Desarrollo de un entorno de análisis semiautomático de señales de electrograma ventricular para la cuantificación de parámetros electrofisiológicos miocárdicos

Abstract

[ES] El estiramiento miocárdico es una situación de estrés mecánico presente en diversas patologías, caracterizado por ser un factor modulador de las propiedades electrofisiológicas de los cardiomiocitos e implicado en la génesis de arritmias cardiacas. Los efectos del estiramiento inducen un aumento de [Ca2+]i y [Na+]i, siendo varios los mecanismos implicados, entre los que se ha postulado la participación de la corriente tardía de Na+ (INaL). El estiramiento miocárdico modifica las propiedades electrofisiológicas, tales como la refractariedad y la heterogeneidad miocárdicas así como la velocidad de conducción, relacionadas con la instauración y mantenimiento de arritmias. La cuantificación de los parámetros electrofisiológicos vinculados a las propiedades mencionadas, se efectúa por un especialista a partir del análisis visual de la señal y generalmente de modo manual, resultando una tarea tediosa y cuya validez está sujeta a la subjetividad del observador. Debido a la necesidad de una mayor objetividad y precisión en los estudios electrofisiológicos, se plantea en este Trabajo Fin de Máster el desarrollo de una herramienta software en el entorno MATLAB®, que permita el análisis de señales de los electrogramas ventriculares adquiridos mediante técnicas de cartografía eléctrica, con el fin de estudiar los efectos del estiramiento sobre las propiedades miocárdicas y sus modificaciones farmacológicas mediante un inhibidor de la INaL. La metodología desarrollada consiste en la detección de la actividad miocárdica en electrogramas de corazón de conejo, y la cuantificación automática de los parámetros electrofisiológicos relacionados, tales como el periodo refractario efectivo y funcional ventricular y la dispersión del mismo. Del mismo modo, el algoritmo permite la creación de los mapas de activación miocárdica y el cálculo semiautomático de la velocidad de conducción. En el apartado de validación del detector automático se observa que el método presenta unos valores de sensibilidad y valor predictivo positivo de 99,8% y 99,1% respectivamente. Los resultados obtenidos mediante la aplicación de la herramienta desarrollada en el análisis de los efectos electrofisiológicos producidos por el estiramiento miocárdico con y sin inhibición de la corriente objeto de estudio, evidencian una disminución de la refractariedad miocárdica y la invariabilidad de la velocidad de conducción por efecto del estiramiento miocárdico. Tras la infusión del fármaco inhibidor de la INaL, la disminución de la refractariedad fue atenuada, sin evidencia de efectos sobre la velocidad de conducción. En resumen, la herramienta diseñada permite realizar de forma eficiente y objetiva el estudio de los mecanismos implicados en los efectos electrofisiológicos del estiramiento. En base a los resultados obtenidos, la corriente tardía de Na+ parece estar implicada en la respuesta electrofisiológica al estiramiento miocárdico.

[EN] Myocardial stretch is a situation of mechanical stress that takes place in various pathologies and represents a modulating factor of cardiomyocites electrophysiological properties which is involved in the genesis of cardiac arrhythmias. The mechanical effects of stretching induce an increase in [Ca2+]i and [Na+]i through several mechanisms, among which the late Na+ current (INaL) has been postulated. Myocardial stretch modifies electrophysiological properties such as myocardial refractoriness and heterogeneity, as well as conduction velocity, related to the implantation and maintenance of arrhythmias. The quantification of the electrophysiological parameters related to the above mentioned properties is carried out by an specialist from the visual analysis of the signal and generally in a manual way, resulting in a tedious task whose validity is depending on the subjectivity of the observer. Owing to the need for a greater objectivity and accuracy, in this Master Thesis it is proposed the development of a software tool in MATLAB® environment that allows the analysis of signals from ventricular electrograms acquired by means of electrical cartography techniques, in order to study the effects of stretching on myocardial electrophysiological properties and their pharmacological modifications through an INaL blocker. The methodology developed consists on the detection of myocardial activity in ventricular electrograms of isolated rabbit heart, and the automatic quantification of related electrophysiological parameters, such as the ventricular effective and functional refractory periods and its dispersion. Similarly, the algorithm allows the creation of myocardial activation maps and semi-automatic calculation of conduction velocity. The validation section of the automatic detector shows that the method has sensitivity and positive predictive values of 99.8% and 99.1% respectively. The results obtained by applying the developed tool in the analysis of the electrophysiological effects produced by myocardial stretching with and without inhibition of the studied current showed a decrease in myocardial refractoriness and no changes in conduction velocity due to myocardial stretch. After infusion of the late Na+ current inhibitor drug, this decrease in refractoriness was attenuated while conduction velocity remained constant under the drug's effects. To summarize, the designed tool allows an efficient and objective study of the mechanisms involved in the electrophysiological effects of stretching. Based on the results obtained, the late current of Na+ appears to be involved in the electrophysiological response to myocardial stretch.