INTRODUCCION
En este capítulo, se introduce la señal de variabilidad de frecuencia cardíaca (Heart Rate Variability,HRV). Para ello, en primer lugar se presenta brevemente el electrocardiograma (ECG), y a continuación se detalla la forma en la que se puede medir la HRV a partir del ECG, así como las distintas representaciones y propiedades de la señal de HRV.
El Electrocardiograma
Un ECG es una representación gráfica que describe la actividad eléctrica del corazón que se captura a través de electrodos colocados en la superficie corporal en posiciones estándares. El latido cardíaco tiene asociada una actividad eléctrica, que se manifiesta en el ECG como una serie de ondas con unas morfológicas y duraciones características. La información que se puede extraer del ECG permite el diagnóstico de distintas patologías.
En la Figura 1, se puede apreciar un segmento de ECG estandar, en el que están identificadas las distintas ondas, así como las duraciones mas importantes. Cada onda presente en el ECG posee una asociación fisiológica determinada, así:
Onda P, que refleja la despolarización de las aurículas. La ausencia de onda P puede sugerir que el origen del latido no es auricular, sino ventricular.
Complejo QRS, que refleja la combinación de la despolarización ventricular y la repolarización auricular, casi simultáneas, sin embargo, dado que el ventrículo posee mayor masa miocárdica la despolarización ventricular es la más visible de las dos acciones eléctricas. La primera deflexión negativa corresponde a la onda Q, la primera deflexión positiva corresponde a la onda R, mientras que la segunda deflexión negativa del complejo corresponde con la onda S.
Onda T, que refleja la repolarización ventricular. En el ECG presentado se pueden observar también una serie de intervalos y segmentos:
Segmento ST, el cual representa el intervalo durante el que los ventrículos permanecen despolarizados y por tanto en estado activo.
Intervalo PQ, que representa el intervalo temporal entre el comienzo de la despolarización auricular y el comienzo de la despolarización ventricular.
Intervalo QT, que representa el tiempo que transcurre desde el comienzo de la despolarización ventricular hasta que se ha completado la repolarización ventricular.
Figura 1:Defi nición de las ondas e intervalos más relevantes presentes en un ECG estandar.
Intervalo RR, que representa el intervalo temporal entre dos latidos consecutivos, medido entre los picos de las dos ondas R respectivas. Este intervalo será fundamental para el posterior estudio de la HRV, así como para el establecimiento de las distintas representaciones de la señal de HRV.
Figura 2: Representación de un intervalo RR entre dos latidos consecutivos.
La Variabilidad de Frecuencia Cardíaca
Si se observan los sucesivos latidos en un ECG, tomando la onda R como instante de ocurrencia del latido cardíaco, se puede medir la frecuencia cardíaca calculando el tiempo que transcurre entre latidos consecutivos, es decir, los intervalos RR. Si se realiza esta medición en un intervalo de tiempo adecuado,se observa que la frecuencia cardíaca no es constante. Este hecho es el que sirve de base para el estudio de la variabilidad de la frecuencia cardíaca.
La HRV se define como la variación temporal entre latidos cardíacos consecutivos. La extracción de los intervalos de tiempo entre latidos a partir del ECG se puede conseguir midiendo el tiempo entre complejos QRS consecutivos. Dado que la HRV está principalmente relacionada con la actividad del nodo sinoauricular (NSA), el inicio de la onda P será un punto apropiado.
Sin embargo, este enfoque no resulta muy preciso, debido a que, la onda P posee generalmente una amplitud pequeña; en ocasiones está completamente ausente. Por lo tanto, el punto de comparación comunmente aceptado es el pico de la onda R del complejo QRS. La HRV describe, por lo tanto, las variaciones tanto en los intervalos RR como en el ritmo cardíaco instantáneo. Ver Figura 3.
Figura 3 Secuencia de intervalos RR. La etiqueta \N” indica que el ritmo de los latidos es normal. Los intervalos RR están medidos en milisegundos.
Figura 4: muestra una señal de HRV, conocida como tacograma, donde se representa el ciclo.
Figura 4: Ciclo cardíaco de una persona sana. Representa el ciclo en milisegundos frente a la ocurrencia del latido cardíaco (en milisegundos) para una persona sana. Esta representación permite apreciar la variabilidad presente en el ritmo cardíaco. El análisis de la HRV se basa en el estudio de la actividad del nodo sinoauricular (NSA) como fuente de impulsos repetitivos que genera los latido cardíacos normales. Sin embargo el NSA no actúa de forma aislada, esto dará lugar a una ausencia completa de variabilidad, sino que se encuentra regulado por los sistemas nerviosos simpático y parasimpático, es decir, regulado por el sistema nervioso autónomo (SNA), lo que permite adaptar la respuesta cardíaca a las distintas necesidades. Es aceptado el hecho de que la regulacion simpática se encarga de acelerar el ritmo cardíaco, mientras la actuación de la rama parasimpática lo decelera. Por tanto, la HRV se entenderá como la interacción entre ambos sistemas,simpático y parasimpático como moduladores del NSA. Tambien hay que tener en cuenta que el sistema nervioso recibe información de otros sistemas (sistema respiratorio, vasomotor, nervioso central,. . . ), por lo que la HRV también esta influenciada por estos sistemaS. Ver Figura 5
Figura 5: Representación de las interacciones de los distintos sistemas que regulan el ciclo cardíaco.
El principal mérito de la HRV es que permite inferir datos de interés clínico sobre la modulación del SNA sobre el sistema cardiovascular de forma no invasiva. La HRV ha sido propuesta como predictor de arritmias malignas tras infartos as como en la prognosis de muerte subita. La idea que subyace en elestudio de la HRV es que problemas en el sistema cardiovascular, o la degeneración en el sistema SNA2,se traduce en una perdida, en una disminución, de la variabilidad, es decir, una menor plasticidad del sistema cardiovascular para responder a las distintos cambios en el entorno.Por ejemplo, tras un infarto de miocardio se produce una pérdida en el grado de inervación del corazón y por lo tanto se produce una disminución en el control nervioso sobre el mismo.Por ejemplo, una degeneración nerviosa debida al envejecimiento natural.
FORMATO DE DATOS DEL HOLTER
En este capítulo se presenta, en primer lugar, el método más común para registrar la actividad cardíaca, conocido como monitorización Holter, y que permite un posterior análisis de la señal de HRV. A continuacion se presenta el formato estándar más utilizado para el almacenamiento y transmisión de los registros cardíacos, denominado ISHNE.
Monitorización Holter
El registro del ECG ambulatorio durante períodos prolongados (normalmente 24 horas) de la vida diaria de un paciente se conoce por el nombre de monitorización Holter, o simplemente Holter. Esta técnica fue introducida en cardiología por Norman J. Holter, de quien tomo el nombre, a finales de la decada de los 50. El objetivo principal de la monitorización prolongada es la deteccion y caracterización de arritmias en pacientes con síntomas transitorios (palpitaciones, síncopes, mareos). Para ello, el paciente porta una grabadora de ECG durante un día completo de su vida diaria y registra la ocurrencia de síntomas, por ejemplo presionando un botón en el aparato registrador cuando acontece el síntoma. De esta forma, analizando posteriormente el registro se puede establecer una correlación entre los síntomas y las arritmias, determinar la gravedad de las mismas, así como los mecanismos que las originan. Esta monitorización también permite evaluar la eficacia de tratamientos con fármacos antiarrítmicos. Otras aplicaciones son, por un lado, la evaluación del riesgo de muerte súbita en pacientes que han sufrido un infarto de miocardio, y por otro lado, la detección de isquemias silentes, es decir, asintomáticas,mediante el análisis del segmento ST. Esta última aplicación es posible gracias a la mejora técnica de la obtención de registros de mayor calidad.
Electrodos y derivaciones
Debido a la naturaleza de la monitorización ambulatoria con Holter (24 horas de registro de ECG de un paciente en movimiento), el principal requisito para la captación de los potenciales eléctricos es que el registro posea su ciente calidad para poder ser interpretado posteriormente, por tanto es necesario disponer de electrodos adecuados, así como de una colocación correcta, prestando atencion a una preparación apropiada de la piel.Generalmente se emplean derivaciones bipolares con un electrodo positivo (escaneador) y otro negativo para cada derivación. Es normal utilizar una configuración de 3 derivaciones (3-lead), cuya elección debe hacerse en función del proceso patológico del paciente y del propósito de la monitorización.
Registradora
La registradora es el dispositivo encargado de grabar el ECG captado por los electrodos. Normalmente, en su versión más básica, consta de:
- Una cinta magnética donde se almacena el ECG. Las registradoras más modernas poseen tarjetas de memoria donde el ECG se guarda ya digitalizado.
- Un reloj.
- Una fuente de energía, comunmente en forma de baterías.
Electroanalizador
El electroanalizador es un computador con un software adecuado para la lectura y reproducción de los complejos QRS grabados por la registradora. El software realiza un análisis automático que permite la detección y clasificación de los complejos QRS mediante criterios morfológicos. El electroanalizador tambien genera informes automáticos, en los que generalmente analiza los siguientes parámetros:
- Ritmo cardíaco durante la duración de la monitorización, así como la frecuencia máxima y mínima.
- Análisis de las alteraciones del segmento ST.
- Clasificación y cuantificación de las arritmias ventriculares, y en algunos casos también supraventriculares.
Es necesaria una revisión cuidadosa del análisis automático para verificar que la detección y la clasificación de los complejos fue correcta.
Formato de Archivo Estandar de Holter
Con el advenimiento de las técnicas digitales de grabación de los registros de monitorización Holter,se ha impuesto la necesidad de establecer un estándar de almacenamiento de los datos digitales obtenidos mediante dicha técnica. En 1997 se aprobó la cooperación entre la International Society for Holter and Noninvasive Electrocardiology, ISHNE y las empresas que comercializaban los Holters, en un intento por establecer un estándar digital, para facilitar el almacenamiento, importación y exportación así como el libre intercambio de los registros de ECG grabados con Holter [138], dando como resultado el estándar conocido como ISHNE.El formato ISHNE se organiza en un único archivo estructurado en una cabecera seguido de un bloque de datos que contiene los registros ECG como muestras digitales [11].
Magic Number
El primer campo del fichero se denomina un magic number, el cual consiste en una cadena de caracteres predefinida que sirve de comienzo para todos los archivos ISHNE. La funcion de este campo es permitir una rápida verificación. Este campo consiste en la siguiente cadena de ocho caracteres: ISHNE1.0
Figura 6: Estructura de un archivo con formato ISHNE.
Figura 6:Campos de la cabecera de un fichero con formato ISHNE. 1 char = 1 byte.
Checksum
El segundo campo es un campo de comprobación que consta de dos bytes. Estos dos bytes son calculados a partir de la cabecera completa. El código de detección de error utilizado es CRC-CCITT de 16 bits (2 bytes).
Cabecera
La cabecera comienza en el undécimo byte del fichero, justo a continuación del código de comprobación.La cabecera posee una parte fija de 512 bytes con los campos obligatorios del archivo ISHNE y una parte variable reservada para comentarios de caracter general.La función principal de la cabecera es proporcionar toda la información necesaria asociada con los datos del ECG, como por ejemplo, especificación de las derivaciones, frecuencia de muestreo, calidad delas derivaciones, o informacion sobre el paciente. En la Tabla 6 se detallan los distintos campos que componen la cabecera, as como el numero de bytes de cada campo.
Figura 7: Formato de datos de Holter. Campo de datos ECG.
Bloque de Datos de ECG
A continuación del bloque de longitud variable de la cabecera (en caso de existir) se colocan las muestras del ECG. El tamaño de almacenamiento de una muestra de ECG para el formato ISHNE es de dos bytes. Los datos se almacenan en formato binario con signo haciendo corresponder el 0 con 0 mV, el bit más significativo se asocia al signo, quedando por tanto disponible un rango de valores desde _32:768 hasta +32767. Los valores negativos se guardan en complemento a dos. Todas las muestras de dos bits se
almacenan en formato little-endian, LBS. El orden en el que se guardan los distintos canales registrados en el ECG es el que se muestra en la Figura 7; como se puede observar en formato ISHNE, las muestras de los distintos canales se encuentran imbricadas, es decir, si se dispusiese de 2 canales, los datos en el campo de ECG se dispondrán como sigue: primero la primera muestra del canal 1, a continuación la primera muestra del canal 2, seguidamente la segunda muestra del canal 1 seguida de la segunda muestra del canal 2, y así hasta completar todas las muestras recogidas durante la monitorización.
Programa de Conversión Holter 7 días a Formato ISHNE
En el desarrollo del estudio de la variabilidad en registros de duración superior a 24 surgió la necesidad de implementar un programa, llamado H72ISHNE, que permitiese la conversión de los datos que ofrece como resultado la monitorización Holter de 7 días, a formato ISHNE estándar para permitir su preprocesado, dado que el dispositivo de monitorización Holter de 7 días no permitía la exportación de los datos en formato ISHNE. En el Apéndice A se muestra un tutorial de manejo de dicho programa.