3. PARÁMETROS DETERMINANTES EN LA ACTIVIDAD CARDÍACA.

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1 3. PARÁMETROS DETERMINANTES EN LA ACTIVIDAD CARDÍACA INTRODUCCIÓN. En el capítulo anterior se introduce al marcapaso como origen y promotor del ciclo cardíaco. Dicho ciclo se compone de diferentes fases, cada una de ellas relacionada con distintos sucesos que se producen en el miocardio y que dan lugar a una serie de parámetros de suma importancia para la realización de una buena valoración médica del estado físico de un corazón: la actividad eléctrica, la presión intraventricular y su derivada primera con respecto al tiempo (dp/dt). El proceso de captura, registro y monitorización de estos parámetros, junto con el diseño e implementación de herramientas que lo posibiliten, forman el núcleo del proyecto. Para cada uno de ellos se desarrollan los conceptos básicos de su funcionalidad y se explica el porqué de su importancia. Al mismo tiempo se dan algunas notas a cerca de sus perfiles característicos y como poder interpretarlos LA ACTIVIDAD ELÉCTRICA EN EL CORAZÓN. EL ELECTROCARDIOGRAMA. El ciclo cardíaco se produce a partir de unos procesos eléctricos que se suceden en el miocardio. Estos procesos pueden ser captados y registrados a través de un electrocardiógrafo, convirtiéndose en un potente método de análisis para el diagnóstico de anomalías. Una de las partes principales del proyecto consiste en el diseño y construcción de un sistema que permita captar, registrar y almacenar la actividad ESI. Universidad de Sevilla. 12

2 eléctrica de un corazón tras ser sometido a un proceso de criopreservación y poder así evaluar su estado CONCEPTOS BÁSICOS DE ELECTROFISIOLOGÍA CELULAR. Las corrientes eléctricas del miocardio están íntimamente relacionadas con el flujo de iones a través de la membrana celular. Esta membrana es semipermeable, presentando una permeabilidad selectiva que permite exclusivamente el paso de iones positivos pero no el de los iones negativos. Por tanto, únicamente los iones positivos son difusibles a través de la membrana celular y, precisamente, son los intercambios iónicos del sodio y del potasio los responsables de los fenómenos eléctrico cardíacos. Se puede considerar al corazón como el conjunto de estructuras formadas por dos tipos de células cuyas funciones están perfectamente limitadas: la fibra muscular estriada contráctil y el tejido específico de conducción. La primera, es una estructura en la cual todas sus células responden a la vez ante un estímulo. Para un estudio electrocardiográfico es conveniente considerar a las aurículas como una gran célula de este tipo. La misma simplificación se aconseja para los ventrículos. El segundo, está constituido por una serie de estructuras específicas con capacidad autoestimulógena y se encarga de la transmisión de señales en forma de impulsos que determinan las fases del ciclo cardíaco. Durante la diástole, la célula está en reposo eléctrico, aunque permanece polarizada, debido al predominio de iones positivos en el espacio extracelular y de iones negativos en el intracelular. Esto provoca que la célula permanezca cargada a un potencial de reposo (llamado de transmembrana). ESI. Universidad de Sevilla. 13

3 Durante la sístole, se produce un importante flujo de iones a través de la membrana celular, deshaciendo el reposo eléctrico y dando lugar al potencial de acción. Este potencial de acción está formado por dos procesos opuestos e independientes, el de activación (o despolarización) y el de recuperación (o repolarización). La activación marca el comienzo de la sístole y se provoca cuando, a través de un estímulo, varía la permeabilidad eléctrica de la membrana permitiendo un flujo de iones que despolariza la célula. En cambio, en la recuperación celular se produce otro flujo que permite que, al final del intervalo sistólico, la célula se haya repolarizado PROCESOS ELÉCTRICOS EN EL CORAZÓN. El complicado sistema de conducción eléctrica del corazón comienza en la aurícula derecha, más precisamente en una estructura de tejido muscular modificado conocida como nodo senoauricular (o nodo sinusal, SA). El nodo senoauricular, ubicado en la pared posterior de la aurícula derecha es el marcapasos natural del corazón. Sus células especializadas poseen un potencial transmembrana que decrece (se acerca a 0mV) espontáneamente hasta alcanzar el potencial umbral (TP), produciéndose la autoexcitación y disparando un impulso eléctrico que se esparce por las aurículas a través del haz de Bachman, de manera que ambas aurículas se contraen al mismo tiempo. La contracción de las aurículas impulsa la sangre hacia los ventrículos a través de las respectivas válvulas. El impulso que comenzó en el nodo SA viaja hacia otra estructura de tejido muscular especializada ubicada en la base de los ventrículos: el nodo aurículoventricular. Este nodo actúa como una línea de retardo que ralentiza la propagación del potencial de acción. Esto permite que toda la sangre de las aurículas sea vaciada hacia los ventrículos antes de su contracción. Seguidamente, el potencial de acción llega hasta el haz de His y de ahí a las fibras de Purkinje. Estas fibras conductoras del potencial de acción están distribuidas en dos secciones: una inerva al músculo del ventrículo derecho y la otra el músculo del ventrículo izquierdo. El potencial de acción se propaga a través de las fibras de Purkinje a gran velocidad, aproximadamente a 2 m/s. Esto causa que los ventrículos se contraigan rápido y súbitamente, bombeando la sangre, a través de las respectivas válvulas, al exterior del corazón (figura 3.1). ESI. Universidad de Sevilla. 14

4 Figura 3.1. El marcapasos inicia el ciclo cardíaco mediante el envío de impulsos que se propagan, en primer lugar, por las aurículas y, seguidamente, por los ventrículos EL ELECTROCARDIOGRAMA. La secuencia completa que acompaña a la actividad eléctrica del corazón puede vigilarse mediante electrocardiografía. La electrocardiografía estudia las oscilaciones de voltaje que sufre el miocardio durante el ciclo cardíaco. Estas variaciones eléctricas pueden registrarse mediante un electrocardiógrafo, obteniéndose una gráfica que es el electrocardiograma. Lo forman dos partes: la actividad eléctrica de la aurícula y la de los ventrículos. Ambas componentes tienen un período de excitación y otro de recuperación. El desarrollo de la electrocardiografía se basa en los tres puntos siguientes: 1.- El músculo se contrae por estímulos eléctricos. Luigi Galvani (1.771) observó, primero accidentalmente y después experimentalmente, que los músculos de una rana disecada se contraían al producirse chispas eléctricas. 2.- El corazón produce potenciales eléctricos. Matteuci, Kölliker y Müller (1.856), basándose en la anterior observación, pusieron en contacto el corazón expuesto de una rana con una preparación neuromuscular del gastrocnemio de ESI. Universidad de Sevilla. 15

5 otro anfibio, consiguiendo contracciones rítmicas de este músculo sincrónicamente con los latidos cardíacos. 3.- Los potenciales eléctricos cardíacos son registrables. Sanderson y Page (1.878) utilizaron un electrómetro capilar aplicando directamente los electrodos al corazón expuesto de animales de experimentación; años más tarde Waller pudo obtener registros en un animal intacto usando electrodos superficiales y aplicó este método al hombre. La introducción del galvanómetro de cuerda por Einthoven, de manejo más sencillo que el electrómetro capilar, marcó el comienzo de la era electrocardiográfica El electrocardiógrafo clásico (que no es exactamente el diseñado) es, esencialmente, un dispositivo que traduce las variaciones de potencial eléctrico en oscilaciones de una aguja inscriptora. Consta de varios elementos que se detallan a continuación: Bloque de exploración. Formado por dos electrodos, uno positivo y otro negativo. Bloque de amplificación. Amplifica los pequeños potenciales cardíacos para hacerlos detectables desde la superficie corporal. Bloque de corrección. Lo componen una serie de filtros encargados de eliminar las componentes de señal no deseadas (ruido), como los debidos a corrientes parásitas. Además, la presencia de este bloque permite la estandarización del electrocardiograma cuando se imprime sobre papel milimetrado, de forma que la descarga de un voltímetro produzca un desplazamiento en la aguja de un centímetro. Bloque de representación. Fundamentalmente consiste en un sistema que verifica el registro mediante el movimiento vertical de una aguja inscriptora sobre una banda de papel milimetrado que se desplaza horizontalmente, de derecha a izquierda, con movimiento uniforme a 25 mm/s, lo cual implica que, en un sistema conforme con el estándar, cada mm. equivale a 0.04 s.. ESI. Universidad de Sevilla. 16

6 Todos estos componentes permiten el registro de una gráfica llamada electrocardiograma (ECG), en la que se mide, verticalmente, el voltaje y, horizontalmente, el tiempo. El periodo de reposo del corazón, o diástole, está representado en el electrocardiograma por la línea isoeléctrica, llamada así porque por encima de ella se registrarán los potenciales positivos y por debajo los negativos. El periodo sistólico comprende dos procesos opuestos, activación y recuperación miocárdica, que son los causantes de las ondas del electrocardiograma, designadas convencionalmente por orden alfabético con las letras P, Q, R, S, T y U, y cuya relación con el ciclo cardíaco se detalla a continuación. El potencial de acción del nodo SA estimula el músculo auricular adyacente, excitándolo completamente y dando origen al primer evento del ciclo cardíaco, la onda P. La excitación auricular se propaga hacia el nodo aurículoventricular y sigue por el haz de His y las fibras de Purkinje hasta llegar al miocardio. La propagación de la excitación a través de los ventrículos da origen al complejo QRS, que equivale a la contracción ventricular. Mientras tanto, durante la onda QRS, la aurícula se recupera apareciendo la onda T p, aunque esta onda no se observa normalmente en el ECG porque queda solapada por la onda QRS, de mucha mayor amplitud. La onda T (repolarización del músculo cardíaco) que aparece luego, identifica la relajación de los ventrículos. De lo anterior, puede verse que el ECG es sólo una señal temporal. No hay información dinámica en su amplitud. No obstante, analizando la secuencia P-QRS-T (figura 3.2) es posible determinar si los procesos de contracción y relajación ocurren normalmente, pudiéndose detectar anomalías en el ciclo cardíaco tales como arritmias. De forma más explícita: Onda P. Onda de activación auricular. Conjunto QRS. Grupo de ondas de activación ventricular. o Onda Q. Onda negativa que no va precedida de onda R. o Onda R. Toda onda positiva del conjunto QRS. o Onda S. Toda onda negativa precedida de onda R. Onda T. Onda de recuperación ventricular. ESI. Universidad de Sevilla. 17

7 Onda U. Onda, en principio, asociada a las recuperación de los músculos papilares. Figura 3.2. Mediante el electrocardiograma (ECG) se registran las ondas de los impulsos nerviosos de cada latido. La onda P indica el comienzo de una contracción auricular, la terna QRS se relaciona con la ventricular, mientras que la onda T representa el periodo de recuperación previo a la siguiente contracción. Cuando en el complejo QRS existen varias ondas positivas, se señalan sucesivamente R, R, R, y si se siguen de ondas negativas, éstas se designan S, S, S. En general, las ondas presentan las siguientes características: Onda P. La onda de activación auricular es pequeña, de ascenso y descenso uniforme, cúspide redondeada y de duración y amplitud proporcionada, no superior a 2.5 mm. Onda T. La onda de recuperación ventricular es lenta, de amplitud y duración bastante superior a la de la onda P, y encierra un área aproximadamente igual a la del complejo QRS. Normalmente es asimétrica, porque la rama de ascenso es más lenta que la de descenso. Onda U. Puede verse como una onda lenta y de escasa amplitud que sigue a la onda T. Complejo QRS. Las ondas de activación ventricular son rápidas, de menor duración y bastante mayor amplitud. La morfología triangular con la base en ESI. Universidad de Sevilla. 18

8 la línea isoeléctrica. Puede haber predominio de R o de S, pero la onda Q, normalmente, es pequeña. Una vez identificadas las distintas ondas en el electrocardiograma, se pueden apreciar varias zonas de interés (segmentos y espacios) que se señalan a continuación: Ritmo sinusal. Es el ritmo que forma los estímulos en el nodo sinusal y que, en condiciones normales, ha de ser a intervalos regulares y frecuencia determinada. Segmento PQ. Periodo de inactividad que separa la activación auricular de la ventricular. Es normalmente isoeléctrico y va desde el final de la onda P hasta el comienzo del complejo QRS. Este segmento también puede llamarse PR cuando no hay onda Q. Segmento ST. Periodo de inactividad que separa la activación de la recuperación ventricular. También suele ser isoeléctrico y va desde el final del complejo QRS hasta el comienzo de la onda T. Espacio (o intervalo) PQ. Desde el comienzo de la onda P hasta el comienzo del complejo QRS. Corresponde al periodo presistólico. Este espacio también puede llamarse PR cuando no existe la onda Q. Espacio (o intervalo) QRS. Mide la duración del complejo QRS y, por lo tanto, la duración de la actividad ventricular. Espacio (o intervalo) QT. Comprende desde el complejo QRS hasta el final de la onda T. Corresponde a la sístole ventricular LA PRESIÓN CARDÍACA. El otro parámetro importante a examinar relacionado con el ciclo cardíaco es la presión cardíaca. Antes de indicar un punto donde introducir el sistema de captación, se analiza el comportamiento de aurículas y ventrículos en el proceso. ESI. Universidad de Sevilla. 19

9 LOCALIZACIÓN DEL SISTEMA DE CAPTACIÓN. Como se expone anteriormente el ciclo se inicia por la generación espontánea de un potencial de acción en el nodo sinusal. El potencial de acción se transmite por ambas aurículas y desde ahí hacia los ventrículos. Sin embargo, debido a una disposición especial del sistema de conducción, existe un retraso de más de una décima de segundo entre el paso del impulso cardíaco a través de las aurículas y el que sucede en los ventrículos, lo que permite que la contracción ventricular se produzca posteriormente a la auricular. De esta forma se puede afirmar que las aurículas actúan como bombas de cebamiento para los ventrículos, y éstos luego proporcionan una fuerza mayor para desplazar la sangre por todo el sistema vascular (Harrison, T.R.,1.989). Así, el funcionamiento ventricular se relaciona con la simple función de bombeo de los ventrículos que se manifiesta como gasto o trabajo cardíaco, y se expresa por cada latido o por minuto. Debido a esto, se considera que medidas de presión tomadas desde el interior del ventrículo izquierdo proporcionan una fuente de información fiable para el reconocimiento del estado de un corazón durante la fase de recuperación del protocolo de criopreservación. Como ejemplo, las funciones cardíacas (diastólica y sistólica), fácilmente reconocibles a partir del perfil, pueden indicar daños en la estructura cardíaca dada su relación con diversos factores: La función diastólica ventricular o capacidad de relajación tras la contracción ventricular depende del laxitrofismo cardíaco, es decir de las propiedades diastólicas del miocardio y cavidades cardíacas. La relajación empieza al terminarse la contracción y se verifica durante la relajación isovolumétrica y el llenado rápido ventricular. Es un proceso dinámico que se corresponde con la recaptación de calcio por el retículo sarcoplásmico. La función sistólica está en función de la integridad de las fibras musculares, de un correcto acoplamiento entre excitación y contracción, y de una adecuada disponibilidad de energía. ESI. Universidad de Sevilla. 20

10 MEDIDAS DE LA PRESIÓN INTRAVENTRICULAR. Por lo tanto, una medida del esfuerzo intraventricular desarrollado por un corazón durante el ciclo cardíaco aportaría una información fiable a cerca de su estado. El método a utilizar consiste en la introducción de un balón de látex en el ventrículo izquierdo que, junto con un dispositivo transductor, capte las presiones ejercidas. Estos permiten obtener información acerca de: Valores de presión ventricular. Máxima velocidad de ascenso y descenso de la presión (+dp/dt max y - dp/dt max, respectivamente) La constante de tiempo durante la caída de la presión ventricular (t, tau). La frecuencia cardíaca. Todo este sistema se expone con detalle en el capítulo VALORACIÓN DE LA CONTRACTILIDAD CARDÍACA. EL PARÁMETRO dp/dt. A diferencia de la facilidad que se presenta a la hora de medir la frecuencia cardíaca, se obtiene una gran dificultad para evaluar la fuerza de contracción del corazón, también denominada contractilidad cardíaca. Aunque normalmente, en enfermedades debilitantes del corazón se produce el hecho de que el cambio de contractilidad que aparece es exactamente opuesto al cambio de frecuencia cardíaca (Harrison, T.R.,1.989). Al valorar las propiedades contráctiles del músculo, es importante especificar el grado de estiramiento del mismo cuando empieza a contraerse, lo que se llama precarga, y también especificar la carga contra la cual el músculo ejerce su fuerza contráctil, que se denomina poscarga. A efectos de la contracción cardíaca, se considera ESI. Universidad de Sevilla. 21

11 precarga el volumen de sangre que hay en el ventrículo al final de la diástole, es decir, el volumen diastólico terminal. Sin embargo, a veces esta carga se expresa como la presión diastólica terminal del ventrículo. La poscarga del ventrículo es la presión existente en las arterias, la cual proviene de los ventrículos. La importancia de los conceptos de precarga y poscarga reside en que en muchos estados funcionales anormales del corazón o de la circulación están muy alterados el grado de llenado de los ventrículos (precarga), las presiones arteriales contra las que deben contraerse los ventrículos (poscarga), o ambas cosas. Una de las formas para determinar la contractilidad cardíaca implica registrar diversas curvas de la función cardíaca. Sin embargo, esto sólo es posible a partir de la experimentación con animales. Por lo tanto, se hace necesario el desarrollo de otros métodos. Uno de ellos consiste en el cálculo de un parámetro denominado dp/dt (derivada de la presión ventricular con respecto al tiempo) y usarlo como medida de contractilidad cardíaca. Este parámetro se obtiene a partir de la curva de presión ventricular durante el proceso de registro (figura 3.3) y se remite al capítulo 5 para mayor detalle. dp/dt Presión intraventricular Figura 3.3. Curvas representativas de la función cardíaca. Ambas gráficas se visualizan desde el equipo de instrumentación presentado en el proyecto. ESI. Universidad de Sevilla. 22

12 Estudios experimentales demuestran que el dp/dt guarda, en general, buena correlación con la fuerza de contracción del ventrículo. En particular, el máximo del dp/dt se utiliza para comparar la contractilidades de los corazones en diversos estados funcionales, aunque por desgracia, este valor también es afectado por la acción de otros factores que no se relacionan con la contractilidad cardíaca. Por ejemplo, dicho valor se incrementa tanto en la precarga como en la poscarga, por lo que puede ser complicado recurrir al dp/dt para comparar el corazón de una persona con otra, ya que puede diferir alguno de estos factores. Por este motivo, se han empleado otras medidas cuantitativas para valorar la contractilidad cardíaca, como por ejemplo, la obtenida a partir de dividir el valor dp/dt por la presión instantánea del ventrículo (Harrison, T.R.,1.989). ESI. Universidad de Sevilla. 23