The cardiac response to prolonged high-intensity physical stress: the relationship between exercise, echocardiographic parameters and Cardiac Troponin I in middle-aged athletes without obstructive coronary artery disease. The North Sea Race Endurance Exercise Study (NEEDED) 2018

Abstract

Bakgrunn: Helsegevinstene forbundet med regelmessig fysisk aktivtet er udiskutable. Det er imidlertid fortsatt usikkert om svært hard og langvarig trening er gunstig for middelaldrende mosjonister, og om dette kan føre til hjerteskade. Biomarkører, som kardial troponin, og ultralydparametre kan potensielt brukes til å oppdage ugunstig hjertepåvirkning forbundet med hard fysisk aktivitet. Utfordringene er at det foreligger begrensede data hvordan disse markørene naturlig oppfører seg ved hard trening hos friske individer. I denne doktoravhandlingen er hovedformålet å få en bedre forståelse av sammenhengen mellom høyintensitets utholdenhetstrening og endringer i hjertefunksjon og struktur (ved ultralyd) og hjertetroponiner hos friske middelaldrende mosjonister uten signifikant koronarsykdom.

Metoder: Studiedeltagere ble rekruttert fra tidligere deltagelse i Nordsjørittet (91 km langt sykkelritt), og hvor signifikant koronarsykdom var utelukket. Ekkokardiografi ble utført før, umiddelbart etter, og 24 timer etter en laktat- og belastningstest (La-CPET) og ny deltagelse i Nordsjørittet i 2018. Blodprøver inkludert kardial Troponin I ble tatt før, 3- og 24 timer etter begge belastningene. Ny CT av koronarkarene ble utført etter rittet i 2018.

Resultater: I Artikkel 1 fant vi forbigående reduksjon i venstre ventrikkelfunksjon rett etter belastning. Etter arbeidet med høyest totalbelastning (rittet), fant vi økt GWW, som gjenspeiler redusert myokardial effektivitet, dette var ikke tilstede etter belastningstesten. I Artikkel II fant vi at GWW, undersøkt i hvile, var den sterkeste prediktoren for fysisk kapasitet. I Artikkel III fant vi at deltagerne med høyest kardial troponin I, etter belastning, hadde lavere myokardial deformasjon i anteroseptale segmenter av venstre ventrikkel enn deltagere med lavere troponinutslipp. Forskjellene i de anteroseptale segmentene var ikke tilstede før eller 24-timer etter belastningene.

Konklusjoner: Middelaldrende mosjonister uten signifikant koronarsykdom hadde treningsinduserte endringer i kardial struktur og funksjon forenlig med idrettshjerte. Vi fant forbigående reduksjon i hjertefunksjon, mest uttalt etter den hardeste belastningen. Høy kardial troponinrespons var assosiert med reduksjon i regional myokardfunksjon, en mulig mekanisme for troponinutslipp etter fysisk belastning, men endringene var ikke permanente. Vi fant ikke bevis for uheldige hjertepåvirkning ved hard fysisk aktivitet, selv om mosjonistene trente hardt og hvor ukentlig treningsdose overgikk gjeldende helseanbefalinger for fysisk aktivitet for den generelle befolkningen.

Background: The health benefits of physical exercise are indisputable. However, the safety of middle-aged athletes engaging in vigorous physical activity and the potential for maladaptive cardiac responses remains uncertain. Biomarkers of myocardial injury, cardiac troponins, and echocardiography may be used to identify adverse cardiac responses to exercise. The challenge is limited data on the natural impact of exercise on these markers. This thesis aimed to understand the relationship between high-intensity endurance exercise and alterations in echocardiographic parameters and cardiac troponins in healthy recreational athletes without significant coronary artery disease.

Methods: Study individuals were recruited from healthy subjects, without significant coronary artery disease, who previously had participated in a 91 km mountain bike race, the North Sea Race. Echocardiography was assessed before, immediately after, and 24 hours following a lactate- and cardiopulmonary exercise test (La-CPET) and after new participation in the North Sea Race 2018. Cardiac Troponin I was collected at baseline, 3- and 24-hours following the exercises. A new CT coronary angiography was performed after the race.

Results: In Paper I, temporary reductions in left ventricular function were evident immediately following both exercises. The exercise with the highest workload (race) was associated with increased GWW (global wasted work) shortly following exercise, reflecting reduced myocardial efficiency. In Paper II, we found GWW at baseline to be the strongest independent predictor of physical fitness. In Paper III, we found that subjects with a high cardiac Troponin I (cTnI) response exhibited lower anteroseptal strain in the left ventricle shortly following both exercises compared to normal-cTnI responders. The differences in anteroseptal strain were not present before- or 24 hours following the exercises.

Conclusions: Middle-aged recreational athletes without significant coronary artery disease had findings consistent with exercise-induced cardiac remodelling at rest and evidence of temporary reductions in cardiac function shortly after exercise, most profound following the race. A high post-exercise cTnI response was associated with reduced regional myocardial function, which may provide a mechanism for exerciseinduced cTnI release, but the myocardial alterations were not permanent. In this thesis, we found no evidence of maladaptive cardiac responses to strenuous exercise, even though the middle-aged study subjects engaged in heavy exercise and a weekly exercise that surpasses current health recommendations for the general population.