Troponin, Exercise and Growth: Exercise-Induced Release of Cardiac Troponin in Healthy Trained Prepubertal and Pubertal Males

Abstract

La troponina cardíaca (cTn) és un biomarcador específic del dany cardíac, i el criteri preferent per al diagnòstic de lesió miocàrdica. No obstant això, existeixen evidències sòlides demostrant que l’exercici físic també indueix elevacions transitòries de cTn durant les hores posteriors. D’altra banda, malgrat que els mecanismes fisiològics subjacents a l’alliberament de cTn induït per l’exercici són incerts, s’ha determinat la seva cinètica en adults permetent així la seva diferenciació de la lesió miocàrdica, i relacionat també amb característiques de l’individu i l’exercici. Tot i la seva caracterització en adults, els estudis que descriuen aquest fenomen en nens i adolescents són encara escassos i inconclusius. Així doncs, els objectius d’aquesta tesi van ser: (1) Descriure els canvis en la troponina cardíaca T (cTnT) relacionats amb l’exercici en homes sans entrenats prepuberals i puberals; (2) Avaluar l’efecte de la maduració biològica sobre els canvis en la cTnT relacionats amb l’exercici en homes sans i entrenats; i (3) Relacionar la càrrega de l’exercici amb els canvis posteriors en la cTnT en homes sans entrenats prepuberals i puberals. D’acord amb això, aquesta tesi està presentada en un compendi de quatre publicacions, que utilitzen dissenys i metodologies diferents: la primera d’elles, presenta una revisió sistemàtica i meta-anàlisi sobre l’alliberament de biomarcadors cardíacs després de l’exercici en nens i adolescents sans; mentre que els restants, ofereixen una sèrie de tres estudis transversals quasi-experimentals analitzant la influència de la càrrega de l’exercici i/o l’estadi maduratiu sobre les elevacions de cTnT induïdes per l’exercici. Els resultats d’aquesta recerca suggereixen que la cTnT respon a l’exercici en homes sans entrenats prepuberals i puberals amb una elevació durant les següents 3 h. Així mateix, tant la cTnT com la magnitud de la seva elevació induïda per l’exercici estan positivament associades a l’estadi maduratiu, amb increments més alts al final de la pubertat. Malgrat això, la taxa d’atletes excedint els límits superiors de referència (LSR) per cTn després de l’exercici no varia entre estadis maduratius. Altrament, les elevacions de cTnT després de l’exercici estan associades a la càrrega interna i externa de l’exercici. Concretament, el millor predictor intern per la concentració pic de cTnT va ser el temps transcorregut a la zona d’intensitat cardíaca màxima, mentre que els millors predictors externs van ser la velocitat mitjana i pic durant l’exercici. Les contribucions principals d’aquest treball són que els amidaments de cTnT dins les 3 h posteriors a l’exercici en homes sans entrenats prepuberals i puberals podrien suggerir un increment de cTn que compleix amb els criteris per la lesió miocàrdica aguda. Així mateix, la prevalença de cTn en repòs i la seva elevació són més altes al final de la pubertat. Addicionalment, la incidència d’homes sans entrenats prepuberals i puberals que excedeix el LSR per cTn a les 3 h post exercici és alta. Tanmateix, en contraposició a la prevalença, la incidència sembla no estar associada a l’estadi maduratiu, suggerint així que les diferències entre estadis maduratius succeeixen a baixes concentracions. Finalment, la durada a elevades freqüències cardíaques i les velocitats pic i mitjana durant l’exercici, semblen ser els millors predictors per l’elevació de cTnT induïda per l’exercici.

La troponina cardíaca (cTn) es un biomarcador especifico para daño cardíaco, y el criterio preferente para el diagnóstico de lesión miocárdica. Sin embargo, existen evidencias sólidas demostrando que el ejercicio físico induce también elevaciones transitorias de cTn en las horas posteriores. Adicionalmente, aunque los mecanismos fisiológicos subyacentes a la liberación de cTn inducida por el ejercicio permanecen inciertos, se ha determinado su cinética en adultos permitiendo así su diferenciación de la lesión miocárdica, y se ha relacionado también con características individuales y del ejercicio. A pesar de su caracterización en adultos, los estudios describiendo este fenómeno en niños y adolescentes son todavía escasos e inconcluyentes. Por consiguiente, los objetivos de esta tesis fueron: (1) Describir los cambios en la troponina cardíaca T (cTnT) relacionados con el ejercicio en varones sanos, entrenados, prepuberales y puberales; (2) Evaluar el efecto de la madurez biológica en los cambios de la cTnT relacionados con el ejercicio en varones sanos y entrenados; y (3) Relacionar la carga del ejercicio con los cambios posteriores en la cTnT en varones sanos, entrenados, prepuberales y puberales. En consecuencia, esta tesis está presentada en un compendio de cuatro publicaciones, que usan diseños y metodologías diferentes: la primera de ellas presenta una revisión sistemática y meta-análisis sobre la liberación de biomarcadores cardíacos después del ejercicio en niños y adolescentes sanos; mientras que las siguientes, ofrecen una serie de tres estudios transversales cuasi-experimentales analizando la influencia de la carga de ejercicio y/o el estadio madurativo sobre las elevaciones de cTnT inducidas por el ejercicio. Los resultados de esta investigación sugieren que la cTnT responde al ejercicio en varones sanos, entrenados, prepuberales y puberales con una elevación durante las siguientes 3h. Asimismo, tanto la cTnT basal como la magnitud de su elevación están positivamente asociadas al estadio madurativo, con mayores incrementos en el final de la pubertad. A pesar de ello, la tasa de atletas excediendo el limite superior de referencia (LSR) para cTn después del ejercicio no varía entre estadios madurativos. Además, las elevaciones de cTnT posteriores al ejercicio están asociadas a la carga interna y externa del ejercicio. Concretamente, el mejor predictor interno para la concentración pico de cTnT fue el tiempo transcurrido en la zona de intensidad máxima de la frecuencia cardíaca, mientras que los mejores predictores externos fueron la velocidad media y pico durante el ejercicio. Las contribuciones principales de este trabajo fueron que las mediciones de cTnT dentro de las 3 h siguientes al ejercicio en varones sanos, entrenados, prepuberales y puberales podrían sugerir un incremento de cTn que cumple con los criterios para la lesión aguda miocárdica. Asimismo, la prevalencia de cTnT en reposo y su elevación son más altas al final de la pubertad. Además, la incidencia de varones sanos, entrenados, prepuberales y puberales excediendo el LSR para cTn a las 3 h post ejercicio es alta. Al contrario de la prevalencia, sin embargo, la incidencia parece no estar asociada al estadio madurativo, sugiriendo así que las diferencias entre estadios suceden en concentraciones bajas. Finalmente, la duración en elevadas frecuencias cardíacas, así como las velocidades media y pico durante el ejercicio parecen ser los mejores predictores para las elevaciones de cTnT inducidas por el ejercicio.

Cardiac troponin (cTn) is a specific biomarker for heart damage, and the leading criteria for diagnosing myocardial injury. However, solid evidence proved that exercise induces as well transient elevations of cTn in the following hours. Additionally, although the physiological mechanisms underlying the exercise-induced release of cTn remain unclear, its kinetics has been determined in adults allowing its differentiation from myocardial injury, and related too with individual and exercise characteristics. Despite its characterization in adults, studies describing this phenomenon in children and adolescents are still scarce and inconclusive. Therefore, the objectives of this thesis were: (1) To describe the changes in serum cardiac troponin T (cTnT) related to exercise in healthy trained prepubertal and pubertal males; (2) To assess the effect of biological maturity on the changes in serum cTnT related to exercise in healthy trained males, and (3) To relate exercise load with the subsequent changes in serum cTnT in healthy trained prepubertal and pubertal males. Accordingly, this thesis is presented in a compendium of four publications, using different designs and methodologies: the first of them presents a systematic review and meta-analysis on the cardiac biomarker release after exercise in healthy children and adolescents; while the remaining, offer a series of three quasi-experimental, cross-sectional studies analyzing the influence of exercise load and/or maturational stage in the exercise-induced elevations of cTnT. Results of this research suggest that serum cTnT respond to exercise in healthy trained prepubertal and pubertal males with an elevation during the subsequent 3 h. Furthermore, basal cTnT, as well as the magnitude of its exercise-induced elevation are positively associated to maturational stage, with higher increases in the late-puberty. In spite of that, the rate of athletes exceeding the upper reference limits (URL) for cTn after exercise does not vary among maturational stages. Furthermore, the elevations of cTnT subsequent to exercise are associated to internal and external exercise load. Concretely, the best internal predictor for the peak cTnT concentrations was the time spent at highest cardiac intensity zone, whereas the best external predictors were the peak and average speed during exercise. The main contributions of this work were that cTnT measurements within the 3 h following exercise in healthy trained prepubertal and pubertal males might be suggestive of a rise in cTn that meets the criteria for acute myocardial injury. Additionally, the prevalence of cTn at rest and this elevation are higher in the late-puberty. Furthermore, the incidence of healthy trained prepubertal and pubertal males exceeding the URL for cTn at 3 h post-exercise is high. Contrary to prevalence, however, incidence seems not to be associated to maturational stage, suggesting that maturational differences occur in low concentrations. Finally, duration of elevated heart rate as well as peak and average speed during exercise seem to be the best predictors for the exercise-induced elevation of cTnT.