resumen
antecedentes. El manejo adecuado de la hiperpotasemia que conduce a la arritmia cardíaca fatal se ha vuelto más importante debido al aumento de la prevalencia de enfermedades propensas a la hiperpotasemia. Aunque los cambios de la onda T en la hiperpotasemia son bien conocidos, su utilidad es discutible., Se evaluó qué tan bien se correlacionan las características basadas en la onda T de los electrocardiogramas (ECG) con los niveles séricos estimados de potasio utilizando datos de ECG de la práctica clínica real. Método. Recolectamos ECG de un repositorio local de ECG (MUSE™) de 1994 a 2017 y extraemos las formas de onda de ECG. De aproximadamente 1 millón de informes, 124.238 se llevaron a cabo dentro de los 5 minutos antes o después de la recolección de sangre para la estimación del potasio sérico. Seleccionamos aleatoriamente 500 ECG y dos evaluadores midieron la amplitud (T-amp) y la pendiente derecha de la onda T (T-pendiente derecha) en cinco formas de onda de plomo (V3, V4, V5, V6 y II)., Las correlaciones lineales de T-amp, T-pendiente derecha y su característica normalizada (t-norma) con los niveles séricos de potasio se evaluaron mediante el análisis del coeficiente de correlación de Pearson. Resultado. Los coeficientes de correlación de Pearson para las características basadas en la onda T con el potasio sérico entre los dos evaluadores fueron 0,99 para T-amp y 0,97 para t-pendiente derecha. El coeficiente de asociación entre T-amp, T-pendiente derecha y t-norma y potasio sérico varió de -0,22 a 0,02., En el subgrupo de ECG normal (ECG normal u otro ECG normal), no hubo correlación entre las características basadas en la onda T y los niveles séricos de potasio. Conclusion. Las características basadas en la onda T no se correlacionaron con el nivel sérico de potasio, y su uso en la práctica clínica real es actualmente limitado.
1. Introducción
la hiperpotasemia es un trastorno electrolítico que puede conducir a una arritmia cardíaca fatal., El manejo adecuado de la hiperpotasemia se ha vuelto más importante debido al aumento de la prevalencia de enfermedades propensas a la hiperpotasemia, como la diabetes mellitus, la enfermedad de las arterias coronarias y la enfermedad renal crónica . La hiperpotasemia y la hipopotasemia o las fluctuaciones en los niveles de potasio se asocian con un mayor riesgo de mortalidad y arritmias potencialmente mortales . Además, la morbilidad, la hospitalización y la muerte pueden seguir incluso cambios menores en el nivel de potasio en pacientes con enfermedad renal o cardíaca .
muchos de los medicamentos clave utilizados para el tratamiento de enfermedades alteran los niveles séricos de potasio., Los medicamentos dirigidos al sistema renina-angiotensina-aldosterona han sido el pilar del tratamiento de la enfermedad cardiovascular o para la prevención de la progresión de la enfermedad renal crónica. Las guías del octavo Comité Nacional conjunto recomiendan los bloqueadores de los receptores de aldosterona como fármacos clave para la prevención secundaria de la insuficiencia cardíaca, ya que los antagonistas de la aldosterona pueden reducir la mortalidad por insuficiencia cardíaca . Sin embargo, es irónico que el uso de antagonistas de la aldosterona aumente la mortalidad por hiperpotasemia, lo que enfatiza la importancia del manejo adecuado de la hiperpotasemia ., Los antiinflamatorios no esteroideos son otros medicamentos que causan hiperpotasemia severa, pero se administran sin el monitoreo adecuado del nivel de electrolitos. Además, otros riesgos están asociados con los alimentos ricos en potasio, que a menudo pueden ser mortales en pacientes con enfermedad renal terminal.
Se sabe que las alteraciones en los patrones del electrocardiograma (ECG) están directamente asociadas con los niveles séricos de potasio . La hiperpotasemia leve a moderada puede llevar a la prolongación del intervalo PR y al desarrollo de ondas t pico. La hiperpotasemia severa puede hacer que el complejo QRS se ensanche., En pacientes con hipopotasemia se observan ondas T aplanadas o invertidas, onda A U, depresión del ST e intervalo PR amplio. Debido a la repolarización ventricular prolongada, se produce una onda u prominente,o se puede observar un intervalo QT prolongado cuando las ondas U se superponen a una onda T.
Los cambios en los patrones de ECG debido a un nivel elevado de potasio son claros en el entorno experimental. Sin embargo, muchos estudios han reportado que estos patrones no son confiables clínicamente ., Algunos estudios previos han reportado que el desempeño de la estimación del nivel de potasio usando la información del ECG por parte de los médicos fue pobre. Las sensibilidades de detección de hiperpotasemia por dos médicos fueron de 0,43 y 0,34; incluso cuando los sujetos tenían hiperpotasemia moderada a grave (nivel de potasio > 6,5 mmol / L), las sensibilidades fueron solo de 0,62 y 0,55. Según otra revisión retrospectiva, los cambios en la onda T evaluados por un cardiólogo tampoco estaban bien correlacionados con el nivel sérico de potasio, y la mayoría de los cambios en la onda T fueron inespecíficos .,
sin embargo, en base a los patrones conocidos de la onda T, otros estudios han intentado determinar los niveles de potasio utilizando el aprendizaje automático . De acuerdo con estos estudios en pacientes sometidos a hemodiálisis, los datos del ECG de una sola derivación (V3, V4 o V5) son tan precisos como los datos del ECG de 12 derivaciones con errores absolutos reportados de 0,5±0,42 y 0,46±0,39 mmol/L, respectivamente. Estos estudios sugieren que los patrones de ECG, especialmente la forma de la onda T, podrían ser útiles para determinar los niveles séricos de potasio en entornos clínicos., Sin embargo, estos estudios tienen la limitación de que el modelo empleado se desarrolló y validó con un número limitado de pacientes (26 pacientes para el desarrollo y 19 para la validación), y los sujetos se restringieron a pacientes en hemodiálisis.
Además, hasta donde sabemos, ningún estudio ha evaluado directamente qué tan bien las características basadas en la onda T se correlacionan con el nivel de potasio sérico en el entorno de la práctica clínica real., En el presente estudio, se realizó una evaluación cuantitativa de ECG capturados en la práctica clínica real para determinar si las características basadas en la onda T son útiles para estimar el nivel de potasio sérico en la práctica clínica general.
2. Métodos
se prescindió del requisito de consentimiento informado y el estudio fue aprobado por la Junta de Revisión Institucional (IRB) del Hospital Universitario Ajou (número de IRB AJIRB-MED-MDB-17-273). Solo utilizamos datos desidentificados y analizamos la información retrospectivamente.
2.1., Fuente de datos
se utilizó una base de datos de investigación clínica que incluyó datos demográficos de los pacientes, diagnósticos, prescripciones de medicamentos y resultados de pruebas de laboratorio extraídos de las historias clínicas electrónicas de un hospital universitario terciario De Corea (Hospital Universitario Ajou) entre septiembre de 1994 y diciembre de 2017 (Figura 1). La base de datos incluyó 134.011.566 prescripciones, 32.956.672 diagnósticos y 278.011.281 resultados de pruebas de laboratorio de 2.940.379 pacientes.
el ECG consiste típicamente en valores alfanuméricos y gráficos de forma de onda(Figura 2 (a))., Los valores alfanuméricos incluyeron datos demográficos, número de identificación del paciente, Fecha del electrocardiograma y parámetros del ECG (RR, intervalos QT, etc.).). Los gráficos de forma de onda son datos de series temporales que representan cambios en las señales electrónicas del corazón durante unos pocos segundos. Después de recopilar todos los datos de los ECG, que se almacenaron en formato PDF en el repositorio local de ECG (sistema MUSE™), se extrajo la parte que contenía la forma de onda y se transformó en formato SVG ., Posteriormente, convertimos Las coordenadas x E y de las imágenes vectoriales en una serie temporal equidistante (500 puntos de datos por segundo, 500 Hz) mediante interpolación lineal para retener un formato de datos similar al obtenido directamente del sensor.
de aproximadamente 1 millón de ECG recolectados, 124,238 se obtuvieron dentro de los 5 minutos (ventana de tiempo) antes o después de la recolección de sangre para la estimación de potasio sérico. De estos, seleccionamos aleatoriamente 500 ECG para evaluación manual.
2.2., Preprocesamiento de datos
se desarrolló una herramienta basada en la web para medir la amplitud (T-amp; la diferencia en milivoltios (mV) entre el pico y el final de la onda T) y la pendiente derecha de la onda T (T-pendiente derecha; la pendiente en la parte más empinada de la porción descendente de la onda T). Esta herramienta nos ayudó a evaluar y administrar eficientemente los resultados de medición de cada señal de ECG (Figura 2(b)) rápidamente. La herramienta muestra una forma de onda ECG de 3 segundos, lo que permite al usuario medir T-amp Y T-pendiente derecha., Con respecto a los 500 ECG seleccionados, dos evaluadores midieron de forma manual e independiente la pendiente T-amp Y T-derecha en las formas de onda de cinco derivaciones (V3, V4, V5, V6 y II) utilizando esta herramienta.
Las formas de onda en los ECG generalmente incluían dos o tres tiempos. Los evaluadores seleccionaron el ritmo de la línea de base que era más estable y tenía menos ruido. Se midieron T-amp Y T-pendiente derecha en latidos seleccionados. Las mediciones de las diferencias entre los dos evaluadores que fueron mayores que la media + 2×desviación estándar (de) o menores que la media–2×de se excluyeron del análisis posterior (Figuras 2(c) y 2(d))., El grado de correlación entre los dos evaluadores se determinó mediante el análisis del coeficiente de correlación de Pearson.
2.3. Extracción de características
se excluyeron los ECG, que tenían discrepancias en su interpretación entre los dos evaluadores en uno o más prospectos. Los valores de T-amp Y T-pendiente derecha medidos por los dos evaluadores fueron promediados y utilizados como valores finales de T-amp y t-pendiente derecha de los ECG correspondientes. De acuerdo con la siguiente fórmula, que fue utilizada para normalizar las características para estimar el nivel de potasio sérico en un estudio de Zachi et al.,, dos características fueron normalizadas e integradas en una característica:
primero, medimos o calculamos las tres características (T-amp, T-pendiente derecha y t-norma) en cada derivación de los ECG. En segundo lugar, el cable que tenía la onda T más prominente (el T-amp más grande) entre V3, V4 y V6, y II, llamado Pt, fue seleccionado y utilizado como la característica representativa de cada ECG.
2.4. Evaluación de características y análisis estadístico
el análisis de varianza unidireccional y la prueba Post-Hoc de Tukey se llevaron a cabo para evaluar la diferencia entre los valores medidos de T-amp y t-pendiente derecha entre diferentes derivaciones., Se consideró significativo un valor de p <0,05.
se evaluó la correlación lineal entre las características de la onda T y el nivel sérico real de potasio mediante el análisis del coeficiente de correlación de Pearson. Para excluir el efecto de las enfermedades subyacentes, que pueden afectar el ritmo cardíaco, se realizó un análisis de subgrupos en el que solo se incluyeron los resultados de ECG que mostraban ECG normal (n=191) o de otro modo normal (n=40), el subgrupo de ECG normal. Las listas detalladas de interpretación del ECG normal y el recuento por Interpretación se proporcionan en el cuadro S1.,
MS-SQL 2017 (Microsoft Corp.) se utilizó para la gestión de datos, y R (versión 3.2.2, Foundation for Statistical Computing) se utilizó para el preprocesamiento de datos y el análisis estadístico.
3. Resultados
3.1. Los conjuntos de datos para el análisis
T-amp Y T-pendiente derecha de 500 ECG fueron medidos por dos evaluadores. Las mediciones entre dos evaluadores estuvieron bien correlacionadas en términos de T-amp Y T-derecha, como se muestra en las figuras 2 (c) y 2(d)., Después de excluir ECG que fueron discrepantes entre los dos evaluadores, se seleccionaron finalmente datos de 330 ECG (incluyendo 231 ECG del subgrupo de ECG normal). Las características basales de los sujetos se muestran en la tabla 1.
los valores absolutos de T-amp Y T-pendiente derecha medidos fueron más altos en la derivación V3 y más bajos en la derivación II tanto para el número total de sujetos (n=330) como para el subgrupo de ECG normal (n=231). Los valores fueron significativamente más altos en el electrodo precordial que en el II en ambos grupos (p<0,001).
3.2., Correlación lineal entre las características basadas en la onda T y el nivel sérico de potasio
3.3. Correlación lineal en el subgrupo de ECG Normal
Después de excluir ECG anormales (solo ECG normales u otros ECG normales), los resultados mostraron el mismo patrón que los del número total de ECG seleccionados; similar a los resultados en el número total de ECG, los coeficientes de correlación de Pearson de T-amp fueron positivos y los de T-pendiente derecha y t-norma fueron negativos en todas las derivaciones., Sin embargo, no hubo correlación entre las características basadas en la onda T y el nivel sérico de potasio en este subgrupo, ya que los valores del coeficiente oscilaron entre -0,17 y 0,16 (Figura 3 y tabla 2).
4. Discusión
Este estudio evaluó directamente el grado de correlación entre la concentración de potasio en sangre y las características del ECG basadas en la onda T. Las características basadas en la onda T revisadas manualmente de los ECG realizados en la práctica diaria no se correlacionaron con el nivel sérico de potasio. Además, en el subgrupo de ECG normal, no detectamos ninguna correlación.,
en este estudio, se seleccionaron y evaluaron la pendiente T-amp Y T-derecha de las formas de onda de cinco derivaciones (V3, V4, V5, V6 y II). Las formas de onda de las cuatro derivaciones (V3-V6) se utilizaron en estudios previos para estimar el nivel sérico de potasio. El plomo II se utiliza más popularmente en la monitorización de pacientes. Por lo tanto, se buscó evaluar la posibilidad de aplicar las características a un entorno clínico donde los pacientes son monitoreados, como en una unidad de cuidados intensivos.,
el patrón de valores, que se extrajo como características (T-amp Y T-pendiente derecha del plomo II, V3, V4, V5 y V6), mostró Patrones bien conocidos. Se sabe que la amplitud de la onda T es máxima en la derivación V3 . Además, la onda T en las derivaciones precordiales (<10 mm o <1 mV) suele ser mayor que la de la extremidad (<5 mm o 0,5 mV)., En nuestros resultados, solo menos del 2% en el grupo total de pacientes (6 en la derivación II, 5 en la derivación V3, 5 en la derivación V4, 1 en la derivación V5 y 0 en la derivación V6 entre 330 ECG) y el subgrupo de ECG normal (2 en la derivación II, 4 en la derivación V3, 1 en la derivación V4, 0 en la derivación V5 y 0 en la derivación v6 entre 231 ECG normales) superaron los 0,5 mV en la derivación del miembro o 1 mV en la derivación precordial, respectivamente., Además, el valor promedio de T-amp medido fue mayor en V3 y el de las derivaciones precordiales fue significativamente mayor que el de la derivación del Miembro (derivación II) en el análisis de varianza unidireccional y en la prueba Post-Hoc de Tukey (p<0.001). Podría significar que los valores extraídos son confiables y podrían usarse para análisis posteriores.
Al igual que los hallazgos de investigaciones previas realizadas en entornos clínicos, las características basadas en la onda T no tuvieron una relación clara con los niveles séricos de potasio., De acuerdo con un estudio previo, Los cambios en el patrón ECG, que son sugestivos de hiperpotasemia, se observaron en solo el 46% de los pacientes cuyo nivel de potasio varió entre 6 y 9,3 mEq/L . Varios otros informes de casos también respaldaron el hallazgo de que los cambios significativos en el ECG no están relacionados con niveles de potasio marcadamente elevados . Además, los pacientes que conocemos en la práctica diaria tienen diversos factores de confusión, como medicamentos, comorbilidades y demografía., Debido a que estos factores de confusión podrían alterar los datos del ECG, hacen que sea más difícil descubrir patrones que están claramente asociados con el nivel sérico de potasio. Debido a esto, las sensibilidades de detección de hiperpotasemia por dos médicos en un servicio de urgencias fueron muy bajas en 0,43 y 0,34 .
en el análisis de subgrupos de ECG normal u otro ECG normal, los resultados mostraron el mismo patrón de no correlación entre las características de la onda T y el nivel sérico de potasio. Creemos que esto no puede deberse a la contaminación por ECG anormales., Aunque aplicamos selectivamente el modelo de determinación del nivel de potasio sérico al ECG normal, podría ser difícil obtener un rendimiento confiable.
Zachi et al. también se intentó estimar el nivel sérico de potasio con base en las características de la onda T, y el rendimiento de la estimación disminuyó cuando el modelo desarrollado se aplicó a otro grupo de prueba independiente . Se observó un mayor rendimiento cuando se aplicó el modelo de estimación a los pacientes que fueron utilizados para el desarrollo del modelo pero en diferentes momentos., Este hallazgo sugiere que los patrones únicos de ECG son causados por características diferentes de cada paciente; por lo tanto, se debe desarrollar un modelo personalizado en lugar de uno que pueda aplicarse generalmente.
el enfoque de aprendizaje profundo podría ser un modelo alternativo. El aprendizaje profundo, un modelo de aprendizaje automático, se ha convertido en el diseño más popular en varias aplicaciones, incluida la visión por computadora y el procesamiento del lenguaje natural., En particular, las redes neuronales convolucionales pueden actuar como extractores de características de datos incluso en ausencia de conocimiento previo del dominio , y el modelo de red neuronal recurrente identifica dependencias temporales en problemas de series temporales . La extracción de características y las dependencias de tiempo se pueden capturar de manera efectiva combinando ambos modelos. Si se utiliza el modelo basado en el aprendizaje profundo, se pueden extraer características más diversas y complejas del ECG.
Nuestro estudio tiene algunas limitaciones., Primero, T-amp Y T-pendiente derecha se midieron manualmente en lugar de automáticamente porque ha habido problemas con la determinación del final de la onda T. Debido a que el extremo de la onda T transita muy lentamente alrededor de la señal, localizar el extremo de la onda T es uno de los problemas más desafiantes en la evaluación de la forma de onda del ECG . Al hacer que dos evaluadores independientes realizaran las mediciones y luego usar Solo resultados acordes, intentamos garantizar la confiabilidad de nuestros resultados. En segundo lugar, la longitud de la forma de onda utilizada en el estudio fue corta (aproximadamente 3 segundos)., Nuestros datos pueden ser relativamente limitados y menos tolerantes al ruido o los artefactos. Finalmente, no consideramos otros patrones de ECG, como el ensanchamiento del QRS o el aplanamiento de la onda P, que también se pueden observar en la hiperpotasemia. Sin embargo, el cambio de la onda T se conoce como el signo más representativo y más temprano de hiperpotasemia.
5., Conclusiones
como lo muestran los hallazgos de investigaciones anteriores, nuestro estudio también mostró que las características basadas en la onda T no se correlacionaron con los niveles de potasio sérico en la práctica clínica real en la población coreana; incluso en el subgrupo de ECG normal, no pudimos detectar ninguna correlación. Por lo tanto, el uso de estas características en la estimación del nivel sérico de potasio en la práctica clínica real es muy limitado.
disponibilidad de los datos
Los datos de la medición de las características basadas en la onda T utilizados para apoyar los hallazgos de este estudio se incluyen en el archivo de Información complementaria.,
conflictos de intereses
los autores declaran no tener conflictos de intereses.
agradecimientos
Esta investigación fue apoyada por subvenciones del proyecto Korea Health Technology R&D A través del Instituto de desarrollo de la industria de la Salud De Corea (KHIDI), financiado por el Ministerio de salud& Welfare, República De Corea (subvenciones HI16C0982 y HI17C0970).