Universidad de Oriente. Departamento de Telecomunicaciones
Hospital Provincial "Saturnino Lora" Servicio de Cardiología

Cuantificación de la variabilidad de la repolarización ventricular en pacientes con cardiopatía isquémica

Dr. Ing. Carlos Román Vázquez Seisdedos,1 Dr. José Ramón Malleuve Palancar2 y Dr. Ing. Ramón Pallás Areny3

Resumen

Se propuso un nuevo indicador que se denomina: Relación de desviaciones estándar (DERI) para cuantificar la variabilidad de la repolarización ventricular (VRV). Este indicador tiene en cuenta la variación de las componentes rápidas y lentas de variación de los intervalos RR, RTm (pico de R a pico de T) y RTe (pico de R a final de T). Se ha evaluado en 20 sujetos sanos, 12 sujetos con cardiopatía isquémica (no infartados) y 13 sujetos que sufrieron infarto de miocardio agudo. El indicador DERI es menor en sujetos sanos que en infartados (p < 1,68 ´10-4 para el RTm y p < 4,46 ´ 10-4 para el RTe) o con cardiopatía isquémica sin infarto (p < 3,23 ´ 10-5 para el RTm y p < 0,02 para el RTe). Se concluyó que la respiración afecta el valor del DERI, razón por la cual se propone registrar al paciente en períodos largos donde su respiración sea más o menos uniforme, como por ejemplo durante el período de sueño.

DeCS: ISQUEMIA MIOCARDICA; INVESTIGACION; RESPIRACION; ELECTROCARDIOGRAFIA.

La variabilidad del intervalo QT (QTV) es la cuantificación de los ligeros cambios del intervalo QT latido a latido. A diferencia de la variabilidad de la frecuencia cardíaca (HRV), sobre la QTV se ha escrito relativamente poco. Los estudios sobre QTV son bastante recientes (década de los 90) y en la actualidad su empleo se limita a la investigación clínica.

La QTV se cuantifica usualmente con la desviación estándar (DE) del intervalo QT ó QT corregido según la fórmula de Bazett . Pero la DE por sí sola no ha demostrado ser una medida fiable de la QTV. La respiración afecta a la variabilidad de la frecuencia cardíaca. La forma de respirar influye notablemente en el valor de algunos indicadores frecuenciales obtenidos del intervalo RR.1 Cabe por ello cuestionarse la posible influencia de la respiración en cualquier indicador propuesto para cuantificar la QTV.

El objetivo de este trabajo es proponer un nuevo indicador para cuantificar la variabilidad de los intervalos RTm y RTe (RTV) que permita separar grupos de sujetos sanos y enfermos, y analizar si la respiración afecta a dicho índice.

Variabilidad de la repolarización ventricular

Normalmente se asocian los intervalos QT (inicio de Q a final de T), RTm (pico de R a pico de T) y RTe (pico de R a final de T) con la repolarización ventricular (RV), pues ésta ocurre durante la mayor parte de dichos intervalos. En condiciones ambulatorias, es más fácil obtener los intervalos RTm y RTe que el QT.

Para cuantificar la QTV no existen recomendaciones como para la HRV.2 Por ello, la VRV se cuantifica mediante indicadores diversos. El indicador más empleado es la desviación estándar de las series QT (DEQT) sin corregir, ó QT corregida (DEQTc). Ésta se calcula en el registro completo o en períodos diversos. Sin embargo, la DE es poco robusta frente a artefactos y por sí sola no ha demostrado ser una medida fiable para diagnosticar la VRV.

Para aumentar la sensibilidad en el diagnóstico, y dado que el RR es el mayor determinante del QT, se han obtenido indicadores a partir de: (a) la nueva serie obtenida al dividir, para cada latido, el valor de la serie QT (o alguna estimación) por el de la serie RR y (b) las series QT (o alguna estimación) y RR por separado.

El indicador QT-RRindex 3 es un ejemplo sencillo de la variante (a) y se expresa como la media y la desviación estándar de la serie cociente QT/RR en intervalos de tiempo determinados; por ejemplo, durante el día o la noche. La utilidad de la serie QT/RR es obvia ya que relaciona ambos intervalos, pero al mismo tiempo presenta 2 inconvenientes: 1. El intervalo RR suele dominar el cociente QT/RR y 2. Los artefactos de cada serie (QT y RR) quedan reflejados en la nueva serie.

El indicador de variabilidad normalizado (QTVI) 4 es un ejemplo de la variante (b). Su obtención requiere un preprocesado que consiste en remuestrear a 4 muestras/s las series QT y RR y sustraer sus tendencias lineales en segmentos de 256 s. Las series QTF y RRF resultantes conservan las componentes de mayor velocidad de variación, pero pierden las componentes de menor velocidad de variación, que serán las de bajas frecuencias. La definición de QTVI en un segmento determinado expresa la relación logarítmica entre las variancias de ambos intervalos, normalizadas a los valores medios correspondientes elevados al cuadrado, según la expresión:

El indicador QTVI es el promedio de los QTVI de todos los segmentos de 256 s en el registro total. Este indicador no tiene en cuenta el efecto de las componentes de variación lenta pues son eliminadas al sustraer las tendencias lineales. Ello implica la pérdida de la información diagnóstica que aportan estas componentes. Por otra parte, no es robusto frente a artefactos.

Indicador de variabilidad propuesto

Para resolver las limitaciones descritas de la desviación estándar y las del indicador QTVI se propone un nuevo indicador que relacione las variabilidades de los intervalos RT y RR para las componentes de variación rápida y lenta en ambas series. Este indicador se define para las series RT (RTm y RTe) y se denomina índice de relación de desviaciones estándares DERI (DERI, Standard deviation ratio index).5
El indicador DERI se define como:

donde DERTS (DERTF) es la desviación estándar de la serie RT de variación lenta (rápida) y DERRS (DERRF) es la desviación estándar de la serie RR de variación lenta (rápida).

El indicador DERI se basa en descomponer las series RR y RT (figura ) en 4 nuevas series: 2 de variaciones rápidas (RRF y RTF) y 2 de variaciones lentas (RRS y RTS).

Los pasos para calcular el DERI son los siguientes:

a) Obtención de las series de variación lenta RRS y RTS mediante ajuste polinomial de orden 5, en ventanas deslizantes no solapadas de 200 lat. Suavizado de estas series resultantes con filtro de media de 10 lat, deslizante en un latido.
b) Obtención de las series de variación rápida RRF y RTF:
RRF = RR - RRS , RTF = RT - RTS
c) Obtención de las medias de las desviaciones estándar, en ventanas de 200 lat, para cada una de las 4 series anteriores.
d) Cálculo de DERI mediante la expresión (2).

La obtención de las señales de variación lenta mediante ajuste polinomial permite estimar las componentes de baja frecuencia de forma adaptativa para cada serie. Dado que el comportamiento frecuencial de las series RT y RR es en general diferente, si se intentara separar las componentes de variación lenta y rápida mediante filtrado pasa bajo, habría que estimar primero la frecuencia de corte del filtro respectivo para las series RT y RR (figura).

Figura. Descomposición de las series RR y RTm para calcular el índice SDRI en 4 nuevas series: a) Serie RR original RR de variación lenta, b) Serie RTm original y de variación lenta, c) Serie RR de variación rápida y d) Serie RTm de variación rápida.

Resultados experimentales

Evaluación del índice DERI

Para evaluar el indicador DERI se han seleccionado 31 registros de la QT Database (QTDB)6 y 14 registros adquiridos mediante sistemas de telemetría de 1 o 3 canales (TLM).7 Se verificó que los latidos tuvieran origen sinusal. En ningún caso existió bloqueo de conducción aurículoventricular ni episodios de fibrilación auricular.

Los puntos característicos R y Tm (pico de T) se determinaron con algoritmos basados en criterios de derivada y umbral sobre la señal de ECG filtrada pasa bajo a 20 Hz y 10 Hz, respectivamente. El final de la onda T se determinó con el algoritmo de triangulación de áreas.8

Los segmentos del registro correspondientes a aceleraciones y deceleraciones bruscas con amplitud mayor de 200 ms han sido excluidos para eliminar este comportamiento no estacionario que aumenta transitoriamente la variabilidad de las series RR y RT (RTm o RTe). Estas aceleraciones y deceleraciones se pueden cuantificar como proponen Vázquez y otros.9 Para cada registro se ha escogido una duración aproximada de 10 min para promediar varios segmentos de 200 lat.
Los registros se organizaron en los siguientes grupos:

• Grupo 1: Sujetos sanos: 10 de QTDB y 10 de TLM; edad media de 50 ± 14,6 años; 10 hombres y 10 mujeres.
  
• Grupo 2: Sujetos con infarto agudo de miocardio (IMA): 9 de QTDB y 4 de TLM; edad media de 58,1 ± 8,4 años; 10 hombres y 3 mujeres.
  
• Grupo 3: Sujetos con cardiopatía isquémica no infartados (12 de QTDB); edad media de 55,2 ± 6,2 años; 11 hombres y 1 mujer.
  

Se han excluido 6 registros de la QTDB que tenían muchos episodios de aceleración - deceleración. Los registros de la QTDB fueron remuestreados a 1 000 Hz. Los registros por telemetría fueron muestreados a 1 000 Hz. Los artefactos en las series temporales fueron corregidos visualmente consultando las señales originales.

Se observa (tablas 1, 2 y 3) que el indicador DERI es menor en sujetos sanos que en sujetos con IMA (p < 1,68 ´ 10-4 para el RTm y p < 4,46 ´ 10-4 para el RTe) o con cardiopatía isquémica (p < 3,23 ´ 10-5 para el RTm y p < 0,02 para el RTe). La frontera de separación para esta muestra podría seleccionarse en DERI = 12. En este caso, el registro sel16483, estaría muy cerca de interpretarse como patológico a pesar de ser normal. Esto se debe a que su variabilidad del RR en altas frecuencias es baja (14,7 ms) a pesar que la del RT está en limites normales (2,3 ms para el RTm y 2,5 ms para el RTe).

Tabla 1. Indices SDRI y QTVI en 20 sujetos sanos: 10 de la QTDB y 10 de TLM

Sujeto No.	SDRI (RTm)	QTVI (RTm)	SDRI (RTe)	QTVI (RTe)
17453	2,5	-1,5	2,9	-1,8
16272	5,4	-0,5	6,4	-0,9
16273	5,1	-1,2	8,6	-1,5
16420	31,2	-0,3	18,4	-0,6
16483	11,8	- 0,5	15,6	-0,8
16539	1,6	-1,7	1,8	-2,0
16773	0,9	-1,6	1,8	-1,9
16786	4,4	-1,3	3,7	-1,5
16795	2,2	-1,8	2,9	-2,0
16265	4,1	-1,2	3,5	-1,4
TLM_N1	2,8	-1,2	3,1	-1,5
TLM_N2	5,7	-1,3	6,6	-1,6
TLM_N3	0,6	-2,1	0,5	-2,4
TLM_N4	1,7	-1,6	2,4	-1,9
TLM_N5	2,1	-1,1	3,5	-1,3
TLM_N6	4,2	-1,3	8,1	-1,6
TLM_N7	3,5	-1,1	4,7	-1,3
TLM_N8	5,7	-0,6	8,2	-0,8
TLM_N9	1,7	-1,6	4,3	-1,9
TLM_N10	3,2	-1,2	5,2	-1,5

 

Tabla 2. Indices SDRI y QTVI en 13 sujetos con IMA: 9 de la QTDB y 4 de TLM

Sujeto No.	SDRI (RTm)	QTVI (RTm)	SDRI (RTe)	QTVI (RTe)
0104	71,4	-0,3	77,6	-0,4
0409	239,0	0,4	387,1	0,3
0303	29,4	-0,2	94,5	-0,4
0607	22,8	-0,1	21,3	-0,3
0126	21,7	-0,4	27,8	-0,6
0124	46,1	-0,1	44,9	-0,3
0609	86,7	0,1	54,3	-0,1
0406	13,6	-0,8	18,1	-1,1
0604	13,3	-0,9	15,6	-1,2
TLM_I1	106,3	-0,3	139,2	-0,6
TLM_I2	43,6	-0,3	111,1	-0,6
TLM_I3	64,6	-0,3	191,6	-0,5
TLM_I4	56,0	0,2	49,6	-0,1

 

Tabla 3. Indices SDRI y QTVI en 12 sujetos de la QTDB con cardiopatía isquémica

Sujeto No.	SDRI (RTm)	QTVI (RTm)	SDRI (RTe)	QTVI (RTe)
0106	105,5	-0,3	63,7	-0,5
0107	32,3	-0,3	24,1	-0,5
0111	12,5	-0,4	14,2	-0,4
0112	20,1	-1,2	52,2	-1,4
0114	37,7	-0,7	25,1	-0,8
0121	95,4	-0,2	119,3	-0,4
0122	73,1	-0,2	84,5	-0,3
0170	13,8	-0,6	14,4	-0,8
0203	22,4	-0,7	92,7	-1,0
0210	14,4	-1,0	19,5	-1,2
0211	74,4	0,7	644,1	0,4
0612	17,2	-0,3	22,4	-0,6

 

Influencia de la respiración en DERI

Para analizar la influencia de la respiración en el indicador DERI, se ha registrado el ECG durante pruebas de respiración controlada en 9 sujetos sanos, Grupo 4: 54,4 ± 7,5 años y en 6 sujetos con IMA (Grupo 5: 61,1 ± 7,3 años), 3 de ellos de menos de 72 h y los otros 2 de hacía más de 2 años. En ambos grupos se ha pedido a los sujetos que respirasen de forma libre (Etapa L1), de forma sinusoidal (f = 0,15 Hz) sincronizado con una señal visual (Etapa PE) y, finalmente, que retornasen a respiración libre (Etapa L2). Cada etapa duró 5 min y entre etapas transcurrió un tiempo mínimo de 2 min. Los sujetos se encontraban en posición supina. Las señales de ECG y de respiración se adquirieron con un ordenador personal.

Los resultados obtenidos se muestran en las tablas 4 y 5. Se observa que, para cada sujeto de ambos grupos, el indicador DERI varía en respiración periódica con respecto a respiración libre. En algunos sujetos, la respiración periódica aumenta el DERI y en otros lo disminuye. Ahora bien, en los sujetos sanos DERI no supera nunca el umbral 12, que permite distinguir a los sujetos sanos de los enfermos. El comportamiento de DERI para los intervalos RTm y RTe no es simétrico. Además, el índice DERI sigue siendo siempre mayor en los sujetos infartados que en los sanos (p < 5,0 ´ 10-10 para el RTm y p < 1,1 ´ 10-4 para el RTe).

Tabla 4. Influencia de la respiración en el índice SDRI en sujetos sanos

Sujeto No	Etapa	SDRI (RTm)	SDRI (RTe)
1	L1	6,1	9,7
1	PE	1,1	2,1
1	L2	2,9	4,0
2	L1	3,5	3,3
2	PE	6,6	9,1
2	L2	7,2	8,7
3	L1	3,5	3,6
3	PE	0,9	1,5
3	L2	0,8	0,7
4	L1	0,4	0,5
4	PE	0,6	0,9
4	L2	2,2	2,5
5	L1	5,7	2,7
5	PE	10,5	6,3
5	L2	7,8	1,2
6	L1	1,8	3,6
6	PE	2,6	3,4
6	L2	0,8	0,9
7	L1	0,7	0,8
7	PE	2,1	2,2
7	L2	1,3	2,1
8	L1	3,1	3,9
8	PE	3,8	7,8
8	L2	1,6	2,9
9	L1	4,3	8,4
9	PE	2,3	2,0
9	L2	2,6	1,8

 

Tabla 5. Influencia de la respiración en el índice SDRI en sujetos infartados

Sujeto No	Etapa	SDRI (RTm)	SDRI (RTe)
1	L1	20,6	71,2
1	PE	85,6	555,6
1	L2	39,2	55,9
2	L1	56,1	49,6
2	PE	28,1	26,4
2	L2	24,0	57,3
3	L1	106,4	139,2
3	PE	114,3	192,7
3	L2	49,4	93,2
4	L1	43,6	111,1
4	PE	15,9	47,7
4	L2	17,4	31,8
5	L1	64,7	191,6
5	PE	47,6	174,1
5	L2	46,1	566,2
6	L1	32,9	36,7
6	PE	71,6	44,2
6	L2	17,8	19,7

 

Discusión

Según su definición, el indicador DERI será alto si la variabilidad del RR es baja, si la variabilidad del RT es alta (para variaciones rápidas o lentas), o si se cumplen ambas condiciones simultáneamente. Esto puede ocurrir en sujetos patológicos.

En cambio, a priori, DERI deberá ser menor para sujetos sanos, y así se ha observado experimentalmente.

Los valores del indicador QTVI para los sujetos de los 3 grupos se solapan, aunque la prueba t-Student brinda buenos resultados en la separación entre sanos e infartados (p < 1,1 ´ 10-7 para el RTm y p < 6,1 ´ 10-8 para el RTe), y para la separación entre sujetos sanos y con cardiopatía isquemica (p < 1,8 ´ 10-5 para el RTm y p < 1,2 ´ 10-5 para el RTe).

Con anterioridad, se han comparado los indicadores QTVI medios por grupos y también se ha obtenido que los indicadores individuales de los sujetos de cada grupo se solapan.4 Es preferible un indicador que separe los pacientes individualmente, sin solapamiento entre los grupos. El DERI presenta una sensibilidad del 100 % y una especificidad del 96,55 % en la población analizada. Otros trabajos han mostrado que la respiración afecta la variabilidad del intervalo RR10 y del QT,1 razón por la cual es de esperar que la respiración afecte también al indicador DERI. La cuantificación de las componentes lentas y rápidas no permite eliminar las colas de los histogramas RT y RR para que el indicador DERI sea robusto frente a artefactos como se soluciona en otros indicadores.11

En conclusión, el indicador DERI tiene mayor sensibilidad y especificidad que el QTVI, en la separación entre grupos de sujetos sanos y con cardiopatía isquémica e infarto de miocardio agudo. El indicador DERI se ve afectado por la forma de respirar, de modo que esta podría afectar al diagnóstico. Por ello se propone registrar a los sujetos en períodos largos en los que la respiración sea relativamente uniforme, como sucede por ejemplo durante el sueño.

Summary

We propose the standard deviation ratio index (DERI) to quantify ventricular repolarization variability (VRV). This new index takes into account the changes in the fast and slow components of the RR, RTm (from R peak to T peak) and RTe (from R peak to T end) cardiac intervals. DERI has been evaluated in 20 healthy subjects, 12 subjects with coronary artery disease (CAD) and 13 subjects with acute myocardial infarction (AMI). The DERI index is lower in healthy subjects than in AMI subjects (p < 1,68 ´ 10-4 for RTm and p < 4,46 ´ 10-4 for RTe) and in CAD subjects (p < 3,23 ´ 10-5 for RTm and p < 0,02 for RTe). Breathing patterns affect the DERI index. In order to reduce that influence, we propose to record signals in periods with uniform breathing patterns, such as during sleep.

Subject headings: MYOCARDIAL ISCHEMIA; RESEARCH; RESPIRATION; ELECTROCARDIOGRAPHY.

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Recibido: 25 de septiembre de 2002. Aprobado: 9 de enero de 2003.
Dr. Carlos Román Vázquez Seisdedos. Universidad de Oriente, Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica, Santiago de Cuba, Cuba. [e-mail]

1 Doctor en Ciencias Técnicas. Profesor Auxiliar. Grupo de Bioingeniería, Departamento de Telecomunicaciones, Universidad de Oriente, Santiago de Cuba.
2 Especialista de I Grado en Cardiología. Instructor de Medicina Interna. Sección de Cuidados Coronarios Intensivos, Servicio de Cardiología, Hospital Clinicoquirúrgico "Saturnino Lora," Grupo de Bioingeniería, Universidad de Oriente, Santiago de Cuba.
3 Doctor en Ciencias Técnicas. Catedrático. Departamento de Ingeniería Electrónica, Universidad Politécnica de Cataluña, Barcelona, España.