Forskare avslöjar hjärtats dolda geometri för att revolutionera EKG-tolkningen

En studie av forskare vid King's College London har funnit att hjärtats fysiska orientering i bröstet avsevärt påverkar de elektriska signaler som registreras på ett elektrokardiogram (EKG) – en upptäckt som kan bana väg för en mer personlig och korrekt diagnos av hjärtsjukdomar.

Med hjälp av data från fler än 39 000 deltagare i UK Biobank-projektet är detta en av de största populationsbaserade studierna hittills som undersöker sambandet mellan hjärtats anatomi och dess elektriska aktivitet. Genom att kombinera 3D-hjärtavbildning med EKG-data skapade teamet förenklade digitala tvillingar av varje deltagares hjärta.

Dessa personliga modeller gjorde det möjligt för forskarna att studera hur hjärtats anatomiska position, känd som den anatomiska axeln, relaterar till ett rumsligt mått på elektrisk aktivitet, eller den elektriska axeln. Studien publiceras i tidskriften PLOS Computational Biology.

Digitala tvillingar håller på att bli ett kraftfullt verktyg inom hjärt-kärlforskning, vilket gör det möjligt för forskare att modellera och studera hjärtats struktur och funktion i oöverträffad detaljrikedom. I den här studien spelade de en nyckelroll i att avslöja hur naturliga variationer i hjärtats orientering, formade av faktorer som kroppsmasseindex (BMI), kön och högt blodtryck, kan påverka EKG-avläsningar avsevärt.

”Storskaliga biomedicinska resurser som UK Biobank banar väg för patientcentrerad karakterisering av sjukdomar genom att möjliggöra detaljerad analys av anatomiska och elektrofysiologiska variationer i populationen.”

Detta arbete visade skillnader i hjärtaxlar mellan friska och sjuka individer, vilket belyser potentialen för ökad personalisering av digitala tvillingar och förbättrad prognos och sjukdomskarakterisering, vilket i slutändan möjliggör mer personlig klinisk vård, säger Mohammad Kayyali.

Forskarna föreslog nya, standardiserade definitioner för både anatomiska och elektriska axlar baserat på deras inriktning i 3D-rymden. De fann att personer med högre BMI eller högt blodtryck tenderar att ha hjärtan som är placerade mer horisontellt i bröstet, och denna förändring återspeglas i deras EKG-signaler.

Studien fann också tydliga skillnader mellan män och kvinnor: mäns hjärtan tenderar att ha en mer horisontell orientering än kvinnors, och denna strukturella skillnad återspeglas i den elektriska aktiviteten på ytan. Dessa könsskillnader belyser behovet av en mer individualiserad metod för EKG-tolkning.

Genom att identifiera och kvantifiera denna variation i en stor population belyser studien vikten av att skilja mellan normala anatomiska särdrag och tidiga tecken på sjukdom. Detta kan hjälpa läkare att identifiera tillstånd som hypertoni, ledningsavvikelser eller tidiga förändringar i hjärtmuskeln tidigare och mer exakt, särskilt hos patienter vars hjärtorientering avviker från standardantaganden.

”Möjligheten att skapa personliga modeller (dvs. digitala tvillingar) av hjärt-kärlsystemet är ett spännande forskningsområde där vi hoppas kunna hitta nya parametrar som bättre kan ge information om förebyggande, diagnos och risk för hjärt-kärlsjukdomar. I detta arbete börjar vi utforska dessa outforskade områden och hoppas snart kunna erbjuda nya sätt att tidigt upptäcka tillstånd som elektriska ledningsstörningar”, säger professor Pablo Lamata.

Resultaten pekar mot en framtid där EKG inte längre tolkas på ett universellt sätt, utan anpassas till varje patients unika anatomi. Denna personliga metod skulle kunna minska diagnostiska fel och stödja tidigare, mer exakta interventioner.