Según la revista Time, los dispositivos electrónicos que más han contribuido a nuestro bienestar son la radio, el televisor, la computadora personal y el teléfono móvil inteligente –smartphone-.
Sin embargo, nadie presta atención al mejor de todos, un dispositivo que genera su propia electricidad, nos acompaña toda la vida, raramente se estropea, cambiando su velocidad según lo necesitemos y, además, es capaz de responder a nuestras emociones. Bien recubierto por una delicada bolsa biológica, siempre húmeda –pericardio-, nuestro corazón constituye, sin lugar a dudas, el más eficiente y duradero generador de electricidad que existe. Además, contribuye, como ningún otro, a nuestro bienestar y mantenernos vivos.
En 1856, el barón Sir Ferdinand von Mueller, médico y botánico alemán, junto con el también médico suizo Rudolf Kölliker descubrieron que el corazón genera una energía eléctrica que le permite contraerse de manera autónoma. Años más tarde, el doctor Augustus Waller del Hospital St. Mary de Londres, registró esta actividad bioeléctrica en un corazón de un paciente, con la ayuda de un galvanómetro.
El electrocardiograma
En 1895, Willem Einthoven (1860 – 1927), fisiólogo y medico holandés, más tarde rector de la Universidad de Leiden, con un galvanómetro de cuerda de su invención, descubrió unas asombrosas señales eléctricas procedentes del corazón. Con objeto de aumentar la conductividad de estas señales de escaso voltaje – fracciones de milivoltios-, introdujo sus propias extremidades en cubos llenos de agua salina. Para poder diferenciarlas, imprimió y asignó a estas ondas eléctricas las letras P, Q, R, S y T, con las que se siguen identificando en la actualidad. Estas ondas están estrechamente relacionadas con las fases del ciclo cardiaco, indicando, de manera fidedigna, la contracción del corazón –sístole- y su relajación –diástole-. Einthoven comprobó que, en algunas enfermedades del corazón, estas señales podían experimentar ciertas modificaciones, en su tamaño y/o configuración, descubrimiento científico por el que fue galardonado con el Premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1924.
Electrocardiograma –ECG- con sus características ondas.
La empresa inglesa Cambridge Scientific Instruments fabricó la máquina de Einthoven, como así denominaron al electrocardiógrafo. El registro de esta actividad eléctrica del corazón es el conocido electrocardiograma –ECG-, herramienta diagnóstica imprescindible de la Medicina moderna.
El corazón genera su propia actividad eléctrica mediante determinados procesos bioquímicos que tienen lugar en el interior y exterior de las células, a través de sus membranas que actúan como minúsculos generadores de voltaje. Como sabemos, un generador de voltaje eléctrico es un dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrica entre dos puntos o polos, transformando la energía mecánica en eléctrica. En el corazón, la entrada y salida de los iones calcio, potasio o sodio a través de la membrana celular produce unas diferencias de potencial eléctrico que dan lugar a pequeñas descargas de bajo voltaje –milivoltios-.
Para que la actividad cíclica del corazón se produzca de forma ordenada disponemos de un complejo sistema de conducción que traslada esta electricidad. Se trata de una especie de red eléctrica compuesta por una prodigiosa trama de células excitables muy especializadas. La actividad eléctrica comienza normalmente en un grupo de células localizadas en la aurícula derecha, próxima a la desembocadura de la vena cava superior, que forman el denominado seno auricular o nodo sinusal; de aquí que el ritmo cardiaco normal se denomine ritmo sinusal. Desde este pequeño generador autónomo, aún escasamente conocido y que sigue intrigando a investigadores y electrofisiólogos, la descarga eléctrica inicial se extiende como una “mancha de aceite” por las paredes de las aurículas -cavidades del corazón que reciben la sangre-. Estas células especializadas poseen su propio lenguaje biológico manteniendo una comunicación continua.
Willem Einthoven realizando el primer electrocardiograma con su galvanómetro de cuerda en 1895
Actualmente, se sigue investigando sobre las denominadas vías de conducción auriculares o haces internodales, encargadas de distribuir la actividad eléctrica desde el nodo sinusal a otro similar, más pequeño, llamado nodo auriculo-ventricular –nodo AV- situado en la parte superior de los ventrículos. Este nodo AV se ramifica como un árbol desde el tronco único, llamado Haz de His, que se divide en dos ramas, izquierda y derecha, y de éstas parten múltiples ramificaciones que penetran en el músculo cardiaco, la red de Purkinje, encargada de enviar finalmente la electricidad al miocardio ventricular o músculo cardiaco. Cada descarga de energía eléctrica provoca una contracción muscular del corazón; normalmente, el miocardio recibe unas 70 a 80 descargas eléctricas por minuto, de aquí que el pulso cardiaco, en situación de reposo, contenga 70 – 80 latidos por minuto.
Cuando por diversas causas se altera o interrumpe la generación de esta electricidad autónoma, o perturba su conducción en cualquier lugar de esta compleja red eléctrica cardiaca, se producen ciertas alteraciones del ritmo, las denominadas arritmias. Entre las más conocidas tenemos las taquicardias, bradicardias, bloqueos parciales o completos y los ritmos irregulares, las fibrilaciones auriculares o ventriculares. La interrupción repentina de este maravilloso generador, que nos mantiene con vida, produce una parada cardiaca.
Registro del ECG completo con sus 9 derivaciones clásicas
La mayoría de las arritmias se toleran bien, sin apenas presentar limitaciones para la actividad física habitual, mientras otras pueden hacer peligrar la vida. Cuando la arritmia afecta seriamente la contractilidad cardiaca, el paciente puede permanecer durante algunos segundos o minutos sin latidos, requiriendo de tratamiento urgente, mediante un shock eléctrico o -desfibrilación cardiaca-.
Desde hace años, tratando de recuperar a un buen número de personas, aparentemente sanas, que presentan la denominada muerte súbita, por arritmia ventricular grave, hizo que la Unión Europea estableciera una directiva comunitaria obligando disponer de un desfibrilador eléctrico en todos los lugares públicos. Este dispositivo, de fácil manipulación por cualquier persona, ha logrado una reducción significativa de muertes súbitas cada año. Se calcula que unas 30.000 personas mueren en España cada año por muerte súbita y el uso estos dispositivos están reduciendo un número importante de estas muertes por la disfunción repentina del sistema eléctrico del corazón.
Representación esquemática del sistema específico de conducción eléctrica del corazón humano (Imagen: 3D Science Co.)
El ECG no solamente ayuda a diagnosticar las alteraciones del ritmo cardiaco sino que es una herramienta muy útil para determinar un posible déficit de riego sanguíneo de las arterias coronarias -cardiopatía isquémica-, existencia de un infarto de miocardio reciente o antiguo, así como para comprobar los posibles cambios en la concentración de iones, como el potasio o calcio, e incluso puede dar información sobre las condiciones físicas del corazón –contractilidad cardiaca-.
Registro de la actividad eléctrica a distancia
El control de las constantes vitales de los astronautas en el espacio exterior es un elemento imprescindible para cualquier misión. La investigación científica realizada durante los primeros viajes del hombre a la Luna introdujo importantes avances en las comunicaciones que disfrutamos en la actualidad y, de manera muy destacada, en la Medicina. El seguimiento telefónico del ritmo cardiaco o el funcionamiento de los marcapasos a distancia constituyen algunos de estos trascendentales avances en las comunicaciones médicas.
Sistema moderno de monitorización del electrocardiograma y las constantes vitales de los astronautas (Imagen: BioMonitor Canadá).
Los científicos que colaboraron en el diseño y preparación de los primeros viajes espaciales tripulados sabían que era primordial tener una información constante de las constantes vitales de los astronautas; esto supuso todo un reto en aquellos años con sistemas de telecomunicación tan rudimentarios.
Uno de los más brillantes fisiólogos en la investigación espacial, que tuve la oportunidad de conocer personalmente durante mi actividad laboral como cirujano cardiovascular en Houston, fue el español Prof. David Cardús Pascual (Barcelona, 1922 – Houston, 2003), catedrático de Fisiología en Baylor College of Medicine. Formaba parte del equipo de científicos que seleccionaba a los primeros astronautas que viajaron a la Luna y los adaptaba para la vida en el espacio. Sus importantes conocimientos en matemáticas y fisiología humana le permitieron crear una máquina centrífuga para simular la falta de gravedad, que fue utilizada para entrenar a muchos astronautas. El prof. Cardús, persona sencilla, entrañable, investigador incansable y muy respetado en todo el mundo, presumía de gozar de la amistad de muchos astronautas a los que había entrenado, como Neil Amstrong y Buzz Aldrin, primeros seres humanos que pisaron la Luna.
Astronauta consultando sus constantes vitales en una aplicación disponible en la Estación Espacial Internacional (Imagen: Canadian Space Agency).
Durante las últimas décadas, la preparación, vigilancia a distancia y monitorización de todas las constantes vitales, como el ECG y control de las arritmias, ha avanzado mucho con unos niveles de seguridad y respuesta realmente sorprendentes. Recientemente, se utiliza un sistema de monitorización de los parámetros vitales de los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional, que evita alterar su actividad diaria o su periodo de descanso. Este sistema incluye una camisa inteligente con múltiples sensores incorporados que puede ser analizado desde la Tierra o incluso por los propios astronautas, evitando las clásicas molestias que suponían llevar constantemente unos manguitos para la determinación presión arterial, o ciertos dispositivos y electrodos pegados a su piel para el ECG y otras constantes vitales.
El moderno Bio-Monitor, fabricado en Canadá, simplifica este proceso combinando numerosos dispositivos en una prenda inalámbrica y fácil de usar, con registro constante de los signos vitales, como el pulso, actividad eléctrica del corazón, presión arterial, frecuencia respiratoria, temperatura de la piel, saturación de oxígeno en la sangre y niveles de actividad física. Este sistema de vigilancia biológica proporciona información, a tiempo real durante las 24 horas, incluyendo los periodos de sueño, sobre los posibles cambios en el electrocardiograma.
Desde los inicios de la exploración espacial, se sabe que los astronautas sufren determinadas arritmias; algunos de estos eventos, no tan infrecuentes, sucedieron durante la actividad extravehicular en el espacio. Estas “arritmias espaciales” están relacionadas con la frecuente disminución del potasio en sangre, la microgravedad, los cambios en el sistema nervioso autónomo o el estrés físico durante ciertos momentos del viaje espacial. La falta de gravedad provoca que el corazón esté materialmente flotando en el interior del tórax, sin estabilidad alguna, hecho que provoca ciertas alteraciones en el ritmo del corazón. Por otra parte, en estas condiciones ambientales, gran parte de los líquidos intersticiales del hemicuerpo inferior son desplazados al superior, por lo que el tórax y la cabeza acumulan una mayor cantidad de líquidos, con las consiguientes molestias y síntomas que, la adaptación del astronauta, antes del viaje espacial, le permitirá tolerar por periodos prolongados de tiempo.
Recreación de un futuro viaje a Marte: un nuevo reto para las Telecomunicaciones y la Medicina (Imagen: NASA).
Los futuros vuelos espaciales de muy larga duración, como los proyectados viajes a Marte que durarán alrededor de dos años terrícolas –se necesitan un mínimo de seis meses de viaje para llegar a Marte-, expondrán a los astronautas a unos niveles elevados de radiación cósmica que pueden afectar seriamente sus arterias coronarias, no siendo descartable la posibilidad de que sufran un infarto de miocardio, con el evidente peligro estando tan alejados de la Tierra.
Debe tenerse en cuenta que el tiempo de demora de la comunicación hacia la Tierra será de 10 minutos y otros 10 minutos de la Tierra a Marte, es decir son 20 minutos en la demora de comunicaciones.Todo un reto para científicos, especialistas médicos y, sobre todo, para los propios astronautas que deberán ser capaces de valerse por sí mismos en un ambiente tan alejado y hostil.
En el próximo artículo de divulgación científica trataremos cómo el ser humano ha logrado solventar el serio problema del apagón o interrupciones en la producción de electricidad por parte del corazón.
