Resumen de Influencias simpáticas de la defensa cardiaca: Análisis de las variaciones fásicas en el periodo de pre-eyección
La respuesta cardiaca de defensa es un reflejo defensivo cardiovascular que aparece como reacción ante la presentación de un estímulo sonoro de alta intensidad (>100 dB), corta duración (500 ms) e inesperado. El reflejo se describe como una serie de cambios bien definidos en la frecuencia cardiaca, con un claro patrón secuencial de aceleraciones y desaceleraciones de la misma. Concretamente, está compuesto por cuatro componentes que se suceden de forma consecutiva: una primera aceleración, una primera desaceleración, una segunda aceleración y una segunda desaceleración. Los dos primeros componentes, de menor latencia, se caracterizan por una mayor intensidad y celeridad en alcanzar sus respectivos picos (positivo y negativo), mientras que los dos últimos componentes se desarrollan de forma más progresiva y menos acentuada (Vila et al., 2007).
Con respecto a sus correlatos psicológicos, se ha demostrado empíricamente que la respuesta cardiaca de defensa puede ser modulada por factores tanto emocionales como atencionales (Ramírez et al., 2010), lo que pone de manifiesto sus implicaciones motivacionales y cognitivas en la facilitación de la conducta defensiva. Esta característica, unida a las garantías metodológicas que ofrece un reflejo defensivo fácilmente reproducible en condiciones de laboratorio, ha favorecido su utilización en diferentes diseños experimentales aplicados. Uno de los más recientes y novedosos es su aplicación como herramienta de evaluación clínica para detectar patrones diferenciales de reactividad cardiovascular en pacientes con trastorno de estrés postraumático (Schalinski, Elbert & Schauer, 2013). Los resultados obtenidos abren la puerta para el desarrollo de este paradigma psicofisiológico como técnica de apoyo en la práctica clínica, como ya lo hiciera el trabajo pionero de Lang y McTeague (2009) con la modulación del reflejo de sobresalto evaluado mediante registro electromiográfico del músculo orbicular del ojo.
Puesto que uno de los síntomas comunes a todo el espectro de los trastornos de ansiedad es una alteración del nivel de reacción fisiológica normal ante los estímulos ansiógenos (Lang, McTeague & Bradley, 2016), uno de los puntos claves en el desarrollo de este paradigma es determinar las influencias autonómicas en los distintos componentes de la respuesta. Esto resulta aún más saliente en el caso de un reflejo cardiovascular, dado que la variable cardiaca más frecuentemente empleada en investigación en el área de psicología de las emociones es la frecuencia cardiaca (Kreibig, 2010). A pesar de ser éste un índice que refleja influencias tanto simpáticas como parasimpáticas de forma indiferenciada, resulta frecuente en la literatura encontrar estudios donde se infiere la actividad de las dos ramas autonómicas a partir de una variación fásica en la frecuencia cardiaca. Así, un aumento en la frecuencia cardiaca es frecuentemente interpretado como un aumento de la actividad simpática acompañado por una inhibición de la actividad parasimpática, y viceversa.
Seguramente la influencia del trabajo de Cannon (1929), el cual proponía la actividad recíproca como único modo de funcionamiento de las ramas simpática y parasimpática del sistema nervioso autónomo, junto con la preponderancia de este funcionamiento recíproco en algunos de los reflejos paradigmáticos del área de la psicofisiología (sinus arritmia respiratoria y reflejo barorreceptor), han favorecido la generalización de este modelo como norma única del funcionamiento autonómico y su vigencia hasta nuestros días, a pesar de la existencia de datos contradictorios. Ya al inicio de la década de los 70 se alzaron las primeras voces críticas (Obrist et al., 1970) ante la inadecuación de considerar la reciprocidad en la actividad de las dos ramas autonómicas como única forma de funcionamiento del sistema vegetativo, pero no sería hasta los años 90 cuando aparecería el primer modelo teórico que permitiera una integración efectiva de los datos que no tenían cabida en el modelo imperante hasta entonces.
Berntson, Cacioppo y Quigley (1991) propusieron el concepto de espacio autonómico como un plano tridimensional que sería indicativo del nivel de activación funcional fisiológica de un determinado órgano o sistema. Este plano vendría determinado por dos vectores bidimensionales e independientes que representan la actividad de las dos ramas del sistema nervioso autónomo: la simpática y la parasimpática. Con esta propuesta se abre el abanico de las posibles configuraciones del sistema vegetativo, pues al funcionamiento recíproco (activación de una rama con la inhibición sincrónica de la otra), se le añade la posibilidad de co-activación, co-inhibición y activación (o inhibición) independiente de una de las dos ramas.
Existen dos estudios que han explorado las influencias simpáticas en la respuesta de defensa cardiaca. Fernández y Vila (1989) registraron el tiempo de tránsito del pulso (TTP) de forma sincrónica con el periodo cardiaco, hallando una correlación negativa entre ambas variables en el primer componente acelerativo de la respuesta. Es decir, que mientras el TTP se alargaba (indicando una disminución de la actividad simpática), el periodo cardiaco se acortaba (indicando un mayor nivel de activación funcional del corazón). Estos resultados resultan incompatibles con un funcionamiento recíproco de las dos ramas del sistema nervioso simpático, puesto que con este modelo la inhibición simpática indicada por el acortamiento fásico del TTP debería ir acompañada por un aumento de la actividad vagal, lo que en ningún caso podría traducirse en el aumento de la frecuencia cardiaca registrado durante el primer componente. Cinco años más tarde, Del Paso, Vila y García (1994) hallaron resultados que apoyaban la falta de correlación entre el aumento de frecuencia cardiaca del primer componente de la respuesta de defensa y la actividad simpática. En este caso, el diseño experimental se basaba en el bloqueo farmacológico de las influencias simpáticas sobre el corazón mediante la administración de metoprolol antes de la sesión experimental de defensa cardiaca. La administración del fármaco (un antagonista beta-adrenérgico) no tuvo ningún efecto sobre el primer componente de la respuesta, reflejado en el aumento de la frecuencia cardiaca. Sin embargo, los autores señalaban que el tamaño de la muestra era reducido, recomendando prudencia en la generalización de los resultados obtenidos. Asimismo, Fernández y Vila (1989) también mostraron moderación en sus conclusiones, principalmente debido a las críticas vertidas por algunos autores (por ejemplo: Newlin & Levenson, 1979) sobre el TTP, el cual no consideraban un índice simpático "puro" por englobar en sí mismo el tiempo de tránsito arterial, sensible a efectos de vasoconstricción y vasodilatación, y por lo tanto con posibilidad de verse afectado por influencias parasimpáticas.
La meta de la presente tesis es recoger el testigo del trabajo iniciado por Fernández y Vila (1989) y continuado por Del Paso, Vila y García (1994), teniendo presentes las cuestiones metodológicas apuntadas en sus respectivos artículos. De esta manera, el objetivo no es otro que intentar trazar las influencias simpáticas de la respuesta cardiaca de defensa en una amplia muestra de sujetos normales, mediante la inclusión de un índice simpático no invasivo que refleje de la forma más fiel posible la actividad de las fibras beta-adrenérgicas sobre el funcionamiento cardiovascular. La variable elegida fue el periodo de pre-eyección, un intervalo de tiempo sistólico con una revisión muy favorable por parte de Newlin y Levenson (1978), el cual describen como ajeno a las influencias parasimpáticas que afectan al TTP.
El periodo de pre-eyección (PEP) está definido como el intervalo de tiempo entre el comienzo de la despolarización ventricular y el inicio de la eyección ventricular, determinado este último por la apertura de la válvula aórtica. Su estimación mediante el empleo conjunto de electrocardiografía y cardiografía de impedancia ha adquirido gran popularidad en el campo de la psicofisiología desde la publicación de las pautas metodológicas de aplicación en la revista Psychophysiology (Sherwood et al., 1990), considerándose hoy día uno de los índices no invasivos más sólidos de contractilidad ventricular. Sin embargo, el uso de esta técnica conlleva lidiar con algunas cuestiones metodológicas no resueltas aún de forma satisfactoria, las cuales pueden afectar en mayor o menor medida a la fiabilidad de los resultados. Sin duda, la que genera mayor incertidumbre es la detección precisa del punto B, correlato temporal de la apertura de la válvula aórtica en la señal de la primera derivada de la impedancia torácica. Las pautas metodológicas de referencia (Sherwood et al., 1990) describen la operacionalización de la detección visual de este marcador fisiológico de forma sucinta, dejando espacio para cierto nivel de interpretación subjetiva ante la variabilidad morfológica de la onda. Asimismo, en la última década hemos asistido a la proliferación de diversos métodos computarizados de detección automática, los cuales pueden suponer una apoyo tecnológico importante en los casos en los que se opere con un gran volumen de datos. Paradójicamente, salvo algunas excepciones (Lozano et al., 2007; Ono et al., 2004), esta proliferación de algoritmos matemáticos para la detección del punto B no ha ido acompañada de sus correspondientes artículos empíricos de validación en medios de comunicación científica bajo revisión por pares.
Ante esta situación, se decidió realizar una revisión sistemática de la literatura publicada en los últimos cinco años en las principales revistas del área (Psychophysiology, Biological Psychology e International Journal of Psychophysiology), con el objetivo de explorar las últimas tendencias en estimación del periodo de pre-eyección mediante cardiografía de impedancia. Los resultados de la revisión mostraron que, de los 72 artículos que utilizaron esta técnica en sus diseños experimentales, la mayoría (54.17%) empleaban un método automático de detección del punto B. Sin embargo, solo 9 artículos especificaban el tipo de algoritmo empleado, refiriéndose 7 de ellos al método polinómico de Lozano et al. (2007).
Debido a la falta de información con respecto a la efectividad y validez de los distintos algoritmos de detección automática del punto B, y con el objetivo de optimizar los recursos disponibles de cara al análisis del PEP en los datos de respuesta cardiaca de defensa, se diseñó un estudio empírico para determinar comparativamente y de forma objetiva el rendimiento de tres algoritmos distintos. El algoritmo 1 estaba basado en el punto de cruce del valor medio de dZ/dt en el ciclo correspondiente. El algoritmo 2 localizaba el punto B en el máximo de la segunda derivada de la impedancia torácica dZ²/dt² en una ventana temporal comprendida entre 150 ms y 100 ms antes del máximo de dZ/dt. El algoritmo 3 localizaba el punto B en el máximo de la tercera derivada dZ³/dt³ en los 300 ms anteriores al máximo de dZ/dt. La referencia para determinar la efectividad de los algoritmos fue el nivel de coincidencia con la detección visual efectuada por dos investigadores independientes, utilizando un diseño de ciego simple. A estos efectos se elaboró una novedosa guía de detección visual con formato de árbol de decisiones basada en las directrices operacionalizadas de Sherwood et al. (1990), pero teniendo también en cuenta las indicaciones sobre variabilidad morfológica efectuadas por Nagel et al. (1989). Asimismo, se evaluaron dos parámetros objetivos adicionales para determinar el rendimiento de los algoritmos: número de errores en el cómputo automático del PEP y puntuaciones anormales de PEP (fuera de los límites fisiológicos viables en población normal).
Los mismos datos de cardiografía de impedancia de 30 sujetos distintos (15 mujeres), fueron sometidos a análisis empleando los tres algoritmos descritos. Los resultados reflejaron un nivel de coincidencia significativamente mayor del algoritmo 3 con la detección visual efectuada por ambos investigadores, cuyos juicios independientes mostraron a su vez un alto coeficiente de correlación intraclase (0.968). Los algoritmos 1 y 2 mostraron unos niveles de coincidencia con la detección visual muy inferiores, destacando además el último por presentar un alto coeficiente de ciclos no computados por error del algoritmo en la estimación del PEP. En términos prácticos, según estos resultados, la aplicación del algoritmo 1 para la estimación automática del PEP implica una corrección manual posterior del 75.5% de los ciclos analizados, el algoritmo 2 necesitaría edición manual en el 86.16% de los ciclos, mientras que en el caso del algoritmo 3 necesitarían ser corregidos manualmente el 21.33% de los ciclos. Además, las diferencias en las puntuaciones de PEP obtenidas con los diferentes algoritmos resultaron ser estadísticamente significativas. Estos resultados ponen de manifiesto la importancia de validar empíricamente cualquier método automático de detección de marcadores fisiológicos, así como también señalan la relevancia de especificar en la descripción metodológica el tipo de algoritmo empleado en caso de optar por alguno de los métodos computarizados de detección del punto B. Las diferencias en PEP obtenidas por los distintos algoritmos sugieren que, de no especificarlo, pueden encontrarse problemas de reproducibilidad ajenos a las variables experimentales de interés, provocados por la disparidad en el rendimiento al efectuar la estimación del PEP en caso de usar algoritmos distintos. Asimismo, resulta manifiesta la necesidad de comprobación visual y edición manual ineludible en la estimación de PEP mediante cardiografía de impedancia.
Las conclusiones acerca de los procedimientos metodológicos en la estimación del PEP obtenidos a partir de los dos primeros estudios resultaron altamente relevantes en el proceso de reducción de datos psicofisiológicos efectuado en el Estudio 3. De esta manera, la aplicación del algoritmo 3 para la detección automática del punto B de forma previa a la edición manual ha supuesto un ahorro estimado de aproximadamente 70 horas de trabajo de edición.
En el tercer estudio se evaluó la respuesta cardiaca de defensa de 100 sujetos (50 mujeres), mediante registro sincrónico de electrocardiografía y cardiografía de impedancia, analizando posteriormente las variaciones fásicas en periodo cardiaco y PEP. Los resultados muestran una correlación negativa de estas dos variables durante el primer componente de la respuesta, reflejado en un acortamiento del periodo cardiaco de forma concomitante con un alargamiento del PEP. Interpretando estos resultados según el modelo del espacio autonómico, las respectivas variaciones de las dos variables se traducen en un aumento fásico del nivel de activación funcional del corazón, coincidente con la inhibición de uno de los vectores determinantes del mismo (el correspondiente al sistema simpático). Así, según la ecuación de Berntson, Cacioppo y Quigley (1990), y a falta de identificar posibles variables adicionales que intervengan en el incremento cronotrópico reflejado en el periodo cardicaco, el segundo vector determinante (sistema parasimpático) debería de presentar simultáneamente una fuerte inhibición para obtener el plano de arousal cardiovascular registrado. Esta presunta co-inhibición de las dos ramas vegetativas, en el caso de tener similar magnitud de influencia sobre el cronotropismo, tendería a anular mutuamente sus respectivos efectos antagónicos sobre el nivel de actividad funcional del corazón. Sin embargo, dicho nivel de actividad general presenta un aumento fásico, el cual es compatible con los efectos de la inhibición parasimpática, pero es contrario a los efectos de la inhibición simpática, de lo que se podría deducir una preponderancia de las influencias vagales sobre la actividad cronotrópica del corazón, las cuales predominarían e impondrían su influencia sobre las simpáticas. Esta posible preponderancia parasimpática también puede ser inferida a partir del acortamiento progresivo del PEP que se produce desde el comienzo del segundo componente de la respuesta cardiaca de defensa. El cual, sin embargo, se caracteriza por una disminución de la actividad funcional general (antagónica al aumento de actividad simpática reflejado en la evolución del PEP), que llega incluso a caer por debajo del nivel basal previo al inicio del reflejo.
Si nos basamos en las variaciones fásicas del PEP como indicadores de las influencias simpáticas en la respuesta cardiaca de defensa, podemos trazar una respuesta simpática de tres componentes consecutivos y claramente diferenciados: una disminución aguda de la actividad simpática que alcanza su mínimo coincidiendo con el pico máximo de la primera aceleración cardiaca, seguida por una reactivación de la influencia beta-adrenérgica positiva durante el segundo y tercer componente de la respuesta cardiaca de defensa, finalizando por último con una disminución progresiva que coincide con la última desaceleración cardiaca.
Estos resultados invitan a la reflexión sobre lo adecuado de inferir de forma indiscriminada los niveles de actividad autonómicos a partir de variaciones fásicas en la frecuencia cardiaca, tomando como referencia un modelo de funcionamiento autonómico exclusivamente basado en la reciprocidad de las dos ramas. La coincidencia en resultados con los dos estudios de referencia (Del Paso, Vila & García, 1994; Fernández & Vila, 1989) también pone de manifiesto la potencia de los diseños basados en bloqueo farmacológico, y hablan positivamente del TTP como indicador de las variaciones fásicas relativas en el nivel de actividad beta-adrenérgica (por lo menos en las condiciones experimentales aquí descritas), sugiriendo la plausibilidad de amortiguar las críticas referidas a esta técnica sobre su adecuación como índice simpático.
La inclusión en futuros estudios de índices específicos del sistema parasimpático podrá ayudar a reforzar o rechazar las hipótesis aquí planteadas acerca de las relaciones entre las dos ramas del sistema nervioso autónomo durante la respuesta cardiaca de defensa.
