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INTRODUCCIÓN
En los últimos años se ha establecido la relación existente entre el funcionamiento del sistema nervioso autónomo y la mortalidad cardiovascular. Esto ha motivado la búsqueda de marcadores cuantitativos del balance autonómico, como la variabilidad de la frecuencia cardíaca (VFC), que representa uno de los más promisorios. La VFC o modificación de los intervalos de tiempo entre los latidos consecutivos del corazón, es una propiedad emergente de los sistemas reguladores interdependientes que opera sobre diferentes escalas temporales para adaptarse a los retos ambientales y psicológicos (1) . Se relaciona con las adaptaciones fisiológicas a los cambios en el medio interno y con la presencia de diferentes enfermedades2,3.
Existen varios métodos para evaluarla, los más aceptados actualmente están en el dominio de la frecuencia (análisis espectral); los métodos del dominio del tiempo son básicamente estadísticos y evalúan la variabilidad por medio de promedios y desviaciones estándar, son los más conocidos, pero al parecer tienen menos ventajas que los métodos espectrales. Otros métodos utilizados son los no lineales, como el ploteo de Poincaré, que a diferencia de las mediciones en el dominio de la frecuencia, este es insensible a los cambios en los intervalos R-R del electrocardiograma. Es la técnica más simple para describir la dinámica no lineal de un fenómeno y presenta buenos resultados en estudios clínicos, experimentales, y en la fisiología del deporte4.
El desequilibrio autonómico o desbalance simpático-vagal, que asocia la actividad simpática creciente y el tono vagal reducido, está implicado en la fisiopatología de la arritmogénesis, la muerte súbita cardíaca y la hipertensión arterial (HTA)2,3. Existen varios métodos para evaluar el estado autonómico de un individuo5, dentro de los que se encuentran la VFC en reposo y en respuesta a la activación del sistema nervioso autónomo mediante respiraciones profundas y maniobra de Valsalva, la respuesta a la ortostasia activa y la contracción muscular isométrica3,5,6. Estas pruebas están estandarizadas, son simples de realizar, seguras, reproducibles y no implican maniobras cruentas7-10.
Por otra parte, aquellos individuos en los que existe un incremento de la respuesta o una mayor sensibilidad del sistema simpático ante diferentes estímulos estresantes presentan un estado denominado hiperreactividad cardiovascular. En este sentido, un grupo de investigaciones recientes han demostrado que las pruebas que detectan individuos hiperreactivos, pueden constituir buenos predictores de HTA11,12. Estos estudios se han desarrollado considerando la hipótesis de que los individuos con mayor hiperreactividad tienen un incremento del riesgo de desarrollar HTA, y que éste es independiente de la presencia de otros marcadores de riesgo cardiovascular.
Existen varias pruebas para inducir hiperreactividad, entre ellas se encuentran el ejercicio físico isométrico o isotónico (dinámico), el estrés mental y el frío. Dentro de las pruebas isométricas se halla la prueba del peso sostenido (PPS). Esta es una variante de la prueba de la empuñadura (handgrip) desarrollada por Paz Basanta et al13 en la década de los años '90 del siglo pasado, la cual demostró elevadas especificidad, sensibilidad y valor predictivo, y fue utilizada en pesquisajes de HTA en la atención primaria de salud. Sin embargo, no se realizaron estudios posteriores para determinar las características del balance simpático-vagal en los individuos con hiperreactividad cardiovascular, y se desconoce si existen diferencias con los normorreactivos en la respuesta autonómica a la mencionada prueba.
El objetivo de esta investigación fue determinar las características del control autonómico cardíaco en reposo y durante el ejercicio isométrico en adultos jóvenes con diferentes grados de reactividad cardiovascular.
MÉTODO
Se realizó un estudio analítico de tipo transversal en el Laboratorio de Fisiología Cardiovascular de la Unidad de Investigaciones Biomédicas de la Universidad de Ciencias Médicas de Villa Clara. Se tomó una muestra aleatoria de 97 estudiantes, 56 del sexo femenino y 41 del masculino, con una media de edad de 19,16±1,41 años.
Los individuos no tenían antecedentes de enfermedades crónicas, excepto HTA sin tratamiento farmacológico y como requisitos previos a la prueba no podían fumar, tomar café, ni realizar ejercicios intensos desde el día anterior.
Se realizó una toma inicial de la presión arterial en el miembro superior derecho en posición sentada por el método auscultatorio clásico con un esfigmomanómetro de mercurio marca Kennel. A continuación se realizó la PPS en posición sentada, sujetando una pesa de 500 gramos con el miembro superior izquierdo perpendicular al cuerpo, durante 2 minutos. Según los valores de la presión arterial media se clasificaron los individuos en normorreactivos (n=58), hiperreactivos (n=31) y con respuesta hipertensiva (n=8) cumpliendo los requisitos establecidos por Paz Basanta et al13.
En un segundo momento se determinó la respuesta presora a la PPS en posición de decúbito supino. Para ello se colocó al individuo con el brazo izquierdo paralelo al piso, perpendicular al eje longitudinal y con el hombro fuera de la cama, y se determinaron los valores de presión arterial sistólica, diastólica y media, en el primer y segundo minuto de la prueba.
La VFC se determinó de acuerdo con las guías de la Sociedad Europea de Cardiología y la Sociedad Norteamericana de Marcapaso y Electrofisiología14. Para la adquisición de datos se empleó un equipo digital de registro PowerLab y el programa LabChart 8, a través de la derivación electrocardiográfica estándar DII, en posición decúbito supino, en reposo durante 10 minutos y en el ejercicio isométrico. Los parámetros de la VFC se analizaron en los últimos 5 minutos del reposo y durante la ejecución del ejercicio.
El estudio de la VFC se realizó en el dominio de la frecuencia. Para calcular los parámetros en el mencionado dominio se utilizó el análisis espectral del tacograma y el periodograma de Lomb. Los valores de potencia, con unidades ms2/Hz, fueron expresados como el logaritmo natural de las cifras obtenidas.
La medición de las energías de los componentes de baja (LF) y alta frecuencia (HF) se expresaron en valores absolutos de frecuencia, calculadas en milisegundos cuadrados y en los valores de las energías normalizadas, expresadas en porcentaje de las diferentes bandas, respecto a la potencia espectral total que representan el valor relativo de cada uno de estos componentes en proporción al valor total del componente de muy baja frecuencia15. Otro análisis efectuado fue el cálculo de la relación entre ambas frecuencias (LF/HF), que en condiciones controladas representa el balance simpático-vagal.
En el análisis no lineal se utilizó el gráfico de dispersión de Poincaré, que se realizó de forma cuantitativa por el ajuste de una elipse a la figura formada por el ploteo de cada intervalo R-R contra el intervalo precedente. De la nube de puntos de la elipse se obtuvieron los parámetros de desviación estándar (SD) 1 y 2 que están asociados con las diagonales transversal y longitudinal, respectivamente. Estos parámetros se corresponden con las desviaciones estándar de los datos de la elipse y describen la variabilidad a corto y largo plazos. La relación SD1/SD2 representa el balance autonómico16,17.
Todas las mediciones de los parámetros estudiados se realizaron en el horario comprendido entre las 08:00 am y las 10:00 am, en el Laboratorio de Fisiología Cardiovascular de la Unidad de Investigaciones Biomédicas.
Análisis estadístico
El análisis estadístico se realizó con el programa SPSS versión 20.0, los resultados se indican por la media ± desviación estándar (χ±DE). Se realizó una comparación de las variables de estudio entre los grupos a través de la prueba T para muestras independientes, y en la comparación de los valores basales con los alcanzados durante el ejercicio isométrico, se utilizó una prueba T para muestras relacionadas. Se consideró la significación estadística para p<0,05.
RESULTADOS
En la tabla 1 se presentan las medias y desviaciones estándar de la presión arterial y la frecuencia cardíaca (FC) en condiciones basales y durante el ejercicio isométrico. Se compararon las medias en ambas condiciones, y se pudo constatar que los valores de presión arterial sistólica, diastólica y media presentaron aumentos significativos en todos los grupos (p<0,05); además, que estos valores se incrementaron en relación al grado de reactividad cardiovascular. Por otra parte, la FC también se incrementó significativamente en el ejercicio en todos los grupos, aunque en los individuos con respuesta hipertensiva las diferencias no fueron estadísticamente significativas (p>0,05).
Tabla 1 Parámetros hemodinámicos en condiciones basales y durante el ejercicio isométrico en individuos normorreactivos, hiperreactivos y con respuesta hipertensiva.
En la tabla 2 se observan los parámetros de la VFC en el dominio de la frecuencia en reposo, donde se constata que existieron diferencias significativas en todas las variables entre normorreactivos e hiperreactivos (p<0,05); sin embargo, no se apreciaron diferencias en los individuos con respuesta hipertensiva respecto al resto de los grupos (p>0,05). Los hiperreactivos presentaron el mayor valor de LF (en unidades normalizadas: 58,19±14,98) y los individuos con respuesta hipertensiva tuvieron los menores valores de HF (en milisegundos al cuadrado [23,26±13,02] y en unidades normalizadas [40,98±19,76]) y la mayor razón LF/HF 1,93±1,52 (menor VFC), aunque sin diferencias significativas con el grupo de normorreactivos.
Tabla 2 Parámetros de variabilidad de la frecuencia cardíaca en estado basal en los grupos de estudio.
En los parámetros del diagrama de Poincaré se observó que los individuos normorreactivos presentaron valores más elevados de los ejes SD1, SD2 y en la razón SD1/SD2 que los individuos hiperreactivos y con respuesta hipertensiva, con diferencias estadísticas significativas sólo con los primeros (p<0,05).
En el hecho de no encontrar diferencias estadísticas en las variables estudiadas en el grupo de respuesta hipertensiva pudo incidir el pequeño tamaño de la muestra con una mayor dispersión de los datos.
En la tabla 3 se muestran los valores de los parámetros cuantitativos del ploteo de Poincaré durante la PPS. Se pudo constatar que los individuos con respuesta hipertensiva presentaron el menor valor del parámetro SD1 y de la razón SD1/SD2, aunque no se obtuvieron diferencias significativas entre los grupos (p>0,05).
Tabla 3 Análisis cuantitativo del ploteo de Poincaré durante el ejercicio isométrico en los grupos de estudio.
Al comparar los valores basales con los obtenidos durante la prueba isométrica mediante el ploteo de Poincaré (Figura 1) se pudo apreciar que en todos los grupos disminuyeron los valores de SD1 y SD2 con diferencias significativas en normorreactivos e hiperreactivos (p<0,05). Por otro lado, la razón SD1/SD2 apenas se modificó en el grupo de hiperreactivos y en el resto de los grupos disminuyó, aunque de forma significativa solo en los normorreactivos (p<0,05).
Figura 1 Comparación del balance autonómico basal con el ejercicio mediante el ploteo de Poincaré. Los valores se expresan en medias. Prueba T de Student para la comparación de variables relacionadas (*p<0,05). PPS, prueba del peso sostenido; SD, desviación estándar.
Los diagramas de Poincaré representan tres tipos de individuos con diferente grado de reactividad (Figura 2). Se puede observar que, en condiciones basales, en aquellos con hiperreactividad (B y C) los diámetros SD1 y SD2 tienen valores inferiores al del normorreactivo (A) y la elipse es más estrecha; lo que indica menor actividad vagal y mayor actividad simpática. La menor VFC a corto y largo plazos se observa en el individuo C con respuesta hipertensiva. Durante el ejercicio isométrico se aprecia disminución de la magnitud de ambos diámetros y estrechamiento de la elipse en todos los individuos, lo que refleja un incremento de la estimulación simpática e inhibición vagal.
DISCUSIÓN
El estudio de la VFC ha mostrado ser de gran valor para determinar el riesgo cardiovascular y es considerado un marcador de riesgo independiente. Recientemente ha retomado interés el estudio del papel del sistema nervioso autónomo como modulador de la progresión del daño tisular en enfermedades como la HTA sistémica y la diabetes mellitus4.
La VFC se define como la variación que ocurre en el intervalo de tiempo entre latidos consecutivos y su comportamiento depende de la modulación autonómica. El balance simpático-vagal es dependiente de un elevado número de factores internos y externos que actúan mediante mecanismos de retroacción que regulan el ritmo cardíaco en diferentes escalas de tiempo (información de barorreceptores, quimiorreceptores, receptores atriales y ventriculares, cambios en la frecuencia respiratoria, sistema vasomotor, sistema renina-angiotensina y mecanismos de termorregulación)18. Por otra parte, se ha planteado que una inadecuada regulación de la presión arterial, por parte del sistema nervioso autónomo, juega un papel importante en la génesis de la HTA esencial19. Una actividad simpática aumentada es causante de hiperreactividad cardiovascular y su diagnóstico es utilizado como un predictor de HTA20,21.
Las variaciones en el intervalo R-R que ocurren en condiciones de reposo representan un fino control latido a latido por parte de los mecanismos moduladores. La estimulación aferente vagal lleva a excitación refleja de la actividad eferente vagal y a inhibición eferente simpática. Los efectos reflejos opuestos son mediados por la estimulación de la actividad aferente simpática; por su parte, la actividad vagal y simpática eferente dirigidas al nodo sinusal, se caracterizan por descargas sincrónicas con cada ciclo cardíaco que pueden ser moduladas por oscilaciones centrales (centro vasomotor y respiratorio) y periféricas (oscilaciones en la presión arterial y en los movimientos respiratorios). Estas oscilaciones generan fluctuaciones rítmicas en las descargas neuronales eferentes, que se manifiestan como oscilaciones largas y cortas en el ciclo cardíaco22,23.
La actividad vagal eferente es una contribución importante para el componente HF (0,15-0,4 Hz) bajo condiciones controladas. Además, este componente refleja el control respiratorio y está determinado por la frecuencia que genera la arritmia sinusal respiratoria. Por otro lado, el significado fisiológico de la banda LF (0,04 a 0,15 Hz) es objeto de discusión. Se considera que está influenciada por la eferencia simpática a los músculos esqueléticos y al sistema vascular o como una medida de la modulación simpática, cuando se expresa en unidades normalizadas (LFun). Otras investigaciones demuestran que está determinada por los mecanismos de retroalimentación del reflejo barorreceptor1,4. No obstante, algunos autores lo interpretan como un indicador de la actividad eferente de las dos ramas del sistema nervioso autónomo, aunque es importante tener en cuenta que las interacciones de los sistemas nerviosos simpático y parasimpático son complejas, no lineales, y frecuentemente no recíprocas. De ahí que se considere al índice LF/HF como reflejo del balance autonómico global4.
En algunas condiciones asociadas con excitación simpática, como el caso de un ejercicio físico, se produce una disminución de la potencia de la energía absoluta del componente LF y es importante recalcar que el aumento de la FC resultante se acompaña generalmente por una reducción en la VFC, mientras que se presenta lo contrario con la activación vagal. La elevación de la presión arterial reactiva la sensibilidad barorrefleja y la modulación parasimpática cardíaca durante esta situación23.
En este estudio se puede apreciar que en condiciones basales el componente HF (en unidades normalizadas) es menor en los individuos hiperreactivos y con respuesta hipertensiva, lo que se refleja en una relación LF/HF incrementada en relación a los normorreactivos. Es decir, poseen una menor influencia del componente vagal eferente en la modulación de la actividad cardíaca, lo que se corrobora en la relación SD1/SD2 que fue menor e indica un incremento de la actividad simpática y una disminución en los cambios de la VFC a largo plazo.
Es conocido que en individuos sanos, en condiciones de reposo, existe un predominio del tono vagal sobre la actividad cardíaca. No obstante, varios autores han informado que en los hijos sanos de padres hipertensos ya está presente una reducción de la modulación autonómica vagal en reposo y una respuesta anormal a los cambios de postura, lo que potencialmente podría incrementar la presión arterial y el riesgo de enfermedad cardiometabólica19,24. Asimismo, Almeida et al25 encontraron que además de una disfunción autonómica en estado basal, los hijos de padres hipertensos tienen una modulación autonómica reducida durante el ejercicio isométrico, hecho que se corresponde con los resultados obtenidos en este trabajo en los individuos hiperreactivos y con respuesta hipertensiva.
Según Sassi et al17, un metaanálisis concluyó que los principales estudios realizados en diferentes tipos de hipertensión apuntan hacia una influencia del sistema nervioso autónomo caracterizada por un decrecimiento global de la VFC y particularmente, del componente parasimpático. Estos autores plantean que la HTA promueve inicialmente un desbalance autonómico que produce dificultades de adaptación de la función cardíaca a condiciones mínimas de estrés físico o mental.
En el presente estudio, tanto la presión arterial como la FC se incrementaron en todos los grupos durante la PPS. Es conocido que durante el ejercicio se producen reajustes cardiovasculares que garantizan la distribución del flujo a los músculos en actividad y la eliminación de metabolitos. Los cambios hemodinámicos que ocurren en respuesta a esta prueba isométrica están bien establecidos en adultos jóvenes e incluyen un aumento de la presión arterial media, ocasionado principalmente por incremento de la resistencia periférica total con ligero incremento del gasto cardíaco y aumento de la FC26.
Los mecanismos responsables de estas respuestas son centrales y periféricos, dentro de los cuales se encuentran un comando central y un sistema de retroalimentación que opera por vía aferente desde los receptores localizados en los músculos esqueléticos, que se contraen y se integran con la información que llega desde los barorreceptores arteriales a nivel del tallo encefálico. El mecanismo central activa vías neuronales del sistema nervioso central que modifican la actividad de los sistemas simpático y parasimpático, y determinan las respuestas cardiovasculares27.
Existen evidencias en registros electromiográficos que demuestran como la activación de un número mayor de unidades motoras en las fibras musculares durante la contracción, están relacionadas con el mecanismo neural del comando central, lo que determina cambios inmediatos a nivel de la actividad eferente simpática y parasimpática a nivel del corazón y el sistema nervioso simpático de los vasos sanguíneos. Además, el mecanismo reflejo relacionado con la actividad mecánica metabólica del músculo en actividad también determina el nivel de la respuesta autonómica al sistema cardiovascular28. Este reflejo es mediado por fibras aferentes del grupo III que son activadas por el estímulo mecánico de los cambios de tensión y longitud del músculo, y las fibras aferentes tipo IV activadas por los productos metabólicos de la contracción muscular28.
Dos Santos et al27 resumen varios estudios publicados durante diez años con diferentes protocolos y diseños, sobre los ajustes cardíacos al ejercicio isométrico. Estos autores concluyen que la modulación autonómica cardíaca durante el ejercicio se caracteriza, en un inicio, por una disminución de la actividad vagal, seguida de incremento de la modulación simpática, lo que se invierte durante la fase de recuperación. Por otro lado, Weippert et al29, al comparar la respuesta cardíaca al ejercicio dinámico y estático de tipo isométrico, informaron que los resultados del análisis de la VFC en el dominio del tiempo y la frecuencia indican un aumento de la modulación parasimpática de la FC durante el ejercicio isométrico. En este sentido, González-Camarena y colaboradores30 encontraron que la VFC se encontraba reducida en el ejercicio dinámico e incrementada durante el ejercicio isométrico. Estos autores sugieren un incremento del impulso vagal a través de los barorreceptores, secundario a una activación simpática. Michael et al31 consideran que debiera cuestionarse la utilización de los parámetros normalizados en el dominio de la frecuencia, y la razón LF/HF como indicadores de la actividad autonómica simpática y del balance simpático-vagal durante el ejercicio, debido a las inconsistencias encontradas entre diferentes estudios por la influencia de factores no neurales sobre el parámetro HF, principalmente de la respiración. Hecho que fue corroborado en esta investigación, por lo que se decidió utilizar el ploteo de Poincaré.
Es conocido que los métodos tradicionales como el análisis espectral, requieren intervalos de tiempo de las series R-R estacionarias. Durante la ejecución de un ejercicio físico no se cumple esta condición y esto puede llevar a resultados contradictorios e inconsistentes31,32. Por el contrario el ploteo de Poincaré está basado en la noción de diferentes efectos temporales de los cambios en la modulación simpática y parasimpática en la FC y en los subsecuentes intervalos R-R, sin requerir intervalos de tiempo estacionarios33.
El diagrama de Poincaré permite analizar la dinámica de los cambios de la actividad del sistema nervioso autonómico sobre el corazón. Muestra una morfología fácil de analizar de forma visual, ya que la medida del eje SD1 es proporcional a la influencia parasimpática, y la del eje SD2 es inversamente proporcional a la actividad simpática. De esta forma al observar un gráfico estrecho estará reducida la actividad parasimpática con el consiguiente dominio simpático. En cambio cuando el diagrama se encuentra más disperso en el sentido transversal existe una actividad vagal incrementada34,35.
Se ha sugerido que entre los mecanismos que subyacen en la respuesta al ejercicio isométrico en los individuos con hiperreactividad cardiovascular podrían estar, una respuesta anormal de la función barorrefleja y al reflejo presor. Asimismo, se ha demostrado que presentan una actividad exacerbada de la actividad nerviosa simpática muscular en respuesta a la prueba isométrica del handgrip por activación del mecanismo reflejo relacionado con la actividad metabólica del músculo en actividad20.
CONCLUSIONES
Los individuos hiperreactivos y con respuesta hipertensiva presentan, en estado basal, un desbalance autonómico por disminución del tono vagal e incremento de la actividad simpática con una menor variabilidad de la frecuencia cardíaca comparado con los normorreactivos. Durante el ejercicio isométrico se realizan ajustes nerviosos en el control de la función cardíaca que garantizan un flujo adecuado de sangre a los músculos en actividad; sin embargo, en los individuos con hiperreactividad existe una reducción de la modulación autonómica vagal, por lo que presentan una menor capacidad de adaptación a los estímulos estresantes de tipo físico lo que pudiera favorecer el desarrollo de hipertensión arterial.
