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El ferromagnetismo explica el mecanismo de la muerte súbita

La alternancia cardiaca, una arritmia potencialmente mortal, comparte características con el comportamiento de los metales


Físicos de la Universidad Politécnica de Cataluña y de Estados Unidos han demostrado por primera vez que la transición en la alternancia cardiaca, una arritmia potencialmente mortal, comparte características con el ordenamiento ferromagnético de los metales. La investigación ayuda a entender mejor cómo se origina la muerte súbita.




Imán ferromagnético hecho de alnico, una aleación de hierro. Imagen: Eurico Zimbres/UERJ. Fuente: Wikipedia.
Imán ferromagnético hecho de alnico, una aleación de hierro. Imagen: Eurico Zimbres/UERJ. Fuente: Wikipedia.
Las muertes súbitas cardíacas representan aproximadamente el 10% de los casos de muerte natural y la mayoría se deben a la fibrilación ventricular. En los Estados Unidos esto representa unas 300.000 muertes al año y en España, unas 20.000.

Investigadores del Departamento de Física Aplicada de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), junto con científicos 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, comparte 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 artículo ha sido publicado en la revista Physical Review Letters.

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, señala la UPC en una nota de prensa, 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.

Ferromagnetismo

Los científicos Enric Álvarez-Lacalle y Blas Echebarria, de la UPC, junto con sus colegas estadounidenses, 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 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 -temperatura de Curie, 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.

El orden, a veces, mata

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.

Sobre el siguiente paso de la investigación, Blas Echebarria explica que 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 de científicos del Instituto de Ciencias Cardiovasculares de Cataluña (ICCC-CSIC).

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. Phys. Rev. Lett. (2015). DOI: http://dx.doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.108101.


Miércoles, 15 de Abril 2015
UPC/T21
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