La muerte cardíaca repentina resultante 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 potencialmente podría conducir 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 lo profundo 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 se interrumpen por bloqueos en la conducción eléctrica, como el tejido cicatricial de un ataque cardíaco, las señales pueden interrumpirse, creando ondas eléctricas caóticas en forma de espiral que interfieren entre sí. La turbulencia eléctrica resultante hace que el corazón lata de manera ineficaz, 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, es de primordial importancia en la creación de una 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 los EE. UU. han encontrado un factor adicional, la amplitud variable del potencial de acción, que también puede causar turbulencias eléctricas peligrosas dentro del corazón.

La investigación, apoyado por la National Science Foundation, fue reportado 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 Escuela de Física de Georgia Tech. "Hemos propuesto un nuevo mecanismo que explica cuándo ocurrirá la fibrilación, y tenemos una teoría que puede predecir dependiendo de los parámetros fisiológicos, cuándo sucederá esto ".

Los médicos mapean la señal de voltaje que gobierna el latido del corazón impulsado eléctricamente desde la superficie del cuerpo utilizando tecnología de electrocardiograma, que se caracteriza por cinco segmentos principales (P-QRS-T), cada uno representa diferentes activaciones en el corazón. Las ondas T ocurren al final de cada latido del corazón, e indique la parte posterior de cada ola. Los investigadores han sabido que las anomalías 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 controlado por canales de iones de sodio que son parte del sistema regulador natural del corazón. Los iones de sodio que fluyen hacia las células aumentan la concentración de cationes, que llevan una carga positiva, lo que lleva 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. Luego, 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 y un ingeniero biomédico en la Oficina de Laboratorios de Ciencia e Ingeniería de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU.

El análisis matemático proporciona una explicación sencilla.

"Puede tener una onda con una amplitud larga seguida de una onda con una amplitud corta, y si el corto se vuelve demasiado corto, la próxima ola no podrá propagarse, "dijo Diana Chen, estudiante de posgrado de Georgia Tech y primer autor del estudio. "Las ondas que atraviesan el corazón deben moverse juntas para mantener un latido cardíaco eficaz. Si una de ellas se rompe, la primera ola puede chocar con la siguiente ola, iniciando las ondas espirales ".

Si se encuentran resultados similares en corazones humanos, esta nueva comprensión de cómo se forma la turbulencia eléctrica 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 productos farmacéuticos que reducirían o eliminarían la inestabilidad de la amplitud celular, "dijo Gray." En el momento actual, la mayoría de los enfoques farmacéuticos se centran en la duración del potencial de acción ".

El papel fundamental 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 obtenido 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 cuando tiene estos cambios en la amplitud de onda que las señales no se pueden propagar correctamente ".