Electrocardiographic characteristics of children with seizures and syncope

This dissertation is an observational, cross-sectional study describing the ECG findings of a pediatric population attended to in an Emergency Department for febrile seizures, nonfebrile seizures or syncope. The idea of the study originated from the casual observation that the ECGs of children that had experienced a seizure were unexpectedly abnormal although no data on the subject had ever been systematically provided in the medical literature. This marks an important - and in my opinion unjustified - difference between the pediatric and the adult population, in which the realization of an ECG after an episode of loss of consciousness is far more frequent. From just a merely practical standpoint, the ECG is an important, powerful and cheap diagnostic tool and its use is at almost any clinician’s reach; when examining the theoretical basis of the problem, a few more considerations are worth making. First of all, the cardiovascular and the nervous systems share some molecular structures, the ion channels, that, when mutated, become responsible for the so-called channelopathies. These conditions include some forms of epilepsy as well as arrhythmogenic diseases. The tissue - specificity of the mutated forms of the channels is not absolute and channelopathies may have both a neurological and a cardiac expression, as a variety of reports have been pointing out. Secondly, the mutations that originate channelopathies are present since birth, despite, in many cases, diagnosis is made during adulthood. Even though a variety of explications has been provided to this point, including the effects of hormones on the ion channels themselves, it is worth mentioning that the localization and functioning of the ion channels within the cells (such as the myocytes) varies throughout childhood. On the other hand, channelopathies may lead to structural changes: just as an example, epicardial and interstitial fibrosis has been demonstrated in the hearts of patients with Brugada syndrome. These considerations make channelopathies a group of conditions to be potentially regarded as “evolutive diseases”, so that the ECG tracings of certain children should be probably studied from this perspective as well. Undoubtedly, future research on particular populations of children, like those that we tried to identify in our study, should be carried out. In our work, the majority of patients presented at least minor electrocardiographic alterations, being the most common those of the repolarization phase. This is an overall heterogenous group of findings, which includes the prolongation of the QT interval, the excessive widening of the QRS/T wave angle, the deviation of the ST segment, the increase of the QT dispersion and the so-called “early depolarization pattern”. In our study, each one of these ECG finding seems to take on a different meaning according to the clinical picture (seizure vs. syncope, fever vs. no fever) and its persistence beyond the acute episode. A second group of ECG abnormalities involves the depolarization phase. Of particular interest is the fragmentation of the QRS complex, something that has been extensively studied in the adult population and practically ignored among children - its prevalence in our population has been as high as 44%, especially among febrile children. In conclusion, this study highlights that children attended to for febrile, nonfebrile seizures and syncope are an unexpectedly heterogeneous group from an electrocardiographic point of view, with an equally unexpectedly high prevalence of abnormal ECG findings. These observations might help clinicians further clarify the natural history of channelopathies, stratify the prognosis of certain conditions (like nonfebrile seizures in which early repolarization is found), create a clearer pathophysiological link between the cardiovascular and nervous system, which are already known to share some molecular structures, and lay the foundation for further prospective clinical studies exploring the changes of the pediatric ECG into adulthood in selected populations of children. RESUMEN El presente trabajo de investigacion es un estudio observacional transversal que describe los hallazgos electrocardiograficos de una poblacion pediatrica atendida en Urgencias por convulsiones febriles, convulsiones afebriles y por sincope. La idea del estudio origino de la observacion casual que los electrocardiogramas de los ninos que acababan de presentar una convulsion febril eran inesperadamente anormales. No obstante, no habia ningun dato al respecto en literatura. Este punto representa una diferencia importante - y en mi opinion injustificada - entre la poblacion pediatrica y adulta, ya que en esta ultima se suele realizar un ECG despues de un episodio de perdida de conocimiento con frecuencia mucho mayor. Desde un punto de vista meramente practico, cabe destacar que el electrocardiograma es una herramienta diagnostica importante, potente y barata, al alcance practicamente de cualquier clinico; por otro lado, cuando examinemos las bases teoricas del problemas, merece la pena anadir alguna consideracion mas. Primero, el sistema cardiovascular y nervioso comparten unas estructuras moleculares, los canales ionicos, que, en el caso sean afectados por unas mutaciones, ocasionan las llamadas “canalopatias”. Estas condiciones incluyen algunas formas de epilepsia y de enfermedades arritmogenicas. La especificidad tissular de las formas mutadas de los canales ionicos no es absoluta, y las canalopatias pueden tener tanto una expresion clinica neurologica como cardiovascular, como se informa en algunos articulos mas recientes. En segundo lugar, las mutaciones responsables de las canalopatias acompanan al individuo desde su nacimiento, si bien el diagnostico suele realizarse durante la edad adulta. A pesar de que una gran variedad de explicaciones haya sido ofrecida al respecto, incluido el efecto sobre los mismos canales ionicos que las hormonas sexuales tendrian, cabe destacar que tanto la localizacion como el funcionamiento de los propios canales dentro de la celula (como el proprio miocito) varian a lo largo de la infancia. Por otro lado, se ha demostrado que las canalopatias pueden conllevar cambios estructurales. Por ejemplo, en los corazones de los pacientes con sindrome de Brugada, se ha demostrado la presencia de fibrosis epicardica e intersticial. Todas estas consideraciones hacen que haya que considerar las canalopatias como “enfermedades potencialmente evolutivas”; por ello, los ECG de algunos ninos, probablemente, deberian de valorarse bajo este punto de vista. En el futuro, por lo tanto, la investigacion clinica debera dirigirse a la valoracion especifica de ciertas poblaciones de ninos, como aquellas que hemos tratado de identificar en nuestro estudio. La mayoria de los electrocardiogramas que hemos examinado en nuestro proyecto de investigacion presentaba al menos unas alteraciones menores, siendo las mas frecuentes aquellas de la fase de repolarizacion. Este es en conjunto un grupo heterogeneo de hal lazgos electrocardiograficos, que incluye la prolongacion del intervalo QT, el ensanchamiento excesivo del angulo entre el eje del complejo QRS y el eje de la onda T, la desviacion del segmento ST, el incremento de la dispersion del QT y el llamado “patron de repolarizacion precoz”. En nuestro estudio, cada uno de estos datos electrocardiograficos asume un significado diferente en relacion al contexto clinico (convulsion vs. sincope, fiebre vs. ausencia de fiebre) y su persistencia tras el acontecimiento agudo. Un segundo grupo de alteraciones electrocardiograficas involucra la fase de despolarizacion. De interes particular es la fragmentacion del complejo QRS, algo que ha sido extensivamente estudiado en la poblacion adulta y practicamente ignorado en los ninos - su prevalencia en nuestra poblacion se situa en un alto 44%, siendo mas elevada entre los ninos con fiebre. En conclusion, este estudio evidencia que los ninos atendidos por convulsiones tanto febriles como afebriles, y por sincopes, representan un grupo inesperadamente heterogeneo desde el punto de vista electrocardiografico, con una prevalencia de alteraciones electrocardiograficas tambien inesperadamente elevada. Nuestras observaciones podrian ayudar a los clinicos a aclarar la historia natural de las canalopatias, estratificar el pronostico de algunas condiciones (como las convulsiones no febriles en las que se detecte un patron de repolarizacion precoz), crear un mecanismo fisiopatologico mas claro entre los sistemas cardiovascular y nervioso - que comparten estructuras moleculares clave como ciertos canales ionicos - y sentar las bases de futuros estudios clinicos que exploren los cambios del ECG pediatrico hacia la edad adulta en poblaciones seleccionas de ninos.