä positiivisia tuloksia voivat aiheuttaa testinaikainen hyperventilaatio, sympatikotonia (Pellinen 1993), mitraaliläpän prolapsi (Michaelides ym. 2010), aortan vaikea-asteinen stenoosi, vasen tai oikea haarakatkos, korkea verenpaine, hypokalemia, vaikea-asteinen hypoksia, estrogeenihoito ja nuori ikä (Higgins ja Higgins 2007). Myös vasemman kammion liikakasvu voi näkyä rasitus-ekg:ssa ST-tason laskuna, vaikka kyse ei olisi sydänlihasiskemiasta (Ali ym. 2011). Suhteellisesti eniten vääriä positiivisia tuloksia tulee premenopausaalisilla naisilla, mutta ilmeiset ST-muutokset kuitenkin parantavat ennustuksen tarkkuutta (Wolak ym. 2009). Vääriä negatiivisia tuloksia voivat aiheuttaa esimerkiksi riittämätön testinaikainen rasitus, infarktin jälkitila, EKG:ssa näkymätön iskemia tai tehokas kollateraalisuonisto (Pellinen 1993). Muita syitä ovat mm. beetasalpaajalääkitys, kalsiumsalpaajalääkitys, nitraatit, sepelvaltimotauti, jossa vain yksi suoni on ahtautunut, oikea tai vasen haarakatkos ja korkea rasituksenaikainen diastolinen verenpaine (Higgins ja Higgins 2007). Kytkennöissä, joissa on infarktin jälkeen Q-aalto, rasituksen aikana ei välttämättä tule esiin ST- ja T-aaltomuutoksia, vaikka potilaalla onkin sepelvaltimotauti (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Automaattisissa tietokonepohjaisissa analyyseissa on virhemahdollisuuksia esim. hengitysliikkeistä aiheutuvan perustason virheellisen tunnistuksen takia, jolloin vääristyneen suuri ST-vajoama on mahdollinen (Sovijärvi 2000). Mahdollisten virheiden vuoksi tutkivan lääkärin tulisi aina arvioida alkuperäinen EKG-rekisteröinti (Tavel 2001). 21

22 2.5 Tulkinta Kliinisessä kuormituskokeessa voidaan havaita oikea positiivinen tulos vain sepelvaltimotaudin edettyä niin pitkälle, että rasituksessa sydänlihakseen kehittyy iskemia (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Niinpä ahtautumatonta sepelvaltimotautia ei kokeella voida diagnosoida (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Testin tarkkuudesta käytetään yleisemmin termejä sensitiivisyys ja spesifisyys (Barnabei ym. 2007). Sensitiivisyys kuvaa prosentuaalisesti kliinisen kuormituskokeen kykyä tunnistaa sepelvaltimotauti potilailla, joilla tauti on, ja spesifisyys puolestaan kokeen kykyä erottaa potilaat, joilla ei ole sepelvaltimotautia (Lear ym. 1999). Minkä tahansa kliinisen kokeen ennustava arvo riippuu testin sensitiivisyydestä ja spesifisyydestä sekä tutkittavan tilan esiintyvyydestä testattavassa populaatiossa (prevalenssi; Pasternak ym. 2003). Gianrossin ym. (1989) meta-analyysissä kuormituskokeen tarkkuudesta löytyi laajaa vaihtelua eri tutkimuksissa sensitiivisyyden ja spesifisyyden ollessa noin 70 %. Sensitiivisyyden ja spesifisyyden laaja vaihtelu liittyy eroihin tutkimusprotokollassa, kuten populaation valinnassa ja testin suoritusprotokollassa (Lear ym. 1999). Kuormituksessa havaitun ST-segmenttimuutoksen sensitiivisyys ja spesifisyys voidaan määrittää vertailemalla kuormituskokeen ja sepelvaltimoiden varjoainekuvauksen (koronaariangiografia) tuloksia (Fletcher ym. 1998). Uusimmat meta-analyysit, joissa tulos on varmistettu angiografialla, ovat todenneet sensitiivisyydeksi noin 70 % ja spesifisyydeksi noin 80 % (Ashley ym. 2000). Useimmat tutkimukset ovat osoittaneet, että kuormituksessa havaitun ST-segmenttimuutoksen sensitiivisyys on sitä suurempi, mitä useampi sepelvaltimo on tukkeutunut. (Tavel 2001). Bartelin ym. (1974) mukaan angiografialla varmistetuissa testeissä kuormituksessa havaitun ST-segmenttimuutoksen sensitiivisyys yhden suonen taudissa oli 40 %, kahden suonen taudissa 66 % ja kolmen suonen taudissa 76 %, kun rajaksi asetettiin vähintään 70 %:n ahtauma. Kiistatonta yhteisymmärrystä ei kuitenkaan ole siitä, mikä on EKG:n sensitiivisyys rasituksen aikaansaaman iskemian havainnoimiselle (Tavel ja Shaar 1999). Vaikka testi suoritettaisiin täysin identtisesti, positiivinen ja negatiivinen ennustearvo vaihtelevat riippuen taudin prevalenssista. Mahdollisimman oikean ennustearvon laskemiseksi käytetään Bayesin teoreemaa, jossa taudin prevalenssin sekä tutkimuksen sensitiivisyyden ja spesifisyyden avulla lasketaan posterioritodennäköisyys taudin 22

23 olemassaololle, kun tutkimustulos tiedetään (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Ennakko- ja posterioritodennäköisyyden ja tutkimustuloksen välinen riippuvuus on esitetty kuvassa 3. Kuva 3 Diagnostiseksi raja-arvoksi valitun rasituskokeessa todetun ST-segmentin vajoaman vaikutus Bayesin teoreeman käyttöön (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Vaikka testin ennustearvo riippuu ST-tason laskusta, testin tuloksen ei tulisi rajoittua termeihin positiivinen ja negatiivinen, vaan EKG:ssa havaitut iskemiaan viittaavat muutokset tulisi nähdä jatkumona. Keskeistä on tarkastella ennakko- ja posterioritodennäköisyyksiä sepelvaltimotaudin olemassaolosta (Rifkin ja Wood 1977). Noninvasiivisista tutkimuksista on diagnostista hyötyä yleensä vain ennakkotodennäköisyyden ollessa % ja suurin vaikeus Bayesin teoreeman soveltamisessa on luotettavan taudin ennakkotodennäköisyyden määrittäminen ennen tutkimusta (Sovijärvi ja Kettunen 2008). Kun potilaan kuormituskoetta edeltävä todennäköisyys sairastaa sepelvaltimotautia on hyvin suuri, ei kliininen kuormituskoe juuri tarkenna taudin diagnostiikkaa (Pakarinen 2003). On toistuvasti havaittu, että valtaosa valikoimattomien ja oireettomien potilaiden positiivisista tuloksista on vääriä positiivisia ja taudin vaikeutumista, kuten sydäninfarktia, ennustettaessa kuormituksessa havaitun ST-segmenttimuutoksen positiivinen ennustearvo on alle 10 % (Pasternak ym. 2003). Erityisesti ei-diabeetikoilla kuormituskokeenaikainen ST-segmentin lasku, johon ei liity rintakipuoireistoa, saattaa olla ristiriidassa muiden tutkimushavaintojen kanssa vaikeuttaen 23

24 diagnostiikkaa. Useimmat potilaat saatetaan siksi turhaan ohjata invasiiviseen angiografiatutkimukseen, vaikka tautia ei todellisuudessa ole olemassa (Celik ym. 2011). Näistä syistä johtuen kuormituskoetta ei suositella oireettomille potilaille sepelvaltimotaudin diagnostiikassa (Erikssen 2004). Nykyisin on käytössä myös diagnostisena työkaluna tietokoneohjelmia, joilla monimuuttujayhtälöiden avulla, käyttämällä sekä testissä kerättyä tietoa että potilaan esitietoja, on pyrkimys parantaa testin tarkkuutta. Ongelmana näissä mallinnuksissa on niiden vaikea soveltaminen muihin ryhmiin kuin siihen, missä malli on kehitetty (Ashley ym. 2000). Kliinisen kuormituskokeen tuloksen osuvuuteen vaikuttaa merkittävästi tutkivan potilaan ikä, sukupuoli, rintakipuoireen tyyppi ja rasituksessa havaitun ST-tason laskun suuruus (Pakarinen 2003). ST-segmentin muutosten sensitiivisyys ja spesifisyys ovat taas sukupuolesta, iästä, lepo-ekg:sta, rasituksen tyypistä, EKG-kytkennästä ja lääkehoidosta riippuvaisia (Niederberger 1982). Kuormituskokeessa rekisteröitävien fysiologisten ja EKG-muuttujien merkitys diagnostiikassa ja ennusteen arvioinnissa on erilainen miehillä ja naisilla. Erityisesti on painotettu naisten rasituksenaikaisten iskemiaan viittaavien ST-segmentin muutosten huonoa positiivista ennustearvoa. Tulkinnassa täytyy naisilla ottaa huomioon miehiä pienempi ennakkotodennäköisyys taudin olemassaolosta ja pienempi kuormituksessa havaitun ST-segmenttimuutoksen sensitiivisyys. Myös eroja spesifisyydessä ja T-aaltomuutoksien diagnostisessa osuvuudessa on raportoitu (Chalela ym. 2009). Monien perinteisten muuttujien ennusteellinen arvo on miehillä ja naisilla yhtä suuri, mutta miehillä fyysinen suorituskyky ja naisilla kronotrooppinen inkompetenssi ovat ennusteellisesti merkittävämpiä. Lisätutkimusta tarvitaan, jotta voitaisiin kehittää sukupuolispesifinen laskentamalli kliinisen kuormituskokeen eri muuttujille riskinarviointia varten (Daugherty ym. 2011). Suurta joukkoa valikoimattomia yksilöitä tutkittaessa on yhdenmukaisesti havaittu, että tutkituilla, joilla on epänormaaleja ST-segmentin muutoksia, on suurempi sydäntapahtumien riski (Tavel 2001) tutkittavalla positiiviseksi arvioidun maksimaalisen kuormituskokeen 1,5 mm ST-segmentin lasku 80 ms J-pisteestä ennusti jonkin uuden sydäntapahtuman todennäköisyydeksi 9,5 %/vuosi, mutta vain 1,7 %/vuosi niille, joilla kuormituskoe arvioitiin negatiiviseksi (Ellestad ja Wan 1975). Rasituksenaikainen sydänlihasiskemiaan viittaava ST-segmentin muutos lisää kardiovaskulaaritapausten riskiä 24

25 myös niillä, joilla ei ole diagnosoitua sepelvaltimotautia (Laukkanen ym. 2009). Mitä matalammalla kuormituksella ja alhaisemmalla sydämen työmäärällä potilaalla ilmenee ST-segmentin laskua, sitä huonompi on potilaan ennuste ja sitä suurempi on useaa sepelvaltimoa vaurioittavan taudin todennäköisyys. ST-segmentin laskun säilyminen vielä kuormituskokeeen palautumisvaiheessa on myös yhteydessä sepelvaltimotaudin vaikeusasteeseen (Fletcher ym. 1998). Giagnoni ym. (1983) seurasivat 135 normotensiivistä oireetonta tutkittavaa, joilla oli vähintään 1 mm ST-alenema kuormitus-ekg:ssa, ja 379 kontrollitutkittavaa, joilla ei ollut ST-tason laskua kuormituksessa. Yhtä tutkittavaa, jolla havaittiin ST-alenema, kohden valittiin vähintään kaksi vastaavaa iän, sukupuolen, työn, yhteisön ja sydän- ja verisuoniriskien mukaan valikoitua kontrollitutkittavaa. Keskimäärin 6,0 (tutkittavat, joilla ST-alenema) ja 6,4 (kontrollitutkittavat) vuoden seurannan aikana havaittiin, että tutkittavilla, joilla oli ST-alenema, oli 5,5 kertaa suurempi riski saada sydäntapahtuma (angina pectoris, sydäninfarkti, äkkikuolema) kuin kontrollitutkittavilla. Sydäntapahtumat tapahtuivat myös merkittävästi aikaisemmin tutkittavilla, joilla oli ST-alenema verrattuna kontrollitutkittaviin (Giagnoni ym. 1983). Kuuden vuoden seurantatutkimuksessa havaittiin, että tutkittavilla, joilla oli kuormituskokeessa lievästi nouseva ST-segmentin lasku, oli yhtä suuri kuolleisuus (9 %) kuin niillä, joilla oli yhtä suuri, mutta horisontaalinen lasku. Tutkittavat, joilla oli laskeva ST-segmentin vajoama, oli kuolleisuus kuitenkin suurinta (13 %) (Stuart ja Ellestad 1976). Miehillä tehdyssä 18 vuoden seurantatutkimuksessa havaittiin, että sekä rasituksenaikainen että palautumisvaiheen oireeton ST-segmentin lasku lisäsi sydänperäisen äkkikuoleman vaaraa. ST-segmentin lasku rasituksen aikana oli merkittävä riskitekijä varsinkin tupakoivilla, hyperkolesterolemiasta ja kohonneesta verenpaineesta kärsivillä tutkittavilla verrattuna tutkittaviin, joilla ei ollut näitä riskitekijöitä. Täten oireeton ST-segmentin lasku kliinisessä kuormituskokeessa on vahva sydänperäisen äkkikuoleman ennustaja miehillä, joilla on perinteisiä valtimotaudin riskitekijöitä, mutta ei diagnosoitua sepelvaltimotautia. Tämä korostaa kliinisen kuormituskokeen ennaltaehkäisevää arvoa potilailla, joilla on korkea riski sairastua sepelvaltimotautiin (Laukkanen ym. 2009). 25