La muerte cardíaca súbita como resultado de la fibrilación - latidos cardíacos erráticos debido a la inestabilidad eléctrica - es una de las principales causas de muerte en los Estados Unidos. Ahora, los investigadores han descubierto una fuente fundamentalmente nueva de esa inestabilidad eléctrica, un desarrollo que podría potencialmenteconducir a nuevos métodos para predecir y prevenir la fibrilación cardíaca potencialmente mortal.
Un latido cardíaco constante se mantiene mediante señales eléctricas que se originan en las profundidades del corazón y viajan a través del órgano muscular en ondas regulares que estimulan la contracción coordinada de las fibras musculares. Pero cuando esas ondas son interrumpidas por bloqueos en la conducción eléctrica, como la cicatriztejido de un ataque cardíaco: las señales se pueden interrumpir, creando ondas eléctricas caóticas en forma de espiral que interfieren entre sí. La turbulencia eléctrica resultante hace que el corazón lata de manera ineficaz, lo que lleva rápidamente a la muerte.
Los científicos han sabido que las inestabilidades a nivel celular, especialmente la variación en la duración de cada señal eléctrica, conocida como potencial de acción, son de importancia primordial para crear fibrilación caótica. Al analizar las señales eléctricas en los corazones de un modelo animal, investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia y la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. han encontrado un factor adicional, la amplitud variable del potencial de acción, que también puede causar turbulencias eléctricas peligrosas en el corazón.
La investigación, apoyada por la National Science Foundation, se informó el 20 de abril en la revista Cartas de revisión física .
"Matemáticamente, ahora podemos entender algunas de estas inestabilidades que amenazan la vida y cómo se desarrollan en el corazón", dijo Flavio Fenton, profesor de la Facultad de Física de Georgia Tech. "Hemos propuesto un nuevo mecanismo que explica cuándo ocurrirá la fibrilaciónocurrir, y tenemos una teoría que puede predecir, dependiendo de los parámetros fisiológicos, cuándo ocurrirá esto ".
La señal de voltaje que gobierna los latidos del corazón impulsados eléctricamente es mapeada por los médicos desde la superficie del cuerpo usando la tecnología de electrocardiograma, que se caracteriza por cinco segmentos principales P-QRS-T, cada uno representando diferentes activaciones en el corazón. Ocurren ondas Tal final de cada latido del corazón e indique la parte posterior de cada onda. Los investigadores han sabido que las anormalidades en la onda T pueden indicar un mayor riesgo de un ritmo cardíaco potencialmente mortal.
Fenton y sus colaboradores estudiaron la amplitud del potencial de acción celular, que está controlada por canales de iones de sodio que forman parte del sistema regulador natural del corazón. Los iones de sodio que fluyen hacia las células aumentan la concentración de cationes, que tienen una carga positiva,que conduce a un fenómeno conocido como despolarización, en el que el potencial de acción de la célula se eleva por encima de su nivel de reposo. Los canales de sodio se cierran en el pico del potencial de acción.
Si bien las variaciones en la duración del potencial de acción indican problemas con el sistema eléctrico del corazón, los investigadores ahora han asociado variaciones dinámicas en la amplitud del potencial de acción con el bloqueo de la conducción y el inicio de la fibrilación.
"Hemos demostrado por primera vez que una inestabilidad fundamentalmente diferente relacionada con la amplitud puede subyacer o afectar adicionalmente el riesgo de inestabilidades cardíacas que conducen a la fibrilación", dijo Richard Gray, uno de los coautores del estudio e ingeniero biomédico en elOficina de Laboratorios de Ciencia e Ingeniería en la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU.
El análisis matemático proporciona una explicación simple.
"Puede tener una onda con una amplitud larga seguida de una onda con una amplitud corta, y si la corta se vuelve demasiado corta, la próxima onda no podrá propagarse", dijo Diana Chen, una estudiante graduada de Georgia Techy primer autor del estudio: "Las ondas que atraviesan el corazón tienen que moverse juntas para mantener un ritmo cardíaco efectivo. Si una de ellas se rompe, la primera ola puede colisionar con la siguiente ola, iniciando las ondas en espiral".
Si se encuentran resultados similares en los corazones humanos, esta nueva comprensión de cómo se forman las turbulencias eléctricas podría permitir a los médicos predecir mejor quién estaría en riesgo de fibrilación. La información también podría conducir al desarrollo de nuevos medicamentos para prevenir o tratar la afección.
"Un próximo paso científico sería investigar los productos farmacéuticos que reducirían o eliminarían la inestabilidad de amplitud celular", dijo Gray. "En la actualidad, la mayoría de los enfoques farmacéuticos se centran en la duración del potencial de acción".
El papel crítico de las ondas eléctricas en el gobierno de la actividad del corazón permite que la física, y las matemáticas, se utilicen para comprender lo que está sucediendo en este órgano tan crítico, dijo Fenton.
"Hemos derivado una explicación matemática de cómo sucede esto, por qué es peligroso y cómo inicia una arritmia", explicó. "Ahora tenemos un mecanismo que proporciona una mejor comprensión de cómo se originan estas perturbaciones eléctricas. Es solo cuandotiene estos cambios en la amplitud de onda que las señales no pueden propagarse correctamente ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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