Razionale ed Obiettivi

È noto che la concentrazione di potassio nel sangue ([K⁺]) ha una importante influenza sulla morfologia dell’onda T del segnale ECG.

• Abbiamo studiato e sviluppato un metodo per la stima della [K⁺] dal segnale ECG e la sua applicabilità clinica è stata testata su pazienti in dialisi.
• Per meglio comprendere i meccanismi alla base del legame tra la [K⁺] e l’onda T sono stati analizzati i segnali ECG di pazienti affetti dalla sindrome del QT lungo tipo 2 (LQT2), in cui ipotizziamo che il metodo sviluppato sottostimi il valore della [K⁺] .
• Per comprendere le basi dei meccanismi cellulari coinvolti nelle modificazioni dell’onda T è stato utilizzato un modello computazionale.

Casistica e Metodi

• Sono stati analizzati i segnali ECG Holter di 35 pazienti in dialisi e 12 pazienti  LQT2. 
• L’ampiezza e la pendenza dell’onda T in ogni battito sono state misurate ed il loro rapporto (T_S/A) è stato utilizzato per calcolare uno stimatore della [K⁺] (K_ECG) (Figura 1 e Figura 2).
•  I valori di riferimento (K_LAB) sono stati ottenuti da analizzando prelievi ematici.
• È stata effettuata una cross-validazione con la tecnica del leave-one-out.

Risultati

• È emersa una buona concordanza tra K_ECG e K_LAB (Figura 3), con un errore in valore assoluto pari a: 0.43±0.35mM. L’errore sistematico è risultato quasi nullo (-0.09mM) con una deviazione standard di 0.55mM. 
• Nei pazienti LQT2 il metodo ha evidenziato una sottostima sistematica  a parte un solo outlier (Figura 4). L'errore medio è risultato pari a 1.1±1.3mM (K_LAB: 4.3±0.3mM; K_ECG: 3.2±1.2mM, p<0.02). 
• Le simulazioni hanno confermato che una variazione di [K⁺] provoca una variazione di T_S/A nello pseudo-ECG simulato coerente con quanto misurato nei pazienti (Figura 5).

Discussione e Conclusioni

• I risultati ottenuti monitorando i pazienti durante la seduta dialitica sono promettenti
• L’analisi dei soggetti LQT2 supporta la nostra interpretazione che la corrente di potassio delayed-rectifier (IKr) giochi un ruolo importante a livello cellulare. Infatti, analizzando gli ECG dei pazienti LQT2, nei quali si ha una riduzione di IKr dovuta a un fattore patologico diverso dalla ipokalemia (una mutazione genetica del gene che codifica i canali ionici relativi a IKr), il nostro stimatore in modo praticamente sistematico produce valori di potassio troppo bassi. Siccome i pazienti in realtà non sono ipokalemici noi concludiamo che lo stimatore proposto è uno "stimatore di IKr" più che un stimatore "diretto" del livello di potassio nel sangue.
• L'analisi modellistica fornisce un ulteriore supporto quest'ultima conclusione. Infatti, le simulazioni condotte con un modello matematico del tessuto miocardico, in grado di ricostruire uno pseudo-ECG, suggeriscono la seguente catena causa-effetto: 1) un aumento di [K⁺] extracellulare conduce ad un aumento di I_Kr; 2) siccome I_Kr è attiva soprattutto durante la fase di ripolarizzazione dei cardiomiociti ventricolari, il suo incremento porta ad un accorciamento della durata dei potenziali d'azione e quindi dell'onda T (Figura 5), ma anche la morfologia dell'onda T (e quindi il nostro stimatore di [K+]) è modificata. Da notare che tale dipendenza si preserva qualitativamente quando si simula una riduzione di IKr (condizione LQT2) ma tutte le stime si spostano verso valori inferiori.
• Questo metodo, a seguito di una validazione su una popolazione più ampia, potrebbe essere applicato per il monitoraggio dei pazienti a rischio di ipo/iper-kalemia.