Electrocardiographic features of 431 consecutive, critically ill COVID-19 patients: an insight into the mechanisms of cardiac involvement.

Abstract

Aims: Our aim was to describe the electrocardiographic features of critical COVID-19 patients.

Methods and results: We carried out a multicentric, cross-sectional, retrospective analysis of 431 consecutive COVID-19 patients hospitalized between 10 March and 14 April 2020 who died or were treated with invasive mechanical ventilation. This project is registered on ClinicalTrials.gov (identifier: NCT04367129). Standard ECG was recorded at hospital admission. ECG was abnormal in 93% of the patients. Atrial fibrillation/flutter was detected in 22% of the patients. ECG signs suggesting acute right ventricular pressure overload (RVPO) were detected in 30% of the patients. In particular, 43 (10%) patients had the S1Q3T3 pattern, 38 (9%) had incomplete right bundle branch block (RBBB), and 49 (11%) had complete RBBB. ECG signs of acute RVPO were not statistically different between patients with (n=104) or without (n=327) invasive mechanical ventilation during ECG recording (36% vs. 28%, p=0.10). Non-specific repolarization abnormalities and low QRS voltage in peripheral leads were present in 176 (41%) and 23 (5%), respectively. In four patients showing ST-segment elevation, acute myocardial infarction was confirmed with coronary angiography. No ST-T abnormalities suggestive of acute myocarditis were detected. In the subgroup of 110 patients where high-sensitivity troponin I was available, ECG features were not statistically different when stratified for above or below the 5 times upper reference limit value.

Conclusions: The ECG is abnormal in almost all critically ill COVID-19 patients and shows a large spectrum of abnormalities, with signs of acute RVPO in 30% of the patients. Rapid and simple identification of these cases with ECG at hospital admission can facilitate classification of the patients and provide pathophysiological insights.

Keywords: ECG, Critically ill COVID-19, Right ventricular pressure overload.

Intervista a Matteo Bertini

Università degli Studi di Ferrara

Professor Bertini, ci può sintetizzare il take home message del vostro studio?
Sin dall’inizio della pandemia di COVID-19 è emerso come i pazienti che avevano fattori di rischio cardiovascolare o precedenti cardiovascolari fossero pazienti ad alto rischio di mortalità. La troponina, come equivalente di danno miocardico, si è consolidata dopo le prime evidenze come marker di stratificazione prognostica. Con l’emergere di sempre nuova evidenza, ci si è accorti ben presto che in realtà le sindromi coronariche acute e le miocarditi raramente erano associate al COVID-19 e quindi la troponina poteva esprimere anche un altro tipo di danno miocardico. Paradossalmente, in tutto questo scenario soprattutto nei primi mesi della pandemia, la metodica più semplice ovvero l’elettrocardiogramma (ECG), utile per definire un coinvolgimento miocardico, è stato completamente dimenticato dagli operatori sanitari. A questo proposito, in Emilia-Romagna abbiamo creato il gruppo ELCOVID che è un progetto volto ad analizzare le caratteristiche ECG dei pazienti affetti da COVID-19. In questo primo studio, coinvolgente la maggior parte degli ospedali dell’Emilia Romagna, ci siamo concentrati sui pazienti più gravi (intubati o morti entro pochi giorni dall’ammissione in ospedale) e abbiamo analizzato gli ECG all’ingresso in ospedale di 431 pazienti molto critici. Le caratteristiche ECG di questi pazienti evidenziano come, raramente, l’ECG è completamente normale (oltre 90% di ECG sono classificati come patologici), il flutter o la fibrillazione atriale erano presenti in una cospicua fetta di pazienti (22%). In questi pazienti critici la scoperta più interessante è stata la presenza di segni ECG compatibili con sovraccarico acuto di pressione del ventricolo destro in circa il 30% dei pazienti. Questi segni ECG si sono anche rivelati non essere associati a parametri ventilatori come la PEEP. Questa osservazione è in linea con l’esistenza di un fenotipo “vascolare” della polmonite da COVID-19 che ha una prognosi infausta aumentando acutamente il carico pressorio sul ventricolo destro a causa di un danno trombotico sulla circolazione polmonare. Un’analisi precoce dell’ECG quindi, può evidenziare se ci sono segni di compromissione acuta sul ventricolo destro aiutando a stratificare la prognosi in questi pazienti e indirizzandoli verso trattamenti più appropriati. I principali limiti di questo studio sono che è retrospettivo e che mancano gli ECG precedenti il ricovero per un confronto e evidenziare nuove alterazioni. In questo senso, però, si possono considerare pregresse alterazioni le onde Q di pregressa necrosi, segni di ipertrofia ventricolare sinistra e anche la presenza di emiblocco anteriore sinistro. La presenza di pattern S1Q3T3 può essere considerata un fatto acuto, mentre il blocco di branca destro è molto più discutibile che sia un’alterazione acuta ma va comunque osservato che la prevalenza di blocco di branca destro in questa popolazione (11%) è decisamente più alta che nella popolazione generale di pari età.

Come mai l’elettrocardiografia è così dimenticata? Eppure, come dimostrate nel vostro brillante articolo, l’apporto di informazioni correlate alla clinica è notevole, talvolta illuminante.
Difficile dare una risposta ma probabilmente, all’inizio la pandemia, ha avuto un effetto così stravolgente che ci si è concentrati sulle cose più complesse non considerando le cose più semplici come l’ECG che racchiude importanti informazioni e, inoltre, una metodica largamente diffusa e a basso rischio di contagio per gli operatori sanitari. Devo dire che ora i dati ECG stanno emergendo in numero sempre maggiore.

Come sottolineate in una lettera a JACC^[1]Bertini M, Ferrari R, Rapezzi C. What Happened to Electrocardiogram as a Screening Test to Recognize Cardiovascular Complications in COVID-19 Patients? J Am Coll Cardiol. 2020;76:2799-2800. … Continua a leggere, a fronte di innumerevoli studi dedicati a dati provenienti da tecniche di imaging in pazienti affetti da COVID-19, ci sono solo due lavori dedicati a rilievi elettrocardiografici. In uno di questi, Mc Cullough e coll. sottolineano il valore prognostico di alcune anomalie ECG^[2]McCullough AS, Goyal P, Krishnan U, et al. Electrocardiographic findings in coronavirus disease-19: insights on mortality and underlying myocardial processes. J Cardiac Fail 2020;26:626–32. Una simile analisi non è presente nel vostro articolo: avete tuttavia dati in proposito?
La parte seconda del progetto ELCOVID (ClinicalTrials.gov (identifier: NCT04367129)) prevede proprio questo, ovvero dopo aver caratterizzato l’ECG nel COVID-19 molto critico, stiamo osservando prospetticamente se qualche segno ECG può aiutare a stratificare il rischio di questi pazienti considerando questa volta non solo i casi critici ma consecutivamente tutti i casi di COVID-19.

Circa un terzo dei vostri pazienti aveva segni di sovraccarico acuto del ventricolo destro. Avete dati di raffronto con l’ecocardiografia per quanto riguarda i valori di pressione polmonare?
Purtroppo, questi dati sono stati raccolti nella prima ondata e l’ecocardiografia disponibile è solo per una minima quota di pazienti in quanto, soprattutto all’inizio, l’ecocardiogramma era una metodica considerata più a rischio di contagio per gli operatori sanitari e va comunque considerato che le finestre acustiche di pazienti ventilati e in decubito obbligato sono spesso di qualità ridotta. Comunque, nel frattempo, a supporto di questa teoria su sovraccarico acuto del ventricolo destro, in letteratura sono emersi sempre più dati con ecocardiogramma con evidenza di dilatazione e disfunzione del ventricolo destro in circa il 30% di questi pazienti.

Onde T negative patologiche erano più frequenti nei pazienti anziani ma non si associavano a valori più elevati di troponina. Poiché nel lavoro di McCullough e coll. questo dato si accompagna a maggiore mortalità, quale indicazione forniscono al clinico? Sono segno comunque di una coronaropatia associata?
Come ipotizzato sopra, probabilmente la troponina non è sempre il marker più adatto a identificare il danno miocardico in questi pazienti. Il sovraccarico acuto di pressione del ventricolo destro può comunque produrre alterazioni ECG come inversione delle onde T e non sempre essere associato a movimento della troponina. Quindi le T invertite potrebbero esprimere un problema di sovraccarico delle sezioni destre o una associata coronaropatia e, in entrambi i casi, essere associate a un aumento della mortalità identificando pazienti più gravi o più fragili.