La física aplicada ayuda a descifrar las causas de la muerte súbita

Las muertes súbitas cardíacas representan aproximadamente el 10% de los casos de muerte natural y la mayoría se deben a la fibrilación ventricular. En EE UU supone  unas 300.000 muertes al año y en España, alrededor de 20.000. Ahora, un equipo de investigadores de física aplicada de la UPC y de la California State University han demostrado, por primera vez, que la transición a la alternancia cardiaca, una arritmia relacionada con un mayor riesgo de muerte súbita, tiene características comunes con el ordenamiento ferromagnético de los metales.

Esta nueva medida física permite entender mejor las causas de la muerte súbita y permitirá avanzar en el diseño de fármacos que puedan evitarlo. El estudio ha sido publicado en la revista científica Physical Review Letters.

Según explican los autores, en la muerte súbita cardiaca se produce una pérdida brusca de la función cardiaca. En situaciones normales, el corazón actúa como una bomba donde el orden de contraerse y bombear sangre se origina por pequeños cambios en las propiedades eléctricas de las células miocárdicas. Una parte importante de los casos de muerte súbita se deben a problemas en la sincronización de esta orden eléctrica, dando lugar a una contracción desordenada del corazón conocida como fibrilación ventricular. En este estadio, el corazón no es capaz de bombear la sangre y la muerte ocurre en pocos minutos, a menos que se administre un choque desfibrilador.

Uno de los posibles desencadenantes de la fibrilación ventricular es una arritmia conocida como alternancia cardiaca, donde la contracción del corazón se produce de manera coordinada en cada latido, pero su intensidad varía dando lugar a una contracción fuerte y débil en latidos alternativos. Para entender el origen de esta arritmia es necesario estudiar cómo se produce la contracción dentro de la célula, donde existen cientos de pequeñas subunidades compuestas por agrupaciones de canales que liberan iones de calcio cuando reciben la orden eléctrica. Esto es lo que marca la intensidad de la contracción: si liberan más calcio, la contracción es más fuerte; en cambio, si casi no liberan, hay poca contracción.

Los científicos Enric Álvarez-Lacalle y Blas Echebarria y los científicos de la universidad californiana han demostrado, mediante modelos de simulación, que la alternancia se produce debido a un tipo de transición que ha intrigado a los físicos desde hace décadas, una transición de desorden en el orden estudiada originalmente para entender la pérdida de las características ferromagnéticas al aumentar la temperatura por encima de un umbral límite.

Un avance para diseñar nuevos fármacos

Un material ferromagnético está formado por pequeños imanes que pueden enfocarse en una dirección o en otra. Si cada uno de estos imanes apunta en una dirección diferente, es decir, si el sistema está desordenado, su efecto magnético se anula. En cambio, por debajo de una cierta temperatura, todos los pequeños imanes comienzan a enfocarse hacia la misma dirección y el sistema se ordena. Esto hace que todo el conjunto se comporte como un gran imán.

En el caso del corazón, cada subunidad dentro de la célula encargada de liberar calcio puede decidir hacerlo o no. Cuando esto sucede de una manera desordenada, hay tantas células que liberan como que no, y el calcio total liberado es siempre el mismo, no varía. En cambio, en algunas situaciones se da una transición hacia un estado ordenado, como ocurre en los materiales ferromagnéticos. En este estado, todas las células deciden liberar o no liberar calcio al mismo tiempo, dando lugar a una secuencia de contracciones fuertes y débiles y, en último caso, a una transición hacia la fibrilación ventricular. La conclusión parece ser que el orden, en algunos casos, mata.

Según los científicos, entender bien cómo se produce la transición que causa la muerte súbita puede ayudar a diseñar fármacos que la eviten. Los resultados obtenidos de la investigación abren la puerta a estudiar posibles aplicaciones.

Echebarria indica que actualmente están estudiando si el mismo efecto se observa en las células auriculares. "Esto supondría un paso para entender la fibrilación auricular que, a pesar de no provocar la muerte súbita como la ventricular, conlleva un elevado riesgo de embolia y presenta una prevalencia muy alta, sobre todo en personas mayores de 60 años, disminuyendo su calidad de vida". Para ello, cuentan con el apoyo del Instituto de Ciencias Cardiovasculares de Cataluña (ICCC-CSIC) en los experimentos que  intentan modelizar.

Referencia bibliográfica:

Enrique Alvarez-Lacalle, Blas Echebarria, Jon Spalding y Yohannes Shiferaw.  "Calcium Alternans is Due to an Order-Disorder Phase Transition in Cardiac Cells". Physical Review Letters (marzo, 2015)