Científicos españoles participan en un modelo teórico para controlar la transmisión desordenada de impulsos en medios activos, que se podría aplicar a las condiciones isquémicas del tejido cardiaco

Redacción, Barcelona.- Un estudio que se publica esta semana en la revista Science propone un nuevo mecanismo para corregir situaciones de circulación anómala de estímulos en medios excitables. La investigación realizada por Sergio Alonso y Francesc Sagués del Grupo de Dinámica no Lineal en Sistemas Químicofísicos del Departamento de Química Física de la Universidad de Barcelona y Alexander S. Mikhailov del Instituto Fritz Haber de la sociedad Max Planck, en Berlín, abre perspectivas futuras de aplicación que abarcan desde reacciones químicas autocatalíticas hasta modos de propagación de la actividad eléctrica en el tejido cardíaco. No obstante, los autores del artículo subrayan que será necesario impulsar una línea de estudio específica para poder aproximar este modelo teórico a la fisiología real del músculo cardíaco.

En el estudio utiliza un modelo genérico aplicable a sistemas tridimensionales de excitabilidad uniforme. En un contexto químico, estos impulsos se pueden entender como frentes consecutivos de reacción-difusión que viajan sin distorsión en un medio reactivo. En otro escenario bien diferente, se sabe que estos impulsos corresponden a ondas de polarización de membrana - según una descripción electrofisiológica de los músculos del corazón-. Estos frentes adoptan geometrías diversas, y una especialmente relevante es la de forma espiral, que sigue un movimiento de rotación alrededor de un núcleo inexcitable, configurando un modo de propagación conocido también como 'onda reentrante' en el ámbito cardiológico.

En medios tridimensionales, estos impulsos se organizan en unas estructuras en 'scroll', disposiciones a modo de superposición de espirales rotatorias que emiten continuamente excitaciones desde un filamento central refractario. En condiciones de baja excitabilidad, estas estructuras en 'scroll' se vuelven inestables, degenerando inevitablemente en situaciones de transmisión irregular o caótica de las olas de excitación. Los autores del trabajo han analizado este escenario, y proponen un mecanismo original de control de estos desórdenes basado en la aplicación de una débil modulación temporal y periódica de la excitabilidad del medio a una frecuencia ligeramente superior a la propia de la onda en 'scroll'. Como resultado, se reestablecen las condiciones de propagación regular de impulsos.

En un contexto cardiológico, estas ondas reentrantes se suelen identificar con formas diversas de taquicardia, y su eventual degeneración hacia la forma caótica descrita anteriormente se asocia a la fibrilación, una alteración considerada una de las causas más frecuentes de muerte repentina de origen cardiovascular en el mundo occidental. Este escenario descrito por los autores sería aplicable a las condiciones isquémicas del tejido cardíaco - es decir, con déficit de oxigenación, pero no dañado irreversiblemente.

Estos escenarios de propagación desordenada de ondas de excitación fueron sugeridos por Arthur T. Winfree (1942-2002), el científico que acuñó el nuevo concepto de ondas en 'scroll', y experto de reconocido prestigio en áreas de investigación en donde confluyen la Fsica, la Química y la Biología.