A morte súbita cardíaca resultante de fibrilação - batimento cardíaco irregular devido à instabilidade elétrica - é uma das principais causas de morte nos Estados Unidos. Agora, pesquisadores descobriram uma fonte fundamentalmente nova dessa instabilidade elétrica, um desenvolvimento que poderia levar a novos métodos para prever e prevenir a fibrilação cardíaca com risco de vida.

Um batimento cardíaco constante é mantido por sinais elétricos que se originam nas profundezas do coração e viajam através do órgão muscular em ondas regulares que estimulam a contração coordenada das fibras musculares. Mas quando essas ondas são interrompidas por bloqueios na condução elétrica - como tecido cicatricial de um ataque cardíaco - os sinais podem ser interrompidos, criando ondas elétricas caóticas em forma de espiral que interferem umas nas outras. A turbulência elétrica resultante faz com que o coração bata de forma ineficaz, levando rapidamente à morte.

Os cientistas sabem que as instabilidades no nível celular, especialmente a variação na duração de cada sinal elétrico - conhecido como potencial de ação - é de importância primária na criação de fibrilação caótica. Ao analisar sinais elétricos nos corações de um modelo animal, pesquisadores do Georgia Institute of Technology e da U.S. Food and Drug Administration descobriram um fator adicional - a amplitude variável do potencial de ação - que também pode causar turbulência elétrica perigosa no coração.

A pesquisa, apoiado pela National Science Foundation, foi relatado em 20 de abril no jornal Cartas de revisão física .

"Matematicamente, agora podemos entender algumas dessas instabilidades com risco de vida e como elas se desenvolvem no coração, "disse Flavio Fenton, professor da Escola de Física da Georgia Tech. "Propusemos um novo mecanismo que explica quando ocorrerá a fibrilação, e temos uma teoria que pode prever, dependendo dos parâmetros fisiológicos, quando isso vai acontecer. "

O sinal de voltagem que rege os batimentos cardíacos eletricamente acionados é mapeado por médicos a partir da superfície do corpo usando tecnologia de eletrocardiograma, que é caracterizado por cinco segmentos principais (P-QRS-T), cada um representando diferentes ativações no coração. As ondas T ocorrem no final de cada batimento cardíaco, e indicar a parte posterior de cada onda. Os pesquisadores sabem que as anormalidades na onda T podem sinalizar um risco aumentado de um ritmo cardíaco potencialmente fatal.

Fenton e seus colaboradores estudaram a amplitude do potencial de ação celular, que é controlado por canais de íons de sódio que fazem parte do sistema regulador natural do coração. Os íons de sódio que fluem para as células aumentam a concentração de cátions - que carregam uma carga positiva - levando a um fenômeno conhecido como despolarização, em que o potencial de ação da célula se eleva acima de seu nível de repouso. Os canais de sódio então se fecham no pico do potencial de ação.

Embora as variações na duração do potencial de ação indiquem problemas com o sistema elétrico do coração, os pesquisadores agora associam variações dinâmicas na amplitude do potencial de ação com o bloqueio de condução e o início da fibrilação.

"Mostramos pela primeira vez que uma instabilidade fundamentalmente diferente relacionada à amplitude pode estar subjacente ou afetar adicionalmente o risco de instabilidades cardíacas que levam à fibrilação, "disse Richard Gray, um dos co-autores do estudo e engenheiro biomédico do Office of Science and Engineering Laboratories da Food and Drug Administration dos EUA.

A análise matemática fornece uma explicação simples.

"Você pode ter uma onda com uma amplitude longa seguida por uma onda com uma amplitude curta, e se o curto ficar muito curto, a próxima onda não será capaz de se propagar, "disse Diana Chen, um estudante de pós-graduação da Georgia Tech e primeiro autor do estudo. "As ondas que passam pelo coração precisam se mover juntas para manter um batimento cardíaco eficaz. Se uma delas quebrar, a primeira onda pode colidir com a próxima onda, iniciando as ondas espirais. "

Se resultados semelhantes forem encontrados em corações humanos, essa nova compreensão de como a turbulência elétrica se forma poderia permitir aos médicos prever melhor quem estaria em risco de fibrilação. As informações também podem levar ao desenvolvimento de novos medicamentos para prevenir ou tratar a doença.

"Um próximo passo científico seria investigar produtos farmacêuticos que reduziriam ou eliminariam a instabilidade da amplitude celular, "disse Gray." No momento, a maioria das abordagens farmacêuticas concentra-se na duração do potencial de ação. "

O papel crítico das ondas elétricas no controle da atividade do coração permite que a física - e a matemática - sejam usadas para entender o que está acontecendo neste órgão mais crítico, Disse Fenton.

"Nós derivamos uma explicação matemática de como isso acontece, porque é perigoso e como inicia uma arritmia, "ele explicou." Agora temos um mecanismo que fornece uma melhor compreensão de como esses distúrbios elétricos se originam. É apenas quando você tem essas mudanças na amplitude da onda que os sinais não podem se propagar corretamente. "