Capítulo 273e: Principios de electrofisiología

La primera incursión en el campo de la electrofisiología cardiaca correspondió al desarrollo del electrocardiograma (ECG, electrocardiogram) por Einthoven a finales del siglo XX. El registro subsecuente de las corrientes de la membrana celular demostró que el ECG de la superficie corporal es la suma cronometrada de los potenciales de acción celular en las aurículas y en los ventrículos. A finales del decenio de 1960, el desarrollo del registro intracavitario y en particular electrogramas del haz de His con la estimulación programada del corazón, marcó el principio de la electrofisiología clínica contemporánea. La adopción de las técnicas de radiofrecuencia para producir ablación del tejido cardiaco a principios del decenio de 1990 fue el preludio del surgimiento de la electrofisiología cardiaca intervencionista.

El problema clínico de la muerte súbita causada por arritmias ventriculares, por lo general en el contexto de una obstrucción coronaria, se reconoció desde finales del siglo XIX. El problema era complejo y dio lugar al desarrollo de tratamientos farmacológicos y no farmacológicos, como los desfibriladores transtorácicos, el masaje cardiaco y en tiempos más recientes, desfibriladores implantables. Con el tiempo, las limitaciones de la farmacoterapia antiarrítmica una y otra vez se han resaltado en los estudios clínicos, de manera que la ablación y los dispositivos constituyen el tratamiento de primera opción en diversas arritmias cardiacas.

En las últimas dos décadas se ha dilucidado el fundamento genético de diversas arritmias hereditarias, al revelar importantes conceptos sobre los mecanismos no sólo de estas arritmias raras, sino también de trastornos del ritmo que son similares y que se observan en formas de cardiopatías más comunes.

El impulso cardiaco normal es generado por las células de marcapasos en el nódulo sinoauricular situado en la unión de la aurícula derecha y la vena cava superior (fig. 268-1). Este impulso se transmite con lentitud a través del tejido nodal hacia las aurículas anatómicamente complejas, donde se conduce con más rapidez al nódulo auriculoventricular (AVN, atrioventricular node) que inscribe la onda P del ECG (fig. 268-2). Hay un retardo perceptible en la conducción a través del AVN anatómico y funcionalmente heterogéneo. El tiempo necesario para la activación de las aurículas y el AVN se retarda y se representa como el intervalo PR del ECG. El AVN es la única conexión eléctrica entre las aurículas y los ventrículos en el corazón sano. El impulso eléctrico surge del AVN y se transmite al sistema de His-Purkinje, de manera específica el haz de His común, luego a las ramas izquierda y derecha y de ahí a la red de Purkinje, lo que facilita la activación del músculo ventricular. En circunstancias normales, los ventrículos se activan con rapidez de una forma bien definida que está determinada por el trayecto de la red de Purkinje e inscribe el complejo QRS (fig. 268-2). La recuperación de la excitabilidad eléctrica ocurre con más lentitud y está regida por el tiempo de activación y la duración de los potenciales de acción regionales. La brevedad relativa de los potenciales de acción epicárdicos en el ventrículo causa una repolarización que se presenta al principio en la superficie epicárdica y que luego prosigue al endocardio, lo que inscribe una onda T normalmente de la misma polaridad que el complejo QRS. La duración de la activación y la recuperación están determinadas por la duración del potencial de acción representado en el electrocardiograma obtenido en la superficie del cuerpo por el intervalo QT (fig. 268-2).

Los miocitos cardiacos muestran un potencial de acción característicamente prolongado (200 a 400 ms) en comparación con las neuronas o las células del músculo esquelético (1 a 5 ms). El perfil del potencial de acción es esculpido por la actividad coordinada de múltiples corrientes de iones dependientes de tiempo y voltaje distintivas (fig. 273e-1 A). Las corrientes, se conducen por las proteínas transmembrana complejas que de manera pasiva conducen iones a lo largo de sus gradientes electroquímicos a través de poros selectivos (conductos iónicos), transportan de manera activa iones contra su gradiente electroquímico (bomba, transportadora) o intercambian por acción electrógena especies iónicas (intercambiadores).

Los potenciales de acción en el corazón son distintivos en cada región. La variabilidad regional en los potenciales de acción cardiacos es resultado de diferencias en el número y los tipos de proteínas de los conductos de iones expresados por diferentes tipos de células en el corazón. Asimismo, series singulares de corrientes iónicas son activas en las células marcapasos y miocitos; las contribuciones relativas de estas corrientes varían en el mismo tipo de célula en diferentes regiones del corazón (fig. 273e-1 A).

Los conductos iónicos son glucoproteínas transmembrana de múltiples subunidades, complejas, que se abren y cierran en respuesta a diversos estímulos biológicos, como un cambio en el voltaje de membrana, la unión a ligando (directamente a las proteínas del conducto o a un receptor acoplado a proteína G) y la deformación mecánica (fig. 273e-2). Otras proteínas transmembrana con motivos iónicos como los intercambiadores y los transportadores, contribuyen en grado importante a la excitabilidad celular en el corazón. Las bombas de iones establecen y mantienen los gradientes iónicos a través de la membrana celular que sirven de fuerza impulsora para el flujo de la corriente a través de los conductos iónicos. Los transportadores o intercambiadores que no desplazan iones de una manera eléctricamente neutral (p. ej., el intercambiador de sodio y calcio transporta tres iones Na⁺ por un ion Ca²⁺) se denominan electrógenos y contribuyen directamente al perfil del potencial de acción.

La superfamilia más abundante de conductos de iones que se expresa en el corazón depende del voltaje. Diversos temas estructurales son comunes a todos los conductos iónicos dependientes de voltaje. En primer lugar, la estructura es modular y consiste en cuatro subunidades homólogas (p. ej., conductos de K) o de cuatro dominios internamente homólogos (p. ej., conductos del Na y de Ca). En segundo lugar, las proteínas se pliegan alrededor de un poro central revestido por aminoácidos que muestran una conservación delicada en una determinada familia de conductos de selectividad similar (p. ej., todos los conductos del Na tienen segmentos P muy similares). En tercer lugar, la estrategia general para coordinar la activación (abertura y cierre en respuestas a cambios en el voltaje de membrana) está conservada en alto grado: el cuarto segmento transmembrana (S4), salpicado de residuos de carga positiva, yace dentro del campo de membrana y se mueve en respuesta a la despolarización, abriendo el conducto. En cuarto lugar, la mayor parte de los complejos de conductos iónicos incluye no sólo las proteínas formadoras de poro (subunidades α) sino también subunidades auxiliares (p. ej., subunidades β) que modifican la función de conducto (fig. 273e-2).

Los conductos de Na y de Ca son los principales portadores de corriente despolarizante tanto en la aurícula como en los ventrículos; la inactivación de estas corrientes y la activación de las corrientes repolarizantes de K hiperpolarizan la célula cardiaca, lo que restablece el potencial de membrana en reposo negativo (fig. 273e-1 B). La fase de meseta es un periodo en el que fluye escasa corriente y cambios relativamente menores en las corrientes de despolarización o repolarización pueden tener notables efectos en la forma y la duración del potencial de acción. Las mutaciones en las subunidades de estas proteínas del conducto producen alteraciones arritmógenas en los potenciales de acción que ocasionan un síndrome de QT prolongado y corto, síndrome de Brugada, fibrilación ventricular idiopática, fibrilación auricular familiar y algunas formas de enfermedad del sistema de conducción.

Las arritmias cardiacas se deben a anomalías en la generación de impulsos, la conducción, o ambas a la vez. Las bradiarritmias de manera característica derivan de trastornos de la generación del impulso en el nódulo sinoauricular o por alteraciones de la propagación del mismo en cualquier nivel, entre las que se encuentran el bloqueo de salida en el nódulo sinoauricular, el bloqueo de conducción en el nódulo AV y la alteración de la conducción en el sistema His-Purkinje. Las taquiarritmias pueden clasificarse con base en su mecanismo, lo que incluye aumento de la automaticidad (despolarización espontánea de los marcapasos auricular, de la unión o ventricular), arritmias desencadenadas (que se inician a partir de posdespolarizaciones que ocurren durante o inmediatamente después de la repolarización cardiaca, durante las fases 3 o 4 del potencial de acción) o reentrada (propagación cíclica de un frente de onda de despolarización). Una variedad de maniobras para mapeo y marcapaso que se lleva a cabo de manera característica durante las pruebas electrofisiológicas con penetración corporal permite determinar en muchas ocasiones el mecanismo que subyace a la taquiarritmia (cuadro 273e-1).

Alteraciones en el inicio del impulso: automatismo

La despolarización diastólica espontánea (fase 4) subyace a la propiedad de automatismo (marcación del paso) que caracteriza a las células en los nódulos sinoauricular (SA) y auriculoventricular (AV), el sistema de His-Purkinje, el seno coronario y las venas pulmonares. La despolarización de la fase 4 es resultado de la acción concertada de una serie de corrientes iónicas que incluyen las de Na⁺ Ca²⁺, K-adenosina trifosfatasa (ATPasa, adenosine triphosphatase), el intercambiador de Na-Ca, y la corriente llamada curiosa (funny), o marcapaso (I_f); sin embargo, la importancia relativa de estas corrientes sigue siendo controversial.

La frecuencia de despolarización de la fase 4, y por tanto, la frecuencia de descarga de las células marcapasos se regulan de manera dinámica. En la modulación de la fase 4 destaca el tono del sistema nervioso autónomo. El efecto cronótropo negativo de la activación del sistema nervioso parasimpático es el resultado de la liberación de acetilcolina que se une a los receptores muscarínicos, liberando subunidades βγ de la proteína G que activan corrientes de potasio (I_KACh) en las células nodales y auriculares. El incremento resultante en la conductancia de K⁺ se opone a la despolarización de membrana, ralentizando la rapidez de elevación en la fase 4 del potencial de acción. Por el contrario, el aumento del tono del sistema nervioso simpático incrementa las concentraciones de catecolaminas en el miocardio, lo cual activa los receptores tanto α como β. El efecto de la estimulación adrenérgica β₁ predomina en las células marcapasos, aumentando la corriente de Ca tipo L (I_Ca-L) e I_f e incrementa de esta manera el declive de la fase 4. La intensificación en la actividad del sistema nervioso simpático aumenta de forma espectacular la velocidad de descarga de las células del nódulo sinoauricular, lo que produce taquicardia sinusal con frecuencia >200 latidos por minuto (lpm). En cambio, la mayor frecuencia de descarga de las células de Purkinje es más limitada, y raras veces produce taquiarritmias ventriculares >120 lpm.

El automatismo normal puede afectarse por otra serie de factores relacionados con cardiopatía. La hipopotasemia y la isquemia reducen la actividad de la Na, K-ATPasa, y reducen así la corriente de repolarización de fondo e intensifican la despolarización diastólica de la fase 4. El resultado final sería un incremento en la tasa de descarga espontánea de las células marcapasos. Los incrementos moderados en el potasio extracelular vuelven más positivo el potencial diastólico máximo y de esta manera también incrementan la velocidad de descarga de las células marcapasos. Sin embargo, un incremento más significativo en [K⁺]_o vuelve al corazón inexcitable al despolarizar el potencial de membrana.

El automatismo normal o intensificado de los marcapasos latentes auxiliares produce ritmos de escape en caso de deficiencia de marcapasos más dominantes. La supresión de una célula marcapasos por un ritmo más rápido lleva a un incremento intracelular en la carga de Na⁺ ([Na⁺]_i), y la extrusión de Na⁺ de la célula por la Na⁺, K⁺-ATPasa produce un aumento en la corriente de repolarización de fondo que ralentiza la despolarización diastólica de la fase 4. A velocidades más lentas, disminuye el [Na⁺]_i, lo mismo que la actividad de la Na⁺, K⁺-APTasa, lo cual produce una despolarización diastólica progresivamente más rápida y aumento de la frecuencia de taquicardia. La supresión superpuesta y el aumento son característicos, pero no se observan en todas las taquicardias automáticas. La conducción anormal hacia el tejido con un mayor automatismo (bloqueo de entrada) retarda o elimina los fenómenos de supresión superpuesta y calentamiento del tejido automático.

El automatismo anormal subyace a problemas como taquicardia auricular, ritmos idioventriculares acelerados y taquicardia ventricular, en particular la relacionada con isquemia y restablecimiento de la perfusión. Asimismo, se ha sugerido que las corrientes de lesión en los bordes del miocardio isquémico despolarizan tejido adyacente no isquémico y predisponen a la taquicardia ventricular automática.

Postdespolarizaciones y automatismo detonado

El automatismo o actividad detonados aluden al inicio del impulso que depende de posdespolarizaciones (fig. 273e-3). Las posdespolarizaciones son oscilaciones de voltaje de membrana que ocurren durante (posdespolarizaciones precoces [EAD, early afterdepolarizations]) o después (posdespolarizaciones tardías [DAD, delayed afterdepolarizations]) de un potencial de acción.

La característica celular común a la inducción de las DAD es la presencia de aumento en la carga de Ca²⁺ en el citosol y el retículo sarcoplásmico. La toxicidad por el glucósido digital, las catecolaminas y la isquemia pueden incrementar la carga de Ca²⁺ en grado suficiente para generar DAD. Se ha sugerido la acumulación de lisofosfolípidos en el miocardio isquémico con la sobrecarga consecutiva en Na⁺ y Ca²⁺ como un mecanismo para las DAD y el automatismo detonado. Las células de zonas lesionadas o que sobreviven a un infarto del miocardio despliegan la liberación espontánea de calcio del retículo sarcoplásmico y esto genera “ondas” de elevación del calcio intracelular y arritmias.

Las EAD se presentan durante el potencial de acción e interrumpen la repolarización ordenada del miocito. De manera tradicional, se pensaba que las EAD derivaban de la prolongación del potencial de acción y la reactivación de las corrientes de despolarización, sin embargo pruebas experimentales más recientes sugieren una interrelación previamente no apreciada entre la carga de calcio intracelular y las EAD. El calcio citosólico puede aumentar cuando los potenciales de acción están prolongados. Esto, a su vez, parece intensificar la corriente de Ca tipo L, prolongando más la duración del potencial de acción y proporcionando la corriente hacia el interior de la célula que impulsa las EAD. La carga de calcio intracelular por la prolongación del potencial de acción también intensifica la probabilidad de DAD. La interrelación entre el calcio intracelular, las EAD y las DAD es una explicación de la susceptibilidad de los corazones que tienen carga de calcio (p. ej., en la isquemia o en la insuficiencia cardiaca congestiva) para presentar arritmias, sobre todo tras la administración de fármacos que prolongan el potencial de acción.

Las arritmias detonadas por las EAD muestran una dependencia de la frecuencia. En general, la amplitud de una EAD aumenta a frecuencias lentas cuando los potenciales de acción son más prolongados. Un trastorno fundamental que subyace a la aparición de las EAD es el potencial de acción y la prolongación de QT. La hipopotasemia, la hipomagnesemia, la bradicardia y lo que es más común, los fármacos predisponen a la generación de EAD, de manera invariable en el contexto de prolongación del potencial de acción. Los antiarrítmicos con acción clases IA y III (véase más adelante) producen prolongación del potencial de acción y de QT que pretende ser terapéutica, pero que a menudo genera arritmias. Fármacos no cardiacos, como las fenotiazinas, los antihistamínicos no sedantes y algunos antibióticos también prolongan la duración del potencial de acción y predisponen a las arritmias detonadas mediadas por EAD. La disminución en el [K⁺]_o paradójicamente reduce las corrientes de potasio en la membrana (sobre todo la corriente tardía de rectificación del potasio, I_Kr) en el miocito ventricular, lo cual explica por qué la hipopotasemia produce prolongación del potencial de acción y EAD. De hecho, las infusiones de potasio en pacientes con el síndrome de QT prolongado congénito (LQTS, long QT syndrome) y en aquellos con prolongación de QT adquirida provocada por fármacos, acortan el intervalo QT.

La actividad detonada mediada por EAD probablemente subyace al inicio de la taquicardia ventricular polimorfa característica, taquicardia ventricular en entorchado (torsades des pointes), que se observa en pacientes con formas congénitas y adquiridas de LQTS. La cardiopatía estructural, como la hipertrofia y la insuficiencia cardiacas, también retardan la repolarización ventricular (la llamada remodelación eléctrica) y predisponen a arritmias relacionadas con anomalías de la repolarización. Las anomalías de la repolarización en la hipertrofia y la insuficiencia a menudo se magnifican por la farmacoterapia o los trastornos electrolíticos concomitantes.

Impulso de conducción anormal: reentrada

El mecanismo de arritmia más común es la reentrada, es consecuencia de la conducción anómala de impulsos eléctricos y que se define como la circulación de una onda de activación alrededor de un obstáculo no susceptible de excitación. Los requerimientos para el mecanismo de reentrada es la presencia de dos vías electrofisiológicas diferentes para la propagación del impulso alrededor de una región no susceptible de excitación (fig. 273e-4). El mecanismo de reentrada puede ocurrir alrededor de una estructura anatómica fija (p. ej., cicatriz del miocardio) con un patrón estable de despolarización cardiaco que se desplaza sobre ramas anterógrada y retrógrada del circuito. Esta forma de reentrada, conocida como reentrada anatómica o reentrada de brecha excitable (véase más adelante), se inicia con una onda de despolarización que se encuentra en un área de bloqueo unidireccional de la conducción en la rama retrógrada del circuito. La conducción a través de la rama anterógrada ocurre con retraso que, si tiene la duración suficiente, permite la recuperación de la conducción en la rama retrógrada con reentrada de la onda de despolarización en la rama retrógrada del circuito. La reentrada sostenida requiere que la dimensión funcional del tejido despolarizado con la longitud de onda que la taquicardia (λ = velocidad de conducción × periodo de resistencia) se ajuste con la longitud anatómica total del circuito, lo que se conoce como longitud de la vía. Cuando la longitud de la vía del circuito excede la λ de la taquicardia, la región entre la cabeza de la onda de activación y la cola del período de resistencia se conoce como intervalo excitable. Determinado anatómicamente, el intervalo excitable de reentrada puede explicar varias taquicardias de importancia clínica, como la reentrada grave, el flúter auricular, la taquicardia ventricular de reentrada de rama y la taquicardia ventricular en el miocardio cicatrizado.

Las arritmias de reentrada pueden existir en el corazón en ausencia de un intervalo excitable y con longitud de onda de la taquicardia cercana al mismo tamaño de la longitud de la vía. En este caso, el frente de la onda se propaga a través de tejido parcialmente resistente sin un obstáculo anatómico fijo y sin un intervalo excitable pleno; esto se conoce como circuito de reentrada principal, una forma de reentrada funcional (reentrada que depende de las propiedades funcionales del equipo). A diferencia de la reentrada por un intervalo excitable, no existe un circuito anatómico fijo en el circuito de reentrada principal y por tanto, podría no ser posible modificar la taquicardia con marcapasos o destrucción de parte del circuito. Además, el circuito en la reentrada principal tiende a ser menos estable que en las arritmias por intervalo de reentrada con variaciones notables en la longitud del circuito y una predilección por la terminación. Existe evidencia fuerte que sugiere que las al menos organizadas, como la fibrilación auricular y ventricular se asocian con activación más compleja del corazón y se debe a reentrada funcional.

Los tratamientos farmacológicos con catéter para las arritmias por reentrada se diseñan para interrumpir el circuito anatómico o para alterar la relación entre la longitud de onda y la longitud de la vía del circuito de arritmia, con lo que se elimina la conducción patológica. Por ejemplo, los fármacos antiarrítmicos que prolongan el potencial de acción (clase III) son eficaces que prolongan suficiente valor de λ de forma tal que ya no corresponda con el circuito anatómico. La ablación con catéter a menudo se lleva a cabo con el objetivo de identificar y destruir una rama crítica del circuito de reentrada (ablación del istmo cavotricuspídeo en el tratamiento típico del flúter auricular derecho). A causa de las vías menos definidas de activación del miocardio que se observan en la reentrada funcional, la ablación de estos ritmos tienden a dirigirse a los desencadenantes de inicio (p. ej., potenciales en la vena pulmonar en el tratamiento de la fibrilación auricular con ablación con catéter) más que a los circuitos anatómicos.

La cardiopatía estructural se asocia a cambios en la conducción y refractariedad que incrementan el riesgo de arritmias por reentrada. El miocardio con isquemia crónica muestra una regulación por descenso de la proteína del conducto de la unión de la brecha (conexina 43) que transporta la corriente de iones intercelulares. Las zonas límite de miocardio ventricular infartado e insuficiente muestran no sólo alteraciones funcionales de las corrientes iónicas sino también remodelación de tejidos y alteraciones en la distribución de las uniones de brecha. Los cambios en la expresión y en la distribución de los conductos de la unión de brecha, en combinación con las alteraciones macroscópicas en el tejido, respaldan la intervención en una conducción lenta en las arritmias por reentrada que complican la coronariopatía (CAD, coronary artery disease) crónica. El miocardio auricular humano envejecido muestra alteraciones en la conducción, que se manifiestan como electrogramas auriculares muy fraccionados, las cuales representan un sustrato ideal para la reentrada que puede subyacer al desarrollo muy común de fibrilación auricular en los ancianos.