La teoría de la teletransportación de ondas espirales ofrece un nuevo camino para desfibrilar corazones y terminar con las arritmias

Una onda espiral de actividad eléctrica en el corazón puede tener consecuencias catastróficas. Una onda espiral crea taquicardia, una frecuencia cardíaca demasiado rápida, y varias espirales provocan un estado de contracción desorganizada conocido como fibrilación. Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia ofrecen un nuevo método para interrumpir las ondas espirales que usa menos energía y que puede ser menos doloroso que la desfibrilación tradicional.

Esta investigación ha estado en curso en el laboratorio del profesor de la Facultad de Física Flavio Fenton con su alumno Noah DeTal y el científico investigador Abouzar Kaboudian. Sus últimos hallazgos se publican en el artículo, «Terminación de ondas espirales con un único estímulo diseñado: teletransportación como mecanismo para la desfibrilación», en la revista Actas de la Academia Nacional de Ciencias.

El problema de las ondas espirales

Las ondas eléctricas permiten que el corazón se contraiga y envíe sangre por todo el cuerpo. Cuando una onda se convierte en espiral, su rotación es más rápida que el marcapasos natural del corazón y suprime la función cardíaca normal. En cambio, una onda espiral puede generar más espirales hasta que el corazón es superado por múltiples ondas espirales, lo que lleva a una contracción desorganizada e impide que el corazón suministre sangre al cuerpo.

Durante años, científicos y médicos han trabajado para encontrar la mejor manera de detener las ondas espirales antes de que se salgan de control. Sin embargo, durante más de medio siglo, el mejor método ha sido una sola descarga eléctrica fuerte. Los 300 julios de energía necesarios para la desfibrilación excitan no solo las células del corazón, sino todo el cuerpo, lo que hace que sea muy doloroso para el paciente.

A lo largo de los años, los investigadores han experimentado con el uso de descargas más débiles para reorganizar las arritmias.

«Todavía no teníamos una comprensión clara de cómo funcionaba la desfibrilación», dijo Fenton. «Esta investigación explica la energía mínima necesaria para acabar con una arritmia y creo que aclara el mecanismo de desfibrilación».

La solución simétrica

Los investigadores determinaron que debido a que las ondas espirales se desarrollan en pares, también deben terminar en pares. Cada onda espiral está conectada a otra espiral que va en dirección opuesta. Reunir las ondas espirales a través de una descarga eléctrica elimina instantáneamente ambas ondas.

Los investigadores utilizaron un método matemático para identificar las regiones clave para la estimulación de descargas eléctricas para apuntar a las ondas espirales. Determinaron que un estímulo entregado a las áreas de tejido una onda espiral acababa de salir y pudieron sostener una nueva onda que podría desfibrilar el corazón.

En el proceso de terminar con las ondas espirales, los investigadores también las estaban moviendo a través de un concepto que llamaron «teletransportación».

“Lo llamamos teletransportación porque es muy similar a lo que ves en la ciencia ficción, donde algo se mueve instantáneamente de un lugar a otro”, dijo Fenton.

Las ondas espirales se pueden teletransportar a cualquier parte del corazón usando este enfoque. En particular, las ondas espirales se pueden mover para que choquen con sus parejas, lo que las extingue. Fenton explicó que para que ocurra una desfibrilación exitosa, todos los pares de ondas espirales deben eliminarse de esta manera.

Los investigadores planean seguir probando este concepto utilizando cultivos bidimensionales de células cardíacas.

«El siguiente paso es probar experimentalmente que lo que hicimos numéricamente es posible», dijo Fenton.

Eventualmente, agregó Fenton, quieren desarrollar métodos que puedan usarse clínicamente, y se están asociando con cardiólogos de la Universidad de Emory en este trabajo.