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Оглавление| 1. | Introducción a la ecocardiografía-Doppler: historia y fundamentos |
Vicente López Merino
Índice del capítulo
1.1 La cardiología a mediados del siglo XX (1949-1950): encuadre
1.2 Ultrasonidos: «sonar» y «radar» o la nueva percusión
1.3 Historia de su aplicación a la cardiología: ecocardiografía
1.4 Eco-Doppler. Fundamentos físicos, efectos Doppler y Doppler Fizeau
1.5 La carrera de las técnicas de imagen
1.1 La cardiología a mediados del siglo XX (1949-1950): encuadre
La revisión histórica de los temas que habitualmente se hace como introducción a éstos puede parecer un adorno de erudición, excesivo e innecesario, sin embargo la ordenación cronológica y el relato de los detalles que pueden parecer anecdóticos no son más que la exposición metódica de las «razones históricas» que explican el nacimiento y desarrollo de muchos conceptos de una ciencia aplicada como la medicina y que permiten una perspectiva ineludible para entender «la razón histórica» como ingrediente necesario junto a la «razón lógica» y otras «razones» del origen y evolución de la ciencia, análogas al desarrollo embriológico que en los seres vivos puede resumir, más o menos detalladamente, su historia filogenética, según expresó Haeckel en la conocida «ley biogenética».
A finales de la primera mitad del siglo XX, la cardiología clínica se asentaba en cuatro grandes métodos de exploración: la percusión, la auscultación mediata, la radiología y la electrocardiografía. La percusión fue creada a finales del siglo XVIII por el médico vienés Auenbrugger (1761), hijo de un bodeguero. La concibió y desarrolló a partir del método habitual del golpeteo de los toneles con la mano y el puño para apreciar su plenitud o necesidad de reposición. También se desarrolló la auscultación mediata de Laennec, con el estetoscopio, sistematizada en 1819 con una memorable publicación. Gracias a su objetividad, ambas aportaron valiosísimos signos de exploración que contribuyeron en gran medida a fundamentar la cardiología como rama destacada de la medicina interna. A ellas se añadieron, en el filo entre los siglos XIX y XX, los otros dos métodos que completaron mucho más el caudal signológico del sistema cardiocirculatorio, la radiología, descubierta por Roentgen (1895), y la electrocardiografía, facilitada por Einthoven con su galvanómetro de cuerda (1903), que la hizo más asequible a la clínica.
La radiología sustituyó en gran parte, con sus imágenes de sombras y matices, a la percusión, que ya apenas se practicaba nada más que en los hospitales donde las radiografías y la radioscopia no eran asequibles. Ambas eran los únicos «métodos de imagen», muy deficientes en su intento de reconstrucción externa e incruenta de la anatomía cardiovascular y sus imágenes.
La auscultación aportó abundantes novedades semiológicas, pero seguía siendo, como dijo Stokes en Dublín, una signología funcional que nos permitía deducir alteraciones morfológicas. Aunque se reforzó y completó notablemente en el segundo cuarto del siglo XX (1925-1950) con la fonocardiografía y la fonomecanocardiografía, añadiendo abundantes datos y nuevos signos y haciéndose más objetiva, siguió siendo un método funcional aplicado a deducir lesiones anatómicas.
Lo mismo podemos decir de la electrocardiografía, que aportaba datos imprescindibles en el diagnóstico del infarto de miocardio y muchos aspectos de la patología coronaria y, especialmente, de las arritmias y su prolija y difícil clasificación.
Así pues, las técnicas de imagen se reducían a la radiología simple, sombra de perfiles, que en los vasos se mejoraba usando contrastes iodados, que presentaban muchos inconvenientes. Pero el desarrollo de la cirugía cardiovascular potenció la importancia del conocimiento anatómico exacto de las anomalías cardiovasculares y obligó a ampliar el uso de las angiografías de contraste, primero (Dos Santos, portugués, premio Nobel), y de la cardiografía y cardioangiografía, después (Castellanos), aplicando pronto el cateterismo cardiaco de Cournand y los contrastes radiológicos mejorados por las necesidades de utilización.
Más tarde, a partir de 1960-1970, se añadieron métodos radiológicos más depurados, como la tomografía axial computerizada (TAC) u otros métodos, magnéticos, alternativos, como la resonancia nuclear (RN o RNM).
En esta época, a mediados de siglo XX, va a aparecer una nueva técnica de imagen que será no sólo anatómica, sino también funcional, al registrar los movimientos de las estructuras, y que entrará en dura competencia con los desarrollos radiológicos. A esta técnica se la llama primero cardiografía ultrasónica y, pronto, ecocardiografía, a la que se añade el eco-Doppler. Sus orígenes están en la I y la II Guerra Mundial y consisten en utilizar un método similar al de la percusión pero empleando unas ondas de muchísima mayor frecuencia que las ondas acústicas (> 2 millones de Hz frente a 100-1000 Hz) y la observación ulterior de su retorno, registrado como ondas de eco (tabla 1.1). La definición con que los ecos determinan los límites y las diferencias del obstáculo contra el que rebotan es proporcional a dicha frecuencia, con lo que la definición de contornos de esta nueva percusión es infinitamente mayor que la proporcionada por el método de Auenbrugger.
Desde antiguo se conocían los llamados sonidos audibles (entre 20 y 16.000 Hz) y las vibraciones que estaban más allá (ultrasonidos ≥ 16.000 Hz), inaudibles para el hombre pero en parte audibles por el perro, como acontecía con el silbato de Galton (1883), que emitía vibraciones de 25.000 Hz y que por ello se utilizó desde entonces para amaestrar a dichos animales. Posteriormente Edelmann y más tarde Hartmann perfeccionaron este instrumento.
1.2 Ultrasonidos: «sonar» y «radar» o la nueva percusión
En 1889, los hermanos P. y J. Curie descubrieron el llamado efecto piezoeléctrico, que se basaba en la propiedad de ciertos cristales como los del cuarzo (cristales piezoeléctricos) en los que existe un eje (eje polar, eléctrico o piezoeléctrico) a lo largo del cual y en cuyos extremos se generan fenómenos eléctricos cuando sobre las caras del cristal, perpendiculares a dicho eje, se aplican presiones o se provocan cambios de dimensiones apreciables.
Este fenómeno, descrito por los hermanos Curie, se denominó después efecto piezoeléctrico directo o conversor de la energía mecánica en un potencial eléctrico, mientras el inverso (fenómeno piezoeléctrico inverso) fue previsto por Lippmann en 1881 y estudiado completamente por Voigt en 1890.
TABLA 1.1
Tipos de ondas ordenadas según su frecuencia (orden creciente). La longitud de onda es inversa a la frecuencia
Langevin, importante físico francés, anecdóticamente conocido por su amistad con el matrimonio Curie, realizó los primeros intentos de utilizar los ultrasonidos generados por la aplicación de electricidad a un cristal de cuarzo (fenómeno piezoeléctrico inverso). Estas ondas mecánicas las utilizó para «percutir» el agua del mar y captar el eco que producían al rebotar contra un sólido sumergido (submarino). Dicho eco era traducido por otro cristal de cuarzo (receptor) y registrado como fenómeno eléctrico (fenómeno piezoeléctrico directo). Tal intento, como se comprende, iba dirigido a detectar la presencia invisible y la distancia de los submarinos; pero entre la I y la II Guerra Mundial se usó para localizar objetos en el fondo marino, y dio lugar a la técnica denominada «sonar».
Este primer intento quedó «olvidado» después de la primera gran guerra hasta que resurgió en Gran Bretaña bajo la forma de «radar», por las necesidades, en la Segunda Guerra Mundial, de respuesta frente a los ataques aéreos sobre Londres.
En el interregno, Sokolov (1929) describió el método ultrasónico para detectar defectos en los metales, y Firestone inició su uso para análisis no destructivos de los materiales (1945), poniendo a punto un instrumento, el «reflectoscopio», con aplicaciones industriales para detectar, en ellos, fallos de homogeneidad.
También en este intervalo del segundo cuarto del siglo XX aproximadamente (1925-1950), se sistematizó el uso de cristales piezoeléctricos como receptores de los latidos (arteriales, venosos o precordiales) simultáneamente con los ruidos cardíacos y con el ECG inscribiéndolos, en forma de trazados poligráficos, mediante un inscriptor eléctrico de varios canales (ECG, fonocardiograma, esfigmograma, flebograma y apexcardiograma). Así se sistematizó el estudio morfológico de las ondas y las relaciones cronológicas entre ellas, midiendo las duraciones de las diferentes fases del ciclo cardiaco en lo que se denominó electrofonomecanocardiogramas o trazados poligráficos (López Merino 1964) en lo que constituyó una aproximación cronológica a la mecánica cardiaca.
La II Guerra Mundial (1939-1945) y sus pródromos condujeron al desarrollo del «radar», acrónimo de la frase inglesa «Radio Detection and Ranging», es decir, «detección de las ondas de radio y determinación de la distancia entre objetos detectados», denominación que se generalizó desde el principio. Este desarrollo comenzó con los estudios iniciados por los científicos de la Marina de guerra norteamericana, a la que, posteriormente, se sumaron los británicos, montando en 1935 la primera central, que exigía una discriminación de 1/109 de energía transmitida por radar. La confusión acerca de las prioridades entre norteamericanos y británicos se debe a que estos últimos, a pesar de haber comenzado claramente después, solicitaron las primeras patentes a su favor, como refleja el informe de Paul Porter (1946) (Garay 1947).
Sir Robert Watson-Wat fue el primero en presentar un proyecto práctico para determinar, por medio de ondas de radio, el lugar en que se halla en cualquier momento un aeroplano, y el 24 de julio de 1935 se realizaron las primeras pruebas con el «Wallace», llegándose a la conclusión de que hasta una distancia de 60 km podía seguirse el rumbo de un avión por medio de las ondas de radio que se reflejaban en él y que daban el eco que se observaba en la pantalla de un tubo de rayos catódicos (fig. 1.1). En septiembre del mismo año ya se habían montado varias estaciones de radar en la costa británica del canal, que fueron las primeras instalaciones del mundo. En 1940 estaban cubiertos todos los puertos y a finales de 1941 ya estaba cubierta toda Gran Bretaña.
Fig. 1.1 Primeras experiencias en la emisión de ondas de «radar» y detección de sus ecos según la distancia a la que se hallaba el objeto (avión «Wallace»). La figura de los trazados es similar a la de los primeros ecos obtenidos en el cráneo al reflejarse las ondas en el septum sagital.
Desde antes de comenzar la guerra, los jóvenes físicos Wilkins y Bowen habían desarrollado un método que distinguía los aviones propios de los enemigos muy rápida y certeramente. Técnicos de la Marina estudiaban las aplicaciones del radar en el mar: Butement en relación con los barcos y Bowen y Handbury-Brown con los submarinos. A este método se le llamó «sonar», que se define como «sistema para determinar por medio de la emisión, el eco, la captación y el análisis de ondas acústicas submarinas, la identidad, situación y movimientos de barcos y submarinos, así como para guiar torpedos hacia el blanco, detectar barcos de pesca y otras aplicaciones. Es el equivalente submarino del radar». En 1943 el «sonar –o radar»– antisubmarino ya se utilizaba con precisión.
1.3 Historia de su aplicación a la cardiología: ecocardiografía
La referida historia del radar-sonar fue secreto de guerra hasta 1945, de modo que los primeros pasos de sus posibles aplicaciones para obtención de imágenes ecográficas de los órganos en los seres vivos «percutiéndolos» con ultrasonidos no pudieron realizarse hasta finales de la década 1940-1950.
Dussik (1942) fue el primero que trató de usarlo para detectar masas en el cerebro humano. Pero con respecto al corazón, podemos distinguir varias fases en el origen y desarrollo de la técnica, que se iniciaron con los estudios de Keidel (1950), que fue uno de los primeros en examinarlo a su propio través (transcardíaco) con el propósito de determinar los volúmenes de sus cavidades.
En Suecia, Hertz fue el primero en aplicar al corazón (1953) un método similar al de Firestone en los metales, valiéndose de un ultrasonoscopio comercial que se usaba en los estudios no destructivos de materiales. Más tarde, colaborando con el Dr. I. Edler (Edler y Hertz 1954) comenzaron a utilizar dicho ultrasonoscopio para examinar diversos aspectos del corazón, y denominaron «cardiografía ultrasónica» a la nueva técnica. Como este instrumento inicial era muy poco sensible, sólo permitía el registro de la pared posterior del corazón, probablemente del ventrículo izquierdo. Modificando un poco este aparato, consiguieron registrar ecos de la valva anterior de la válvula mitral, aunque lo atribuyeron a la pared posterior de la aurícula izquierda y sólo reconocieron su verdadero origen al cabo de años, cuando investigaron en cadáveres (Feigenbaum 1972).
La ecocardiografía modo M fue descrita por él y por Hertz, mientras trabajaban en la Universidad de Lund (Suecia) en 1954. Inge Edler describió muchos ecos cuyos orígenes se identificaron después, y a mediados de la década de 1950 y principios de la de 1960 hizo los primeros estudios para la detección de la estenosis mitral. Fue el primer cardiólogo que mostró las posibilidades diagnósticas de los ultrasonidos. Por eso se le reconoce, con frecuencia, como «padre de la ecocardiografía».
Los estudios alemanes fueron iniciados a finales de la década de 1950 por Effert (Effert, Domanig y Erkens 1959), principal autor que publicó trabajos similares a los suecos, sobre todo a los de Edler. Además, describieron por primera vez los hallazgos ecográficos de un tumor de aurícula izquierda, ya en la década de 1960. Schmitt y Braun repitieron los trabajos de Edler y Effert.
En 1960, en el III Congreso Europeo de Roma, se produce un hito al efectuarse una amplia y detallada reseña de cardiografía ultrasónica que se publicó en 1961 como suplemento del Acta Médica Escandinavica y que permaneció durante más de diez años como un breviario sobre la ecocardiografía. Ésta se completaba con una película cinematográfica y una reseña en la que el Dr. Edler y sus colaboradores describían las técnicas.
En Estados Unidos se iniciaron los estudios ecocardiográficos después de 1960, más tarde que los europeos a pesar de que, como ya hemos dicho, se adelantaron en los estudios con microondas y radar. Wild y, junto a él, Reid trabajaron en las primitivas aplicaciones médicas de ondas ultrasónicas reflejadas y ambos publicaron un trabajo sobre su empleo para visualizar el corazón humano escindido (1957). En 1963, Reid y Joyner repitieron los estudios sobre estenosis mitral de Edler y Effert, y serían los primeros sobre ecografía cardiológica en EE. UU. Pero el gran referente norteamericano fue Feigenbaum, que comenzó a interesarse por la ecocardiografía en esta misma época (1963), cuando trabajaba en un laboratorio de hemodinámica. Comenzó sus estudios con el ultrasonoscopio de neurología, con el que estudió el eco de la pared posterior del ventrículo izquierdo y así pudo observar los cambios producidos por la presencia de un derrame pericárdico (1965). Su descripción (Feigenbaum, Waldhausen y Hyde 1965) fue un importante catalizador del interés de los cardiólogos por la ecocardiografía, tanto en EE. UU. como en el resto del mundo, ya que en la clínica de la época el diagnóstico de pericarditis con derrame era difícil y esquivo y fácilmente pasaba desapercibido. Por ello, la ecocardiografía pasó a ser método de elección para el diagnóstico de esta entidad y, a partir de 1965, se produjo una explosión de publicaciones sobre ecocardiografía.
La vasta contribución de Feigenbaum a la ecocardiografía fue confirmar su validez técnica, ampliar los conocimientos acerca del ventrículo izquierdo, sus dimensiones más internas y su volumen sistólico y, sobre todo, poner de manifiesto que la ecocardiografía constituye un recurso incruento para definir la función de dicho ventrículo izquierdo. Realizó investigaciones adicionales sobre los ecos de la válvula mitral aplicando su utilidad no sólo a la determinación de su estenosis, sino a la flexibilidad de la válvula, importante para conocer la posibilidad de someterla a comisurotomía. Además, mostró su utilidad en el diagnóstico de la estenosis subvalvular aórtica hipertrófica, de la insuficiencia aórtica y del prolapso de la válvula mitral. El libro de Feigenbaum multiplicó sus ediciones desde la primera de 1972 (19792, 19813, 19864).
A mediados de 1960, los japoneses comenzaron su aportación denominando la técnica «ultrasonocardiotomografía».
Después, el ingeniero holandés Bom aportó el rastreador cardiaco de elementos múltiples (Bom, Lancée, Honkoop y Hugenholtz 1971), que fue el primer paso de la ecocardiografía bidimensional (Bom, Lancée, Van Zwieten, Kloster y Roelandt 1973).
Una de las ventajas de la ecocardiografía, vista desde sus inicios, fue su capacidad natural de separar las estructuras sólidas de las líquidas sin necesitar «contrastes». Pero también se vio en eco-M que éstos podían ser útiles para definir más estructuras. Así lo vio Joyner (1967) tras la inyección intracardíaca de suero fisiológico o de verde indocianina (Gramiak y Shah). En 1968-1969, Gramiak y Shah utilizaron este «efecto contraste» para identificar la anatomía ecocardiográfica in vivo inyectándolos transcáteter en las cavidades cardíacas seleccionadas y localizando la aparición y secuencia del contraste en el ecocardiograma. Así se describieron cámaras, vasos y valvas con el trasductor en varias localizaciones, y en coronarias para detectar la falta de perfusión (Weymsn 1994).
1.4 Eco-Doppler. Fundamentos físicos, efectos Doppler y Doppler Fizeau
El efecto Doppler constituye el fundamento del registro Doppler, como los ultrasonidos lo han sido para la ecocardiografía, y su descripción precedió más de un siglo a su aprovechamiento, de igual modo que la de los ultrasonidos se anticipó muchas décadas a su utilización en medicina.
El advenimiento de la locomotora impulsó el reconocimiento de un fenómeno ya conocido desde antiguo, porque la combinación de un silbido de locomotora con la velocidad de su desplazamiento destacó el cambio de tono producido por dicho desplazamiento que se agudizaba al acercarse y se hacía más grave al alejarse del oyente. El físico austriaco Johann Christian Doppler (1803-1853), profesor de matemáticas en Praga, primero explicó cualitativamente el fenómeno, señalando que las ondas sonoras participan del movimiento de la fuente, y luego desarrolló las fórmulas matemáticas (1842). Así, las ondas sonoras llegan al oído a intervalos más breves cuando la fuente se aproxima, con lo que el sonido se percibe más agudo. Cuando la fuente se aleja las ondas sonoras llegan al oído a intervalos más largos y, por lo tanto, el sonido se percibe más grave (fig. 1.2). Las primeras pruebas experimentales sobre el efecto acústico las realizaron Doppler en la estación de Brno y Bays Ballot en Utrecht, en 1845 (Weyman 1994). Durante dos días una locomotora arrastró un vagónplataforma en ambas direcciones y a diferentes velocidades. En el vagón viajaban unos trompetistas que emitían una u otra nota, a la vez que, en tierra, unos músicos de fino oído reproducían los sonidos que iban percibiendo. Doppler ya había sugerido que este efecto se aplicaría a cualquier movimiento, incluyendo además las ondas de luz.
Años después (1848), Armand Hyppolite Louis Fizeau describió que se podía detectar observando las estrellas, como desplazamiento de las líneas espectrales que permitían determinar la velocidad de su movimiento. A esto se le llamó «efecto Doppler-Fizeau». Esta idea fue aplicada por primera vez en 1910 por William Huggins al observar que el espectro de Sirio sufría un pequeño desplazamiento hacia el rojo, de lo que dedujo que, por lo tanto, se movía hacia el sistema solar. Años después, en 1929, el conocido astrónomo Edwin Hubble (1889-1953) usó este desplazamiento espectral para determinar la progresiva velocidad de alejamiento de las galaxias, proporcional a su distancia, y deducir la teoría del big-bang, de explosión inicial del cosmos.
Fig. 1.2 Efectos del movimiento de la fuente sonora sobre las ondas acústicas. En la parte superior la fuente sonora estacionaria origina la recepción del sonido con la misma longitud de onda (λ) y, por lo tanto, la misma frecuencia (Fr) a ambos lados de ésta. En la parte central el movimiento de la fuente sonora hacia la derecha da lugar a la recepción de sonidos con menor longitud de onda y mayor frecuencia al situarse a la derecha y a cambios opuestos cuando la recepción se realiza desde la izquierda. En la parte inferior, el movimiento de la fuente sonora hacia la izquierda da lugar a la recepción de sonidos con menor longitud de onda y mayor frecuencia, al situarse a la izquierda y a cambios opuestos cuando la recepción se efectúa desde la derecha.
Así pues, el «efecto Doppler» es un cambio de frecuencia, o de longitud de onda, debido al movimiento, que puede ser tanto de la fuente como de un reflector de la onda o, recíprocamente, del receptor. Su aplicación práctica en la astronomía precedió en muchos años a la acústica. En la aplicación médica son, en general, la sangre que fluye o la pared de los vasos o el corazón los que se mueven y que actúan como reflectores de las ondas ultrasónicas que son recibidas por un transductor y convertidas en potenciales eléctricos que pasan al instrumento electrónico. Éste las amplifica y determina el desfase del Doppler, que puede oírse a través de un altavoz o verse y analizarse a través de la inscripción (Kremkau 1989). Tal aplicación médica para la detección transcutánea de las velocidades de flujo sanguíneo se debe inicialmente a Satomura, en 1956, cuyo instrumento medía más la intensidad de las ondas reflejadas que el desfase de frecuencia y por ello no podía indicar la velocidad. Por ello, la primera medida verdadera de la frecuencia Doppler fue realizada por Franklin et al. (1961). Muchos años después, Edler et al. utilizaron el Doppler continuo para estudiar el flujo sanguíneo intracardíaco. Después, Baker, Kanaka, Bran Destini, Fish y otro gran número de investigadores sentaron las bases para el uso del Doppler en el estudio de los flujos intracardíacos y de los grandes vasos.
La codificación en color a partir del Doppler de onda pulsada amplió las posibilidades de visualización del flujo sanguíneo. El Doppler codificado en color se realizó utilizando tres colores básicos (rojo, azul y verde) y sus posibles combinaciones aditivas, asumiendo el convenio de que el rojo representa velocidades positivas, o sea, velocidades que acercan el flujo al transductor, y que el azul indica que las velocidades son negativas, es decir, flujos que se alejan del ya mencionado transductor. La intensidad de dichos flujos se considera como la cantidad mayor o menor de células que se mueven a una determinada velocidad, y, finalmente, la velocidad se codifica proporcionalmente al brillo, de tal modo que las velocidades mayores son blancas y, a medida que disminuye aquella, los trazados se hacen más oscuros. Al igual que sucede con el Doppler pulsado, cuando las velocidades que se quieren medir superan la frecuencia de Nyquist, invierten su dirección, que pasa entonces de positiva a negativa o viceversa (Miyatake et al. 1984), y en los registros aparece una mezcla o «mosaico» de colores.
Tras la aplicación del Doppler al estudio de los flujos, a finales de la década de 1980 se utilizó para el estudio de los tejidos cardíacos en Japón, por Isaaz (Isaaz et al. 1989), en lo que se denominó Doppler de tejidos (Doppler Tissue Imaging = DTI), aplicado con fines clínicos para el estudio de la movilidad de la pared miocárdica. En 1992, Sutherland determina la utilidad del DTI para la cuantificación de las velocidades de contracción y relajación del miocardio y a partir de ahí ya aparecen los equipos de ecocardiografía con sus softwares para DTI, y tanto la escuela japonesa (Miyatake) como la escuela europea (Erbel) se significan especialmente en el desarrollo de las actuales técnicas de DTI y sus aplicaciones clínicas (Almería et al. 2001).
1.5 La carrera de las técnicas de imagen
Cuando se inició el uso de ultrasonidos mediante la técnica de ecografía, se defendieron las ventajas de aquellos porque podían dirigirse en forma de haces lineales que obedecían las leyes de reflexión y refracción y que se reflejaban en objetos de pequeño tamaño, pero con un inconveniente: que necesitaban una ventana de entrada y salida que estuviera libre de huesos y de aire que impedían casi totalmente la transmisión. Las otras técnicas de imagen (TAC) tenían la gran ventaja de que las ondas de rayos X podían atravesar estos medios sin necesidad de ventanas especiales, pero estas radiaciones tenían propiedades agresivas sobre los tejidos vivos. La ecocardiografía multiplicó sus ventanas, ampliándolas con la ecocardiografía transesofágica a partir de 1970-1980, gracias al desarrollo de transductores adaptados a sistemas de gastroscopia para realizar estudios ecocardiográficos desde las cercanías del corazón con una amplia ventana. Se inició por Side et al., del Guy’s Hospital (Almagro 1967), quienes utilizaron esta vía para el estudio de flujos intracardíacos, con Doppler continuo y, ya a principios de 1980, se empezaron a usar sistemas sectoriales transesofágicos, siendo sus pioneros Hisanaga y Di Magro.
La ecocardiografía había cumplido las tres fases: modo M, modo B o bidimensional y eco- Doppler, continuo, pulsado y codificado en color. Había multiplicado sus ventanas y añadido la transesofágica, estaba abriendo al máximo sus posibilidades. Tenía dos grandes ventajas respecto a la radiología; en primer lugar, la inocuidad para el organismo de las ondas ultrasónicas utilizadas, cada vez más verificada, frente a las radiaciones X, aunque su reducción en las técnicas de la TAC mitigó algo las diferencias. En segundo lugar, la posibilidad de uso de las técnicas de eco-Doppler a la cabecera, o casi, del paciente. A partir de 1980, la carrera en los avances de calidad, uso y facilidades de las técnicas de imagen –eco-Doppler por un lado y TAC, resonancia nuclear y, en menor medida, la tomografía de emisión de positrones (PET), por otro– ha sido tan intensa y competitiva, que no se puede prescindir de ninguna de ellas; las podemos calificar de complementarias y desde luego el eco-Doppler se ha impuesto como técnica cardiológica rutinaria y cuasi-clínica a pesar de mantener algunas limitaciones. Se podría decir que, en la actualidad, y probablemente más aún en el futuro, ha sustituido con infinitas ventajas a la percusión, la radiología rutinaria y casi totalmente a la auscultación, que eran el total de las exploraciones cardiológicas hace poco más de medio siglo si exceptuamos a la electrocardiografía.
El fundamento inicial del éxito que tuvo el eco en cardiología consistió, como se ha dicho, en permitir el diagnóstico indudable de la pericarditis con derrame, y a continuación el estado anatómico de las válvulas, especialmente para su corrección quirúrgica (estado del aparato mitral permitiendo o no una eficaz comisurotomía o estado de las válvulas aórticas con vistas a su reparación o sustitución). En tercer lugar, la identificación de las miocardiopatías y sus formas, sin necesidad de cateterismo cardiaco.
Los derrames pericárdicos, las valvulopatías y las miocardiopatías fueron los motores iniciales para la promoción y generalización de la ecocardiografía en cardiología. Después hubo tres grandes impulsos debidos a los avances tecnológicos: el primero por la ampliación de las posibles ventanas de observación, como la ecografía transesofágica, el segundo por su asociación a las técnicas Doppler (eco-Doppler) aplicadas a estudio de flujos, estados valvulares y cálculo de áreas de éstas y después a los tejidos (Doppler-tisular (DTI)), permitiendo la determinación del strain y el strain rate, el estudio automático de «armónicos de tejidos» y la consiguiente detección automática de bordes, así como la «color-quinesia». Un tercer impulso se debió a la progresiva incorporación de la ecocardiografía y el eco-Doppler al estudio de la fisiopatología cardiaca, con el análisis de la función diastólica ventricular y de la función sistólica, y también el análisis de la perfusión miocárdica gracias a los contrastes o ecopotenciadores y a la utilización de las técnicas basadas en el estudio del segundo armónico, así como otras técnicas para obtener «la señal no lineal».
1.6 Bases fisiopatológicas de los trazados de ecocardiografía en modo M. El curioso olvido de las curvas de Henderson-Wiggers
Las primeras leyes generales de la contracción cardiaca, la «ley de todo o nada» (Bowditch 1871) y el «fenómeno de la escalera», fueron seguidas por estudios de la mecánica cardiaca que se realizaron analizando las combinaciones por parejas entre los diferentes parámetros (P = presiones; V = volúmenes; T = tiempos). Estos estudios dieron lugar, sucesivamente, a la «ley de Frank» (1895) (P de entrada vs P de salida, en las cavidades cardiacas), la ley de Henderson (1906) (V ventricular vs tiempo), la modificación de Wiggers (1922) (V vs T), la ley de Starling (1913-1915) (P de entrada V de salida, ventriculares) y las más empíricas de Sarnoff y de Guyton, que relacionaban las P de entrada con los volúmenes de salida en diferentes circunstancias, acudiendo a familias de curvas que se aproximaran más a la realidad. Posteriormente se abordó más analíticamente el estudio de la fibra muscular (Abbott y Mommaerts 1959; Sonnenblick 1962) que resultó más aplicable a la fisiología de la contractilidad, estudiando su velocidad, que al corazón globalmente considerado como bomba.
Los sucesivos mecanismos son aplicables a las distintas perspectivas de la realidad y, así, las imágenes ecocardiográficas en modo M nos proporcionan una visión cronológica de los movimientos de las paredes cardíacas, los cuales son proporcionales a los cambios de volúmenes de las cavidades cardiacas, es decir, a relaciones V vs T. Entonces, hubiera sido lógico apelar a los modelos de Henderson-Wiggers para indagar detalladamente su semiología. Sin embargo, durante muchos años, en el desarrollo del eco en modo M se ignoró completamente el diagrama de las leyes de Henderson-Wiggers y los conocimientos derivados de ellas.
El mecanismo de Henderson-Prince o de uniformidad de comportamiento cardiaco, al adaptarse a la frecuencia (V vs T), fue descrito en 1906, basado en medidas volumétricas pletismográficas del corazón (Henderson 1906), y se expresó afirmando, en primer lugar, que los ventrículos tienen un patrón fijo de relajación que determina su capacidad diastólica fija dependiendo exclusivamente de la duración de dicha diástole, siempre que el aflujo venoso se encuentre a niveles normales de presión y volumen, y, en segundo lugar, que un ulterior incremento del aflujo venoso no puede aumentar (modificar) el llenado ventricular y su posterior descarga sistólica. Ambas premisas concluyen que es casi imposible para el corazón aumentar sus tensiones y longitudes iniciales y, por tanto, la nulidad de adaptación de este aspecto (Henderson y Prince 1914). Por ello, se concluyó que el corazón ofrecería una «uniformidad de comportamiento» y de respuesta, y que únicamente podría variar su gasto a base de modificar la frecuencia de sus latidos. En la figura 1.3 se ha reproducido la curva pletismográfica (volumétrica) en relación con el tiempo que dio Henderson como canon del funcionamiento ventricular. En su parte superior derecha (recuadro), hemos añadido la curva que representa la repercusión que tienen las distintas frecuencias sobre el gasto cardiaco, representado por la línea continua y calculado a partir de la curva «inmodificable». En ella, se observa la gran caída del gasto cardiaco para las frecuencias extremas (<40 y >180 p/m) que generan las clásicas crisis de Stockes-Adams.
La curva de Henderson contribuyó indudablemente a la comprensión «more geométrico» de las variaciones que la longitud del ciclo (o su inversa, la frecuencia cardiaca) inducía sobre las subfases del ciclo y sobre el gasto cardiaco y era muy congruente con la «ley de todo o nada», pero no lo era tanto con el «fenómeno de la escalera» y con las experiencias de otros autores como Dreser (1887), Marey (1860 y 1881) y Frank (1895). Entonces Carl Wiggers (1914 y 1921), el gran fisiólogo norteamericano y discípulo también de Henderson, verificó experimentalmente la cuestión, y después (Wiggers y Katz 1922) realizó sus trabajos con Katz reestudiando el mecanismo de adaptación a las variaciones del retorno venoso por medio de técnicas cardiométricas en una preparación de circulación controlada. Sus resultados confirmaron los de Starling y su grupo, pero con diferencias que resumimos: al aumentar el retorno venoso, el llenado ventricular durante la diástole es más rápido en todos sus subperíodos: relleno rápido, relleno lento y presístole; y la descarga sistólica, que es más amplia, se acompaña de una mayor velocidad de eyección, la prolongación del período eyectivo y un vaciamiento más completo. Tales curvas (fig. 1.4) no son superponibles ni en su fase sistólica ni en la diastólica, lo que constituye una demostración directa de la inexactitud de la ley de uniformidad de Henderson (fig. 1.3). Pero cuando Wiggers y Katz reprodujeron las experiencias de Starling et al. manteniendo constantes el retorno venoso y la presión auricular derecha, encontraron que la frecuencia cardiaca modificaba netamente el gasto cardiaco y seguía mucho mejor las predicciones hechas por el mecanismo Henderson que las afirmaciones de constancia en dicho gasto realizadas por los investigadores británicos. Sin embargo, las curvas de los latidos no fueron superponibles (no se reajustaron las presiones venosa y arterial para cada cambio de frecuencia), y no se pudieron hacer predicciones exactas sobre la relación entre gasto cardiaco y frecuencia de latidos. Los autores han dado un diagrama que resume la compleja cadena de acontecimientos involucrados en tales variaciones (Wiggers 1945 y 1952).
Fig. 1.3 Esquema del comportamiento cardiaco según Y. Henderson (1906), reproducido en el libro de fisiología de Wiggers (1945), en el que se representa el volumen ventricular «fijo» cuya diástole es variable, dependiendo de la frecuencia cardiaca (B) y con ello el volumen diastólico (D) eyectado en cada sístole subsiguiente (C). El volumen minuto aumenta con la frecuencia (Vm = D x 1/B) porque aunque D disminuye, la frecuencia (60.000/B) varía en mayor proporción (véase la figura 11, parte superior (Chorro, García Civera, López Merino 2007)). En la parte inferior de la figura se ha añadido la curva que se obtendría a partir de la información proporcionada con el ecocardiograma en modo M mediante la determinación del diámetro ventricular en cada instante del registro (el volumen determinado mediante pletismografía es proporcional al diámetro ventricular elevado al cubo).
Fig. 1.4 Curva típica del volumen (N) para un ciclo cardiaco de 0,8 s (75 ppmin) 1 a 2: sístole auricular; 2 a 3: período de contractión isométrica; 3 a 7: período de eyección sistólica; 7: final de la sístole; 7 a 8: período de relajación isométrica. Se representa a partir de éste el conjunto de curvas superpuestas que ilustran la influencia de diversos factores sobre el volumen latido cuando la frecuencia cardiaca aumenta a 120 ppmin. A: acortamiento del llenado natural y reducción del volumen latido, de acuerdo con Henderson. B: ulterior reducción de la descarga sistólica debida a la reducción concomitante en la presión auricular y en la velocidad de llenado mostrado en F, y disminución de la fuerza de la sístole auricular en X. C: restauración del volumen latido a la curva de control A por mayor eficacia en la sístole auricular (Y) que sobreviene inmediatamente después o durante el aflujo rápido. D: aumento en el volumen latido a la magnitud de un latido con ciclo largo (N) como resultado de una acción del nervio acelerador o de efectos adrenérgicos humorales que incrementan la fuerza de la contracción auricular Z, y llenan más completamente los ventrículos (reducción del volumen residual). E: ulterior aumento de la descarga sistólica a través de un incremento simultáneo del retorno venoso y un llenado más rápido en el ejercicio. Las líneas de la derecha (N-E) indican los volúmenes latido comparativos correspondientes a las distintas curvas [(Wiggers 1928), figura 16 en la página 45)].
Fig. 1.5 Curvas de volumen ventricular obtenidas con métodos pletismográficos y curvas de presión de la aorta y la aurícula izquierda (Wiggers). La ecocardiografía permite registrar las variaciones de volumen partiendo de la determinación de las dimensiones de la cavidad ventricular.
1.7 Curvas de Doppler y la hemodinámica incruenta: determinación incruenta de las presiones intracavitarias mediante la técnica de eco-Doppler
Daniel Bernoulli, matemático y físico hidrodinamista, enunció en 1738 la que con el tiempo se denominó ley de Bernoulli o integral de Bernoulli, que rige la mecánica de fluidos ideales (sin rozamiento) y de la cual deriva la que representa el principio de Venturi y la ecuación de Gorlin (López Merino et al. 1969), usadas en hemodinámica (López Merino 2007), en las que el flujo (F) es proporcional al gradiente de presiones, es decir, el existente entre la presión proximal (Pp) y la presión distal (Pd); y ambas variables, flujos y presiones, se relacionan con un coeficiente de proporcionalidad que es la conductividad o «conductancia» del sistema (K), que, a su vez, es la inversa de la resistencia (R). Es decir: , ecuación que es análoga a la expresada en la ley de Ohm en el ámbito de la electricidad (fig. 17, en López Merino 2007).
La caída de presión o gradiente (P – Pd) es la requerida por unidad de volumen de la masa sanguínea, cuya densidad es p, para convertirse en energía cinética (velocidad, V); Grad (P – Pd) = ½ pV2 p-d . Cuando la Pd se considera aproximadamente igual a cero, el gradiente se convierte en la Pp que impulsa la sangre, V2P d es la velocidad al cuadrado del «jet» producido y registrado mediante el eco-Doppler en metros por segundo y el coeficiente de proporcionalidad p es la densidad de la sangre (1,07) multiplicada por el factor de conversión de la presión expresada en kilopascales, a mmHg que es la expresión tradicional y habitual en hemodinámica (1kPa = 7,5 mmHg). Así que: (1/2 × 1,07 × 7,5) mmHg = 4,012. Por lo tanto P ≈ 4 V2 o la presión, expresada en mm de mercurio, ≈ 4 × Velocidad, medida con la técnica Doppler, expresada en metros por segundo y elevada al cuadrado.
Esta fórmula fue deducida de la ecuación de Bernoulli por Holen (1976) y Hattle (1978) y se aplica al cálculo de la presión de las cavidades correspondientes en la estenosis mitral, y posteriormente también en la estenosis aórtica y en los defectos septales.
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