UNIVERSIDAD DE ALCALÁ DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA. Ingeniería en Electrónica. Instrumentación Biomédica. Tema 5. Electrocardiografía

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1 UNIVERSIDAD DE ALCALÁ DEPARTAMENTO DE ELECTRÓNICA Ingeniería en Electrónica Instrumentación Biomédica Tema 5 Electrocardiografía

2 1.- EL CORAZÓN HUMANO. El corazón es el elemento fundamental del aparato circulatorio en los animales de organización relativamente compleja. En el hombre, el corazón es una víscera cónica, con la punta dirigida hacia abajo y a la izquierda, situada en la cavidad torácica, entre ambos pulmones. El corazón humano está constituido por el miocardio (pared de fibras musculares), unidas por tejido conjuntivo y revestido exterior e interiormente por una membrana serosa, llamada pericardio y encorado, respectivamente. El corazón se contrae (sístole) veces por minuto, mediante el acotamiento de las fibras musculares; entre las contracciones se establecen periodos de relajación (diástole) en los que la sangre penetra en las cavidades. Estas contracciones están provocadas por un sistema nervioso autónomo, regulado por el sistema vegetativo bajo el gobierno de un núcleo situado en el bulbo (centro cardiaco) y por influencias hormonales (adrenalina, etc.). Funcionalmente, consta de dos partes: el corazón derecho (formado por la aurícula y ventrículo derechos, separados por la válvula tricúspide) recibe la sangre de todo el organismo por las venas cavas que desembocan en la aurícula, pasando la sangre al ventrículo al abrirse la válvula. Desde allí, es impulsada a los pulmones donde es oxigenada, convirtiéndose en sangre arterial que, por las venas pulmonares, ingresa en el corazón izquierdo (aurícula y ventrículo izquierdos, separados por la válvula Mitral) donde sigue un recorrido análogo; el ventrículo izquierdo la impulsa luego a la arteria aorta, que la distribuye a todo el cuerpo. El paso de la sangre de ambos ventrículos a las respectivas arterias está regulado por las válvulas sigmoideas. La contracción de ambos ventrículos se efectúa simultáneamente; las aurículas también se contraen, lo que hacen antes que los ventrículos, ayudando con ello a pasar la sangre hacia éstos. 2.- ANATOMÍA DEL CORAZÓN. El corazón está situado en la cavidad torácica y ocupa la región intermedia entre las dos regiones pleuro-pulmonares. Su forma es la de una pirámide triangular. El eje mayor de esta pirámide, es decir, la dirección del corazón varía según la forma del tórax. Cuando el tórax tiene unas dimensiones medias, tanto el corazón como su eje mayor se aproximan a la horizontal y se dirigen oblicuamente hacia adelante, hacia la izquierda y ligeramente hacia abajo. A causa de esto, la base del corazón normal, que está en la parte posterior, mira a la vez hacia atrás y a la derecha; el vértice está inclinado hacia adelante y a la izquierda. La consistencia del corazón es dura; su coloración rojiza. Su peso aumenta gradualmente con la edad. Es un poco mayor en el hombre que en la mujer; alcanza en la edad adulta, por término medio, 270 gramos en el hombre y 260 gramos en la mujer. En la figura 1 se puede apreciar la forma y disposición del corazón. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 2

3 Figura 1.A. Vista anterior del corazón y de los grandes vasos. Figura 1.B. Vista posterior del corazón y de los grandes vasos. 3.- CONFIGURACIÓN EXTERIOR DEL CORAZÓN. El corazón presenta a causa de su forma, tres caras, tres bordes, una base y un vértice. El corazón está formado de cuatro partes: las aurículas derecha e izquierda y los ventrículos derecho e izquierdo. La aurícula derecha está situada detrás del ventrículo derecho; la aurícula izquierda está detrás del ventrículo izquierdo. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 3

4 Los límites de las aurículas y de los ventrículos están indicados en la superficie exterior del corazón por los surcos interventricular, interauricular y aurículo-ventricular. Caras.- Las tres caras son: cara anterior o esternocostal, otra inferior o diafragmática y otra lateral izquierda. Bordes.- Las tres caras del corazón están separadas por tres bordes, uno derecho y dos izquierdos. El borde derecho, situado entre la cara anterior y la cara inferior, es agudo. Los bordes izquierdos son redondeados y separan la cara lateral izquierda de las caras anterior e inferior. Base.- La base del corazón está constituida únicamente por las aurículas. Está dividida en dos segmentos, derecho e izquierdo, por el surco interauricular. Vértice.- El vértice o punta del corazón está dividido en dos partes por una ligera depresión que une el surco interventricular anterior al surco interventricular posterior; la derecha, pequeña, corresponde al ventrículo derecho, la izquierda, más voluminosa, pertenece al ventrículo izquierdo y ocupa el vértice del corazón. Fig. 2.- Corazón visto desde abajo y de izquierda a derecha. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 4

5 4.- CONFIGURACIÓN INTERIOR DEL CORAZÓN. 4.1 División del corazón. Las cavidades del corazón se dividen en cavidades derechas y cavidades izquierdas. Las cavidades derechas, es decir, la aurícula y el ventrículo derechos, están separados de las cavidades izquierdas, aurícula y ventrículo izquierdos, por los tabiques interauricular e interventricular, de tal manera que el corazón parece estar constituido por dos mitades independientes, una derecha y otra izquierda. (Figura 3). Figura 3.- Esquema que muestra la base del corazón. Tabique interventricular.- El tabique interventricular se extiende de la pared anterior a la pared inferior del corazón y se une a estas paredes enfrente de los surcos interventriculares anterior e inferior. Tabique interauricular.- El tabique interauricular es una membrana delgada que separa las dos aurículas Las aurículas Las aurículas están situadas detrás de los ventrículos, a los lados del tabique interauricular. Son más pequeñas que los ventrículos; sus paredes son mucho más delgadas; son lisas en la mayor parte de su extensión Los ventrículos Los ventrículos son dos cavidades piramidales o conoideas, situadas delante de las aurículas, a los lados del tabique interventricular. El vértice de los ventrículos corresponde a la punta del Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 5

6 corazón. La base, dirigida hacia atrás, está ocupada enteramente por dos orificios circulares: uno aurículo-ventricular, que pone en comunicación la aurícula con el ventrículo, y otro arterial, más pequeño que el precedente, que hace comunicar el ventrículo derecho con la arteria pulmonar y el ventrículo izquierdo con la aorta. A continuación se realiza una breve explicación de la conformación del ventrículo izquierdo, por ser éste en el que se basará el estudio posterior Conformación del ventrículo izquierdo. El ventrículo izquierdo tiene la forma de un cono ligeramente aplanado transversalmente, lo que permite reconocer en él dos paredes, un vértice y una base. Paredes.- Las dos paredes, una izquierda o externa y otra derecha o interna, son muy cóncavas; su espesor mucho mayor que el de las paredes del ventrículo derecho, es, por término medio, de un centímetro. Vértice.- El vértice del ventrículo izquierdo es redondeado y su superficie está cubierta de una red de columnas carnosas. Base.- La base está ocupada enteramente por el orificio aurículo-ventricular izquierdo, por el orificio aórtico y por las válvulas anejas a estos orificios. 5.- EL SISTEMA CARDIOVASCULAR. El corazón se puede considerar como una bomba de dos etapas, dispuestas en paralelo pero la sangre circulando en serie. La mitad derecha del corazón, conocida como corazón derecho, es la bomba que suministra sangre venosa a los pulmones para que ésta se oxigene, mientras que el lado izquierdo (corazón izquierdo) puede considerarse como una bomba de presión que suministra la sangre arterial al resto del cuerpo. Las vías por donde circula el flujo sanguíneo a través de los pulmones se denominan circulación pulmonar, y el sistema circulatorio que provee de oxígeno y alimentos a las células del organismo se denomina circulación mayor. Desde el punto de vista de la ingeniería, la circulación mayor es un circuito con una resistencia grande y un elevado gradiente de presión entre las arterias y las venas. De este modo la bomba constituida por el corazón izquierdo se considera una bomba de presión. Sin embargo, en la circulación pulmonar, la diferencia de presión entre venas y arterias es pequeña y la resistencia equivalente también, y por ello, el corazón derecho puede considerarse como una bomba de volumen. El corazón izquierdo es más grande y de constitución muscular más robusta que el derecho debido a que las presiones necesarias para la circulación son mayores. El volumen de sangre por unidad de tiempo distribuido por las dos partes del corazón es el mismo cuando se mide durante un intervalo de tiempo suficientemente grande. El corazón izquierdo debe proporcionar una presión suficiente para que la sangre circule por todas las partes del cuerpo. La acción de bombeo se lleva a cabo mediante la contracción de los músculos que circundan cada cavidad del corazón. Estos músculos reciben su propia irradiación sanguínea a través de las arterias coronarias que rodean al corazón formando una especie de corona. El sistema de arterias coronarias es una rama particular de la circulación mayor. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 6

7 La analogía del sistema circulatorio como una bomba o un sistema hidráulico no puede considerarse en una forma demasiado estricta. Las arterias y venas no son rígidas sino flexibles, son capaces de favorecer la conducción y controlarla mediante su propia acción muscular y su sistema de válvulas y almacenamiento. Por otro lado la sangre no es un fluido newtoniano puro, sino más bien, posee propiedades que no cumplen la mecánica de los fluidos. Además, la sangre necesita la ayuda de los pulmones para oxigenarse y se influye mutuamente en el sistema linfático. También hay que tener en cuenta que muchos productos químicos y hormonas afectan al funcionamiento del sistema. De este modo una simplificación excesiva podría conducir a errores. En la figura 6 se observa el sistema fisiológico del corazón y la circulación. En la figura 7 se aprecia el equivalente en ingeniería mediante un diagrama de tuberías. Mediante estas figuras, el sistema circulatorio puede describirse de la forma siguiente: la sangre entra al corazón en el lado derecho a través de las dos venas principales (la cava superior que lleva la sangre de las extremidades superiores y la cava inferior que lleva la sangre de los órganos del cuerpo y de las extremidades inferirores. La sangre entra llenando la aurícula derecha. Además de las dos venas anteriores tambien entra la sangre del seno coronario, que contiene la sangre que circula por el propio corazón a través del anillo coronario. La sangre de la aurícula derecha pasa a través de la valvula tricuspide al ventriculo derecho que actúa como bomba de volumen y bombea la sangre al sistema circulatorio pulmonar. En los alveolos de los pulmones la sangre se oxigena y vuelve al corazón a través de la vena pulmonar. La sangre entra a la auricula izquierda por la vena pulmonar y pasa al ventrículo a través de la válvula mitral. Posteriormente se abre la válvula aortica y la sangre sale por la arteria aorta al resto del cuerpo. Las figuras 8 y 9 muestras las principales arterias y venas del organismo humano. Figura 6.- El sistema cardiovascular. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 7

8 Figura 7.- Circulación cardiovascular. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 8

9 Figura 8.- Principales arterias del organismo. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 9

10 Figura 9.- Principales venas del organismo. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 10

11 6.- FUNCIÓN DE BOMBA DEL CORAZÓN: EL CICLO CARDÍACO. El ciclo cardíaco es la sucesión de acontecimientos auriculares y ventriculares que se repiten en cada contracción. Es un fenómeno complejo y de extraordinaria rapidez. Se puede dividir el ciclo cardíaco en sístole y diástole. A su vez estos períodos se dividen en diversas fases. Sístole auricular El primer acontecimiento del ciclo cardíaco es la descarga del nodo sinusal, que desporaliza en primer lugar ambas aurículas, dando lugar a la onda P del electrocardiograma. Tras la activación eléctrica la aurícula se contrae, aumenta la presión intraauricular, y como en este momento aurículas y ventrículos están en comunicación porque las válvulas aurículo ventriculares están abiertas, se envía una cantidad adicional a la sangre en el ventrículo, induciendo una pequeña elevación del volumen ventricular y un aumento transitorio de la presión auricular y ventricular. Figura 10.- Curvas de presión y volumen del corazón durante el ciclo cardiaco. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 11

12 Figura 11.- Sonidos cardiacos. Como desde el punto de vista funcional la contracción auricular aumenta el llenado ventricular, esta fase se incluye en la diástole y se denomina fase de llenado diastólico ventricular activo o de llenado auricular. La cantidad de sangre albergada en el ventrículo, tras finalizar la contracción auricular e inmediatamente ante de la sístole ventricular, se denomina volumen diastólico final, que constituye el punto de referencia para calcular la fracción de eyección y que en condiciones normales es de unos 130 ml. El 85% del llenado ventricular tiene lugar antes de la contracción auricular y, por tanto, en condiciones normales, el llenado auricular representa el 5-15%. Sin embargo, cuando disminuye la distensibilidad ventricular, tal como sucede en la miocardiopatía hipertrófica, la aportación auricular puede representar hasta el 33% del volumen diastólico final, porque la contracción auricular es un mecanismo de reserva de la función cardíaca. La sístole auricular dura unos 60 ms, precediendo en unos 20 ms la sístole auricular derecha a la izquierda. Tras la contracción auricular, la presión desciende tanto en la aurícula como en el ventrículo, pero lo hacen antes en aquellas que en éste, y se invierte la polaridad del gradiente de presión Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 12

13 a través de la válvula, superando la presión ventricular a la auricular hasta que se alcanzaba un punto de equilibrio (punto z). Tras la activación completa de la aurícula, la onda de despolarización se detiene momentáneamente en el nodo auriculoventricular, sigue luego con gran rapidez por el fascículo de His, sus tres ramas y las fibras de Purkinje, y alcanza en primer lugar tres zonas de activación miocárdica: la porción media de la masa septal izquierda, un área alta septal y paraseptal anterior y un área paraseptal posterior, en el tercio inferior del tabique; a continuación despolariza toda la masa ventricular izquierda y da origen al complejo QRS. Tras el intervalo correspondiente al acoplamiento excitación-contracción, tiene lugar la contracción ventricular izquierda y derecha o período de sístole ventricular. El corazón izquierdo es una bomba de presión que trabaja contra altas resistencias periféricas, mientras que le corazón derecho es una bomba de volumen que vacía su contenido contra las bajas resistencias. Si el sistema circulatorio se divide en un sistema de alta presión, representado por el ventrículo izquierdo, arterias elásticas y arteriolas, y un sistema de baja presión, que se extiende desde los capilares a la aurícula izquierda, el ventrículo izquierdo tiene la cualidad única de pertenecer a ambos sistemas, en diástole al de baja presión y en sístole al da alta presión, mientras que en condiciones normales el ventrículo derecho permanece todo el tiempo en el sistema de baja presión. La primera fase de la sístole ventricular es la de contracción isovolumétrica. Esta fase comienza con la primera elevación detectable de la curva de presión intraventricular después del punto z, y termina con el comienzo de la eyección. Durante esta fase, el ventrículo se contrae, comprime la masa sanguínea, el volumen ventricular no varía y la presión intraventricular se eleva. En la fase de contracción isovolumétrica tiene lugar una serie de acontecimientos: Cambios en la presión intraventricular. El miocardio genera tensión, particularmente el ventrículo izquierdo, que es una bomba de presión, y la presión intraventricular comienza a elevarse rápidamente. Cuando alcanza de 1,3 a 4 kpa y unos 20 ó 30 ms después del comienzo de la contracción, la válvula mitral se cierra y se pone bruscamente en tensión. La presión intraventricular se eleva rápidamente. En esta fase se alcanza el valor máximo de la dp/dt y tiene lugar también el máximo trabajo y consumo de O 2 del miocardio. El ventrículo izquierdo tiene la propiedad de pasar, merced a período de contracción isovolumétrica, del sistema de baja presión de la circulación venosa al sistema de alta presión de la circulación sistémica. La presión sigue ascendiendo hasta que supera la presión diastólica aórtica y termina la fase de contracción isovolumétrica. Desde que se cierra la válvula mitral, impidiendo el reflujo de sangre a la aurícula, hasta que la presión intraventricular supera la presión diastólica aórtica y se abre la válvula aórtica, el ventrículo izquierdo es una cámara cerrada, aislada de la aurícula izquierda y de la aorta, y lo mismo ocurre con el ventrículo derecho, que está aislado de la aurícula derecha y de la arteria pulmonar. Esta fase dura unos 50 ms. Cambios de la cavidad ventricular. En la fase de contracción isométrica o isovolumétrica la cavidad ventricular izquierda se estrecha y alarga. Ello se debe a tres acontecimientos coordinados: la compresión del bolo sanguíneo por la Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 13

14 musculatura ventricular, sobre todo por el anillo basal auriculoventricular, el abombamiento de la válvula mitral que anclada en los músculos papilares contraídos se proyecta hacia la aurícula, y el desplazamiento del ápex hacia la pared torácica, dando lugar al latido de la punta (erección de la punta). Cambios en la superficie del corazón. En conjunto, la fase de contracción isovolumétrica se caracteriza por una vasculación hacia delante del corazón anclado en las grandes arterias, un ligero cambio de la forma del ventrículo, que se hace más esférico, y un aumento considerable de la presión intraventricular. Fase de eyección La función primordial de bomba del corazón se cumple en la fase de eyección, en la que ambos ventrículos vacían el 70% de su contenido, expulsando el volumen de eyección en contra de unas altas resistencias el ventrículo izquierdo, y en contra de bajas resistencias el derecho. El ventrículo no se vacía por completo durante la sístole. Siempre queda una cierta cantidad de sangre al final de la sístole, unos 60 ml que se denomina volumen sistólico final o volumen residual. El volumen sistólico de eyección es, pues, la diferencia entre el volumen diastólico final y el volumen sistólico final, que en nuestro ejemplo es de 70 ml. La relación entre el volumen de eyección y el volumen diastólico final se conoce como fracción de eyección, que es uno de los índices más precisos de la función ventricular. Determinada por medios angioigráficos, la fracción de eyección varía entre el 60-75%. En condiciones de estrés, bajo la influencia de las catecolaminas, el corazón se puede contraer más poderosamente y vaciar su contenido casi por completo, siendo entonces la fracción de eyección de hasta el 80-85%. Cuando la función ventricular está deprimida, aumenta el volumen sistólico final y disminuye la fracción de eyección, al recurrir al corazón a la ley de Starling. La función ventricular es anormal cuando la fracción de eyección es inferior al 50% y está gravemente deprimida cuando es del 30%. Como en la fase anterior, se va a considerar la fase de eyección desde tres puntos de vista: cambios en la presión, cambios en la cavidad ventricular y cambios en la superficie externa del corazón. Cambios de presión intraventricular. La eyección comienza bruscamente, tras la apertura de las válvulas semilunares, cuando la presión intraventricular excede la presión diastólica aórtica (cruce de presiones ventriculoaórticas) o pulmonar. En realidad, la eyección comienza aún antes de la apertura de las válvulas sigmoideas aórticas. Antes de abrirse, éstas se mueven como un pistón y se abomban hacia la aorta produciendo un desplazamiento de sangre que da lugar al comienzo del pulso carotideo. Cambios en la cavidad ventricular. La cavidad endocárdica del ventrículo izquierdo se estrecha progresivamente en sus diámetros anteroposterior, vertical y longitudinal. En el último tercio de la eyección el estrechamiento de la cavidad es muy abrupto, haciendo prominencia a veces los músculos papilares. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 14

15 Cambios en la superficie del corazón. La superficie epicardia basal durante la eyección continúa descendiendo hacia la punta, que se retrae ligeramente de la pared torácica durante el último tercio de la sístole. Todos los diámetros se acortan más o menos simétricamente en un 15% de la longitud inicial, al mismo tiempo que la superficie externa, incluido el ápex, sufre un ligero giro antihorario. En la fase de eyección, el corazón derecho cumple su función de bomba de volumen de paredes delgadas, enviando al árbol pulmonar un volumen de eyección aproximadamente similar al volumen de eyección izquierdo, pero con una fracción de eyección más baja, alrededor del 50%, lo que quiere decir que el volumen sistólico final es mayor. La fase de eyección del ventrículo derecho es más larga que su homónima izquierda. En la fase de eyección el tabique interventricular, formado principalmente por masa aventricular izquierda, se abomba hacia el ventrículo derecho, contribuyendo activamente al movimiento de expresión del contenido del ventrículo derecho, en colaboración con la pared libre que actúa como un fuelle y acentuando su forma de media luna. Al mismo tiempo, la arteria pulmonar se desplaza ventral y caudalmente. Por ser el corazón derecho una bomba de volumen, es más sensible a cambios ligeros de la presión de llenado y la respiración influye más en el corazón derecho que en el izquierdo. La inspiración, al disminuir la presión intratorácica, aumenta el llenado del ventrículo derecho y el volumen de eyección subsiguiente, y retrasa el componente pulmonar del segundo tono que indica el final de la fase de eyección (desdoblamiento fisiológico del segundo tono). En condiciones normales, el aumento de llenado del ventrículo derecho en la inspiración no interfiere con el llenado del ventrículo izquierdo. Como se sabe, sobre el ventrículo derecho, en el área paraesternal, hay una ligera retracción sistólica. Probablemente en ella colaboran tres elementos: el balanceo contrario de la expansión sistólica izquierda, el movimiento de contracción horaria del ventrículo derecho y la disminución del volumen sistólico del ventrículo derecho. A diferencia del ventrículo izquierdo, en que el bolo de llenado es transferido desde la porción de entrada hasta la punta antes de ser enviado a la aorta, en el ventrículo derecho la sangre es enviada desde la porción de entrada a la porción de salida evitando la zona trabeculada de la punta que permanece prácticamente exangüe. Sólo cuando hay dilatación del ventrículo derecho se llena la punta. Cuando sobreviene la contracción de la porción de entrada del ventrículo derecho hay una expansión del tracto de salida, por traslocación de sangre de la porción de entrada a la de salida. Hay un intervalo entre la contracción del tracto de entrada y el de salida, contrayéndose este último más tarde y durando más su contracción. Esta distinta situación fisiológica del tracto de salida se acentúa en algunas condiciones patológicas, como la estenosis pulmonar infundibular, en la que el tracto de salida se contrae más tarde y de forma más prolongada. El ventrículo derecho tiene un giro horario de expresión, al mismo tiempo que desciende considerablemente al anillo o banda muscular tricúspide. Por tanto ambos ventrículos tienen un giro contrario de la superficie externa siguiendo sus líneas anatómicas: antihorario el Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 15

16 ventrículo izquierdo y horario el derecho, confluyendo ambos sobre el tabique interventricular, que actúa de charnela. Periodo diastólico. Fase de relajación isovolumétrica. Al cerrarse la válvula aórtica, el ventrículo vuelve a ser una cámara cerrada. Esta fase se denomina de relajación isovolumétrica, porque el volumen sistólico final o volumen residual no varía hasta que se abren las válvulas auriculoventriculares y comienza la fase siguiente de llenado. El comienzo de la diástole se suele referir a la producción del segundo tono. Que indica el final de la protodiástole y el principio de la fase de relajación isovolumétrica. El segundo tono se produce cuando la válvula aórtica se abomba y tensa hacia la cavidad ventricular, unos 30 ms después del cruce de presiones ventricular y aórtica. Inmediatamente después del cierre de la válvula aórtica y lo mismo ocurre con el ventrículo derecho- la presión ventricular excede todavía la presión auricular, ambas válvulas, mitral y tricúspide, permanecen cerradas y la sangre no entra ni sale de los ventrículos. Como el ventrículo comienza a expandirse al relajarse la musculatura cardíaca, la presión ventricular desciende bruscamente, mientras que la presión aórtica, que disminuye gradualmente, se mantiene elevada durante toda la diástole. La fase de relajación isovolumétrica termina cuando se cruzan las presiones auriculares y ventriculares. En este momento, las válvulas auriculoventriculares se abren y comienza el llenado ventricular. Esta fase de diástole precoz es la imagen en espejo de la fase de contracción isovolumétrica. En este momento, el ventrículo izquierdo pasa de ser un sistema de alta presión a uno de baja presión. La onda T del ECG, que señala la repolarización ventricular, tiene lugar en esta fase de relajación isovolumétrica. Fase de llenado rápido ventricular. Cuando la presión ventricular desciende por debajo de la auricular, las válvulas auriculoventriculares se abren y los ventrículos comienzan a llenarse, muy rápidamente al principio y más lentamente después. El llenado ventricular se divide en tres fases: fase de llenado rápido o pasivo, fase de llenado lento o diástasis y fase de llenado auricular o activo, que ha sido considerado ya. La fase de llenado rápido, la más importante, es relativamente precoz y muy rápida, incluso más rápida que la fase de eyección. El hecho de que la eyección ventricular sea prácticamente completa durante la sístole precoz y el llenado ventricular lo sea durante la diástole precoz, tiene un significado funcional importante: asegura que la eyección y el llenado no están seriamente comprometidos cuando aumenta la frecuencia ventricular tal como sucede en el ejercicio o en el estrés emocional. En la primera parte de la fase de llenado ventricular hay probablemente un mecanismo de succión activa. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 16

17 Fase de llenado lento; diástasis o estasis. El ventrículo continúa llenándose lentamente en esta fase, por lo que la curva de presión intraventricular se horizontaliza con un ascenso muy lento. Esta fase, casi quiescente desde el punto de vista hemodinámico, es larga en la bradicardia y desaparece en la taquicardia. En nuestro esquema mide 190 ms y se continúa con la fase de llenado auricular, descrita previamente Mecánica de la contracción cardiaca. La eyección se efectúa acortándose el ventrículo en un 15% en tres diámetros: longitudinal, anteroposterior y transversal. La banda muscular anudada a las grandes arterias, formando dos lazadas helicoidales que se contraen sobre sí mismas, apoyadas en su contenido hemático y acortando el helicoide, explica satisfactoriamente la reducción tridimensional del corazón. En esta reducción tridimensional del corazón hay tres componentes: 1. Un componente anular de lazadas basales y apexianas que da lugar a un movimiento de constricción del miocardio ventricular en el plano transversal. 2. Un movimiento longitudinal de acortamiento, debido al componente helicoidal. 3. Un movimiento de expresión por el mismo componente helicoidal, que acentúa la espiral igual que si se exprimiera una toalla El volumen minuto. El volumen minuto es la cantidad de sangre vertida en un minuto por cada ventrículo y como ambos ventrículos están exquisitamente balanceados, los dos volúmenes minuto son esencialmente idénticos. El volumen minuto representa la función primordial del corazón, la función de bomba, y sus dos determinantes principales son las necesidades metabólicas y la masa corporal. Por ello el volumen minuto aumenta en la fiebre, en el ejercicio físico, en el hipertiroidismo y en el embarazo, y disminuye en otras condiciones como el sueño y el hipotiroidismo. En reposo, el volumen minuto está en relación con la masa y la superficie corporal. El volumen minuto alcanza su máximo valor a los 27 años y disminuye aproximadamente un 1% por año, de modo que a los 60 años ha disminuido aproximadamente un 60% de su valor juvenil. El flujo total del organismo es limitado y está representado por el gasto cardíaco, que en un individuo adulto de 70 K en reposo supone aproximadamente 5,5 L/min. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 17

18 6.3.- Regulación del volumen minuto. El retorno venoso. El corazón sólo envía lo que recibe y por lo tanto en condiciones normales, el volumen minuto es idéntico al retorno venoso. Es el organismo el que impone la cuantía del volumen minuto y no la bomba. Desde un punto de vista hidráulico, el corazón juega tan sólo un papel permisivo y no regula su propio volumen minuto. El volumen minuto representa, pues, el balance entre el retorno venoso y la capacidad de corazón para aceptar dicha demanda. En condiciones normales el corazón dispone de un amplio rango de demandas que oscila entre 5 y 30 l/min en atletas entrenados. Cuando el corazón está enfermo, el corazón es incapaz de aumentar el volumen minuto en respuesta al aumento de las necesidades periféricas. Considérese la regulación del volumen minuto desde diversos puntos de vista: a) El retorno venoso. Es la cantidad de sangre que fluye desde las venas a la aurícula derecha cada minuto, constituyendo la precarga. En condiciones normales el retorno venoso es igual al volumen minuto, porque el volumen de eyección es igual al volumen de llenado. El retorno venoso tiene lugar en un sistema de baja presión y gran capacidad y hay muchos factores que influyen en él y le modifican. El factor principal es el gradiente de presión y el sistema venoso de baja presión. Pero hay otros muchos factores que colaboran con la musculatura esquelética de las extremidades inferiores, las válvulas venosas, el tono venomotor, la bomba respiratoria que aumenta el retorno venoso en la inspiración y la propia succión de la relajación ventricular, puesto que el corazón es una bomba aspirante-impelente. Siempre que aumenta la presión de la aurícula derecha, en igualdad de circunstancias, disminuye el retorno venoso y el volumen minuto. También se observa que si disminuye la presión auricular derecha por debajo de cero el retorno venoso no aumenta sencillamente porque se colapsan las venas cervicales. b) Los factores cardiacos. En el ejercicio muscular, hay vaso dilatación local por el fenómeno de la auto regulación y estimulación simpática, que produce taquicardia, aumento de la contractilidad cardíaca y vasoconstricción. Como resultado, aumenta la presión media sistémica y por lo tanto, el retorno venoso aumenta. Por otra parte al aumentar la contractilidad el corazón no sólo acepta el aumento de la precarga, sino que disminuye el volumen residual, aumenta el volumen de eyección, y por lo tanto aumenta considerablemente el volumen minuto hasta l/min. Los atletas de elite aumentan el volumen minuto hasta l/min. El corazón humano normal varía el volumen minuto desde l/min en condiciones de ejercicio extremo hasta límites tan bajos como un tercio del volumen minuto normal. Cuando se ha utilizado por completo la reserva de extracción artero-venosa de O 2, la reducción ulterior del volumen minuto produce hipoxia tisular, metabolismo anaerobio, acidosis y colapso circulatorio. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 18

19 c) La frecuencia cardiaca. En el corazón normal la frecuencia cardíaca es mucho más importante que el aumento del volumen sistólico en los ajustes del volumen minuto en las necesidades cambiantes del organismo. Sin embargo, si en reposo se aumenta la frecuencia cardíaca por medio de un marcapaso, el volumen minuto aumenta ligeramente al principio, se estabiliza enseguida y a partir de latidos/min comienza a disminuir, mientras que en un joven el volumen minuto aumenta hasta, al menos, una frecuencia de 180 latidos/min. Ello se debe a que la taquicardia fisiológica, por ejemplo del esfuerzo, se debe a la descarga simpática que aumenta la frecuencia, la contractibilidad y la relajación cardíaca abreviando la sístole y la diástole, de modo que el corazón acepta el aumento del retorno venoso y cumple el mismo trabajo sistólico, o un poco mayor, en menos tiempo. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 19

20 7.- INTRODUCCIÓN A LA ELECTROCARDIOGRAFÍA. La electrocardiografía convencional estudia el registro de la actividad eléctrica cardíaca mediante unos aparatos denominados electrocardiógrafos. Esta actividad se registra en forma de una línea que presenta distintas inflexiones que se corresponden con el paso del estímulo eléctrico desde el lugar donde normalmente se origina, el nodo sinusal, hasta los ventrículos a través del sistema específico de conducción (SEC). Se recuerda que dicho sistema esta formado ( fig. 12 ) por el nodo sinusal, las vías preferenciales de conducción interauricular e internodal, el nodo auriculoventricular (AV), el haz de His, las dos ramas del haz de His y sus divisiones, con sus respectivas redes de Purkinje. Cuando el estímulo llega a la unión Purkinje-músculo, se produce el acoplamiento excitación -contracción. Figura 12. Diagrama del sistema específico de conducción del impulso desde el nodo sinusal al miocardio ventricular. La rama derecha del haz de His y las tres divisiones de la rama izquierda originan las redes de Purkinje que están interconectadas (1, 2, 3 y 4). Estas fuerzas eléctricas generadas por el corazón tienen una representación vectorial. Hay que recordar que un vector es una magnitud con una dirección y un sentido, que puede representarse gráficamente. Para explicar la morfología electrocardiográfica se recurre a la teoría vectorial. De acuerdo con ella, la activación de las estructuras cardíacas (aurículas y ventrículos) origina la formación de distintos vectores de activación que nos permiten explicar la morfología electrocardiográfica. Para ello, se considera que se graba una deflexion positiva en la zona (derivación) donde esta emplazado un electrodo de registro cuando éste está enfrentado con la carga positiva de un vector (cabeza), y una deflexión negativa si el electrodo esta enfrentado con la carga negativa del vector (cola), independientemente de que el vector se aleje o se acerque. En la figura 13 se expone gráficamente este fenómeno, considerando que un vector es como un coche con los faros encendidos, los cuales corresponden a la cabeza del vector, y que, con independencia de que vaya hacia delante o marcha atrás, iluminara siempre la zona que quede enfrentada con los faros. Rafael Barea Navarro. Instrumentación Biomédica. Departamento Electrónica. Universidad Alcalá. 20