Investigadores israelíes desarrollaron la hipótesis de una posible nueva heterogeneidad cardiaca como conductor arritmogénico* y publicaron sus conclusiones en la edición del 10 de mayo de 2023 del Scientific Reports, de que se hará eco la NOTICIA DEL DÍA de hoy
Para introducir el tema señalan que la fibrilación auricular (FA) es la arritmia más común en todo el mundo.
Su incidencia aumenta en los ancianos (riesgo estimado a lo largo de la vida, 22-26%) y es fuente de morbilidad e incluso mortalidad.
Los tratamientos incluyen medicamentos, descargas eléctricas y diferentes tipos de ablaciones.
Aún así, a pesar del gran esfuerzo que se ha realizado investigando la patogenia, los factores predisponentes y la genética de la FA, al menos 1/3 de los pacientes son resistentes al tratamiento .
Esta falla parcial plantea dos problemas principales:
Los mecanismos de la FA siguen siendo controvertidos. Se atribuyen a:
Todavía existe un debate sobre estos controladores que provocan FA.
Los dos principales son una espiral (rotor), o una espiral doble, y una fuente de pulso focal, denominada ruptura focal.
Una espiral es una reentrada funcional que se supone que se origina cuando un frente de onda AP (potencial de ación, por sus siglas en inglés) interactúa con algún tipo de barrera, como un bloque unidireccional.
Puede provocar taquicardia cardíaca o, al encontrarse con otros obstáculos, como cicatrices o vasos sanguíneos, también puede dividirse en varias subespirales y causar fibrilación.
Una espiral doble se denota en cardiología como una «figura de ocho».
Un conductor focal puede surgir por un avance desde dentro del tejido cardíaco.
Su acción se caracteriza por la propagación de ondas objetivo (llamadas también ondas focales) que emergen de una única fuente similar a un punto y pueden inducir FA mientras dura su función de onda expansiva.
La respuesta del tejido cardíaco a la propagación de un potencial de acción (AP por sus siglas en inglés) no es homogénea.
Existen diferencias entre ventrículos y aurículas y también dentro de cada uno de sus segmentos.
Heterogeneidades más preocupantes, que pueden conducir a disfunciones cardíacas, fueron el objeto de este trabajo.
Las heterogeneidades incluidas en este estudio son las diferencias locales en la conducción y en el período refractario de células específicas o de grupos celulares, con respecto a su entorno general.
Estos pueden ser causados por la obesidad, por lesiones iniciadas por infarto o por fibrosis tisular. Se analizó cada tipo de heterogeneidad para evaluar su relación con la fibrilación auricular.
Considerando las condiciones para la aparición de FA, se acepta que los «sustratos», como las heterogeneidades, son las mayores condiciones necesarias para tal aparición.
Sin embargo, estas condiciones no siempre son suficientes bajo estimulación regular del nodo sinusal.
Los estudios experimentales y teóricos han encontrado que prevalecen tres circunstancias diferentes.
Algunos tipos de heterogeneidad son suficientes por sí mismos, incluso bajo estimulación del nódulo sinusal, para causar FA.
Para otros tipos de heterogeneidad debe existir un elemento adicional, un disparador, que puede ser suministrado por un pulso AP ectópico, para lograr un brote de FA; y para otros tipos de heterogeneidad, estas condiciones, incluso con el desencadenante presente, son insuficientes para inducir la FA.
Un pulso eléctrico ectópico puede originarse después de la despolarización, ya sea temprana (EAD) o tardía (DAD), o de otro origen, emanando de una fuente ectópica.
Una fuente de este tipo situada en las venas fue detectada en 1998 por el trabajo seminal de Haissaguerre et al como impulsor de la FA y desde entonces se ha utilizado como motivación para el aislamiento de las venas pulmonares (PVI) en los procedimientos de ablación.
En particular, la arritmogénesis de la fibrosis cardíaca es controvertida.
En un trabajo anterior de los autores, mostraron que la mera existencia de fibrosis distribuida (difusa) o incluso localizada en el tejido cuando la función del corazón se lleva a cabo por el ritmo sinusal regular, no conduce a un resultado arrítmico.
Tras los resultados experimentales, algunos autores afirman que la fibrosis auricular es el principal origen de la FA, mientras que otros sostienen que solo admite otras fuentes, y es bien sabido que las personas con fibrosis auricular pueden no padecer FA en absoluto.
La fibrosis se puede categorizar de varias maneras
Una forma es diferenciar entre reemplazo y fibrosis intersticial, es decir, entre el tejido fibroso que reemplaza a los miocitos dañados y el que aparece entre los miocitos.
Para reemplazar la fibrosis, se puede diferenciar entre parches fibróticos y fibrosis difusa o distribuida, donde en la fibrosis intersticial las células fibróticas se distribuyen aleatoriamente entre miocitos sanos.
Se considera aquí sólo fibrosis difusa. Otros tipos son materia de estudio futuro.
Algunos modelos matemáticos experimentales han intentado identificar las condiciones exactas necesarias para iniciar las fibrilaciones auriculares.
Sin embargo, los procesos físicos básicos , es decir, los procesos de la red celular y los encuentros exactos entre el desencadenante y la sustancia, aún no se comprenden por completo.
Los autores creen que una mejor comprensión de tales procesos podría ayudar a avanzar en nuevos tratamientos de problemas de arritmia cardíaca como taquicardia, aleteo y fibrilación.
Su objetivo fue utilizar los mecanismos básicos de la FA para buscar nuevos impulsores que conduzcan al trastorno.
Usando el paradigma de Albert Einstein (el modelo matemático más simple que aún puede cumplir con la tarea), se usó un método de autómata celular.
Este sistema tiene varias ventajas sobre los modelos habituales que se basan en ecuaciones diferenciales.
Tiene plenamente en cuenta el carácter celular del medio, puede sopesar con precisión la influencia celular vecina en un sitio e ilustrar los patrones celulares de los fenómenos.
Un interesante modelo matemático celular más elaborado que simula la alternancia cardiaca incorpora dos modelos matemáticos establecidos diferentes.
Ambos modelos se centran en los cambios iónicos durante los desarrollos del potencial de acción (AP, por sus siglas en inglés) donde un modelo trata cambios rápidos de iones de calcio mientras que el otro es de naturaleza estadística.
Dado que ningún modelo puede ser un simulador completo de la función cardíaca real, y dado que solo se estaba interesado en el comportamiento eléctrico básico de la red y no en explorar los intrincados procesos iónicos ni en encontrar las formas AP exactas, se eligió, en esta etapa , para utilizar el modelo de autómatas celulares estadístico más simple que proporciona una buena representación de este comportamiento.
Se analizaron los efectos de tres heterogeneidades de conducción bajo una onda del nodo sinusal, con y sin un pulso AP ectópico adicional:
La fibrilación auricular (FA) es la arritmia cardíaca más común y afecta a 3 millones de personas en los EE. UU. y 8 millones en la UE (según la Sociedad Europea de Cardiología).
Entonces, ¿por qué incluso con la mejor atención médica, alrededor de un tercio de los pacientes son resistentes al tratamiento?
Una extensa investigación de su etiología mostró que la FA y sus mecanismos aún son discutibles. Algunos de los orígenes de la FA se atribuyen a heterogeneidades funcionales e iónicas del tejido cardíaco y posiblemente a agentes desencadenantes adicionales.
Pero, ¿se han detectado todos los orígenes de FA?
¿Son todos los orígenes aceptados, de hecho, arritmogénicos?
Para estudiar estas cuestiones y específicamente para comprobar esta nueva idea de la intermitencia como agente de la arritmogénesis, se optó por emplear un modelo matemático que fuera lo más simple posible, pero que aún pudiera usarse para observar la red básica de procesos de desarrollo de la FA.
En este punto, no hubo interés en las propagaciones iónicas detalladas ni en las formas reales de los potenciales de acción inducidos (AP) durante los brotes de FA.
El modelo se comprobó por su capacidad para recuperar exactamente las etapas básicas de desarrollo de la FA conocidas a partir de observaciones cardíacas experimentales y de modelos matemáticos más elaborados.
Se utilizó un modelo matemático 2D de autómatas celulares simples de matrices N × N para dilucidar los procesos de campo que conducen a la FA en un tejido plagado de heterogeneidades distribuidas aleatoriamente de diferentes tipos, bajo la operación del nodo sinusal, simulado por una línea inicial de células estimuladas brevemente que inducen una onda de propagación, y con o sin contribuciones arritmogénicas de un pulso de potencial de acción ectópico activo adicional, a su vez simulado por una operación transitoria de una célula específica.
Se examinaron tres tipos diferentes de heterogeneidades locales en los miocitos y sus colaboraciones en la inducción de FA.
Estos fueron: una heterogeneidad creada por fibrosis difusa, una heterogeneidad creada por miocitos que tienen diferentes períodos refractarios y un nuevo tipo de heterogeneidad, creada por la operación intermitente de algunos miocitos.
Se mostraron las etapas de desarrollo (ondas y espirales objetivo) y las diferentes probabilidades de que ocurra FA en cada condición.
Este modelo se estableció como capaz de reproducir los orígenes conocidos de la FA y sus etapas básicas de desarrollo, y además ha demostrado:
(1) que la fibrosis difusa por sí sola no es arritmogénica, pero en combinación con otros agentes arritmogénicos puede mejorar o limitar AF.
(2) En general, las combinaciones de heterogeneidades pueden actuar sinérgicamente y, lo que es más importante,
(3) El nuevo tipo de heterogeneidad de intermitencia resulta ser extremadamente arritmogénico. Se estableció tanto el riesgo de intermitencia como el papel de la fibrosis en la generación de FA. El conocimiento del carácter de estos agentes de arritmogénesis puede ser de gran importancia en el tratamiento de la FA.
En resumen, los resultados obtenidos para las diferentes heterogeneidades (sustratos) indicaronn las siguientes características:
Fibrosis
La fibrosis distribuida en este modelo es la heterogeneidad «última» de la conductividad eléctrica, ya que las células fibróticas son completamente aislantes mientras que las otras células son conductoras (al menos hasta cierto punto).
Resultó que tal fibrosis distribuida, tanto cuando se extiende por todo el tejido o cuando está restringida a una porción restringida del mismo, como cuando no hay otras heterogeneidades presentes, no condujo a FA en el presente modelo, incluso cuando ambos estaban presentes las condiciones contribuyentes, la heterogeneidad y el desencadenante ectópico.
Este resultado significa que, al menos para el presente modelo, la fibrosis distribuida per se no es una verdadera condición generadora de FA y posiblemente solo puede ayudar (o dificultar) otros agentes proarrítmicos (ver más abajo). Otros estudios han demostrado que el impedimento de la propagación de las ondas puede
a) promover la ruptura de las ondas y
b) disminuir la velocidad de conducción lo suficiente como para sostener los circuitos de reentrada durante mucho tiempo o indefinidamente.
Ambos factores son, por supuesto, proarrítmicos. En este modelo no se obtuvieron dichos quiebres de onda.
Dado que el modelo en cuestión es bastante simple y analiza tamaños de tejido bastante pequeños, y dado que en modelos más sofisticados con fibrosis en tamaños de tejido de 500 × 500 o incluso 1000 × 1000 células se demostró que la fibrosis es arritmogénica, las inferencias podrían estar en desacuerdo con aquellas resultados.
Periodo refractario
Los resultados observados, que están de acuerdo con los experimentales conocidos, muestran específicamente que la heterogeneidad del período refractario «sin ayuda», lo que implica células de corta duración del potencial de acción (APD), no conduce a la FA solo en ritmo sinusal.
Se necesita un desencadenante ectópico adicional en el momento adecuado para que se produzca dicho mal funcionamiento. Los resultados también indican que:
Se considera el peligro arrítmico de tales células C1, C2 y CTC con valores de r muy grandes o muy pequeños .
Los resultados muestran que las células que tienen estos valores extremos de r son capaces de producir FA en porcentajes significativos de ensayos, incluso bajo la función del nodo sinusal solo .
En concreto: los tipos C1 y C2 muestran un comportamiento similar aumentando incluso hasta ~ 95% de probabilidad de arritmia entre ~ 20% y ~ 35% de su presencia tisular, mientras que el caso de CTC no muestra ningún desarrollo de este tipo.
Este inesperado resultado nulo posiblemente se deba al hecho de que, al disminuir tanto sus entradas como sus salidas al 5%, estas células se vuelven casi completamente no conductoras y, como tales, casi pertenecen al grupo fibrótico. para r = 95% por otro lado, no se observa tal diferencia.
Más bien, resulta que la presencia, por encima de un cierto porcentaje (~ 15 %) del número total de células, de células de tipo C con una intermitencia tan leve puede conducir a una probabilidad grave (hasta el 100 %) de FA.
Pero debe tenerse en cuenta que las bajas concentraciones de células C1 y C2 de r = 5 % son mucho más arrítmicas que las células de este tipo con r = 95 %.
Estas estadísticas se calcularon bajo una onda del nodo sinusal y un pulso ectópico adicional. Se obtuvieron estadísticas similares (no mostradas) para ejecuciones bajo una onda sinusal sola , sin activación adicional.
El problema ECIH resulta ser muy dependiente del tamaño.
Se muestra que para matrices, cada una de las cuales contiene el mismo porcentaje de celdas intermitentes, AF aumenta con el tamaño de las matrices.
Por lo tanto, a diferencia de la heterogeneidad del período refractario, la gravedad de la «efectividad» de ECIH depende del tamaño del área del corazón infligida por esta disfunción. Cuanto mayor sea esta área, mayor será la probabilidad de FA.
ECIH en este modelo resultó ser el sistema más proarrítmico .
Incluso una pequeña cantidad de estas células ECIH y con valores de r cercanos a 0 y ligeramente por debajo del 100 % pueden causar FA
En combinación con otros agentes arritmogénicos, la fibrosis puede realizar tareas duales . Junto con el período refractario y las heterogeneidades de ECIH, constituye un agente auxiliar muy eficaz de la FA para concentraciones bajas de células arritmogénicas de cualquier tipo, al tiempo que reduce la iniciación arritmogénica para concentraciones más altas.
Este último comportamiento puede posiblemente explicarse si se toma en cuenta de que la fibrosis, por su naturaleza, puede dificultar la propagación de conjuntos arrítmicos (p. ej., espirales). Por supuesto, una fibrosis muy grave puede conducir a un bloqueo AP temporal o incluso completo.
Específicamente:
Como se señaló anteriormente, esta combinación de heterogeneidades es la más arritmogénica.
Parece que las celdas periódicas refractarias cortas pueden aportar obstáculos, lo que aumenta la probabilidad de un bloqueo temporal unidireccional en la propagación del AP.
Todas las conclusiones que se presentan a continuación están relacionadas con el presente modelo, pero pueden representar el comportamiento real del tejido cardíaco.
Analizando los resultados, pueden deducirse las siguientes observaciones:
Fibrosis
Los tejidos fibróticos muestran algunos comportamientos perturbadores, como un retraso del PA (potencial de acción), un aumento de los tiempos de viaje a través de ellos (tortuosidad), rendimientos temporales desiguales y, cuando la fibrosis es demasiado severa, un bloqueo completo del paso del PA.
Tener en cuenta que, en la extrema vulnerabilidad arrítmica del tejido a la «heterogeneidad de conducción eléctrica» (tipo C), si existiera un medio por el cual las células «ligeramente dañadas», es decir, las células que tienen una conducción eléctrica disminuida, podrían convertirse en. células fibróticas, es decir, aislantes completos, mejoraría la resistencia antiarrítmica de los tejidos.
Se investigó la heterogeneidad del período refractario en modelos caninos.
Se atribuye a la remodelación de tejidos y se analizaron las aplicaciones de tratamiento farmacológico relevantes.
Los resultados concuerdan con los de otros autores en que ambos modelos, el animal y el matemático, muestran que en las condiciones adecuadas, esta heterogeneidad puede ser altamente arritmogénica.
ECIH
Se llamó a este estado celular y heterogeneidad «conducción eléctrica», pero la simulación es algo diferente de los enfoques tradicionales de conducción eléctrica.
Los dos casos extremos tratados aquí se correlacionan con dos de los problemas: los valores pequeños de r podrían corresponder a la capacidad «restante» de las células casi muertas, mientras que los valores de r cercanos al 100% podrían corresponder a una toxina célula persistente levemente dañada.
Puede considersrse esta simulación modelo de «conductividad celular reducida».
Se puede argumentar que este tipo de simulación no representa realmente tal reducción, ya que la investigación existente atribuye la reducción de la conductividad del tejido a la existencia de células que se vuelven aislantes completos mediante cicatrización, fibrosis o ablación.
La reducida conductividad del tejido en este caso se manifiesta por el recorrido en zigzag , o tortuosidad, del PA a través del medio celular.
Este tipo de reducción de la conductividad puede detectarse mediante un período PR prolongado en el EKG.
Los autores sugirieron un posible modo adicional de reducción de la función eléctrica de las células individuales, provocando así una reducción parcial o intermitente conducción celular.
Ahora se presentan algunos procesos plausibles que pueden conducir a tal intermitencia.
C1: Suponer que el umbral de celda para un pulso AP ha aumentado, de modo que las alturas de pulso que llegan a la celda se vuelven aproximadamente de la altura de este umbral. Dado que, como se mencionó anteriormente, los valores biológicos (aquí, las alturas de los pulsos que llegan) nunca son absolutamente equivalentes entre sí, algunos pulsos activarán el AP de esta celda y otros no lo harán.
C2: suponer que las alturas de los pulsos AP emitidos por la célula han disminuido, de modo que tienen la altura aproximada del umbral medio de células sanas. Luego, algunos de los pulsos emitidos por esta celda activarán AP en las celdas receptoras, mientras que otros no lo harán.
CTC: Cuando la escasez de C1 y C2 ocurre simultáneamente.
Teniendo en cuenta la naturaleza discreta del corazón (construido de células discretas), la no linealidad del proceso de conducción eléctrica allí y la posibilidad de un mal funcionamiento en el proceso de apoptosis/necrosis, o de la influencia mixta de las drogas, parece que la suposición de intermitencia podría ser una representación de un problema real además de la reducción actual de la conductividad de encendido y apagado.
La conducción intermitente descrita aquí es, en cierto sentido, un proceso opuesto a la posdespolarización (generalmente derivada del síndrome de QT largo, LQTS).
En el ECIH (heterogeneidad intermitente de conducción eléctrica)
existe la probabilidad de dejar caer un pulso AP regular, mientras que en el de posdespolarización existe la probabilidad de agregar un pulso a uno AP regular.
Un tipo algo diferente de «intermitencia» en la respuesta eléctrica del corazón es la alternancia cardíaca. Se manifiesta como cambios, ya sea en la duración del potencial de acción o en la amplitud transitoria del calcio citosólico.
En EKG, la alternancia se puede detectar como alternancia de onda T, que marca la posibilidad de arritmias cardíacas.
Sin embargo, las alteraciones grandes y pequeñas de la alternancia son periódicas , mientras que se supone que la intermitencia de conducción de ECIH es estocástica .
La intermitencia puede ser una ocurrencia temporal, con un tiempo de aparición y un tiempo de desaparición. Aquí se trata el sistema sólo durante el tiempo en el que está activo de forma intermitente.
Una de las complicaciones más deletéreas del tejido cardíaco es el bloqueo unidireccional temporal.
Este problema puede conducir al desarrollo de una espiral de potencial de acción que puede inducir taquicardia y, al encontrar obstáculos, esta espiral (rotor) puede dividirse en pequeñas espirales que provocan la fibrilación.
Ahora, una célula de tipo C en su etapa no conductora cumple exactamente esta función, es decir, un bloqueo que dura solo hasta que la misma vuelve a conducir.
Por lo tanto, no es de extrañar que tales células intermitentes, si existen, puedan ser perjudiciales para el tejido.
Por lo tanto, se postula que este tipo de mal funcionamiento no debe ser descuidado.
Se hace un llamado para un esfuerzo experimental para detectar células de este tipo de intermitencias.
Si se detectan dichas células, un posible remedio podría ser «Diseñar más cicatrices conductoras».
Si este enfoque falla, convertir estas células en completamente aislantes podría ayudar.
Estos resultados muestran que, en algunos casos, las células ECIH arritmogénicas son en sí mismas los centros de la FA, pero en otros casos pueden inducir centros arrítmicos en ubicaciones diferentes a las propias al impulsar pulsos retrógrados.
En los casos en que las células intermitentes son los centros de la FA, la detección clínica de estas células tipo C ya se realiza de forma no intencionada, aunque no en la identidad «intermitente».
Clínicamente, estas células residen en los centros (las fases singulares) de las estructuras que causan la alteración arritmogénica, ya sea en el centro de un rotor o en el de una fuente ectópica.
Estos centros son de todos modos los que se buscan en el procedimiento de ablación (por ejemplo, el procedimiento de ablación OPTIMA ).
Por lo tanto, para fines de ablación clínica en estos casos, no importa cuál sea la naturaleza del mal funcionamiento que conduce a la FA.
Sin embargo, si estas células no son en sí mismas dichos centros, la mera ablación de los centros puede no ser suficiente, ya que las células intermitentes desatendidas colocadas de manera diferente podrían provocar FA en otros sitios.
Por lo tanto, en tales casos, para tratar el problema y posiblemente encontrar nuevos remedios para él, la comprensión de ECIH parece esencial.
En tales casos, la identificación de estas células de tipo C se convierte en una medida importante para frenar la FA, aunque tal detección de una célula intermitente podría resultar una tarea difícil.
Porque, como es bien sabido, la detección de intermitencias es difícil incluso en ingeniería eléctrica, como puede deducirse de los muchos enfoques aplicados para contrarrestar este problema en este ámbito.
Una característica interesante de la FA inducida por tipo C es su dependencia del tamaño.
Las áreas «problemáticas» pequeñas son mucho menos proarrítmicas que las más grandes.
En un artículo reciente que revisaba el problema de la FA, se afirmaba que «Los estudios sobre los aspectos histológicos y electrofisiológicos de la enfermedad han llevado a su mejor comprensión, mejorando las posibilidades terapéuticas y, de manera efectiva, la calidad de vida de los pacientes». las preguntas sobre la formación y perpetuación de la enfermedad siguen sin respuesta».
En este trabajo se ha tratado de responder en parte a estas preguntas.
Una limitación del presente estudio es que no se ha considerado en el modelo el acoplamiento electrotónico que existe dentro del tejido auricular.
Se demostró que este acoplamiento da como resultado una reducción de la variabilidad y, por lo tanto, del impacto de la heterogeneidad.
Sin embargo, dado que “algunas enfermedades provocan un desacoplamiento entre células, por lo que es de esperar un aumento de la variabilidad celular en tejidos no sanos” .
Esto significa que este modelo estudia los efectos resultantes después de considerar la reducción del acoplamiento electrotónico.
En este estudio se utiliza un modelo cardíaco para investigar el comportamiento de una espiral ya existente en un modelo de tejido heterogéneo, y se demuestra que, «dependiendo del tamaño y la fuerza de la heterogeneidad, la onda espiral es permanente, intermitente o no atrapado en absoluto».
Como conclusión, la FA, cuando se forma en este modelo, se desarrolla a partir de una heterogeneidad en el tejido mediante la formación de generadores ectópicos (menos frecuentes), en espiral (rotor) o de doble espiral.
La principal conclusión que puede extraerse de este trabajo en relación con las heterogeneidades de los agentes proarrítmicos (AP) es que los AP más «eficientes» son las células intermitentes de conducción eléctrica . Pueden provocar FA incluso en ritmo sinusal solo (sin necesidad de un pulso adicional).
Otras inferencias son: que la heterogeneidad del período refractario es una AP eficaz, pero para inducir la FA se necesita tanto una AP sinusal como un pulso adicional de AP exactamente retrasado que la fibrosis difusa por sí sola no es arritmogénica (tener en cuenta, sin embargo, la reserva mencionada anteriormente a esta conclusión) pero puede actuar ayudando a otras AP a promover la FA, mientras que en situaciones altamente arritmogénicas puede reducir la FA; y que el efecto combinado de diferentes AP puede ser altamente sinérgico en su poder arritmogénico.
* Rabinovitch A, Rabinovitch R, Biton Y, Braunstein D, Thieberger R. A possible new cardiac heterogeneity as an arrhythmogenic driver. Sci Rep. 2023 May 10;13(1):7571. doi: 10.1038/s41598-023-33438-y. PMID: 37165085; PMCID: PMC10172337.