Potencial de Ação Monofásico. Novas Aplicações

Arq Bras Cardiol
volume 72, (nº 2), 1999
Leirner
& Cestari
Atualização
Potencial de ação monofásico
Potencial de Ação Monofásico.
Novas Aplicações para uma Técnica Antiga
Adolfo A. Leirner, Idágene A. Cestari
São Paulo, SP
Desde que no século 18 Galvani introduziu o conceito
de “eletricidade animal”, potenciais elétricos foram observados e registrados em diferentes nervos e músculos, inclusive
em corações e preparações isoladas de tecido cardíaco.
Verificou-se que ao se medir a diferença de potencial
entre uma pequena área macerada do coração e uma área
íntegra, a região lesada mostrava-se negativa em relação à
intacta (fig. 1-A) e o potencial, assim observado, foi chamado de potencial de lesão. A existência de um potencial celular foi inferida através da medição deste potencial de lesão.
A explicação provável para a existência deste potencial é
que a lesão destrói a permeabilidade seletiva da membrana
celular, diminuindo sua resistência elétrica, de forma a permitir que um eletrodo colocado na região lesada efetue contato com o citoplasma da célula, através de um caminho fluido de resistência relativamente baixa 1 . Este mesmo termo foi
posteriormente usado em eletrocardiografia para designar
um tipo de supradesnivelamento do segmento ST, referindose, no entanto, a um fenômeno distinto.
Usando o método dos potenciais de lesão descobriuse que certas células, classificadas como excitáveis, sofriam
alterações bruscas e transitórias no potencial de repouso,
com posterior retorno ao valor inicial (fig. 1b). Este ciclo foi
chamado potencial de ação celular.
Em 1883 Burdon-Sanderson e Page 2 obtiveram registros contínuos dos potenciais gerados nos batimentos cardíacos do sapo. Numa de suas observações, ao colocarem
um eletrodo na superfície intacta do coração e outro numa
região lesada, obtiveram o registro de um potencial transitório monofásico (uma só polaridade), em contraposição aos
registros transitórios multifásicos (polaridades positivas e
negativas) até então conhecidos, o que deu origem à denominação de potencial de ação monofásico (PAM), cuja forma era muito semelhante ao potencial de ação celular obtido
posteriormente pela técnica de empalamento da célula por
microeletrodos (PT).
Em fins do século 19 já se sabia que as correntes elétri-
Instituto do Coração do Hospital das Clínicas - FMUSP
Correspondência: Adolfo A. Leirner - Rua Pernambuco, 15 - 4º - 01240-020 São Paulo, SP
Recebido para publicação em 11/9/98
Aceito em 25/11/98
cas geradas em cada batimento cardíaco podiam ser detectadas na superfície do organismo. Esse fato, aliado à descoberta do galvanômetro de corda por Einthoven 3 , propiciou, no
começo deste século, o aparecimento da eletrocardiografia.
Com os potenciais cardíacos medidos na superfície do corpo,
a eletrofisiologia deixou de ser praticada apenas no laboratório, passando a ter aplicações clínicas importantes. Esses registros eram geralmente multifásicos. Em 1920 Mann 4 introduziu a vetorcardiografia (VCG), estendendo ao espaço os
conceitos da eletrocardiografia, que eram limitados ao plano.
Paralelamente à obtenção desses potenciais multifásicos de
superfície, prosseguiram as pesquisas sobre os potenciais de
lesão para o estudo do ciclo completo despolarizaçãorepolarização (monofásico) da célula cardíaca.
No fim da década de 30, o empalamento do axônio gigante da lula, por meio de eletrodos, deu origem a um poderoso recurso experimental com a medição de forma direta
da diferença de potencial, entre o interior e o exterior de
uma única célula. A técnica do empalamento celular foi
aplicada à célula cardíaca em 1949 por Coraboeuf e
Weidmann 5 e, em 1950, por Woodbury e cols. 6 . Muitas
das teorias desenvolvidas para o axônio gigante da lula
puderam ser aplicadas às células do coração, elucidando o
papel do sódio 5 , do potássio 7 e do cálcio 8 .
Os importantes achados teóricos promovidos pelo
método do empalamento celular fizeram com que a pesquisa
sobre potenciais celulares cardíacos se concentrasse nas
medições transmembrana, deixando, para um segundo plano a antiga técnica do potencial monofásico de lesão.
Em 1966, Korsgren e cols. 9 utilizaram trabalhos de
Schutz 10 (1931) introduzindo um eletrodo de sucção, que
captava potenciais monofásicos com grande simplicidade e
que dispensava a produção de uma lesão miocárdica específica, pois esta já era provocada pela própria sucção. Desta
forma, conseguiu registrar o PAM do ventrículo direito de um
paciente demonstrando uma aplicação clínica da técnica de
registro dos PAMs. Esse trabalho pioneiro foi aperfeiçoado
por Olsson 11 , Olsson e cols. 12 , assim como por outros pesquisadores 13 ,14 que refinaram a técnica do eletrodo de sucção
e demonstraram a utilidade do registro dos PAMs na
eletrofisiologia cardíaca. No entanto, a sucção apresentava
riscos de embolia gasosa e de lesão mecânica irreversível ao
miocárdio 15 . Em 1986, Franz e cols. 16 , baseando-se nas ob-
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Potencial de ação monofásico
Fig. 1 - A) Ilustração esquemática do potencial de lesão; B) ilustração esquemática
do potencial de ação obtido através da técnica de lesão.
servações feitas por Jochim e cols. 17 em 1934, produziram
um cateter-eletrodo (fig. 2) que, ao simples contato com o
miocárdio, obtinha um PAM estável e de boa qualidade, eliminando os riscos da sucção. Desta forma, a técnica dos PAMs
que ficara esquecida sob o impacto das medidas transcelulares voltou a ser considerada como ferramenta útil no
arsenal da eletrofisiologia cardíaca experimental e clínica.
O potencial de ação monofásico comparado ao
potencial transmembrana e aos eletrogramas
Na segunda metade deste século, resumidamente, a
eletrofisiologia cardíaca podia contar com os eletrogramas
latu sensu, com as medições transmembrana in vitro realizadas em células isoladas e com aquelas efetuadas no tecido do
animal vivo, utilizando os potenciais monofásicos de lesão.
Os eletrogramas latu sensu (que incluem o eletrocardiograma (ECG) de superfície em todas suas variantes e
os registros eletrográficos endocavitarios) são medidas
que fornecem uma visão “à distância” dos fenômenos elétricos cardíacos, pois representam a somatória da atividade
elétrica celular de uma maior ou menor área do coração, dependendo da técnica empregada. O que se obtém na realidade é o retrato dos potenciais de ação distorcidos por sua
Fig. 2 - Cateter de PAM em ventrículo direito, acompanhado de esquema da situação
dos eletrodos em relação ao miocárdio.
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soma algébrica, dispersos no tempo e no espaço e modificados ainda pelas capacitâncias e resistências encontradas
no trajeto 18 . Escondem fenômenos elétricos celulares durante grande parte do ciclo cardíaco, quando a ausência de
gradientes elétricos no órgão cria um verdadeiro “silêncio
elétrico” à distância (fig. 3). Modelos matemáticos, com
dipolos e multipolos têm sido desenvolvidos 19 , no entanto,
uma relação bem definida entre os potenciais de ação e os
eletrogramas carece de fundamento científico. O que temos
são tentativas didáticas úteis, porém pouco científicas, de
relacionar potencial de ação e ECG em algumas situações 20 ,21 .
No diagnóstico de alterações anatômicas, metabólicas,
iônicas e hemodinâmicas, a utilização dos eletrogramas só foi
possível graças a inúmeras correlações empíricas. No entanto, os eletrogramas fornecem dados muito precisos e
úteis, quanto ao momento da ocorrência de eventos elétricos do ciclo cardíaco, daí sua importância fundamental no
diagnóstico das arritmias.
A vetor-eletrocardiografia ou simplesmente VCG toma
por base o modelo do dipolo simples, representado por um
vetor, criando um sistema de três eixos ortogonais, que definem três planos perpendiculares entre si, sobre os quais se
desenha a projeção da trajetória da ponta desse vetor, que
num ciclo cardíaco, forma uma alça 22 ,23 . Enquanto no ECG
as informações importantes são o tempo e a amplitude, no
VCG são a direção e o sentido de propagação. No VCG a relação entre o traçado e os potenciais de ação torna-se ainda
mais distante que no ECG.
Em muitas ocasiões, é importante o conhecimento detalhado de toda a extensão temporal do potencial de ação
celular. Neste caso nos restam dois métodos: a medida do
PT por empalamento celular e o método do PAM. Por exemplo, se desejarmos classificar ou estudar o mecanismo de
ação de um agente antiarrítmico 24 ,25 é fundamental conhecermos o potencial de ação em toda sua extensão. Neste e
em muitos outros casos é preciso recorrer a uma das duas
alternativas citadas.
Fig. 3 - Ilustração esquemática da relação temporal entre eletrocardiograma (ECG),
eletrograma (EG) e o potencial de ação monofásico (PM) de átrio e ventrículo.
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Podemos considerar que a principal vantagem do
PAM em relação ao PT 26 consiste em possibilitar registros
endocárdicos ou epicárdicos in vivo e in situ, no coração
intacto, facilitando o intercâmbio entre o laboratório de pesquisa básica e o cenário clínico. Observa fenômenos
eletrofisiológicos regionais do coração sem interromper a
organização intrínseca do tecido, assim como as inter-relações normais ou patológicas do coração com o organismo.
Como veremos adiante, em grande número de situações é o único método existente para visualizarmos o potencial de ação em situações que sua observação deve ser feita
num coração íntegro batendo in vivo ou ex vivo.
Por outro lado, algumas desvantagens existem: o PAM
não fornece valor absoluto dos potenciais de ação e de repouso, sendo útil apenas para caracterização morfológica e
seguimento evolutivo dos potenciais; não fornece indicações exatas do tempo de subida do potencial de ação celular.
A velocidade de subida do PAM é da ordem de 10 V/s, enquanto o medido pelo PT é da ordem de 200 V/s, significando
que o PAM retrata fielmente a forma das fases 2, 3 e 4 do potencial de ação celular, mas não as das fases 0 e 1 27 ,28; contrariamente ao PT, o PAM é um registro multicelular, fornecendo
um traçado que é a média dos potenciais de ação de várias células, cobrindo uma região de aproximadamente 5mm de diâmetro centrada sobre o eletrodo. Portanto, não é possível garantir
que as medidas reflitam populações homogêneas de células.
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Potencial de ação monofásico
Coração da FMUSP 29 . A tabela I mostra os dados fornecidos automaticamente pelo software após a análise dos
PAMs da figura 6.
Fig. 4 - Esquema do eletrodo epicárdico para obtenção do PAM.
Obtenção do potencial de ação monofásico
O sinal do PAM é obtido por eletrodos que devem estar em contato com o miocárdio. Desta forma, podemos ter
dois tipos de eletrodos: o epicárdico e o endocárdico. A
aplicação do eletrodo epicárdico (fig. 4) necessita de contato direto com o epicárdio e, portanto, da exposição do coração através de um procedimento cirúrgico. Já o eletrodo
endocárdico (fig. 2) pode ser fixado à extremidade de um cateter e atingir o endocárdio por via vascular, possibilitando
sua utilização clínica com risco mínimo para o paciente.
O sinal de potencial monofásico (PAM) captado pelo
cateter eletrodo deverá ser amplificado em polígrafo compatível com sinais fisiológicos e registrado para análise posterior em sistema de armazenamento de sinais, seja este
analógico ou digital (figs. 5 e 6).
A descrição quantitativa do PAM pode ser feita através de grande número de parâmetros. Os mais comumente
adotados são Vm, t20, t50 e t90, conforme ilustra a figura 7.
Ao contrário do ECG, o PAM é um sinal cujas alterações morfológicas são freqüentemente pouco evidentes ao
exame visual. Apenas em alguns casos, este exame nos fornece dados evidentes. Uma das opções é medir com régua e
compasso os parâmetros acima definidos a fim de caracterizarmos o potencial medido, o que pode tornar o método
pouco prático. Para facilitar sua aplicação, podemos recorrer a um software específico de modo que a analise quantitativa do PAM seja efetuada automaticamente, fornecendo
os diversos tempos e amplitudes. A figura 6 ilustra uma série de PAMs após a conversão A/D efetuada pelo sistema
de aquisição e processamento desenvolvido no Instituto do
Fig. 5 - Registro analógico de PAM obtido em polígrafo.
Fig. 6 - Ilustração do potencial monofásico após conversão analógico-digital.
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tencial de ação do músculo atrial em toda sua extensão. Vários aspectos da relação entre fibrilação atrial (FA) e potencial de ação da célula atrial puderam ser estudados por
Olsson e cols. 31 , que observaram um PAM encurtado no
átrio dos pacientes com tendência a FAs repetidas pós
cardioversão. Ainda Olsson 11 observou um PAM atrial encurtado em pacientes com hipertireoidismo.
Fig. 7 - Diagrama explicativo das definições de T20, T50 e T90. A amplitude de referência é representada por Vm.
Alguns exemplos de aplicações do método do
potencial de ação monofásico
A exposição a seguir apresenta apenas alguns trabalhos escolhidos na vasta literatura existente, para dar ao
pesquisador sugestões e exemplos sobre as possibilidades
do método. Faltarão seguramente várias aplicações que, no
entanto, seguem os princípios básicos dos exemplos abaixo.
Relação entre potencial de ação e eletrocardiograma
- Podemos estudar as relações entre os potenciais de ação e
os ECGs de superfície. Leirner 29 determinou experimentalmente um coeficiente de correção do intervalo QT em função do RR (dQT/dRR) usando o método do PAM e aproveitando as observações de Franz e cols. 30 que relacionaram
as características da onda T do ECG com a repolarização
através da medida do T90.
Eletrofisiologia do músculo atrial - A onda P, que representa a contração atrial no ECG, é pobre em informações
por ser de pequena amplitude e ter sua repolarização mesclada ao complexo QRS. Com o PAM, podemos examinar o po-
Tabela I - Planilha gerada a partir da análise
de potenciais monofásicos
Arquivo: MAP
P(n o)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Média
Desvio
padrão
234
RR(ms)
dV/dt(V/s)
T90(ms)
T50(ms)
T20(ms)
283,0
305,4
307,2
289,0
297,6
303,2
320,0
287,6
273,4
305,0
297,1
13,1
5,44
5,56
5,56
5,69
5,44
5,62
5,62
5,56
5,56
5,44
5,50
0,1
167,0
164,6
164,6
164,8
165,4
163,8
165,2
165,8
163,8
165,2
165,0
0,9
132,8
132,2
130,8
132,6
131,0
131,4
130,2
131,6
129,8
131,4
131,4
0,9
94,80
89,80
92,80
95,00
89,80
90,20
91,00
95,00
86,20
91,40
91,60
2,7
Arritmias - Usando-se o PAM encontrou-se associação entre as arritmias que ocorrem nos pacientes com a
síndrome do QT longo com anomalias de duração e dispersão temporal de seus PAMs bem como a presença de póspotenciais 32 . A possibilidade de pós-potenciais causarem
arritmias cardíacas, bem como os mecanismos de seus aparecimento, foi estudada extensamente com auxílio dos
PAMs e resumida por Zipes 33 .
Drogas antiarrítmicas - A ação destas drogas está relacionada às alterações que provocam no potencial de ação da
célula cardíaca e sua classificação baseia-se nelas 24,25. Inúmeros estudos valeram-se do PAM para observar estas alterações. Para citar apenas um exemplo, no estudo de drogas
antiarrítmicas classe III, a amiodarona mostrou a propriedade
de aumentar a duração do PAM das células atriais34 . O mesmo tipo de raciocínio poderá ser aplicado para se estudar a
ação de desequilíbrios eletrolíticos e ácido-básicos sobre a
fibra cardíaca e a gênese das arritmias.
Isquemia - A forma do PAM é muito mais sensível que
a do eletrograma na detecção da isquemia35 . Neste sentido,
várias aplicações foram propostas. Em cirurgias de revascularização, Taggart e cols. 36 avaliaram a eficiência funcional
de pontes usando eletrodos epicárdicos e detectando as
alterações isquêmicas do PAM, quando o fluxo sangüíneo
das mesmas era interrompido. Donaldson e cols. 37 mostraram a grande sensibilidade do PAM às alterações isquêmicas durante angioplastias.
Interação entre mecânica cardíaca e potencial de ação
- Habitualmente pensamos na atividade elétrica da célula
cardíaca, deflagrando a atividade mecânica num sentido
único de atuação. No entanto, existem evidências de um caminho inverso, ou seja, a atividade mecânica também poderia provocar alterações no potencial elétrico das células.
Este processo recebeu o nome de realimentação contraçãoexcitação, ou realimentação mecanoelétrica 38 . A figura 8,
mostra o surgimento de potenciais de ação com pós-potenciais precoces, em extra-sístoles correspondentes a batimentos cardíacos em que a curva de pressão arterial mostra não
ter havido ejeção significativa 29. Podem ser considerados
como contrações isovolumétricas contra uma pós-carga infinita, provocando alterações visíveis no potencial de ação.
Avaliação e mecanismo de ação de fármacos - Esta tem
sido uma das aplicações mais freqüentes. Por exemplo, Donaldson e cols. 39 compararam o efeito da nitroglicerina sobre
a isquemia miocárdica, através de suas ações sistêmicas e lo-
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cais, mostrando a importância da primeira. Um experimento deste gênero jamais seria possível em tecido ou órgão isolado.
Conclusão
Fig. 8 - Alteração do potencial de ação por solicitação mecânica (realimentação
mecano-elétrica). As setas indicam modificação na curva de repolarização em
batimentos extra-sistólicos isovolumétricos (modificado de Leirner 29).
O método do potencial monofásico representa uma
ferramenta muito útil e versátil no arsenal do pesquisador
em cardiologia. Sua maior qualidade reside no fato de poder
estudar o potencial de ação da fibra cardíaca in vivo e portanto a relação dinâmica deste potencial com todas as variáveis do organismo. Além do mais, não é oneroso e é de aplicação simples. Os cateteres podem ser obtidos comercialmente, ou fabricados nos próprios laboratórios sem grandes
dificuldades. O sistema de captação e registro não difere
daqueles usados em laboratórios de eletrofisiologia.
Em nosso meio, o interesse e aplicação da técnica dos
PAMs apenas se inicia 29,40 ,41 podendo representar uma
valiosa adição ao arsenal metodológico à disposição daqueles que se dedicam à pesquisa em cardiologia.
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