El infarto agudo de miocardio1 se produce cuando el suministro de sangre a parte del músculo cardíaco se reduce gravemente o se interrumpe. Los supervivientes tras un gran infarto de miocardio tienen un alto riesgo de padecer insuficiencia cardíaca crónica (ICC), con mal pronóstico. La ICC es un síndrome clínico que se inicia con la disfunción cardíaca y va seguido de la activación de mecanismos compensatorios como los sistemas simpaticoadrenal y renina-angiotensina-aldosterona. Aparentemente, la activación de los mecanismos compensatorios durante la fase inicial de la ICC ayuda al corazón a compensar el deterioro de la función de bombeo. Sin embargo, una activación excesiva y sostenida tiene efectos nocivos sobre la función cardíaca. Una vez que esa activación excesiva, por el contrario, empeora la función cardíaca, desencadena una nueva activación de esos mecanismos compensatorios, lo que, a su vez, deteriora aún más la función cardíaca. Este mecanismo de retroalimentación positiva lleva al corazón a una remodelación cardíaca descompensatoria y a un fallo en la fase final. Por lo tanto, el proceso de mala adaptación es una clave de la fisiopatología de la ICC.

En el proceso de mala adaptación, el sistema nervioso autónomo cardíaco2,3 también desempeña un papel importante. Las pruebas clínicas del estudio Autonomic Tone and Reflexes After Myocardial Infarction (ATRAMI)4 y del Cardiac Insufficiency BIsoprolol Study II (CIBIS II)5 indican que la disminución de la actividad vagal cardíaca y el aumento de la frecuencia cardíaca predicen una elevada tasa de mortalidad de la ICC. Sobre la base de este conjunto de conocimientos, sería lógico aclarar si el aumento de la actividad vagal previene el remodelado cardíaco y la muerte. Sobre la aparición de arritmias potencialmente mortales en la isquemia aguda, se ha informado del efecto de la estimulación vagal para prevenir la fibrilación ventricular en perros.6 El efecto antianginoso de la estimulación vagal también se ha demostrado en pacientes con enfermedad arterial coronaria.7 Sin embargo, su efecto en la ICC sigue siendo desconocido. Por lo tanto, en el presente estudio, examinamos los efectos de la estimulación vagal en el remodelado cardíaco después de un gran infarto de miocardio y en el pronóstico a largo plazo de la ICC en ratas.

Métodos

Insuficiencia cardíaca experimental

El cuidado y el uso de los animales se ajustaron estrictamente a los principios rectores de la Sociedad Fisiológica de Japón. El infarto de miocardio del ventrículo izquierdo se indujo mediante la ligadura de la arteria coronaria en ratas macho Sprague-Dawley de 8 semanas de edad (SLC, Hamamatsu, Japón). La tasa de mortalidad de los animales con infarto de miocardio fue ≈60% en las primeras 24 horas. Una semana después, comprobamos el tamaño del infarto mediante ecocardiografía (SSA-380A, Toshiba), como se ha descrito anteriormente.8 Las ratas con un área infartada >40% de la pared del ventrículo izquierdo se incluyeron en el presente estudio. En las ratas operadas de forma simulada, atamos una sutura sin apretar para evitar la oclusión de la arteria coronaria. Confirmamos el tamaño del infarto mediante un examen postmortem.

Estimulación del nervio vagal

Para estimular el nervio vagal y monitorizar la presión arterial y la frecuencia cardíaca en ratas que se mueven libremente, desarrollamos un sistema remoto controlado por un ordenador (Figura 1). El ordenador dirige un generador de impulsos implantable y controlado por radio (ISE1010C, Unimec) para estimular el nervio vagal mientras detecta la presión arterial y la frecuencia cardíaca a través de un transmisor implantable (TA11PA-C40, Data Sciences International). El generador de impulsos en miniatura y el transmisor se implantaron por vía subcutánea en el abdomen a los 7 días del infarto de miocardio. Un par de cables de acero inoxidable recubiertos de teflón para la estimulación eléctrica se enrollaron alrededor del nervio vagal derecho en el cuello; un tubo de teflón para el registro de la presión arterial se colocó en la aorta abdominal.

Protocolos experimentales

A los 14 días del infarto de miocardio, los supervivientes fueron distribuidos aleatoriamente en grupos tratados con estimulación simulada y activa. En el grupo tratado activamente, se estimuló el nervio vagal con pulsos eléctricos rectangulares de 0,2 ms de duración a 20 Hz durante 10 segundos cada minuto durante 6 semanas. La corriente eléctrica de los pulsos se ajustó para cada rata, de modo que la frecuencia cardíaca se redujera entre 20 y 30 latidos por minuto. Esto dio lugar a rangos de 0,1 a 0,13 mA. La presión arterial media y la frecuencia cardíaca se registraron cada minuto durante 6 semanas. En un estudio preliminar, confirmamos que la estimulación vagal crónica a esta intensidad no alteraba el comportamiento de alimentación y no evocaba ningún signo de reacción al dolor, como un aumento del nivel de epinefrina en plasma.

Estudio hemodinámico y de remodelación

Para evaluar el efecto de la estimulación vagal en la remodelación cardíaca, al final del periodo de estimulación de 6 semanas medimos la hemodinámica y el peso del corazón de ratas operadas y estimuladas de forma simulada, ratas con ICC no tratadas y ratas con ICC tratadas. Se mantuvo la anestesia mediante el uso de 1,2% de halotano durante los procedimientos quirúrgicos y 0,6% de halotano durante el registro de datos. Las presiones ventriculares y arteriales izquierdas se midieron con un micromanómetro con punta de catéter de 2F (SPC-320, Millar Instruments). Las señales de presión se digitalizaron a una velocidad de 1 kHz durante 5 minutos. Tras la medición hemodinámica, se extirpó el corazón para la posterior determinación del tamaño del infarto.

Estudio del pronóstico y de las neurohormonas

Para examinar el efecto de la estimulación vagal de 6 semanas en el pronóstico, observamos una tasa de supervivencia de 20 semanas en ratas con ICC tratadas y no tratadas. Debido a la duración de la batería del generador de impulsos implantable, el período de tratamiento se limitó a 6 semanas. Cada jaula se inspeccionaba diariamente para detectar la rata que había muerto. Se extrajo el corazón del animal muerto para determinar posteriormente el tamaño del infarto.

Al final del período de observación, se tomaron muestras de sangre para los ensayos de neurohormonas. La rata superviviente se colocó en un frasco de cristal, donde inspiró una mezcla de halotano al 1,2% en aire enriquecido con oxígeno durante 5 a 10 minutos. Para evitar la modificación de los estados neurohumorales por manipulación invasiva, inmediatamente después de la inducción de la anestesia, recogimos rápidamente 3 mL de una muestra de sangre de la cavidad ventricular izquierda a través de un abordaje transtorácico sin medir la hemodinámica. Tras la toma de muestras de sangre, se extirpó el corazón para la posterior determinación del tamaño del infarto.

Las concentraciones plasmáticas de norepinefrina se midieron mediante cromatografía líquida de alto rendimiento con detección electroquímica. Los niveles plasmáticos de péptido natriurético cerebral se determinaron mediante radioinmunoanálisis.

Determinación del tamaño del infarto

Como se ha descrito anteriormente,9 se diseccionaron, separaron y pesaron el ventrículo derecho y el ventrículo izquierdo, incluido el tabique interventricular. El corazón se fijó en formalina tamponada al 10%. El ventrículo izquierdo se cortó del ápice a la base en 4 cortes transversales. Se cortaron secciones de 4 μm de grosor y se tiñeron con el método del tricrómico de Masson. Las imágenes histológicas se digitalizaron mediante un frame grabber y se analizaron. El tamaño del infarto se calculó a partir de los 4 cortes dividiendo la suma de las longitudes endocárdicas de las regiones infartadas por la suma de las circunferencias endocárdicas totales.

Análisis estadístico

Para los datos del estudio hemodinámico y de remodelación, las diferencias entre los 3 grupos se probaron mediante ANOVA, con una prueba de comparación múltiple de Scheffé. Las diferencias en las frecuencias cardíacas antes y durante el tratamiento en cada grupo se examinaron mediante un ANOVA de 1 vía con medidas repetidas, seguido de una prueba post hoc de Dunnett.

Para los datos neurohormonales, las diferencias entre dos grupos se examinaron mediante una prueba U de Mann-Whitney. Los datos de supervivencia se presentan como curvas de Kaplan-Meier; el efecto del tratamiento sobre la supervivencia a los 140 días se analizó mediante una prueba exacta de Fisher. Las diferencias se consideraron significativas a un valor de P<0,05.

Resultados

Estudio hemodinámico y de remodelación

Aunque las ratas con ICC (no tratadas, n=13; tratadas, n=11) tenían una frecuencia cardíaca más alta que las ratas operadas de forma simulada (n=9) antes del tratamiento, la estimulación vagal redujo significativamente la frecuencia cardíaca de las ratas con ICC (Figura 2). La diferencia en la frecuencia cardíaca entre las ratas con ICC no tratadas y las tratadas alcanzó ≈40 latidos por minuto al final del tratamiento (P<0,05). Las ratas con ICC tuvieron una presión arterial significativamente menor, pero la estimulación vagal no afectó a la presión arterial durante el periodo de tratamiento de 6 semanas (Tabla).

Cuando se comparan con las ratas operadas simuladamente, las ratas con ICC no tratadas presentaban una presión arterial baja (figura 3a), una presión diastólica final del ventrículo izquierdo (LVEDP) elevada (figura 3b), una dp/dt máxima deprimida de la presión del ventrículo izquierdo (LV+dp/dtmax) (figura 3c) y un mayor peso del corazón (figura 3d). Por otra parte, las ratas con ICC tratadas con estimulación del nervio vagal tenían una presión ventricular izquierda significativamente menor (17,1±5,9 frente a 23,5±4,2 mm Hg, p<0,05) y una dp/dtmáx del VI mayor (4152±237 frente a 2987±192 mm Hg/s, p<0,05) que las ratas con ICC no tratadas. La mejora de la función de bombeo en las ratas con ICC tratadas se acompañó de una disminución significativa del peso biventricular normalizado (2,75±0,25 frente a 3,14±0,22 g/kg, P<0,01). No hubo diferencias significativas en el tamaño del infarto entre las ratas tratadas y las no tratadas con ICC (53±7% frente a 53±6%).

Estudio de pronóstico y neurohormonas

Aunque en el estudio de pronóstico se inscribieron 60 ratas con ICC tras un gran infarto de miocardio, 8 de las 30 asignadas al grupo tratado fueron excluidas de los resultados debido a la rotura de los cables de los electrodos durante la estimulación vagal durante 6 semanas. La estimulación del nervio vagal suprimió notablemente la tasa de mortalidad de las ratas con ICC (Figura 4); sólo hubo 3 muertes entre las 22 ratas tratadas frente a 15 muertes entre las 30 ratas no tratadas (14% frente a 50%, P=0,008). La terapia de estimulación vagal logró una reducción del 73% en el ratio de riesgo relativo de muerte.

Según se muestra en la figura 5, la mejora de la supervivencia en las ratas con ICC tratadas se acompañó de una disminución significativa del peso biventricular normalizado (2,63±0,38 frente a 3,17±0,42 g/kg, P<0,01). En comparación con las ratas con ICC no tratadas, las ratas con ICC tratadas tenían niveles más bajos de norepinefrina en plasma (426±102 frente a 1182±260 pg/mL, P<0,01) y de péptido natriurético cerebral (251±31 frente a 363±82 pg/mL, P<0,01). No hubo diferencias significativas en el tamaño del infarto entre las ratas con ICC tratadas y no tratadas (54±8% frente a 53±7%).

Discusión

El pronóstico de los pacientes con ICC sigue siendo malo, a pesar de que actualmente se dispone de varios enfoques terapéuticos con un bloqueador del receptor β-adrenérgico,10,11 un inhibidor de la enzima convertidora de angiotensina,12 un bloqueador del receptor de angiotensina,13 un antagonista de la aldosterona,14 y un desfibrilador implantable15. Por lo tanto, se espera una modalidad terapéutica más eficaz.

Los presentes resultados indican que la estimulación del nervio vagal mejoró notablemente la supervivencia a largo plazo de las ratas con ICC mediante la prevención de la progresión de la insuficiencia de bombeo y el remodelado cardíaco. El objetivo principal del presente estudio era comprobar la hipótesis de trabajo de que la estimulación vagal a largo plazo puede mejorar la supervivencia de las ratas con ICC tras un gran infarto de miocardio, y no aclarar el mecanismo. Sin embargo, se justifican algunas consideraciones sobre esta cuestión.

Es concebible que la estimulación vagal pueda cortar eficazmente el círculo vicioso que conduce a la muerte a través de un efecto inhibitorio sobre la liberación de norepinefrina presináptica y efectos supresores sobre la cascada de señalización adrenérgica a través de las interacciones de la proteína G.16 En los corazones humanos, así como en los de otras especies, los receptores muscarínicos son predominantemente del subtipo M2, que se acopla a través de una proteína G sensible a la toxina pertussis para inhibir la adenil ciclasa. En la aurícula, la estimulación de los receptores muscarínicos M2 provoca efectos inotrópicos y cronotrópicos negativos directos; en el ventrículo, por otra parte, el efecto inotrópico negativo sólo puede lograrse cuando el nivel basal de AMPc se eleva mediante agonistas de los β-adrenoceptores. Estos mecanismos se conocen como antagonismo acentuado.

También se postula que la estimulación vaginal mejora la eficiencia ventricular al disminuir la frecuencia cardíaca.17 Burkhoff et al18 demostraron que la eficiencia ventricular, es decir, la relación entre el trabajo de carrera ventricular y el consumo de oxígeno ventricular, se ajusta para ser máxima en condiciones fisiológicas y que la eficiencia del corazón insuficiente es más sensible a los cambios en la frecuencia cardíaca que la del corazón normal. La prevención de la taquicardia tras el infarto de miocardio mediante la estimulación vagal optimizaría la eficiencia del corazón insuficiente y, por tanto, protegería al corazón contra el remodelado.

Aparentemente, se considera que la estimulación eferente vagal actúa en el ventrículo de la ICC como un bloqueador β-adrenérgico. Sin embargo, en ratas, el tratamiento con bloqueadores β no logró ejercer un efecto beneficioso sobre el remodelado cardíaco o la hemodinámica tras un infarto de miocardio (para una revisión, véase Gaballa y Goldman19). Litwin et al20 demostraron que el tratamiento crónico con propranolol no mejoraba el remodelado cardíaco y empeoraba la función de bombeo en ratas con ICC postinfarto. Wei et al21 también demostraron que el metoprolol deterioraba el remodelado ventricular en ratas con ICC. Por lo tanto, además del antagonismo contra los efectos simpáticos, las acciones únicas de la estimulación vagal serían importantes para proporcionar un resultado favorable a las ratas con ICC. Un efecto facilitador de la estimulación vagal sobre la liberación de óxido nítrico del endotelio coronario también podría tener una acción antirremovimiento a través de la mejora de las condiciones viables del miocardio.22

Además de los efectos de la estimulación eléctrica de los eferentes vagales sobre el corazón, también se consideran los efectos aferentes vagales7,23 porque la estimulación aferente evocaría el reflejo cardiopulmonar y modularía la actividad neuronal en varios núcleos hipotalámicos implicados en la regulación cardiovascular. Como se muestra en la Figura 5c, la estimulación vagal redujo el nivel de norepinefrina en plasma. Por lo tanto, la terapia de estimulación vagal pondría fin al círculo vicioso de mala adaptación en la ICC mediante la supresión de la activación crónica excesiva del sistema nervioso simpático.24,25

Un estudio más reciente de Guarini et al26 ha demostrado que la estimulación de la fibra vagal eferente embota la activación del factor nuclear-κB en el hígado a través de los receptores nicotínicos y, a continuación, reduce la producción hepática y el nivel plasmático del factor de necrosis tumoral-α durante el shock hemorrágico agudo. Se ha informado de que estos factores también están implicados en el remodelado cardíaco y en el mal pronóstico de la ICC.27 Por lo tanto, el efecto hepático de la estimulación vagal prevendría el remodelado cardíaco y mejoraría la supervivencia de la ICC.

También se ha observado que la estimulación vagal a corto plazo durante 6 semanas después del infarto de miocardio previno el remodelado cardíaco a largo plazo (Figura 5a) y mejoró la supervivencia a largo plazo. Es posible que exista un período crítico durante el cual el tratamiento a corto plazo contra la disfunción y el remodelado cardíacos garantice la supervivencia a largo plazo de la ICC.

Un trabajo pionero de Pfeffer et al28 examinó el efecto del tratamiento a largo plazo con captopril en ratas con ICC tras un infarto de miocardio. Al igual que la estimulación vagal en el presente estudio, la administración de captopril oral comenzó a los 14 días de la ligadura de la arteria coronaria izquierda. Pfeffer et al observaron la supervivencia a un año y descubrieron que la mediana de supervivencia era de 146 y 181 días para las ratas con ICC no tratadas y tratadas con grandes infartos, respectivamente. Así pues, la curva de supervivencia de las ratas con ICC no tratadas con grandes infartos en su estudio era bastante similar a nuestro resultado de las ratas con ICC no tratadas. Por otro lado, el efecto del captopril en la supervivencia de las ratas con ICC con grandes infartos parecía ser muy diferente al de la estimulación vagal. Aproximadamente el 40% de las ratas con ICC tratadas con captopril y con grandes infartos murieron a los 140 días; la estimulación vagal redujo la tasa de mortalidad a <20%. Por lo tanto, la terapia de estimulación vagal puede ser prometedora para la ICC grave después de un gran infarto de miocardio.

Limitaciones

En el presente estudio se demostraron los efectos beneficiosos de la estimulación vagal sobre la función cardíaca, el remodelado y la supervivencia de las ratas con ICC. Sin embargo, su seguridad y efectos adversos siguen sin estar claros. El protocolo de tratamiento adecuado también sigue sin resolverse y debe investigarse. Para establecer la estrategia terapéutica mostrada en este estudio, se requieren ensayos a gran escala y a largo plazo de la estimulación del nervio vagal con un modelo animal de ICC.

Implicaciones clínicas

Nuestros estudios anteriores9,29 indicaron que una intervención farmacológica en el sistema nervioso central de las ratas con ICC prevenía la progresión de la disfunción y el remodelado cardíacos. La modalidad terapéutica utilizada en el presente estudio también aportó un pronóstico favorable de la ICC mediante la manipulación del tono autonómico a través de mecanismos vagales eferentes y/o aferentes. Por lo tanto, proponemos el enfoque de la interfaz neural para optimizar el tono autonómico cardíaco para el tratamiento de la ICC. Las tecnologías para materializar esta estrategia de interfaz neural30 utilizando sistemas miniaturizados totalmente implantables están fácilmente disponibles.31,32

Notas a pie de página