Variabilidad de la frecuencia cardiaca

NEUROCARDIOLOGÍA

VARIABILIDAD DE LA FRECUENCIA CARDÍACA

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VARIABILIDAD DE LA FRECUENCIA CARDÍACA

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MECANISMOS Y SU RELACIÓN CON LA INERVACIÓN AUTÓNOMA

OBJETIVOS DE APRENDIZAJE:

Conocer en que consiste la variabilidad de la frecuencia cardíaca,
Identificar a función cardiaca con el sistema nervioso autónomo,
Conocer en que consiste el análisis espectral,
Identificar patologías como la cardiopatía isquémica y la diabetes

RESUMEN

Los intervalos entre los latidos del corazón humano normal (y el de muchas especies de animales) muestran leves diferencias en su duración que se alternan siguiendo, en general, patrones cíclicos de repetición. El origen de estas variaciones reside fundamentalmente en la regulación que el sistema nervioso autónomo (SNA) ejerce sobre el corazón, sin excluir modificaciones intrínsecas del marcapasos cardíaco e influencias humorales diversas. Este fenómeno, con sus variaciones fisiológicas y patológicas, se conoce como variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC). Para medirla se obtienen los valores de los intervalos a partir de registros del ciclo cardíaco, como el electrocardiograma (ECG), y se disponen en un gráfico de duración en función del tiempo (tacograma). Se cuantifica utilizando métodos estadísticos, espectrales, de dinámica no lineal y otros. Se ha demostrado una estrecha correlación entre la VFC disminuida y la morbimortalidad debida a enfermedades de origen cardiovascular y otras patologías como la diabetes, la sepsis, etc. Muchas veces el uso diagnóstico de la VFC ha hecho que se la considere únicamente a la luz de los resultados como indicador de «riesgo» o «evolución», pero además de esta función, el fenómeno interesa en sí mismo como una expresión del complejo y desafiante fenómeno de la regulación cardiovascular.

Palabras clave:

Variabilidad de la frecuencia cardíaca,
sistema nervioso autónomo,
análisis espectral,
cardiopatía isquémica,
diabetes.

INTRODUCCIÓN

Desde la Antigüedad se asocia la irregularidad en el ritmo cardíaco con situaciones patológicas de gravedad variable, que englobamos en el vasto capítulo de las arritmias. Por oposición, el ritmo regular es considerado sinónimo de normalidad. Sin embargo, es bien conocido que el ritmo de un ser humano normal es ligeramente irregular. Durante cierto tiempo dicha irregularidad fue ignorada o tratada como «ruido». Hoy se sabe que es un fenómeno fisiológico cuya pérdida implica anormalidad. El análisis de este fenómeno con sus variaciones normales y patológicas es lo que se conoce como VFC1 . La VFC se puede calcular a partir de cualquier señal que identifique una fase dada del ciclo cardíaco. Sin embargo, el ECG es prácticamente el único método utilizado, en virtud de su difusión y por proveer registros con referencias muy exactas para medir los intervalos, como son las ondas R del complejo ventricular QRS. Por esta razón, es muy frecuente que se identifiquen los intervalos entre latidos como intervalos RR. Al disponer en un gráfico la duración de los intervalos RR en función del tiempo se obtiene el tacograma, que es la base del análisis de la VFC (fig. 1).

Figura 1 Tacogramas formados por la sucesión de intervalos RR de una persona sana (mujer de 25 años de edad). A. Registro tomado durante algo más de 23 h. El registro fue filtrado para eliminar variaciones rápidas; de ese modo se pueden apreciar mejor las variaciones lentas de los intervalos RR. B. Detalle ampliado del registro anterior (100 s total). En este caso no se aplicó el filtro y cada círculo representa un valor de intervalo RR. Se observa que las duraciones de los intervalos se alternan rápidamente, determinando las modificaciones de alta frecuencia de la variabilidad de la frecuencia cardíaca.

La irregularidad fisiológica del ritmo cardíaco que da origen a la VFC tiene un origen complejo, pero entre los factores que la determinan destaca la acción del SNA. De allí se ha derivado el uso de la VFC como un método de análisis para la función del SNA, tanto en investigación como en la clínica.

Se ha demostrado una estrecha correlación entre la VFC disminuida y la morbimortalidad debida a enfermedades de origen cardiovascular y otras patologías como la diabetes, la sepsis, la patología renal y la depresión, entre otros. Es importante consignar que, en la mayoría de los casos, lo que se estudia es el efecto de la patología en cuestión sobre los sistemas de control de la función cardiovascular, en particular el SNA. De todos modos, debe mantenerse abierta la posibilidad de que una afección modifique la función cardiovascular al margen del papel del SNA, e impacte también en la VFC. De lo dicho se desprende el valor diagnóstico y pronóstico de la VFC, pero también cabe destacar su valor intrínseco como expresión de mecanismos de control cardiovascular y respiratorio.

ORIGEN DE LA VARIABILIDAD DE LA FRECUENCIA CARDÍACA

Los mecanismos de regulación propios de la homeostasis corporal se expresan generalmente en forma cíclica (ciclo sueño/vigilia,liberación de hormonas, etc.). Los cambios en el ritmo cardíaco no son una excepción al respecto y, como veremos, se modifican con ciclos de duración variable. En la figura 1A se observa un tacograma que muestra la evolución de los valores de intervalos RR a lo largo del día, mientras que en la figura 1B se muestra un breve período de poco más de 1 min. En la figura 1A se han filtrado las variaciones rápidas para poder observar mejor los ciclos largos (que abarcan varios minutos); en cambio, en la figura 1B (no filtrada) se observan modificaciones muy rápidas con ciclos de pocos segundos.

Como se verá en el apartado «Índices en el ámbito de la frecuencia», las variaciones rápidas se denominan de alta frecuencia (HF, por sus siglas en inglés) y expresan ciclos que duran entre 2,5 y 6,66 s (0,15 a 0,4 Hz); en cambio, las variaciones lentas (LF) van entre 6,66 y 25 s (0,04 a 0,15 Hz) (tabla 8-1). Se describen ciclos con frecuencias aún más lentas, conocidas por sus nombres en inglés como very low frequencies (VLF) y ultra low frequencies (ULF). Las VLF van entre 0,003 y 0,04 Hz —o sea, que pueden abarcar ciclos de más de 5 min (333,33 s)—, mientras que las ULF involucran ciclos de decenas de minutos.

Tabla 1

Más allá de la importancia que esto tiene desde el punto de vista técnico en la recolección de datos (v. más adelante), la duración de los ciclos tiene importancia por su proyección sobre los fenómenos fisiológicos involucrados. Antes de entrar en el análisis de dichos fenómenos entendemos adecuado hacer algunas precisiones. En el análisis del ritmo cardíaco, así como en otras variables, deben diferenciarse los cambios debidos a mecanismos regulatorios de otros relacionados con modificaciones eventuales; es decir, es necesario separar los fenómenos que modifican el ritmo cardíaco y aquellos que efectivamente lo regulan. Un latido prematuro o un cambio súbito en la frecuencia cardíaca modifican el ritmo, pero raramente tienen carácter cíclico repetitivo (más allá de que puedan generar un ciclo limitado expresión de la regulación puesta en juego para corregir la modificación). La forma como el corazón maneja estas situaciones tiene importancia en sí misma y ha sido estudiada como una forma de evaluar la función cardíaca. Es lo que sucede, por ejemplo, con el fenómeno conocido como «turbulencia de la frecuencia cardíaca», cuyo análisis, aunque cercano al de la VFC, está fuera de los límites de este capítulo.

VARIABILIDAD DE CORTO PLAZO

Si bien, como ya fue dicho, la alternancia de los intervalos RR que producen la VFC está básicamente determinada por la inervación autonómica del corazón, cabe comenzar analizando el origen del latido cardíaco y su potencial potencial variabilidad más allá de la inervación. Desde fines del siglo pasado se ha venido construyendo un cambio de paradigma de funcionamiento del marcapasos fisiológico del corazón (nódulo sinusal). A la ya consagrada teoría de una corriente despolarizante activada por hiperpolarización (en inglés funny current, o corriente If), que pasa a través de los canales HCN (15), se le ha sumado en las últimas décadas el papel de las modificaciones de la liberación intracelular de calcio como un elemento capaz de asumir funciones de marcapasos. Se sabe hoy que dicha liberación activa una corriente despolarizante mediada por el intercambiador sodio/calcio, y así se describe la coexistencia de un factor de membrana (en inglés membrane clock), dominado básicamente por la mencionada corriente If, y un factor dependiente de los cambios intracelulares del calcio (en inglés calcium clock). Más aún, hay trabajos que plantean una permanente interacción entre ambos «relojes» (19), incluso en la modulación latido a latido que podría estar en la base de una VFC «intrínseca». En condiciones normales, esta variabilidad intrínseca es fuertemente alterada por la modulación autonómica del corazón, de modo que la interacción entre las células nodales y el SNA determina tanto la frecuencia cardíaca como su variabilidad. Esta característica es lo que justifica la ya mencionada utilidad de la VFC como evaluador de la regulación autonómica del corazón. Aunque la complejidad de los mecanismos involucrados y la influencia de otros factores no autonómicos han llevado a cuestionar este punto, son muchos los autores que siguen aceptando la VFC como un evaluador de la función del SNA.

Analizaremos las bases fisiológicas de la VFC siguiendo la división ya planteada de ciclos rápidos y lentos, discutiendo en cada caso el papel del SNA y algunos datos sobre otros mecanismos que no sustituyen al SNA pero pueden ser coadyuvantes. Variaciones rápidas (HF) El fenómeno fisiológico más cercano a las HF es el ciclo respiratorio. Durante la etapa inspiratoria los intervalos RR se acortan y se alargan en la espiración, de modo que podemos decir que estas fluctuaciones rápidas no son otra cosa que la arritmia sinusal respiratoria (ASR) descrita por Carl Ludwig en 1847 (citado por [25]). La ASR está en la base del concepto de «acoplamiento cardiorrespiratorio» que tiene fundamentos fisiológicos y también explicaciones teleológicas, como aquellas que señalan la necesidad de acoplar el flujo de sangre con la respiración para maximizar así la oxigenación y el manejo del pH de la sangre. Varios son los mecanismos citados para explicar la ASR. El más difundido establece que es un fenómeno reflejo que responde a los cambios de presión arterial que induce la respiración. El incremento de la presión arterial provoca (por el mecanismo barorreflejo) una estimulación parasimpática con inhibición simpática. Como resultado, el nódulo sinusal disminuye su frecuencia frente al incremento de la presión, y la incrementa cuando la presión desciende (fig. 2). El papel protagónico del parasimpático queda destacado al bloquear esa rama del SNA con atropina, ya que se verifica una importante disminución de las fluctuaciones de tipo HF.

Figura 2. Registros de presión aórtica, diámetro de la aurícula derecha y duración de los intervalos RR en una oveja anestesiada y ventilada. A. Barorreflejo. Se muestran los valores de presión aórtica y los intervalos RR derivados del electrocardiograma, que fue tomado de forma simultánea con el registro de presión aórtica. Las flechas 1 y 2 marcan respectivamente el comienzo y el fin de la oclusión de la aorta abdominal. Se puede ver el alargamiento de los intervalos RR como respuesta al incremento de presión y su reducción luego de liberada la oclusión. Las flechas 3 y 4 indican la misma maniobra pero realizada en la cava posterior. La hipotensión generada provoca acortamiento de los intervalos RR. Esta respuesta quedó abolida con el bloqueo del sistema nervioso autónomo (no se muestra). B. Registro del diámetro de la aurícula derecha e intervalos RR durante el bloqueo farmacológico del sistema nervioso autónomo. La flecha I señala el inicio de la compresión de la vena cava posterior, que cesa en el punto señalado por la flecha F. Se observan cambios en la duración de los intervalos RR, que son inversos a los esperados por el barorreflejo y podrían indicar una respuesta mecánica (v. texto). DAD, diámetro de la aurícula derecha.

Un papel similar jugarían los receptores pulmonares de estiramiento que algunos autores han involucrado en la ASR. Por otra parte, Gilbey et al. mostraron que en el gato anestesiado las motoneuronas cardíacas vagales reciben señales excitatorias en la etapa postinspiratoria y una potente inhibición simpática durante la inspiración. Este tipo de conexiones ha sido corroborado en otras especies. El mecanismo reflejo pasaría así a segundo plano y la conexión entre neuronas respiratorias y SNA se verificaría a nivel del sistema nervioso central (SNC). El lector puede revisar una interesante serie de trabajos que aluden a esta controversia aún no resuelta. Al ya mencionado efecto de la reducción de la ASR luego del bloqueo con atropina, se suma un efecto similar del envejecimiento y de patologías que afectan el control autonómico (v. más adelante). Todo esto lleva a pensar que, a pesar de las discrepancias, el papel del SNA en la ASR (por vía refleja o por conexiones centrales) no puede ser cuestionado. Pero precisamente en esta reducción sin abolición reside uno de los elementos que llevan a plantear un mecanismo no autonómico para la ASR.

En corazones humanos trasplantados se demostró una ASR residual antes de una posible reinervación. Lo mismo se ha visto en animales con bloqueo del SNA, incluso en seres humanos con bloqueo autonómico. La distensión de la aurícula derecha ha sido señalada como un mecanismo de modificación de la frecuencia cardíaca. Hace casi un siglo, Bainbridge demostró un mecanismo de este tipo, pero lo catalogó como un fenómeno reflejo. Sin embargo, hay evidencias de que la distensión auricular genera per se modificaciones en el disparo del nódulo sinusal. que tienen su punto de apoyo en la existencia de canales de membrana sensibles al estiramiento. En la figura 2 se muestran registros de presión aórtica e intervalos RR en una oveja anestesiada a la que se le colocó un manguito que permitía ocluir la aorta descendente (por debajo del sensor de presión), y otro similar en la vena cava posterior (equivalente en la oveja a la vena cava inferior humana). Como se aprecia en figura 2A, al comprimir la aorta (flecha 1), el incremento de presión produce un alargamiento de los intervalos RR (bradicardia). Al cesar la compresión (flecha 2), hay un fenómeno de «rebote» con caída de la presión y marcada disminución de los intervalos (taquicardia). A la derecha de esa misma figura se observa el efecto de la compresión de la vena cava. La restricción del llenado ventricular produce hipotensión, que se traduce en un nuevo período de taquicardia que cesa al liberar la oclusión de la cava (flecha 4). Estas respuestas constituyen las esperadas por la acción barorrefleja. Esas maniobras se repitieron en el mismo animal, luego de bloquear el SNA con atropina (0,2 mg/kg) y propranolol (1 mg/kg) por vía intravenosa. Como era de esperar, el bloqueo farmacológico abolió la respuesta refleja (no se muestra en la figura 2). En la figura 2B se muestra un experimento similar en una oveja anestesiada y con bloqueo farmacológico del SNA, pero el registro de presión arterial ha sido sustituido por la medida del diámetro de la aurícula derecha (DAD)2 . Al ocluir la vena cava (I) disminuye el DAD, lo que se acompaña con un alargamiento de los intervalos RR. Al liberar la compresión (F), el llenado auricular distiende la aurícula y se verifica una reducción de los intervalos RR. Esta respuesta en la duración de los intervalos es la inversa a la que se podría esperar por efecto del barorreflejo, lo que sugiere un mecanismo de otro tipo. La estricta correlación entre dimensiones de la aurícula y cambios en los intervalos RR lleva a pensar que dicha cámara cardíaca, normalmente distendida por el volumen de sangre que contiene, disminuye su tamaño por la compresión de la cava, y esa reducción opera sobre el nódulo sinusal disminuyendo su frecuencia de disparo. Lo contrario ocurre cuando, por el flujo de sangre, la aurícula se distiende. Estas observaciones están de acuerdo con lo relatado por otros autores. En resumen, se puede decir que las variaciones rápidas de la VFC (HF o ASR) responden a la regulación del SNA, en particular el parasimpático, aunque puede postularse que en su origen intervengan otros factores, especialmente la distensión mecánica de la aurícula derecha que lleva al estiramiento de nódulo sinusal.

VARIACIONES LENTAS

Como se dijo antes, los cambios cíclicos de la VFC que se catalogan como «lentos» abarcan tres tipos de bandas (v. «Origen de la variabilidad de la frecuencia cardíaca» y tabla 1). Los detalles técnicos que se verán más adelante dificultan el análisis de la banda ULF y, por lo tanto, complican la determinación de las bases fisiológicas y el significado de esas bandas. Aunque en el origen de la ULF se han señalado fenómenos de termorregulación y variaciones del sistema renina-angiotensina, las bases fisiológicas siguen siendo difíciles de establecer. Se ha asignado a las ULF cierta capacidad pronóstica en patologías cardiovasculares. Sin embargo, su uso no está tan extendido como el de las VLF y, especialmente, el de las LF. Las VLF se han relacionado con las ondas de Mayer, descritas por dicho autor en 1876. Las modificaciones lentas de la actividad vascular son comprobables y cercanas a la frecuencia de la VLF, pero su exacta significación ha sido puesta en tela de juicio, por diferencias en las especies utilizadas, por el estado hemodinámico de los animales usados en los estudios y por los posibles mecanismos involucrados. Sin duda, las ondas lentas mejor estudiadas son las de la banda LF (v. «Origen de la variabilidad de la frecuencia cardíaca» y tabla 1). Parece haber aceptación generalizada de que se deben a la regulación autonómica; lo que es más difícil es establecer las causas exactas de los cambios en el SNA capaces de generar estas variaciones. Se las ha relacionado con la actividad del simpático, aunque hay evidencia de que en realidad responden a la interacción simpático/parasimpático. Es decir, que, si bien parecen tener una estrecha relación con la regulación por parte del SNA, con las ondas de la banda LF no se puede establecer ni siquiera una relación causal muy estrecha, como sucede con el parasimpático y las ondas HF. Por otra parte, hay evidencias empíricas de que la relación LF/HF es un buen marcador del balance autonómico.

FORMAS DE MEDIR LA VARIABILIDAD DE LA FRECUENCIA CARDÍACA

Para la construcción y análisis de los tacogramas (a partir de los cuales se obtendrán los índices de la VFC) se utiliza el ECG. Este se guarda en formato digital para luego detectar las ondas R y medir los intervalos RR con un software adecuado. Solo se toman como válidos los intervalos RR sinusales, eliminando los latidos prematuros o artefactos que generan falsos positivos, así como las pausas prolongadas y las fallas de detección (falsos negativos). Si bien la máxima seguridad se obtiene con la revisión visual, en ocasiones se pueden usar métodos de «filtrado» automático, cuando el número de correcciones puede hacer demasiado engorroso el análisis visual. Según el tipo de análisis pueden aparecer otras exigencias, como la necesidad de evitar tendencias no estacionarias y/o lograr series temporales equiespaciadas. Aquellos lectores que deseen profundizar en estos temas disponen de excelente literatura al respecto. Luego de seleccionar los intervalos RR confiables, se obtiene una lista de intervalos que algunos autores denominan intervalos NN (normal-normal).

PRINCIPALES ÍNDICES PARA ESTIMAR LA VARIABILIDAD DE LA FRECUENCIA CARDÍACA

Índices estadísticos

Como su nombre indica, se basan en el tratamiento estadístico de los intervalos. Además del simple valor de la media aritmética (a partir de la cual se puede obtener frecuencia promedio), los índices más usados son el desvío o desviación estándar (SDNN por sus siglas en inglés) y la valoración de las diferencias entre intervalos sucesivos a través del RMSSD (en inglés root mean squared of successive differences). Este último es más adecuado para estimar la variabilidad de corto plazo, por lo que se relaciona con la actividad parasimpática; en cambio, el SDNN es más útil para modificaciones globales de la VFC.

Índices en el ámbito de la frecuencia

El tratamiento del tacograma como una serie temporal permite que se le aplique metodología de análisis espectral (31). De ese modo se obtiene un espectro de potencia donde se dispone la varianza de los intervalos en función de su frecuencia de repetición. Este tipo de espectros se dividen en bandas de frecuencia y sobre esta base se estima la densidad espectral de potencia de cada banda (PSD, por sus siglas en inglés) expresada en ms2/Hz (54). La división habitual de la VFC en bandas, que se explicó en el apartado «Origen de la variabilidad de la frecuencia cardíaca», se agrupa en la tabla 1.

Métodos no lineales La complejidad de los procesos regulatorios ha llevado a cuestionar su «linearidad», dando lugar a la introducción de conceptos provenientes del estudio de la dinámica caótica. Uno de los aspectos que resalta la importancia del análisis no lineal radica en que la pérdida de la complejidad de un sistema trae como resultado una menor capacidad de adaptación a las exigencias del medio. En los últimos años se han desarrollado varios métodos de análisis no lineal, algunos de los cuales se mencionan a continuación.

Gráfico de Poincaré

El gráfico de Poincaré se basa en ubicar en un gráfico cartesiano la duración de cada intervalo RR en función de la duración del intervalo precedente. De este modo se genera una nube de puntos que puede ser ajustada a una elipse (fig. 3A). La VFC a corto plazo se cuantifica con el eje menor de la elipse (SD1) (57) y, por lo tanto, tiene una alta correlación con los índices HF y RMSSD. El eje mayor de la elipse (SD2) presenta mejor correlación con el SDNN. Para cuantificar la VFC a partir del gráfico de Poincaré también se han usado la relación entre los ejes (SD1/SD2), el área de la elipse y el coeficiente de autocorrelación de los intervalos RR.

Figura 3 Gráficos de Poincaré con lag 1 y lag 10 (v. explicación en el texto). A. Gráficos de Poincaré de lag 1 para una mujer diabética y un hombre sano. La reducida variabilidad de la frecuencia cardíaca puede ejemplificarse con los valores del índice SD1 (o ancho o diámetro menor), que son de 4,6 y 10,5 ms respectivamente. B. Gráficos de Poincaré construidos con lag 10 para los mismos registros de A. La forma se modifica y pasa a ser más circular, por acortamiento del eje mayor y alargamiento del eje menor. Los índices SD1 pasaron a ser 10,5 ms para la mujer diabética y 31,9 ms para el hombre sano. (Tomado de Contreras P, Canetti R, Migliaro ER. Correlations between frequency-domain HRV indices and lagged Poincaré plot width in healthy and diabetic subjects. Physiol Meas 2007;28:85-94.)

Se ha argumentado que con estos métodos solo se informa sobre aspectos lineales de la VFC, por lo cual se han ensayado otras opciones como el uso de pares no sucesivos de intervalos para definir cada punto del gráfico, es decir, con un atraso o lag diferente a 1 (fig. 3B).

Capacidad de aceleración y desaceleración

El análisis de la promediación de señales rectificadas en fase (PRSA; phase rectified signal average) (61) se basa en la hipótesis de que los cambios espontáneos de la frecuencia cardíaca son repetitivos y generan una oscilación que se puede cuantificar. Para ello se identifican dichos cambios, se miden varios intervalos antes y después, se alinean y se promedian. Se aplica luego un algoritmo que permite evaluar la capacidad de desaceleración (DC) y la de aceleración (AC).

Otros

Otros métodos no lineales usados frecuentemente son: entropía aproximada y sample entropy, dimensión de correlación y detrended fluctuation, entre otros.

Aplicaciones del cálculo de la variabilidad de la frecuencia cardíaca

Modificaciones fisiológicas

Variaciones circadianas y respiración

Para ilustrar las variaciones circadianas de la VFC, hemos incluido en la figura 4 dos análisis espectrales de la misma persona cuyo tacograma se muestra en la figura 1. Los datos fueron tomados en diferentes horas de un mismo día. Se observan las bandas VLF, LF y HF (el tiempo de registro seleccionado no permitía calcular ULF). En el panel A, período diurno, hay un predominio marcado de la banda LF sobre las otras bandas. Recordamos que, aunque con reservas, se relaciona esta banda con la influencia simpática, lo que está de acuerdo con la actividad diurna de una persona joven. La relación LF/HF en este caso fue de 1,3. En la figura 4B se muestra el análisis de la misma persona, con un período de observación similar, pero tomado durante el reposo nocturno. Es fácil apreciar el crecimiento de la banda HF en relación con las demás. Se puede decir que hay un predominio de la actividad parasimpática que es coincidente con el sueño. La relación LF/HF pasó a 0,3.

Figura 4 Análisis espectral del tacograma mostrado en la figura 1A. Las diferencias de intensidad de color y los valores de frecuencia indican las bandas VLF, LF y HF. En A se muestra un espectro obtenido durante horas de actividad diurna, y en B, durante las horas de sueño. A pesar de que la escala de B es menor que la de A, es fácil apreciar que la banda HF en las horas de la noche es mayor que las demás. Véanse más datos en el texto. El análisis fue realizado con el software citado en la referencia bibliográfica 51. PSD, densidad espectral de potencia.

Más allá de las profundas modificaciones que el sueño y sus distintas etapas pueden inducir en la regulación del SNA, no se debe olvidar la relación de estos registros con la actividad respiratoria, tal como se vio al analizar las variaciones rápidas de la VFC. Así, se puede interpretar que la respiración rítmica, que es de suponer que se tiene durante la noche, genera el incremento de las bandas HF. Para profundizar en este punto, mostramos los espectros de potencia (PSD) obtenidos en un individuo en vigilia, pero siguiendo dos diferentes patrones respiratorios. Los registros se obtuvieron en laboratorio en un sujeto sano (hombre de 32 años de edad). Simultáneamente con el ECG se realizó un registro del ciclo respiratorio, cuyo análisis no se muestra acá. En la figura 5A se puede observar el análisis espectral de los intervalos RR durante una respiración tranquila (la PSD de la respiración tenía en ese caso una distribución similar). En la figura 5B se observan los resultados obtenidos cuando se le pidió al sujeto que respirara rítmicamente (siguiendo un metrónomo), con una frecuencia de 9 ciclos por minuto (0,15 Hz). En ese caso se observa que la variación de los intervalos RR tiene un pico centrado en un valor de 0,164 Hz (frecuencia que también se comprobó para el ciclo respiratorio). Esto sugiere que el predominio de la banda HF depende más del ritmo respiratorio que de la etapa de sueño o vigilia del sujeto.

Figura 5 Análisis espectral de los tacogramas de un sujeto sano, registrados con dos patrones respiratorios diferentes. Las diferencias de intensidad de color y los valores de frecuencia indican las bandas VLF, LF y HF. En A se muestra un espectro obtenido cuando el sujeto respiraba libremente en reposo. En B se observa el espectro obtenido con respiración rítmica (metrónomo). La mayor densidad espectral corresponde a una frecuencia muy cercana a la impuesta a la respiración. Véanse más datos en el texto. El análisis fue realizado con el software citado en la referencia bibliográfica 51. PSD, densidad espectral de potencia.

Edad

La VFC, en particular la de alta frecuencia, disminuye con la edad. Esto podría asociarse al deterioro de la regulación autonómica del corazón. Se ha señalado que, en sujetos sanos, la edad junto con la frecuencia cardíaca basal son factores determinantes de la VFC. Por ese motivo, la edad y la frecuencia cardíaca de base son datos que deben ser tenidos en cuenta en las comparaciones entre grupos.

Ejercicio

Los modelos experimentales de inactividad física asociados con un estilo de vida sedentario, o formas extremas de inactividad como el reposo prolongado en cama o los vuelos espaciales, afectan el equilibrio entre la regulación de ambas ramas del SNA a nivel cardiovascular. Sus efectos se manifiestan rápidamente en la regulación de la frecuencia cardíaca y, por lo tanto, en la VFC. Estos modelos de inactividad extrema proporcionan una referencia para guiar los requerimientos de actividad física para una salud cardiovascular óptima.

El ejercicio físico incrementa la VFC en individuos sanos, así como también en individuos portadores de ciertas patologías. El aumento de la actividad vagal puede mejorar la sobrevida, ya que disminuye el trabajo y el consumo de oxígeno miocárdico reduciendo la frecuencia cardíaca y la contractilidad. El tono vagal aumentado también reduce la frecuencia de arritmias letales, incluida la fibrilación ventricular. Entre los mecanismos postulados está la mediación de la angiotensina II (AII) y el óxido nítrico (NO). Se sabe que la AII inhibe la actividad vagal. El ejercicio físico suprimiría la expresión de AII. También se ha descubierto un descenso de la actividad de renina plasmática en sujetos sanos entrenados cuando se comparan con sus pares sedentarios. El NO también tendría un rol en el control vagal y la inhibición simpática, ya que el ejercicio mejora la función endotelial y la biodisponibilidad de NO. La interleuquina puede afectar al equilibrio autonómico perturbando el eje hipotalámico-hipofisario-suprarrenal a nivel de la glándula pituitaria y las suprarrenales. El efecto antiinflamatorio del entrenamiento físico podría ser un mecanismo por el cual el ejercicio mejora la función autonómica.

Modificaciones patológicas

Diabetes

La diabetes provoca una neuropatía que afecta fundamentalmente a la rama parasimpática. A modo de ejemplo, mostramos la figura 3A, donde se ve un gráfico de Poincaré construido a partir de un registro de 10 min de una mujer diabética tipo 1 de larga evolución de 59 años, y el de un hombre sano de 55 años. La frecuencia cardíaca era la misma para ambos, 81 latidos/min. Se observa que la VFC está reducida en la persona con diabetes.

Insuficiencia cardíaca

La insuficiencia cardíaca crónica (ICC) se considera como la fase final común de todas las enfermedades del corazón y tiene alta prevalencia mundial. La intolerancia al ejercicio es uno de los principales síntomas de ICC y, dentro de sus posibles determinantes, se señala el aumento del tono simpático y la disminución de la actividad parasimpática. Se ha señalado que la VFC es un predictor de la disminución de la sobrevida en esta patología.

El ejercicio físico programado en pacientes con ICC mejora la capacidad funcional y la calidad de vida, disminuye las internaciones y mejora los índices de la VFC. En un estudio de un programa de rehabilitación de 24 semanas, en pacientes con fracción de eyección del ventrículo izquierdo (FEVI) inferior al 40% se demostraron los impactos positivos de dicho programa de rehabilitación cardíaca sobre la DC y la AC y los otros indicadores mencionados.

Cardiopatía isquémica

Es una de las patologías en las que la VFC ha demostrado mayor utilidad diagnóstica y pronóstica. Se ha demostrado el impacto beneficioso sobre la VFC del ejercicio físico en pacientes con cardiopatía isquémica. En pacientes que han sufrido infarto de miocardio se ha postulado que la disminución del índice DC de la PRSA puede ser un marcador más potente que otros índices de VFC, como el SDNN, y que la FEVI. También se ha observado mejoría de los índices de VFC en pacientes revascularizados, ya sea en forma quirúrgica o instrumental (angioplastia); se ha postulado que dicha mejora se debe a una modulación autonómica con disminución de las influencias simpáticas y aumento del tono vagal

Sepsis e inflamación

Muchas de las situaciones patológicas que involucran cambios en la VFC tienen un origen inflamatorio. Por esa razón, la relación VFC-autónomo-inflamación cobra un interés fundamental. En la sepsis humana se ha descrito un aumento de la frecuencia cardíaca y una disminución de la VFC, la cual podría preceder al diagnóstico clínico. También en sepsis experimental se han comprobado los mismos cambios en la frecuencia cardíaca y la VFC, como mencionamos más adelante. Cuando se aísla el corazón del organismo se produce un cambio en la frecuencia cardíaca que depende del tono autonómico previo. En los ratones, por ejemplo, a diferencia de lo que ocurre en el ser humano, la estimulación simpática predomina sobre la parasimpática, por lo cual es de esperar que al aislar el corazón de la influencia autonómica disminuya la frecuencia cardíaca, es decir, aumente el intervalo RR. Lo mismo ocurre en la rata. La figura 6 muestra los tacogramas para el corazón de una rata latiendo in situ en el animal consciente o in vitro en condiciones controladas. La frecuencia cardíaca es menor en el corazón aislado (pasa de 281 a 203 latidos/min) y la VFC se reduce. Aun sin la inervación autónoma, el corazón aislado muestra variaciones en la frecuencia cardíaca (v. fig. 6B), que podrían explicarse por la VFC intrínseca determinada por el disparo del nodo sinusal (v. «Variabilidad de corto plazo») o por oscilaciones de la temperatura de la solución de perfusión.

Figura 6 Tacogramas de un mismo corazón de rata in situ (A) e in vitro (B). Se grafica la frecuencia cardíaca (usando la misma escala en ambos casos) en función del tiempo (5 min aproximadamente). Se observa la reducción de la variabilidad de la frecuencia cardíaca en el corazón latiendo de forma espontánea ex vivo sin la influencia del sistema nervioso autónomo. Al ampliar la escala (recuadro en B) se aprecia, sin embargo, que la variabilidad de la frecuencia cardíaca no ha desaparecido completamente. FC, frecuencia cardíaca; lpm, latidos por minuto.

En la sepsis experimental en ratas, encontramos también la taquicardia y la pérdida de VFC como se muestra en los tacogramas y gráficos de Poincaré para una misma rata antes y 48 h después de la inducción de sepsis (fig. 7).

Figura 7 Tacogramas (A) y gráficos de Poincaré (B) de una rata consciente antes y después de la inducción de sepsis experimental. Se observa el incremento en la frecuencia cardíaca (o la reducción del intervalo RR) después de la inducción de sepsis. La frecuencia cardíaca promedio para el registro de 60 min de duración pasó de 302 a 485 latidos/min. La variabilidad de la frecuencia cardíaca disminuyó. Por ejemplo, el SDNN era 11 ms antes y bajó a 2 ms después. FC, frecuencia cardíaca; lpm, latidos por minuto.

Al aislar los corazones de ratas sépticas y controles se pierden las diferencias de frecuencia cardíaca y VFC encontradas in situ. La VFC disminuye únicamente en los corazones de ratas control; es un descenso esperado, por el hecho de aislar al corazón de la influencia del SNA. Sin embargo, en los corazones aislados de ratas sépticas la VFC mantiene los mismos valores; tan bajos como ya estaban in situ e iguales a los de los corazones aislados de ratas control. El hecho de que la VFC no cambie en los corazones sépticos en ambas situaciones sugiere la ausencia de modulación autonómica de la frecuencia cardíaca in situ. Especulamos que esto puede deberse a un desequilibrio autonómico con amplia dominancia simpática sobre la influencia parasimpática, lo que determinaría la elevada frecuencia cardíaca pero sin la posibilidad de ser modulada. La dominancia simpática estaría determinada no solo por hiperactivación simpática, sino también por disfunción vagal. La hiperactivación simpática la demostramos indirectamente en otro estudio, al encontrar un aumento de la concentración plasmática del neurotransmisor simpático noradrenalina en ratas sépticas. El déficit colinérgico en la aurícula derecha fue sugerido indirectamente en esas mismas ratas por la menor concentración de colina. El desequilibrio autonómico implicaría peor pronóstico, porque los efectos deletéreos de la sobreexcitación del sistema nervioso simpático sobre el organismo no serían contrarrestados por la acción parasimpática y porque el déficit colinérgico afectaría a la regulación de la respuesta inflamatoria. Tracey et al. describieron el reflejo inflamatorio: las citoquinas y los patógenos estimularían aferencias del nervio vago con la consecuente activación parasimpática eferente (vagal). La acción de la acetilcolina sobre las células inflamatorias, como macrófagos, disminuiría la secreción de más citoquinas, lo cual regularía la respuesta a los patógenos. Se ha experimentado con posibles medidas terapéuticas que tienen en cuenta esta hipótesis. El aumento de la acetilcolina mediante la inyección de un inhibidor de la acetilcolinesterasa después de la inducción de sepsis en ratas evitó la reducción de la VFC y atenuó el incremento en los niveles séricos de catecolaminas y citoquinas, aunque la tasa de supervivencia no mejoró. El tratamiento previo con nicotina (agonista de los receptores de acetilcolina presentes en las células inflamatorias y musculares, pero no en el corazón) tuvo beneficios en ratas a las que posteriormente se les inyectó lipopolisacárido (endotoxina bacteriana). Incluso se ha evaluado el uso de bloqueantes de receptores adrenérgicos β1 en pacientes sépticos cuando lo convencional es que reciban fármacos simpaticomiméticos. Otra posibilidad es que la reducción de la VFC en sepsis se explique por la refractariedad del corazón a los neurotransmisores autonómicos. Sin embargo, los corazones aislados de ratas sépticas desafiados con noradrenalina y acetilcolina presentaron una respuesta cronotrópica igual, o incluso mayor en el caso de la acetilcolina, a la de corazones aislados de ratas controles. Otra vez existe la posibilidad de que la refractariedad aparezca solo cuando el corazón está bajo la influencia de las condiciones presentes en el organismo séptico (citoquinas inflamatorias, endotoxinas bacterianas, etc.). El mismo razonamiento podría aplicarse a la posibilidad de que sean las propias células marcapasos las que están alteradas en sepsis. El hecho de que, aislados del organismo, la frecuencia de descarga y el ritmo sean iguales en corazones que provienen de ratas sépticas o controles, aunque no descarta la posibilidad de alteraciones del marcapasos, advierte sobre la necesidad de las condiciones del organismo séptico (p. ej., los niveles de catecolaminas y/o de otros mediadores de la inflamación elevados) para que se produzcan dichas alteraciones.

C O N C L U S I O N E S

Si bien las modificaciones del ritmo cardíaco han interesado a los investigadores desde hace siglos, en los últimos tiempos se ha puesto especial atención al significado de la VFC como expresión de mecanismos reguladores que actúan sobre el corazón, especialmente la influencia ejercida por el SNA. Como se ha visto a lo largo de este capítulo, diversas situaciones afectan al control autonómico y, por lo tanto, a la VFC: la edad, la inactividad física y patologías como la diabetes, la insuficiencia renal, diversas cardiopatías y la sepsis. Un factor común a todas ellas es su modificación de la actividad del SNA, ya sea mejorando su funcionamiento (como sucede con el ejercicio reglado y mantenido) o afectando la actividad del SNA, en el caso de las patologías, por alteración de los reflejos autonómicos, a lo que se pueden sumar o no cambios en los niveles de AII, NO, interleuquinas y otros mediadores de la inflamación. La literatura sobre este tema no ha dejado de crecer desde la década de los sesenta (51). Esto hace pensar que la comunidad científica confía en que la profundización del análisis de la VFC, en condiciones normales y patológicas, permitirá ensanchar los horizontes del conocimiento y afianzar el uso de esta herramienta en el terreno médico en un futuro cercano.

ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE:

Responda el siguiente cuestionario y remita sus respuestas por correo en la fecha límite de conclusión de esta subunidad

1.- ¿En qué consiste el origen de la variabilidad de la frecuencia cardíaca?

2.- ¿En qué consiste la variabilidad de corto plazo?

3.- ¿Qué es la cardiopatía isquémica?

4.- ¿En qué consiste la sepsis e inflamación?

5.- ¿Cómo afecta la diabetes la función cardíaca?

6.- ¿Cómo incide la edad en la VFC?

7.- ¿En qué consiste el Gráfico de Poincaré?

8.- ¿Cómo se relaciona la VFC disminuida y la morbimortalidad debida a enfermedades?

9.- ¿En qué consiste la capacidad de aceleración y desaceleración?

10.- Explique que es la frecuencia cardiaca como se mide y cuales son los rangos en condiciones habituales en un corazón sano