Vänsterkammarväggens tjocklek och förekomsten av asymmetrisk hypertrofi hos friska unga rekryter till armén

Introduktion

Differentieringen mellan fysiologisk vänsterkammarhypertrofi (LV-hypertrofi) sekundär till följd av ansträngning och hypertrofisk kardiomyopati (HCM) är ett komplext och allt vanligare kliniskt dilemma.1 Överdiagnostisering av HCM kan leda till att en professionell idrottskarriär avbryts i förtid, medan underdiagnostisering kan innebära att individer riskerar plötslig hjärtdöd under ansträngande fysisk ansträngning. För närvarande differentieras fysiologiska och patologiska former av hypertrofi med hjälp av olika diagnostiska algoritmer och ekokardiografi.2,3 Ofta kvarstår dock osäkerhet och läkare vänder sig ofta till kardiovaskulär magnetresonans (CMR) för att lösa sådana fall. Denna teknik erbjuder överlägsen rumslig upplösning, bättre visualisering av sidoväggen och apex och är obegränsad av ekokardiografiska fönster; ett normalintervall för väggtjockleksmätningar saknas dock och eko cutoff på 13 mm används ofta.4

Kliniskt perspektiv på p 267

Både mönstret och graden av väggförtjockning är viktiga för att fastställa en diagnos av HCM. Även om koncentriska mönster av väggförtjockning oftare förknippas med en ökad efterbelastning och ett atletiskt hjärta, är HCM traditionellt förknippat med regionala och asymmetriska ökningar, oftast i det ventrikulära septumet. Enligt de senaste riktlinjerna från American College of Cardiology Foundation/American Heart Association känns HCM vanligen igen genom en regional ökning av LV-väggens tjocklek ≥15,0 mm, där mätningar på 13 och 14 mm anses vara gränssättande.5 En sådan asymmetrisk väggförtjockning har dock också beskrivits vid både aortastenos och hypertoni,6-8 och vi postulerade att den också kan utvecklas som svar på ansträngande fysisk träning.

Syftet med den här studien var därför att undersöka CMR-mätningar av väggtjocklek i en grupp unga friska män och att bedöma om asymmetrisk väggtjocklek kan utvecklas som en del av det fysiologiska svaret på träning.

Metoder

Studie Rekryterade

Rekryterade rekryterades till LARGE Heart-studien, som tidigare beskrivits.7,9 I korthet studerades 541 på varandra följande friska unga vita män som rekryterats till armén prospektivt vid inträdet till British Army Training Regiment, Lichfield, Storbritannien, mellan juli 2002 och april 2004. Rekryter med en etablerad diagnos av högt blodtryck, diabetes mellitus, kardiomyopati och de som tog regelbunden medicinering uteslöts. Armérekryter undersöks rutinmässigt för kliniska tecken eller en familjehistoria av kardiomyopati eller plötslig död i ett tidigt skede och hänvisades till en hjärtspecialist vid misstanke om detta. Etiskt godkännande beviljades av Defense Medical Services Clinical Research Committee och skriftligt informerat samtycke inhämtades från alla deltagare. Studien genomfördes i enlighet med Helsingforsdeklarationen.

Baslinjedata

Data om sjukdomshistoria, rökstatus, läkemedelsanvändning och alkoholkonsumtion samlades in. Rekrytens längd och vikt registrerades och kroppsyta uppskattades med hjälp av Mostellers formel, kroppsyta=(/3600)½.

De brittiska arméföreskrifterna kräver att alla nya armérekryter ska uppvisa en förutbestämd nivå av fysisk kondition vid inskrivningen. Detta inkluderar statiska lyft av en väska med tyngd (mellan 15 och 40 kg), att bära två 20 kg tunga vattenbärare mer än 150 m på 2 minuter och att springa 1,5 mil på <12 minuter 45 s. För den här studien genomgick varje deltagare också en oberoende bedömning av fysisk aktivitet enligt tidigare beskrivningar.9,10 I denna listades de sporter som utövas för närvarande och i det närmsta förflutna, perioden för deltagandet (i år), timmarna som spelas i veckan och nivån på deltagandet (på fritiden, eller för skolan eller länet). För enkelhetens skull genererades en poäng för fysisk aktivitet baserat på 3 faktorer: antalet idrotter som deltagit i, om rekryten fortsatte att utöva den idrotten och vilken nivå idrotten utövades på; denna poäng användes som det primära måttet på fysisk aktivitet.

Fysisk träningsregim

Alla rekryter genomgick en identisk 12-veckorsperiod med intensiv styrke- och uthållighetsträning. Detta innebar mer än 40 timmars fysisk träning per vecka med en genomsnittlig energiförbrukning på >5000 kalorier per dag. En blandning av aerob och anaerob träning utfördes, inklusive löpning, simning, armhävningar, pull ups, sit ups och marschering med viktade ryggsäckar (upp till 35 lbs).

CMR-bedömning av LV-väggens tjocklek

CMR utfördes både vid baslinjen och efter den fysiska träningsregimen med hjälp av en mobil 1,5 Tesla Siemens Sonata CMR-skanner och med tillämpning av protokoll som beskrivits tidigare.11,12 Alla bilder förvärvades med en steady state-free precession-sekvens.

Bildanalysen utfördes manuellt av en undersökare (P.L.) som var blindad för andra studiedata, inklusive om skanningarna var före eller efter träning, med hjälp av CMRtools (Cardiovascular Imaging Solutions, London, Storbritannien). Den maximala LV-väggtjockleken beräknades i slutet av diastolen i vart och ett av de 17 segmenten av myokardiet, exklusive högerkammarens trabekulationer. Tre mätningar gjordes och medelvärdet av dessa värden användes (figur 1). Basala avläsningar gjordes på kortaxliga bilder strax under LV:s utflödeskanal, medan mätningar i mitten av kaviteten gjordes med hjälp av kortaxliga bilder i nivå med papillarmusklerna. Slutligen gjordes apikala avläsningar och den sanna apexen på 2- och 4-kammarvyer (figur 1).

Mätningar av LV-massa och -volym gjordes och indexerades i förhållande till kroppsytan enligt vad som beskrivits och rapporterats tidigare.9,10 Därefter användes dessa för att härleda förhållandet LV-massa/volym (M/V) som CMR-ekvivalent till den relativa väggtjockleken8 och förhållandet väggtjocklek/volym (maximal enddiastolisk väggtjocklek dividerad med indexerad enddiastolisk LV-volym) som ett mått på väggtjocklek i förhållande till hålrumsstorlek.13 Det senare har visat sig vara en användbar diskriminator mellan väggförtjockning på grund av träning och patologisk förtjockning relaterad till kardiomyopati eller tillstånd som är förknippade med ökad efterbelastning.13

Reproducerbarhetsstudier

Tjugo rekryter valdes slumpmässigt ut från kohorten. Efter att ha fastställt metoden för mätning av LV-väggens tjocklek analyserades alla skanningar från dessa rekryter oberoende av två utbildade observatörer (P.L. och S.P.) för att ge mått på interobservatörernas reproducerbarhet. För att bedöma intraobservatörsvariationen upprepade P.L. analyserna minst 2 månader senare för att minimera minnesbias.

Asymmetrisk väggtjocklek

Förekomsten av asymmetrisk väggtjocklek definierades som en ventrikulär väggtjocklek ≥13,0 mm som var >1,5× tjockleken på det motsatta myokardiella segmentet. Förekomsten bedömdes hos varje armérekryt både före och efter perioden med fysisk träning.

Statistik

Väggtjockleksmätningar presenterades som medelvärde ± SD. Den 95 % övre gränsen för normalvärdet för varje segment beräknades som medelvärde ± 2 SD. Skillnader mellan väggtjocklekar i olika regioner av ventrikeln bedömdes med hjälp av studentens parade t-test och en ANOVA som rymde rekryten som en slumpmässig faktor. Skillnader i rekrytens egenskaper mellan dem med och utan asymmetrisk väggförtjockning eftersöktes med hjälp av ett oparat t-test. Parade t-test användes för att jämföra data före och efter träningen. Det 95-procentiga normalområdet för skillnader mellan upprepade mätningar av LV-väggens tjocklek (gränserna för överensstämmelse) uppskattades genom att multiplicera SD för medelvärdet av skillnaderna med 1,96. Intraklass korrelationskoefficienter med 95 % konfidensintervall beräknades för intra- och interobservatörsvariation. Data analyserades med hjälp av SPSS-programvaran version 17.0 (SPSS Inc, Chicago, IL). Ett 2-sidigt P<0,05 betraktades som statistiskt signifikant.

Resultat

Studie Rekryter

CMR-studier erhölls hos 541 manliga armérekryter (ålder, 20±2 år) före det fysiska träningsprogrammet och upprepades efteråt hos 309 rekryter (ålder, 20±2 år). Grundläggande egenskaper hos dessa två grupper var likartade (tabell 1). Ingen av rekryterna hade en historia av högt blodtryck eller kardiovaskulär sjukdom och ingen var kliniskt misstänkt för att ha en underliggande kardiomyopati. Hundra sextiofem rekryter (40 %) var aktuella rökare, 47 (11 %) var före detta rökare och ingen stod på medicinering.

Reproducerbarhet

Av de 20 rekryter som valdes ut utfördes 340 parvisa mätningar av LV-väggens tjocklek av P.L., och uppvisade utmärkta mått på reproducerbarhet inom observatörerna, utan fasta eller proportionella bias och snäva gränser för överensstämmelsen ±0,99 mm. Detta gällde på alla nivåer i ventrikeln (bas, mitt i kaviteten och apex; tabell 2). Totalt sett var värdet för intraklass korrelationskoefficienten för dessa mätningar 0,98. Överensstämmelsen mellan observatörerna var lika bra med en genomsnittlig skillnad på 0,07 mm, gränser för överensstämmelsen på ±1,03 mm och ett intraklass korrelationskoefficientvärde på 0,99 (tabell 2).

Baslinjedata

LV:s väggtjocklek

Det fanns en betydande variation i väggtjocklek över de 17 segmenten av myokardiet (figur 2; tabell 3). LV:s väggtjocklek minskade gradvis vid progression från basen till apex (bas, 10,3±1,0 mm; mittcavitet, 10,2±0,9 mm; apikalt, 7,3±1,0 mm; apex 2,3±0,6 mm; P<0,001). På basal- och mittkavitetsnivåerna var den genomsnittliga väggtjockleken större i septum än i lateralväggen (11,0±1,4 mm jämfört med 10,1±1,3 mm; P<0,001). Hundratjugofem rekryter (23 %) visade sig ha en väggtjocklek ≥13,0 mm, vilket var vanligast i septum (87 %). Fyrtiosex (9 %) hade en maximal väggtjocklek ≥14,0 mm och hos 14 rekryter (3 %) var den ≥15,0 mm. Totalt sett var den 95 % övre gränsen för normal väggtjocklek i 4 av de 17 LV-segmenten över 13,0 mm i 4 av de 17 LV-segmenten. Den 95 % övre gränsen för normalvärdet i mitten av inferoseptum var 14,1 mm (tabell 3). Två procent av kohorten (12 av 541 rekryter) uppfyllde kriterierna för asymmetrisk väggtjocklek redan före den fysiska träningsregimen (figur 3).

Svar på fysisk träning

Efter träning ökade prevalensen av asymmetrisk väggförtjockning så att den förekom hos 10 % av kohorten (31 av 309 rekryter) och oftast påverkade den mellersta kaviteten inferoseptum (74 %) (figur 3). Hos dessa rekryter ökade den maximala väggtjockleken från 12,7±1,1 mm före träning till 14,1±0,9 mm efter träning (P<0,001), men till skillnad från resten av kohorten förändrades inte den indexerade LV-massan och de enddiastoliska volymerna (P=0,71 respektive P=0,61; tabellerna 4 och 5). M/V förändrades inte heller med träning i denna undergrupp eller i kohorten som helhet. Även om det fanns en liten ökning av förhållandet mellan väggtjocklek och volym hos de rekryter som utvecklade asymmetrisk väggtjocklek förblev detta förhållande normalt i alla fall (<0,15 mm-m2-mL-1), vilket tyder på en träningsinducerad remodelleringssvar (tabellerna 4 och 5).13 Elektrokardiogram fanns endast tillgängligt hos 3 av de 31 rekryterna, men var återigen inte tecken på HCM.

Det fanns ingen skillnad i de grundläggande egenskaperna hos rekryter som utvecklade respektive inte utvecklade asymmetrisk väggförtjockning, med undantag för kroppsmasseindex, som var marginellt högre hos de förstnämnda (24±3 mot 23±3 kg/m; P=0,02; tabellerna 4 och 5). Endast 3 av rekryterna med asymmetrisk väggtjocklek efter träning hade det vid baslinjen och hos var och en av dem ökade graden av regional väggtjocklek ytterligare efter träning.

Diskussion

I en kohort av unga armérekryter har vi påvisat en signifikant regional variation i LV-väggtjocklek och att mer än en femtedel av våra rekryter hade en väggtjocklek som var lika stor som eller större än 13,0 mm, när den mättes med CMR. Dessutom ökade prevalensen av asymmetrisk väggförtjockning som svar på det fysiska träningsprogrammet, vilket tyder på att detta hos ungefär en tiondel av individerna utvecklas som en del av det fysiologiska svaret på träning. Dessa observationer har viktiga implikationer för diagnosen av HCM hos unga, vältränade män.

Mätningar av väggtjocklek

Vi har visat utmärkt inter- och intraobservatörsreproducerbarhet i våra väggtjockleksmätningar för alla regioner av myokardiet med gränser för överensstämmelse på 1 mm.

I linje med tidigare studier14 observerades en signifikant regional variation i dessa mätningar med en progressiv förtjockning av LV-väggen när man rörde sig från basen till toppen, och jämförde den laterala väggen med septum. Den 95 % övre gränsen för normal väggtjocklek var dock >13,0 mm i 4 av de 17 LV-segmenten. Detta står i skarp kontrast till tidigare ekokardiografiska studier. Faktum är att även bland elitidrottare har väggtjocklekar ≥13 mm endast beskrivits hos 1 % till 2 %.2,15,16 Detta återspeglar sannolikt CMR:s större känslighet för regionala ökningar av väggtjockleken än ekokardiografi, vilket har påvisats i flera tidigare studier som undersökt olika hjärttillstånd.8,17 Karaktären av vår kohort kan dock också ha bidragit. Med tanke på inträdeskraven i den brittiska armén är det troligt att vår population hade en hög nivå av fysisk kondition i utgångsläget, så att många av rekryterna sannolikt har haft ett atletiskt hjärta redan före träningen och därmed ökade väggtjockleksmätningar. Med tanke på detta problem bör vårt normalintervall inte anses vara representativt för befolkningen som helhet och det krävs ytterligare studier för att definiera ett sådant intervall hos mer stillasittande individer. Våra resultat visar dock att med tanke på den regionala variationen är det osannolikt att ett universellt gränsvärde är lämpligt för alla segment av myokardiet och att CMR-vägtjockleksmätningar på 13 till 15 mm observeras ganska ofta hos unga atletiska män som inte sällan screenas för HCM.

Asymmetrisk väggförtjockning

För träningen förekom asymmetrisk väggförtjockning hos 2 %, men ökade dramatiskt till 10 % efter perioden med intensiv fysisk träning. Hos dessa rekryter ökade den maximala väggtjockleken från 12,7 till 14,1 mm och observerades inte utanför septum. Till skillnad från resten av kohorten och tidigare beskrivningar av träningsinducerad remodellering skedde dock ingen förändring av den indexerade LV-massan eller volymerna, vilket understryker att detta svar representerar en ovanlig form av anpassning.

Förklaringen till varför vissa rekryter utvecklade asymmetrisk väggtjocklek är fortfarande oklar. Det fanns inga andra kliniska markörer hos dessa rekryter som indikerar en diagnos av HCM. Ingen rekryt hade symtom, en familjehistoria eller fysiska tecken som tydde på kardiomyopati, och hos de få rekryter där elektrokardiogram fanns tillgängliga var dessa också inom normala gränser. Dessutom var förhållandet mellan väggtjocklek och diastolisk volym, som anses vara en användbar särskiljande faktor mellan väggförtjockning på grund av träning och sådan som är relaterad till en ökad efterbelastning eller kardiomyopati13 , normalt hos alla våra rekryter. Det verkar därför osannolikt att träning helt enkelt avslöjade en underliggande kardiomyopati hos dessa rekryter, särskilt med tanke på hur ofta asymmetri observerades. Det är mer troligt att asymmetrisk väggförtjockning hos vissa individer verkar förekomma som en del av det normala fysiologiska svaret på träning, om än med viktiga skillnader jämfört med de tidigare rapporterade anpassningsmönstren. På grundval av dessa resultat vill vi därför uppmana till försiktighet när det gäller att diagnostisera HCM baserat på gränslösa ökningar av regionala väggtjocklekar (13-15 mm), särskilt hos unga och fysiskt vältränade män.

LV-massa/diastolisk volymförhållande

Som tidigare rapporterats har vi i en stor kohort av armérekryter bekräftat att LV-massan ökar med träning; vår analys av LV-massa/volymförhållandet (M/V) i den här studien ger dock ytterligare insikt. Viktigt är att vi har visat att M/V inte förändrades efter träning, vilket tyder på att ökningen av massan balanseras av förändringar i ventrikelvolymen. Dessutom förblev väggtjocklek/volymförhållandet normalt i alla försökspersoner som stödjer dessa 2 parametrars roll som användbara diskriminatorer mellan träningsinducerad och andra former av hypertrofi.

Begränsningar av studien

Fördelen med att koncentrera sig på en ung kohort av vuxna är att vi kan försäkra oss om att tillstånd som hypertoni, kranskärlssjukdom eller diabetes mellitus inte kommer att ha påverkat våra resultat. Som diskuterats är det dock troligt att vår kohort har en högre nivå av fysisk kondition vid baslinjen än den allmänna befolkningen, vilket gör det osannolikt att vårt referensintervall kommer att vara mer allmänt tillämpbart. Ytterligare arbete krävs därför för att fastställa ett verkligt normalintervall för väggtjocklek hos båda könen och helst i olika åldrar och etniciteter.

Dawson et al18 har nyligen publicerat väggtjockleksmätningar i 20 fall i åldrarna 20-30 år (10 män) som verkar något lägre än våra (t.ex. basalt anterolateralt, 9,0±2,5 jämfört med 10,0±1,3 mm). Återigen kan detta återspegla de höga basala nivåerna av fysisk kondition hos våra armérekryter eller helt enkelt det låga antalet i deras kohort.

Elektrokardiogram utfördes inte rutinmässigt i vår kohort, vilket är en begränsning när man försöker särskilja hypertrofi på grund av träning och sådan som är relaterad till HCM. Trots detta anser vi att med tanke på resultaten av förhållandet mellan väggtjocklek och volym och den screening som armérekryter genomgår innan de rekryteras, kan vi vara nöjda med att asymmetrisk väggtjocklek observerades som en del av ett fysiologiskt remodelleringsrespons på träning och inte som en manifestation av kardiomyopati.

Slutsats

I en population av unga män som rekryterats till armén har vi påvisat en signifikant regional variation av LV-väggtjocklek och att det är vanligt att denna överskrider den traditionella normala gränsvärdet på 13,0 mm. Dessutom har vi gett bevis för att asymmetrisk väggförtjockning förekommer som ett vanligt svar på träning. Dessa observationer tyder på att hos unga atletiska individer som undersöks för HCM bör diagnosen inte ställas enbart på grundval av en gränslös CMR-förhöjning av den regionala väggtjockleken.

Acknowledgments

Vi tackar de frivilliga rekryterna från armén i Lichfield, gästfriheten och samarbetet med personalen vid Arméutsträningsregementet Lichfield, särskilt personalen vid den medicinska mottagningsstationen, personalen vid officersmatsalen och befälet. Vi tackar också Alliance Medical Limited, som tillhandahöll den mobila CMR-skannern, och erkänner särskilt skanningsteknikernas hårda arbete.

Fotnoter