Avaliação da idade-eletrocardiográfica determinada através de inteligência artificial como preditor de eventos cardiovasculares em adultos brasileiros
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Dissertação de mestrado
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Resumo
Introdução: As doenças cardiovasculares (DCV) são a principal causa de morte globalmente. O envelhecimento cronológico é um fator de risco chave para as DCV, mas o envelhecimento biológico varia entre os indivíduos. Modelos de interpretação eletrocardiográfica baseados em redes neurais profundas (DNN) podem estimar a idade eletrocardiográfica (idade-ECG), um possível marcador de envelhecimento biológico e cardiovascular.
Objetivo: Avaliar a associação entre a idade-ECG acelerada e desfechos cardiovasculares em adultos brasileiros, utilizando dados da coorte ELSA-Brasil.
Métodos: Análise de 12.854 participantes da coorte ELSA-Brasil (2008–2010), após exclusão de indivíduos com DCV prevalentes e com dados de desfechos incompletos. A idade-ECG foi definida a partir um modelo de DNN treinado na coorte brasileira CODE (Clinical Outcomes em Digital Electrocardiography) que conta com um banco de 1.558.415 eletrocardiogramas digitais. A idade-ECG foi categorizada como acelerada com base na diferença (Δidade) entre a idade-ECG definida pelo modelo DNN e a idade cronológica e no erro médio absoluto (MEA) obtido nos estudos de derivação na amostra do Elsa-Brasil (MEA=8,45). O Δidade maior do que 8,45 anos em relação à idade cronológica foi chamado de “acelerado”. Modelos de riscos proporcionais de Cox, ajustados para idade, sexo e fatores de risco cardiovasculares tradicionais (e.g., hipertensão, diabetes, tabagismo, IMC, perfil lipídico), foram utilizados para examinar a associação entre a idade-ECG acelerada e desfechos cardiovasculares compostos e específicos, incluindo acidente vascular cerebral (AVC), síndrome coronariana aguda (SCA), insuficiência cardíaca (IC) e mortalidade cardiovascular. Para considerar os riscos competitivos de mortalidade, foram aplicados modelos de Fine-Gray com os mesmos ajustes para covariáveis. Foi avaliado também se a idade-ECG pode ser usada para predição de risco cardiovascular melhorando a performance da equação de predição risco WHO HEARTS.
Resultados: ECG-age acelerada foi significativamente associada a um aumento no risco de AVC (HR=3,04; IC 95%: 1,54–6,00; p=0,001), IC (HR=5,13; IC 95%: 2,07–12,74; p<0,001) e mortalidade cardiovascular (HR=3,82; IC 95%: 1,59–9,17; p=0,003). A IC apresentou a associação mais forte, com um aumento de risco superior a cinco vezes. Não houve associação significativa para SCA. O escore WHO HEARTS isoladamente apresentou um AUC de 0,76, e sua combinação com ECG-age não apresentou melhora significativa da discriminação da equação (AUC 0,76; p>0,05).
Conclusão: A idade-ECG acelerada é um preditor significativo de desfechos cardiovasculares específicos, notadamente AVC e IC, em adultos brasileiros. No entanto, a sua integração ao escore de predição risco existentes WHO HEARTS não melhorou seu poder de discriminação. São necessários mais estudos para definir como a idade-ECG pode ser utilizada na prática clínica. O rastreamento oportunístico de risco cardiovascular através do ECG é uma possibilidade considerando a ampla disponibilidade e baixo custo do ECG
Abstract
Introduction: Cardiovascular diseases (CVD) are the leading cause of death globally. Chronological aging is a key risk factor for CVD, but biological aging varies among individuals. Electrocardiographic interpretation models based on deep neural networks (DNN) can estimate electrocardiographic age (ECG-age), a possible surrogate of biological and cardiovascular aging.
Aims: To evaluate the association between accelerated ECG-age and cardiovascular outcomes in Brazilian adults, using data from the ELSA-Brasil cohort.
Methods: This analysis included 12,854 participants from the ELSA-Brasil cohort (2008–2010), after excluding individuals with prevalent CVD and incomplete outcome data. ECG-age was derived from a DNN model trained on the Brazilian CODE cohort, which contains a database of 1,558,415 digital electrocardiograms. ECG-age was categorized as accelerated based on the difference (Δage) between the DNN-predicted ECG-age and chronological age, using the mean absolute error (MEA) from the derivation study in ELSA-Brasil (MEA=8.45). A Δage greater than 8.45 years above chronological age was classified as “accelerated”. Cox proportional hazards models, adjusted for age, sex, and traditional cardiovascular risk factors (e.g., hypertension, diabetes, smoking, BMI, lipid profile), were used to examine the association between accelerated ECG-age and composite and specific cardiovascular outcomes, including stroke, acute coronary syndrome (ACS), heart failure (HF), and cardiovascular mortality. Fine-Gray models with the same covariate adjustments were applied to account for competing mortality risks. We also assessed whether ECG-age could improve the WHO HEARTS risk prediction equation performance.
Results: Accelerated ECG-age was significantly associated with increased risk of stroke (HR=3.04; 95% CI: 1.54–6.00; p=0.001), HF (HR=5.13; 95% CI: 2.07–12.74; p<0.001), and cardiovascular mortality (HR=3.82; 95% CI: 1.59–9.17; p=0.003). Heart failure showed the strongest association, with a more than five-fold increase in risk. No significant association was observed for ACS. The WHO HEARTS score alone had an AUC of 0.76, and adding ECG-age did not significantly improve the score’s discrimination (AUC 0.76; p>0.05).
Conclusion: Accelerated ECG-age is a significant predictor of specific cardiovascular outcomes, notably stroke and heart failure, in Brazilian adults. However, its integration into the existing WHO HEARTS risk prediction score did not enhance its discriminatory power. Further studies are needed to determine how ECG-age can be effectively utilized in clinical practice. Opportunistic cardiovascular risk screening through ECG presents a viable possibility, considering the broad accessibility and low cost associated with ECG use.
Assunto
Doenças Cardiovasculares, Eletrocardiografia, Fatores de Risco de Doenças Cardíacas, Infarto do Miocárdio, Acidente Vascular Cerebral, Insuficiência Cardíaca, Inteligência Artificial, Dissertação Acadêmica
Palavras-chave
Doença Cardiovascular, Eletrocardiograma, Idade Eletrocardiográfica, Interligência Artificial, Risco cardiovascular, Acidente Vascular Cerebral, Insuficiência Cardíaca
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