Las pruebas no-invasivas de neuroimagen pueden ser aplicadas para el estudio del SNA central en humanos. Diferentes grupos de investigación ya han realizado trabajos en esta línea: para relacionar estimaciones de actividad autonómica eferente usando el parámetro de alta frecuencia cardiaca (HF) con la respuesta cerebral a través de la técnica de Tomografía por Emisión de Positrones (PET) (Lane y col., 2001; Gianaros y col., 2004); utilizando la técnica de Resonancia Magnética Funcional (fMRI) durante tareas conductuales pensadas para modular el SNA (Critchley y col., 2003; Napadow, Dhond, Purdon, Kettner, Makris, Kwong y col., 2005); o bien, correlacionando la respuesta a la tarea en la fMRI con una línea base de la potencia HF fuera del escáner (O’Connor,Gundel, McRae y Lane, 2007) o la respuesta de HF en la tarea dentro del escáner (Matthews, Paulus, Simmons, Nelesen y Dimsdale, 2004). Otra serie de estudios han aportado datos útiles que ponen de manifiesto la relevancia del tono vagal sobre el proceso neuronal ante estímulos cognitivos y emocionales. Y subrayan la participación de estructuras en la superficie media del cerebro, concretamente los córtex cingulados anterior y posterior, en la regulación vagal (Matthews y col., 2004;O’Connor y col., 2007).
Entre los trabajos realizados para estudiar la relación existente entre la activación cerebral regional y la VFC de altas frecuencias (high-frequency heart period variability, HF-HPV) – la cual representa un indicador de la activación parasimpática (Berntson, Bigger, Eckberg, Grossman, Kaufman, Malik y col., 1997)- existen discrepancias en cuanto a los resultados obtenidos. Dos estudios realizados para investigar la relación entre medidas del flujo sanguíneo en diferentes regiones cerebrales y la actividad cardiaca hemodinámica (entendida como el producto de la frecuencia cardiaca y una media de la presión sanguínea) encontraron resultados similares. Los resultados mostraron que, incrementos en la frecuencia cardiaca y en la presión arterial durante una tarea aritmética mental y ejercicio isométrico, correlacionaban con cambios en el flujo sanguíneo de las regiones cerebrales, tanto a nivel cortical (incluyendo áreas medial-prefontal, insular y cingulada) como a nivel subcortical (incluyendo la amígdala y el cerebelo). Asimismo, encontraron que los cambios en la actividad cardiaca hemodinámica derivados de la tarea mental, no correlacionaban con el flujo sanguíneo regional en participantes sanos pero sí en participantes con trastornos arteriales coronarios. El sentido de estas correlaciones era
de que a mayor flujo sanguíneo en las regiones cerebrales medial-prefrontal, córtex frontal inferior y cerebelo, correlacionaba con incrementos en la actividad hemodinámica inducida por la tarea (Critchley, Corfield, Chandler, Mathias y Dolan, 2000; Soufer, Bremner, Arrighi, Cohen, Zaret, Burg y col., 1998). Siguiendo la misma línea de estos estudios, dos investigaciones más aportaron datos respecto a la relación entre la activación cerebral regional y la VFC de altas frecuencias, pero no dejan claro qué sistemas cerebrales se encargan de regular la actividad cardiaca parasimpática durante diferentes conductas (Lane y col., 2001; Shapiro, Sloan, Bagiella, Kuhl, Anjilvel y Mann, 2000).
En un intento por mejoras estas discrepancias, se realizó el estudio de Gianaros y colaboradores (Gianaros y col., 2004), en el cual evaluaron a 93 adultos (entre 50-70 años de edad) con la técnica de tomografía por emisión de positrones (PET) respecto a: el periodo cardiaco y la VFC de frecuencias altas (HF-HPV), así como el flujo sanguíneo en diferentes regiones cerebrales. Encontraron que la disminución evocada conductualmente del periodo cardiaco y la HF-HPV correlacionaban con cambios concurrentes en el flujo sanguíneo cerebral en regiones ventral y medial del córtex prefrontal y córtex cingulado anterior, la ínsula, el complejo amígdalo-hipocampo y el cerebelo. En consecuencia, este estudio subraya la importancia de éstas áreas en la regulación cardiaca y autonómica durante la realización de una conducta. En esta línea, las evidencias científicas van aumentando a la hora de mostrar una correlación positiva entre los parámetros de alta frecuencia (HF-HRV) y el flujo sanguíneo en diversas regiones cerebrales, tales como el córtex prefrontal superior (CPS), el córtex cingulado antero- rostral izquierdo, el córtex prefrontal dorsolateral derecho y el córtex parietal derecho (Thayer, Hansen, Saus-Rose y Johnsen, 2009).
El control vagal de la frecuencia cardiaca, evaluada mediante parámetros específicos de la VFC, aporta información significativa sobre el funcionamiento del sistema nervioso autónomo. Un incremento vagal de la frecuencia cardiaca se asocia con niveles altos de condición física y los datos empíricos sugieren que el ejercicio puede ayudar a proteger contra los efectos autonómicos adversos de la edad. En este sentido, una modulación vagal alta se asocia con una mejora significativa en la capacidad funcional para realizar ejercicio (De Meersman y Stein, 2007); las personas con trastornos cardiovasculares pueden preservar la función autonómica con el ejercicio aeróbico, donde la variable importante es la intensidad del ejercicio (siempre bajo supervisión médica), siendo de moderada a intensa, la que mejor proporcionará
beneficios sobre la VFC (Garet y col., 2005); la VFC se relaciona con algunos problemas clínicos como la incidencia de trastornos coronarios, la diabetes mellitus, la hipertensión, el estrés y la depresión, y el incremento de la presión sanguínea puede predecir una temprana progresión de ateroesclerosis carótida, ambos factores de riesgo para la disfunción cognitiva y muerte en la población envejecida (Kim, Lipsitz, Ferrucci, Varadhan, Guralnik, Carlson y col., 2006). Por lo tanto, por todas estas cuestiones y porque la medida de la VFC resulta muy sencilla y fácil de realizar, los resultados de esta tesis doctoral sugieren la utilización de esta medida fisiológica, junto con las técnicas de neuroimagen, para seguir la línea de investigación propuesta.
5.6. Resumen.
El envejecimiento del músculo cardíaco se produce debido a diversas alteraciones como un descenso en la rigidez de la pared miocárdica debida al aumento del colágeno, o la calcificación del anillo mitral y de las válvulas mitral, aórtica y pulmonar. Asimismo, se produce la afectación del llenado diastólico del ventrículo izquierdo, la reducción en la respuesta adrenérgica a las catecolaminas y las paredes de la aorta y de otras arterias que se hacen progresivamente más rígidas. Todas estas alteraciones pueden verse afectadas negativamente por el sedentarismo y pueden ocasionar cambios hemodinámicos lentos y continuos. De hecho, la consecuencia más frecuente es que los adultos inactivos tengan un deterioro en la capacidad funcional y la tolerancia para realizar esfuerzos físicos, derivándose en enfermedades cardiovasculares como la ateroesclerosis, uno de los principales problemas de la población anciana.
El envejecimiento del sistema nervioso autónomo puede tener importancia para explicar el funcionamiento del corazón en las personas mayores y del sistema cardiovascular en conjunto. Esta capacidad funcional se puede estudiar mediante el análisis de la variabilidad de la frecuencia cardiaca (VFC), convertida en una técnica sencilla y no invasiva para evaluar la actividad de los componentes simpáticos y parasimpáticos (tono vagal) del SNA en el nodo sinusal del corazón. La variabilidad de la frecuencia cardiaca se refiere a la variación/oscilación de la frecuencia cardiaca en los intervalos producidos entre latidos cardiacos consecutivos, durante un periodo de medición definido (hasta 24 horas.). Es decir, describe la capacidad del corazón de cambiar el intervalo temporal de “latido a latido” dependiendo de la carga, para
adaptarse rápidamente a demandas cambiantes (Task Force, 1996). Existen diversos factores principales que influyen y modulan la VFC: el sistema baroreceptor, el sistema respiratorio, el sistema renino-angiotensina y el sistema termorregulador.
La VFC se puede medir tanto en situaciones de laboratorio (a través de un aparato de registro como el electrocardiograma (ECG), como en situaciones de campo (a través de un pulsómetro telemétrico como el Polar s810). Ambos aparatos constituyen un receptor que registra y almacena la señal electrocardiográfica de la persona. Esta señal es analizada y procesada por un analizador (software de análisis) que detecta y clasifica los complejos QRS (originado por cada latido cardiaco). La señal será traducida a valores estadísticos – conocidos como parámetros de la VFC – para que posteriormente se realicen diferentes estudios sobre esta señal almacenada. Los parámetros de la VFC componen los diferentes métodos de análisis, actualmente en uso: los índices de dominio del tiempo, las medidas geométricas y los índices de dominio de la frecuencia. El estudio del Sistema Nervioso Autónomo también puede realizarse mediante la aplicación de las técnicas no-invasivas de neuroimagen. Ha crecido el número de trabajos basados en esta línea de investigación, aportando datos útiles respecto a la relevancia del tono vagal sobre el proceso neuronal ante estímulos cognitivos y emocionales. Estos trabajos subrayan la participación de estructuras en la superficie media del cerebro, concretamente los córtex cingulados anterior y posterior, en la regulación vagal. En esta línea, se puede decir que una mayor VFC se asocia con una mejora de la ejecución cognitiva (Johnsen, Thayer Laberg, Wormnes, Raadal, Skaret y col., 2003). Asimismo, aumentan las evidencias que muestran una correlación positiva entre los parámetros de alta frecuencia (HF-HRV) y el flujo sanguíneo en diversas regiones cerebrales. Parece bien establecido que tanto el flujo sanguíneo cerebral regional como el metabolismo de la glucosa aumentan de forma proporcional al incremento de la actividad en una determinada región cerebral.
En definitiva, el envejecimiento altera la función cardiaca autonómica, observándose una disminución de la variabilidad de la frecuencia cardiaca VFC de altas frecuencias (HF). Teniendo en cuenta que el incremento vagal de la frecuencia cardiaca se asocia con niveles altos de condición física y, los datos empíricos sugieren que el ejercicio puede ayudar a proteger contra los efectos autonómicos adversos de la edad, en esta tesis doctoral se evalúa la VFC de los participantes. Esta medida proporcionará información comparativa de los participantes acerca de su regulación autonómica y
cómo se relaciona con la actividad cerebral evaluada durante la ejecución de dos tareas cognitivas: la búsqueda visual y la memoria de trabajo.
CAPÍTULO 6
6. TÉCNICAS DE NEUROIMAGEN PARA EL ESTUDIO DEL