Fisiologia Cardiovascular

FISIOLOGÍA (Farmacia – Biotecnología y Biología Molecular)

TEMA: FISIOLOGIA CARDIOVASCULAR 1: AUTOMATISMO CARDÍACO Y PROPIEDADES ELÉCTRICAS DEL CORAZÓN. Electrocardiograma Electrocardiograma - Corazón aislado. Realización del electrocardiograma electrocardiograma

AUTOMATISMO CARDIACO -

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Descripción esquemática del sistema cardiovascular: circuito mayor, menor, cavidades cardíacas, arteria pulmonar, aorta y venas cavas. Sistema de conducción cardíaco: células marcapaso, nódulo sinoauricular, aurículoventricular, haz de His, fibras de Purkinje y haces internodales e interauriculares. Actividad eléctrica del corazón: potenciales de acción lentos (automatismo) y rápidos, bases iónicas de los mismos, diferencias regionales de los potenciales potenciales de acción, períodos refractarios absolutos y relativos. Acción del sistema nervioso autónomo y temperatura sobre la fase de despolarización espontánea del potencial de acción lento.

El corazón posee tejido especializado autoexcitable, son grupos de células ubicadas en el nódulo  sinoauricular  y auriculoventricular  que tienen la propiedad de despolarizarse automáticamente (automatismo cardíaco). En la Figura 1 se muestra el potencial de acción característico de una célula automática (izquierda) y de una célula miocárdica contráctil (derecha). La principal diferencia entre ambos potenciales de acción radica en la Fase 4, en la cual en la célula automática se observa una despolarización espontánea mientras que en la célula contráctil corresponde a una fase de reposo eléctrico. Diversos factores como cambios en la temperatura y la descarga de los sistemas simpático y parasimpático pueden modificar la pendiente de la fase de despolarización lenta y así cambiar la frecuencia espontánea. Una vez generado el estímulo en las células automáticas, este se propaga por fibras especializadas y previo retardo a nivel auriculoventricular auriculoventricular para permitir la contracción sucesiva de aurículas y ventrículos, alcanza el haz de His y a través de las fibras de Purkinje llega al miocardio ventricular (conductividad cardíaca).

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3

umbral 4

1- Técnica para acceder al corazón Un sapo demedulado se fija mediante alfileres a una plancha de corcho con el vientre hacia arriba, estirando bien cada pata. Con una pinza diente de ratón se hace un pliegue en la piel del bajo vientre a nivel de la línea media y se abre un ojal. A partir de éste se sigue cortando en línea recta hasta la parte superior del esternón, el cual se debe seccionar para permitir separar las clavículas y llegar al corazón. Este permanece aún cubierto por su serosa, el pericardio, el cual debe ser cuidadosamente tomado con una pinza delicada y seccionado para exponer el corazón y las aortas del sapo.

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2- Parte experimental a- Para comprobar las propiedades anteriores se preparan cinco cápsulas de Petri: Cápsula 1: Ringer batracio a temperatura ambiente (control). Cápsula 2: Ringer batracio a 10 ºC por encima de la temperatura ambiente. Cápsula 3: Ringer batracio a 10 ºC por debajo de la temperatura ambiente. Cápsula 4: Ringer batracio con el agregado de noradrenalina. Cápsula 5: Ringer batracio con el agregado de acetilcolina. Se coloca el corazón en la cápsula 1 y se anota la frecuencia luego se pasa sucesivamente a la cápsula 2 y a la 3 y también se anotan las frecuencias. Por último se regresa el corazón a la cápsula 1 y se pasa sucesivamente a la 3 y la 4, anotando las frecuencias. Frecuencia (latidos/min)  Control

↑  Tº  ↑     ↑ ↓  ↓  Tº  Noradrenalina  Acetilcolina 

b- Realice un gráfico del potencial de acción lento de las células automáticas en condiciones control y compárelo con el que espera obtener en cada una de las intervenciones realizadas en el TP. Indique qué fase y corriente iónica se modifica en cada caso. c- ¿Cómo espera que se modifique el potencial de las células automáticas en presencia de TTX (bloqueante de los canales rápidos de sodio) y de verapamil (bloqueante de los canales de calcio)? ¿Qué ocurriría con la frecuencia de contracción en cada caso?

ELECTROCARDIOGRAMA Concepto de ECG. Descripción del electrocardiógrafo. Concepto de derivación. Vectores eléctricos: Aparición de un dipolo entre dos cargas de signo opuesto. Magnitud y dirección del vector del dipolo. Proyección del vector sobre un eje trazado entre dos electrodos; onda generada en el sistema registrador. Derivaciones: distintas formas de conectar los electrodos registradores. Derivaciones estándar de los miembros (DI, DII y DIII), derivaciones unipolares aumentadas de los miembros (aVR, aVL y aVF), derivaciones precordiales o torácicas (V 1...V6). Sistema hexaaxial. Descripción vectorial de la despolarización del corazón y su correspondiente registro por el electrocardiógrafo. Vector promedio de la despolarización ventricular. Eje eléctrico del corazón. Concepto de arritmia. • •

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Derivaciones electrocardiográficas: La actividad eléctrica del corazón genera diferencias de potencial en la superficie del cuerpo, que son posibles de detectar y registrar. Se llama electrocardiograma (ECG) al registro gráfico de estos cambios de voltaje en función del tiempo. Como los potenciales que se registran son muy pequeños, del orden de milivoltios (mV), es necesario utilizar un sistema amplificador que produzca corrientes suficientemente fuertes para impulsar un galvanómetro que mueve una aguja inscriptora caliente sobre un papel termosensible (Fig. 1).

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El electrocardiógrafo se conecta al paciente mediante electrodos de metal inoxidable cubiertos de una película de pasta conductora y sujetados firmemente a los miembros del mismo. Un sistema de llaves permite seleccionar la forma de conexión entre los cables del paciente y los terminales del amplificador. Este está conectado a través de condensadores que eliminan las corrientes continuas o de variación muy lenta, como las producidas por los procesos electrolíticos entre los electrodos, la pasta, la respiración, etc., y facilitan la obtención de una línea de base estable. El terminal que frente a potenciales positivos provoca deflexiones hacia arriba en el registro, recibe este signo. Las diferentes formas de conexión entre el paciente y los terminales del electrocardiógrafo se denominan derivaciones; también se llama así al registro obtenido en cada derivación. Las derivaciones bipolares registran diferencias de potencial entre dos puntos; las más usadas son las derivaciones bipolares de los miembros standard o clásicas. Con ellas se registran diferencias de potencial entre ambos brazos (D I), o entre la pierna izquierda y el brazo derecho (D II), o entre la pierna y el brazo izquierdos (D III). En estas derivaciones la pierna izquierda se une al terminal positivo (D II y D III) y el brazo derecho al terminal negativo (D I y D II). Esta convención fue arbitrariamente establecida por Einthoven, que lo dispuso así para que las deflexiones más grandes registradas en un sujeto normal fuesen hacia arriba en el registro. Posteriormente Wilson, con el propósito de registrar potenciales netos en un punto, creó las derivaciones unipolares. En ellas el punto del cuerpo del que se quieren registrar potenciales se conecta mediante un electrodo explorador al terminal positivo del electrocardiógrafo, mientras que los otros tres miembros se conectan mediante resistencias al otro terminal (terminal central de W ilson). El potencial de este terminal, dada la simetría de los miembros con respecto a los potenciales generados en el corazón, no debería ser influenciado por los cambios en la actividad eléctrica del órgano, manteniendo un nivel de referencia o "cero". Las derivaciones unipolares se designan con la letra V para indicar que usan el terminal central de Wilson como referencia. Las más utilizadas son las precordiales numeradas de V1 a V6, según la posición ocupada por el electrodo explorador, según se indica a continuación (Fig. 2).

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Las derivaciones unipolares de los miembros son VR, VL y VF, donde las letras R, L y F corresponden a las iniciales de las palabras inglesas RIGHT, LEFT y FOOT, que indican el electrodo explorador conectado a brazo derecho, brazo izquierdo y pierna izquierda, respectivamente. Son más usadas para los miembros las derivaciones unipolares aumentadas, originariamente descriptas por Goldberger, que miden la diferencia de potencial entre el miembro conectado al electrodo explorador y los otros dos que se conectan entre sí y al terminal negativo del electrocardiógrafo. Se las designa agregando una "a" (de aumentada) a las denominaciones anteriores (aVR, aVL y aVF respectivamente). VECTORES ELECTRICOS El potencial que registra un electrodo depende de la variación en el tamaño, la geometría y la posición que ocupa la superficie que separa el área activa de la de reposo durante la despolarización y la repolarización. Durante la despolarización, el área activa será negativa con respecto a la que aún está en reposo, es decir que la excitación se propaga como un frente que lleva cargas positivas en la "cabeza" y cargas negativas en la "cola". Estos dipolos tienen una manifestación electrocardiográfica con las que se los puede relacionar trazando un vector que se dirija hacia la parte positiva y cuya intensidad depende de la superficie libre del órgano que está despolarizada. Si ese vector se proyecta sobre una línea de derivación, el tamaño y la polaridad de la proyección sobre esta derivación corresponde al tamaño y la polaridad de la onda que se registra en ese momento. Para la proyección de los vectores en el plano frontal, se supone que los miembros forman los vértices de un triángulo equilátero (Triángulo de Einthoven) cuyo centro es el corazón y cuyos lados constituyen las líneas de derivación DI, DII y DIII. Se supone también que el cuerpo se comporta como un conductor homogéneo, Los vectores se proyectan trazando perpendiculares a las líneas de derivación que pasen por los extremos del vector (Fig. 3-A). La proyección se facilita si en lugar del triángulo se usan tres ejes paralelos a las líneas de derivación que se cortan en el centro del triángulo (sistema triaxial)(Fig. 3-B).

Si se superpone a este sistema las líneas de derivación unipolares o unipolares aumentadas, queda así formado el sistema hexaaxial (Figura 4).

Los signos de los extremos de los ejes corresponden a los terminales del electrocardiógrafo a los que se conecta la derivación correspondiente. Para localizar los vectores se usa una graduación sexagesimal de 0 a 180 grados con signo positivo para la semicircunferencia inferior y negativo para la superior. ACTIVACION AURICULAR Y ONDA P: La aurícula es de poco espesor y la activación auricular puede ser considerada como un proceso tangencial a su superficie que se propaga desde el nódulo sinusal en todas direcciones. Dado que el marcapaso en la aurícula derecha es superior y ligeramente posterior, la dirección global de la despolarización será hacia la izquierda y hacia abajo, sobre el plano frontal y ligeramente hacia 4

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adelante. En el ECG se inscribe la onda P. Discuta la polaridad y amplitud de la onda P en las derivaciones del plano frontal, teniendo en cuenta la proyección del vector sobre el sistema hexaaxial. La onda T de repolarización auricular queda generalmente encubierta por el vector QRS de despolarización ventricular. Discuta su polaridad respecto a la onda P. ACTIVACION VENTRICULAR Y COMPLEJO QRS: Existe un período isoeléctrico entre el final de la onda P y el comienzo del complejo QRS dado que el potencial aurículo-ventricular y el de las fibras de Purkinje no se registran desde la superficie del cuerpo. La primera zona en despolarizarse es la cara izquierda del tabique interventricular en su porción media. La despolarización del ventrículo se hace en forma perpendicular a la superficie de la pared. El vector que aparece en este momento, denominado vector 1 o septal, se dirige hacia adelante, hacia la derecha y hacia abajo, aunque su dirección varía con la posición espacial del tabique que a su vez depende de la del corazón. Los dipolos que se manifiestan son los de las áreas no canceladas por dipolos diametralmente opuestos. El vector es proporcional a la superficie libre de la pared y perpendicular a la misma (Fig. 5-A).

La despolarización continúa hacia las superficies endocárdicas de ambos ventrículos cerca de sus ápices. El vector resultante de este proceso es el vector 2 que va hacia atrás, a la izquierda y abajo (Fig. 5-B).

La última zona en despolarizarse corresponde a las porciones altas o basales de los ventrículos y del tabique que originan el vector 3 o basal que se dirige hacia arriba, a la derecha y atrás (Fig. 5-C). REPOLARIZACION VENTRICULAR Y ONDA T: Cuando todo el miocardio está despolarizado no existen diferencias de potencial y se inscribe el segmento ST. La dirección en que se produce la repolarización ventricular es opuesta a la despolarización, pero los dipolos llevan polaridad opuesta, por lo que podemos considerar que se origina un vector hacia abajo, a la izquierda y adelante, que se inscribe como onda T.

ONDAS, INTERVALOS Y SEGMENTOS DEL ECG Además de las diferencias debidas a la posición de los electrodos en cada derivación del ECG, las características de las ondas y segmentos varían con la edad, tipo morfológico, frecuencia cardíaca y otros factores fisiológicos (Fig. 6).

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La onda P se inscribe como una pequeña deflexión redondeada que representa la excitación de ambas aurículas; su duración es menor cuanto mayor es la frecuencia cardíaca, teniendo un valor promedio de 85 ± 15 mseg. La amplitud de esta onda varía entre 0,025 y 0,300 mV, dependiendo de la derivación considerada. El complejo QRS representa la activación de los ventrículos, y su duración varía entre 80 y 160 mseg. Cuando la primera deflexión es negativa, se la denomina como onda Q; todas las ondas positivas son designadas con la letra R, llamándose ondas S a las deflexiones negativas que siguen a una onda R. La onda Q normalmente no sobrepasa el valor del 30% de la onda R en DI o del 40% en DII. En DIII puede llegar a ser del 150% de la onda R pero con la característica de que disminuye con la inspiración profunda. La onda T representa la repolarización ventricular, su duración no tiene mayor importancia práctica; tiene por característica que su rama ascendente es más lenta que la descendente; generalmente es positiva en todas las derivaciones salvo en aVR. El segmento P-R se mide desde el final de la onda P hasta el comienzo del QRS, normalmente no debe presentar desniveles mayores de 0,5 mm; representa el retraso que sufre la onda de activación a nivel de la región aurículoventricular. El segmento S-T se mide desde el final del complejo QRS hasta el comienzo de la onda T, aunque en la mayoría de los casos no existe un límite neto entre este segmento y el comienzo de la onda T. Normalmente no presenta desniveles mayores de 1 mm. El intervalo PR comprende la onda P y el segmento P-R. El intervalo QT representa toda la actividad eléctrica ventricular, se mide desde el complejo QRS hasta el final de la onda T. COORDENADAS DEL PAPEL DE REGISTRO El trazado electrocardiográfico queda construido sobre un sistema de abscisas y ordenadas que forman un cuadriculado sobre el papel de registro. Tanto las líneas horizontales como las verticales están a una distancia de 1 mm. Cada 5 líneas hay una línea más gruesa que delimita cuadrados de 0,5 cm de lado. El papel corre generalmente a una velocidad de 25 mm/seg. Debe calibrarse el aparato para que 1 mV produzca un desplazamiento de 1 cm en el registro (mediante un dispositivo del mismo); así en sentido horizontal cada mm corresponde a 40 mseg y el espacio entre dos líneas gruesas (5 mm) a 200 mseg; mientras en sentido vertical cada mm equivale a 0,1 mV (Fig. 7).

EJE ELECTRICO DEL CORAZON El vector que representa globalmente la activación ventricular en el plano frontal (vector promedio de despolarización ventricular), recibe el nombre de vector cardíaco medio. El ángulo que forma con la horizontal indica la posición del eje eléctrico del corazón.

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Para calcularlo haremos la suma algebraica de la medida en mm de los picos positivos y negativos del QRS y el valor resultante lo transportaremos con una escala adecuada a la línea de derivación correspondiente del sistema hexaaxial. Tendremos así una de las proyecciones del vector cardíaco medio (Fig. 8). Nota: hemos considerado al hacer el cálculo las alturas de las ondas, aunque originalmente tomamos que el valor de la proyección del vector se corresponde con el área de las ondas en cada línea de derivación (Fig. 9).

PARTE PRACTICA - Objetivos: - Obtener el electrocardiograma de un alumno en las derivaciones standard, unipolares aumentadas y precordiales. - Reconocer las ondas, segmentos e intervalos, midiendo su duración. - Obtener el eje eléctrico. - Obtener la dirección del vector cardíaco medio en el plano horizontal en base a las derivaciones precordiales.

Cuestionario 1- ¿Qué es un electrocardiograma? ¿Qué datos puede obtener del mismo? Explique muy brevemente cómo se realiza. ¿Qué es una derivación electrocardiográfica? Dé un ejemplo de una derivación de uso común y explique qué parámetros debe fijar para definirla. 2- Seleccione las respuestas correctas y redacte correctamente las falsas, respecto al potencial de acción de las células miocárdicas: a- No se caracterizan por generar cambios de voltaje grandes y rápidos. b- Cuando las células se despolarizan se alejan del potencial de equilibrio del potasio. c- La fase de repolarización se debe a la activación de los canales de sodio sensibles al voltaje. d- En la fase de meseta se activa una corriente lenta de sodio. e- El potencial de reposo es de aproximadamente –90 mV. f- No se bloquea con tetrodotoxina. g- Los bloqueantes de los canales de potasio alargan la duración del mismo. h- Poseen una corriente catiónica inespecífica I f en la fase de despolarización lenta. i- Son afectados por los bloqueantes cálcicos.

3- El siguiente es un registro de la derivación aVF de un electrocardiograma (¡realizado a un alumno de la Carrera de Farmacia!). a- Indique en el dibujo cómo se llaman los distintos tipos de ondas observadas. ¿A qué fenómeno eléctrico cardíaco se debe cada una? b- ¿Cuál es la frecuencia cardíaca en esta persona? Justifique de dónde obtiene su respuesta.

0,8 seg

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c- Se realiza un nuevo registro invirtiendo la polaridad de esta derivación (el electrodo que antes era positivo ahora es negativo). Haga un dibujo de este nuevo registro (no se limite a describirlo con palabras) indicando los cambios observados; justifique adecuadamente el por qué de dichos cambios.

4- En el nódulo sinoaricular (SA) de un paciente se producen potenciales de acción que tienen las siguientes características: 0,75 s

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umbral

- 40 mV

4 - 60 mV

a) ¿Cuál es la frecuencia cardíaca de esta persona? Justifique su respuesta. b) Si se registra un electrocardiograma en este paciente conectando el electrodo positivo al brazo izquierdo y el negativo al derecho, ¿cuál será el tiempo transcurrido entre dos ondas R sucesivas? c) ¿Cuál será este tiempo si el ECG se registra ahora en aVL?

5- Indique si las siguientes afirmaciones son verdaderas o falsas y justifique las falsas: a- El nodo SA es el marcapaso primario del corazón. b- El potencial de acción del las células del nodo AV es igual al de las células miocárdicas. c- Si el eje eléctrico de un paciente coincide con la derivación aVF está dentro del rango normal. d- En el corazón humano el aumento de la frecuencia cardíaca produce un efecto inotrópico negativo. e- En el haz de His se produce el retardo de la conducción entre aurículas y ventrículos. f- La onda P del electrocardiograma representa la despolarización auricular. g- Un corazón cuyo eje está en cero grados presenta una hipertrofia del lado derecho. h- En el electrocardiograma no se puede determinar la frecuencia cardíaca. i- Un corazón con un vector promedio del QRS igual a cero en D1, presenta su eje en avF.  j- El ECG nos permite determinar graficamente la actividad mecánica cardíaca.

6- Complete el siguiente cuadro considerando al tejido cardíaco: tipo de tipo de valor del fase 0 fase 1 potencial de célula potencial de G modif. G modif. acción reposo

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fase 2 G modif.

fase 3 G modif.

fase 4 G modif.

G modif. = G modificada = conductancia iónica que se modifica en cada fase.

BIBLIOGRAFÍA -

Fisiología Humana . Cingolani – Houssay . Capìtulo 21. Fisiología Humana. Tresguerres. Capítulo 37. Physiology. Berne – Levy. Capítulo 22. (en inglés) Medical Physiology. Boron. Capítulo 20. (en inglés) 8