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Capítulo 3.
Parámetros Determinantes en la Actividad Cardíaca.
3. PARÁMETROS DETERMINANTES EN LA
ACTIVIDAD CARDÍACA.
3.1. 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.
3.2. 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
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eléctrica de un corazón tras ser sometido a un proceso de criopreservación y poder así
evaluar su estado.
3.2.1. 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).
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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.
3.2.2.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).
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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.
3.2.3. 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
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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..
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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 Tp, 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.
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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
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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.
3.3. 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.
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3.3.1. 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.
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3.3.2.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/dtmax y dP/dtmax, 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 5.
3.3.3.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
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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.
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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).
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