Palabras clave
INTRODUCCIÓN
El análisis espectral de las señales registradas durante la fibrilación tanto auricular como ventricular proporciona información en el dominio de la frecuencia1-9. Se ha estudiado la relación entre la frecuencia dominante de estas señales y los ciclos determinados por las activaciones locales consecutivas4,10-12, y estas técnicas han ayudado a identificar heterogeneidades tanto espaciales como temporales en las frecuencias de activación durante los procesos fibrilatorios5,6,13,14. Asimismo su utilización, complementada o no con técnicas cartográficas, ha permitido caracterizar las modificaciones de los patrones de activación inducidas por fármacos1-3,10,15, la isquemia4,16-18 o agentes físicos, entre ellos las variaciones de la temperatura11 o el estiramiento8,12,19. En la clínica, las técnicas espectrales han sido ampliamente utilizadas en relación con diversos aspectos de la fibrilación ventricular (FV), como el desarrollo de algoritmos útiles para la identificación de la arritmia20-22 o la predicción del éxito de las maniobras de reanimación tras la parada cardiaca por FV23-26. Recientemente se está empezando a utilizarlos para identificar lugares de interés sobre los que se podría actuar terapéuticamente en los procesos fibrilatorios13,14.
El análisis en el dominio de la frecuencia ha planteado diversas cuestiones metodológicas relacionadas con las propias características del procedimiento9,27,28. En relación con las señales obtenidas directamente desde el corazón, uno de los aspectos todavía no suficientemente estudiados es el de la influencia del tipo de registro (bipolar o unipolar) en la información obtenida29. Las características de los electrogramas difieren al utilizar electrodos bipolares o unipolares, ya que en el primer caso la dirección de los frentes de activación, y por lo tanto el desfase temporal entre las señales obtenidas con los dos electrodos del registro bipolar, determina la morfología de dichos electrogramas. En el segundo caso, los registros habitualmente contienen potenciales originados a distancia del lugar en que se sitúa el electrodo unipolar que no son generados por la activación local. En el presente estudio se pretende evaluar la hipótesis de que el tipo de electrodo utilizado para registrar los electrogramas (unipolar o bipolar) influye en la información obtenida con técnicas espectrales durante la FV. Para confirmar esta hipótesis se utiliza un modelo experimental con corazones aislados de conejo en el que, empleando electrodos múltiples epicárdicos, se analizan y comparan los parámetros obtenidos en el dominio de la frecuencia durante la FV tanto al utilizar electrodos unipolares como bipolares con distintas separaciones entre los electrodos.
MÉTODOS
Preparación experimental
Los procedimientos utilizados en este estudio se ajustan a las guías vigentes para el cuidado y la utilización de animales en los laboratorios de investigación. Se ha utilizado corazones aislados y perfundidos de conejos de raza Nueva Zelanda (n = 29; peso, 2,6 ± 0,2 kg). Tras anestesia (ketamina intramuscular a 25 mg/kg) y heparinización, se extrajo el corazón y se lo sumergió en Tyrode frío (4 °C). Tras aislar la aorta, se conectó a un sistema de Langendorff para perfundir Tyrode a una presión de 60 mmHg y una temperatura de 37 ± 0, 5 °C (composición milimolar: NaCl, 130; NaHCO3, 24,2; KCl, 4,7; CaCl2, 2,2; NaH2PO4, 1,2; MgCl2, 0,6; glucosa, 12). Para los registros se ha utilizado un electrodo múltiple con 121 electrodos (diámetro, 0,125 mm; distancia entre electrodos, 1 mm; disposición cuadrangular [11 ƒ 11]) situado en el epicardio de la pared libre del VI, utilizando como electrodo indiferente una placa de Ag/AgCl situada sobre la aorta. La estimulación ventricular se ha efectuado utilizando un electrodo bipolar y un estimulador GRASS S88 con unidad de aislamiento de estímulos (SIU5). Los registros se han obtenido con un sistema de cartografía de la actividad eléctrica cardiaca (MAPTECH). Los electrogramas se han registrado en una banda de frecuencias entre 1 y 400 Hz (frecuencia de muestreo, 1 kHz). La FV se ha inducido mediante estimulación a frecuencias crecientes y se ha mantenido la perfusión durante la arritmia.
Datos analizados
Análisis espectral de los electrogramas durante la fibrilación ventricular
Se ha utilizado el método de Welch30 para obtener el espectro de energía de las señales obtenidas con los electrodos seleccionados de la matriz del electrodo múltiple, tanto en la modalidad unipolar como en la bipolar (fig. 1). Para las configuraciones bipolares, se elegió 3 distancias entre los electrodos (1, 5 y 10 mm) tanto en la dirección horizontal como en la vertical. También se ha analizado los registros obtenidos en las 2 diagonales (A: superior derecha-inferior izquierda, y B: superior izquierda-inferior derecha), y en este caso las distancias entre los electrodos fueron 1,4, 7,1 y 14,1 mm.
Fig. 1. Esquema de la preparación experimental y de los electrodos utilizados para realizar los registros bipolares cuyas separaciones se indican en la parte inferior derecha. ANT: anterior; DA: arteria descendente anterior; POST: posterior; VD: ventrículo derecho; VI: ventrículo izquierdo.
El análisis se efectuó utilizando bloques de 4.096 puntos sin acolchado de ceros9. Los datos se han procesado con Matlab en una plataforma Hewlett-Packard 712/80. Se determinaron los siguientes parámetros:
FrD: frecuencia dominante o frecuencia (en Hz) del espectro de energía con la mayor amplitud.
FrM: frecuencia media del espectro (en Hz).
EnN: energía normalizada del espectro contenida alrededor de la frecuencia dominante (FrD ± 1 Hz) (unidades normalizadas respecto a la energía total).
Las determinaciones se han efectuado a partir de los registros obtenidos con los electrodos unipolares y bipolares, para las distintas separaciones y direcciones estudiadas. Asimismo, para comparar los registros unipolares y bipolares, se obtuvo el espectro cruzado a partir del cual se ha determinado la coherencia espectral, que representa la similitud para cada frecuencia entre los espectros de los 2 registros analizados (1 = similitud total y 0 = falta total de similitud).
Análisis estadístico
Los datos se expresan como valores medios ± 1 desviación estándar (DE). Las comparaciones entre los datos obtenidos con los electrodos unipolares y bipolares se han efectuado utilizando el modelo general lineal para medidas repetidas (paquete estadístico SPSS), considerando como factor intrasujetos la modalidad de registro. Se ha considerado significativas las diferencias con valores de p < 0,05. Las regresiones lineales se han efectuado mediante el método de los mínimos cuadrados.
RESULTADOS
Frecuencia dominante
La figura 2 muestra las señales registradas en uno de los casos con los 2 electrodos unipolares separados 10 mm en el eje horizontal, así como el registro bipolar correspondiente. La componente principal de los registros unipolares presenta cierto desfase entre ambos electrodos y el registro bipolar sigue presentando dicha componente algo atenuada, aunque en el espectro de frecuencias FrD es similar a la obtenida con los registros unipolares. La figura 3 muestra los trazados de otro experimento obtenidos con 2 electrodos situados a 1 mm en el eje horizontal. En los registros unipolares, las oscilaciones más importantes de la señal están aproximadamente en fase y por este motivo se cancelan en el bipolar y dan lugar a la aparición de ondas rápidas y con una FrD diferente a la de los unipolares.
Fig. 2. Espectros de frecuencias (derecha) de las señales de la fibrilación ventricular (izquierda) registradas en uno de los experimentos con los electrodos unipolares y con el bipolar (separación, 10 mm; dirección horizontal). La frecuencia dominante (FrD) en los 3 registros es similar.
Fig. 3. Espectros de frecuencias (centro) de las señales de la fibrilación ventricular (izquierda) registradas en uno de los experimentos con los electrodos unipolares y con el bipolar (separación, 1 mm; dirección horizontal). Se indica la frecuencia dominante (FrD), que en este caso es mayor en el registro bipolar. A la derecha se muestra la función de coherencia, con valores altos al relacionar los registros unipolares (Unip.1-Unip.2) y con valores más bajos al relacionar cada uno de los unipolares con el bipolar.
Al analizar la relación entre la FrD obtenida con ambos tipos de registros (bipolares y unipolares), las rectas de regresión correspondientes a cada una de las separaciones interelectrodos en las distintas direcciones muestran en todos los casos coeficientes de regresión significativos (tabla 1 y fig. 4). Estos valores varían entre 0,96, y 0,46 y aunque en todos los casos son significativos, en las gráficas se observan algunos valores discrepantes que disminuyen la magnitud de los coeficientes y podrían estar relacionados con menores grados de coherencia espectral entre los dos tipos de registro.
Fig. 4. Rectas de regresión obtenidas al relacionar la frecuencia dominante (izquierda) o la frecuencia media (derecha) del registro bipolar con la de uno de los electrodos unipolares (direcciones vertical y diagonales A y B). EE: error estándar de la estimación; FrDBIP: frecuencia dominante, registro bipolar; FrDUNI: frecuencia dominante, registro unipolar; FrMBIP: frecuencia media, registro bipolar; FrMUNI: frecuencia dominante, registro unipolar; r: coeficiente de regresión.
Al estudiar las diferencias entre los valores medios de FrD obtenidos con los dos tipos de registro (tabla 2), solamente se han observado diferencias significativas al comparar, en una de las diagonales, la modalidad bipolar (separación, 7,1 mm) con una de las unipolares. En el resto de las direcciones los valores de FrD han sido similares para ambas modalidades de registro con las distintas separaciones. Al efectuar el análisis general de todos los datos para determinar las influencias del factor separación y del factor dirección no se han observado diferencias significativas.
Frecuencia media
La figura 5 muestra los espectros obtenidos en uno de los experimentos con los registros unipolar y bipolar (separación, 5 mm). Aunque en ambos casos los valores de FrD son muy similares, los de FrM difieren entre sí. En el espectrograma del registro bipolar, este parámetro es mayor debido a que hay más componentes frecuenciales en la zona de frecuencias altas del espectro.
Fig. 5. Espectros de frecuencias de los registros unipolares y bipolar (separación, 5 mm; dirección vertical) de uno de los experimentos en los que se observa la mayor dispersión del espectro del registro bipolar, que origina valores mayores de la frecuencia media (FrM) y valores menores de la energía normalizada (EnN) en la banda de frecuencias FrD ± 1 Hz. La frecuencia dominante (FrD) es muy similar en los 3 registros.
La tabla 3 muestra las rectas de regresión obtenidas al relacionar los valores de FrM obtenidos con los registros bipolares y unipolares. Los coeficientes de regresión para cada separación en cada dirección también son significativos en todos los casos (tabla 3 y fig. 4) y están comprendidos entre 0,96 y 0,80.
En la tabla 4 se indican los valores medios ± DE. En este caso se observan diferencias significativas entre los valores obtenidos con los registros unipolares y bipolares en el eje horizontal (separación, 10 mm), en el vertical (separaciones de 1, 5 y 10 mm), en la diagonal A (separación, 7,1 mm) y en la diagonal B (separaciones de 1,4 y 7,1 mm). Al considerar conjuntamente las variables «separación» y «tipo de registros» (bipolar o unipolar) también hay diferencias tanto en la dirección horizontal (p < 0,01) como en ambas diagonales (A, p < 0,05; B, p < 0,001). Al efectuar el análisis general para determinar las influencias del factor separación y el factor dirección, el primero ha influido significativamente, mientras que el segundo no.
Energía normalizada en la banda FrD ± 1 Hz
La figura 5 muestra los componentes frecuenciales comprendidos alrededor de FrD. En el bipolar, el porcentaje de la energía en dicha banda de frecuencias con respecto a la energía total del espectro es menor. Esta disminución de EnN se debe a la mayor dispersión de los componentes del espectro, que incluye más componentes de frecuencias altas, y por lo tanto quedan menos agrupados en torno a FrD.
La tabla 5 muestra los valores de EnN en las distintas modalidades de registro. Estos valores han sido menores en los registros bipolares tanto en el eje horizontal (separación de 1 y 5 mm) como en el vertical (separación de 1, 5 y 10 mm), en la diagonal A (separación de 1,4 mm) y en la diagonal B (separación de 1,4, 7,1 y 14,1 mm). Al considerar la separación y el tipo de registros, ambas variables conjuntamente muestran diferencias significativas en la dirección vertical (p < 0,05) y en una de las diagonales (B; p < 0,0001). Al efectuar el análisis general de todos los datos, el factor separación ha influido significativamente, mientras que el factor dirección, no.
Coherencia espectral
Tras obtener el espectro cruzado entre los registros, el análisis de la coherencia entre los unipolares entre sí y entre cada unipolar y el bipolar correspondiente (fig. 3) ha mostrado los resultados de la tabla 6. Los valores medios de la coherencia entre los unipolares decrecen significativamente al aumentar la separación entre los electrodos, mientras que ocurre lo contrario en la coherencia de los registros unipolares con respecto a los bipolares, donde los mayores valores se obtienen al considerar los registros con mayor separación. Las correlaciones entre la coherencia espectral de los unipolares entre sí y la de los unipolares con respecto al bipolar correspondiente son significativas y de signo negativo. Las rectas de regresión, obtenidas al considerar como variable dependiente la coherencia espectral de cada unipolar (U1 o U2) con respecto al bipolar (Bip) correspondiente y como variable independiente la coherencia de los unipolares entre sí, son las siguientes:
Coherencia (U1-Bip) = 0,516 × Coherencia (U1-U2) + 0,936; (r = 0,29; error estándar de la estimación [EE] = 0,102; n = 348; p = 0,0001).
Coherencia (U2-Bip) = 0,470 ׃ Coherencia (U1-U2) + 0,886; (r = 0,27; EE = 0,104; n = 348; p = 0,0001).
Es decir, la coherencia entre cada uno de los unipolares y el bipolar correspondiente se relaciona de manera inversa con la de los unipolares.
DISCUSIÓN
El principal hallazgo del presente trabajo es que la utilización de registros bipolares o unipolares introduce diferencias en la información obtenida con técnicas espectrales durante la FV. Las diferencias se observan fundamentalmente al considerar FrM y la distribución de frecuencias del espectro y son muy pequeñas al considerar FrD.
Análisis de las señales de la FV
En el dominio del tiempo, los parámetros utilizados al analizar los procesos fibrilatorios tanto auriculares como ventriculares abarcan desde los relacionados con la duración de los electrogramas y los ciclos determinados por ellos hasta los relacionados con aspectos morfológicos de las señales. Su utilización permite caracterizar diversos aspectos de estas arritmias, entre ellos los ciclos de activación local, los patrones espaciales de activación miocárdica y su relación con la morfología de los registros31-33. La identificación de las líneas de bloqueo, la cuantificación de la complejidad de los patrones de activación y de las modificaciones inducidas por acciones terapéuticas, la propia interpretación de los mapas de activación y la identificación o la exclusión de zonas de interés para la aplicación de procedimientos de ablación se basan en este tipo de análisis o se puede facilitarlas con él.
En el dominio de la frecuencia, el análisis espectral de la FV proporciona diversos parámetros. Entre ellos se encuentra la FrD, que está directamente relacionada con la inversa de los ciclos medios de activación durante la arritmia4,10-12, ya que los electrogramas originados por las activaciones locales del miocardio corresponden a la principal oscilación de las señales registradas. La frecuencia media es la que divide el espectro en dos zonas de igual energía y depende de la distribución de frecuencias. Por este motivo, la FrM es más sensible a la presencia de los diversos componentes que, junto con la frecuencia dominante, conforman el espectro de la señal. Las modalidades de registro (unipolar o bipolar) determinan las características de las señales obtenidas durante los procesos fibrilatorios, que a su vez introducen modificaciones en los componentes espectrales. Cuando se utilizan registros unipolares, los parámetros espectrales proporcionan información sobre la activación en cada electrodo, aunque pueden incorporar componentes originados por señales procedentes de zonas alejadas. En el caso de los registros bipolares éstos indican la diferencia entre ambos electrodos, y si las señales están en fase, se cancelan, y por este motivo los componentes del espectro pueden variar en función de las características de los frentes de activación que alcanzan sucesivamente a uno u o otro electrodo.
En el presente trabajo se han observado diferencias significativas en los parámetros más directamente relacionados con la distribución de frecuencias, es decir, FrM y EnN, mientras que las diferencias al considerar la FrD han sido mucho menores, probablemente en relación con las características cambiantes de la activación miocárdica durante la FV, que condiciona la presencia de desfases variables entre las activaciones de los electrodos que configuran el registro bipolar. Éstos dependen de la separación entre los electrodos, pero también de la dirección de los frentes de activación. Si la dirección fuera constante, los desfases influirían mucho en la coherencia espectral; sin embargo, en la FV la dirección de la activación es variable y sus modificaciones durante los lapsos registrados probablemente reducen su importancia. Otro factor que podría estar implicado es la distinta procedencia de los frentes de activación que llegan a cada uno de los electrodos que constituyen el electrodo bipolar, que determinaría tanto la dirección como la frecuencia de activación miocárdica. Estas diferencias son menos probables cuando las separaciones son menores, y este hecho podría estar relacionado con la mayor coherencia entre los registros unipolares cuando las separaciones son mínimas. El hecho de que con estas separaciones se haya obtenido los menores valores de coherencia de las señales unipolares con respecto a las bipolares disminuye la importancia de las posibles diferencias en la frecuencia de activación miocárdica. En el presente trabajo se ha observado que la distancia entre los electrodos determina el grado de coherencia entre los registros unipolares y entre los unipolares y el bipolar correspondiente, de tal modo que cuanto más próximos están los unipolares mayor es la coherencia entre ellos, pero es menor con respecto a los bipolares. A su vez, la coherencia entre cada uno de los unipolares y el bipolar correspondiente se relaciona de manera inversa con la de los unipolares entre sí.
La comparación entre los valores de FrD no ha mostrado diferencias importantes en función del tipo de registro, mientras que las comparaciones de los valores de FrM sí que han revelado diferencias significativas. La FrM, al igual que EnN, está influida por el conjunto de los componentes del espectro y sus variaciones serían compatibles con las diferencias encontradas en la coherencia espectral. Ésta ha sido diferente en función de las comparaciones efectuadas (unipolares entre sí o unipolares respecto a los bipolares) y en función de la separación entre los electrodos.
Desde un punto de vista práctico, la FrD es el parámetro espectral que más se ha utilizado para caracterizar la activación miocárdica durante los procesos fibrilatorios, tanto en la clínica como en los estudios experimentales, y hay que destacar que en el presente trabajo no se han encontrado diferencias importantes en función del tipo de registro utilizado.
Implicaciones clínicas
La utilización de métodos espectrales para el análisis de la fibrilación, tanto auricular como ventricular, no se limita a los estudios experimentales. Su aplicación en la clínica se relaciona fundamentalmente con su identificación20-22, así como la de los lugares de interés sobre los que se podría actuar terapéuticamente13,14 y también, al analizar las señales externas, para evaluar el estado del paciente tras una parada cardiorrespiratoria por FV y predecir el éxito de las maniobras encaminadas a la desfibrilación23-26. Tanto en los algoritmos de identificación basados en registros endocavitarios como en la caracterización de los lugares de interés durante los estudios electrofisiológicos, el análisis implica la comparación de parámetros obtenidos en distintos momentos o en distintos lugares del miocardio, y para ello es importante que los criterios de registro y análisis sean uniformes y que se excluya los factores que puedan introducir variaciones espurias. Los resultados del presente trabajo indican que al efectuar el análisis espectral es importante considerar el tipo de registro utilizado (bipolar o unipolar), ya que éste introduce variaciones, especialmente si se considera los parámetros más relacionados con la distribución de frecuencias del espectro, tal como sucede con la FrM.
Limitaciones
En este trabajo se ha utilizado un modelo experimental y electrodos epicárdicos. Esto ha permitido controlar adecuadamente la posición de los electrodos y la distancia entre los 2 componentes de los registros bipolares y demostrar la existencia de diferencias en función de la modalidad de registro. La extrapolación de los resultados obtenidos a la clínica ha de tener en cuenta las características del modelo y de la metodología utilizada y requiere la realización de estudios específicos.
CONCLUSIONES
El tipo de registro utilizado (unipolar o bipolar) introduce variaciones significativas en la información obtenida mediante técnicas espectrales durante la FV. Estas diferencias se observan fundamentalmente en la FrM y en la distribución de frecuencias del espectro, pero son muy pequeñas al considerar la FrD.
Este trabajo se ha financiado con las ayudas del Instituto de Salud Carlos III del Ministerio de Sanidad y Consumo PI06/0758 y RETIC RD06/0003/0010 (REDINSCOR), y la beca B2005 de la Sociedad Española de Cardiología.
Correspondencia: Dr. F.J. Chorro.
Servicio de Cardiología. Hospital Clínico Universitario.
Avda. Blasco Ibáñez, 17. 46010 Valencia. España.
Correo electrónico: Francisco.J.Chorro@uv.es
Recibido el 16 de febrero de 2007.
Aceptado para su publicación el 26 de junio de 2007.