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El corazón es un músculo de aproximadamente el tamaño de un puño, cuya función principal es la de bombear sangre rica en oxígeno a todo el cuerpo. El corazón está dividido por una barrera muscular denominada septo, en dos secciones simétricas, derecha e izquierda. Cada una opera con sistemas circulatorios distintos, pero bombean sangre de forma síncrona. Cada sección está dividida a su vez en dos secciones más, aurícula y ventrículo. La aurícula se corresponde con la sección donde la sangre entra y el ventrículo se corresponde con la sección donde la sangre sale del corazón. El flujo de sangre entrante y saliente se controla con una serie de venas y arterias que están localizadas entre aurícula y ventrículo de cada sección. El tejido muscular que rodea al corazón se denomina miocardio y está principalmente compuesto por células capaces de producir una fuerza mecánica para llevar a cabo la contracción del corazón. Estas células permiten circular los impulsos eléctricos a través del corazón dando lugar a un ciclo cardiaco. Los impulsos eléctricos disparan la fuerza mecánica necesaria para que el corazón realice la contracción y, por lo tanto, bombee sangre al resto del cuerpo [1].

Figura 11 – Partes del corazón.

Existen una serie mecanismos y eventos físicos que definen un ciclo cardiaco. Si se asume que al inicio del mismo nos encontramos en la aurícula derecha del corazón se observaría como la sangre que llega del resto del cuerpo, excepto de los pulmones, entra por las venas cava inferior y superior de la Figura 11, pasa al ventrículo derecho, después sale por la arteria pulmonar para reemplazar el dióxido de carbono por oxígeno, vuelve al corazón por las venas pulmonares, pasa a la aurícula izquierda y finalmente sale por la arteria aorta al resto del cuerpo. Todo esto gracias a la contracción y relajación del corazón.

Cada ciclo cardiaco puede ser dividido en dos fases: activación y recuperación. Desde el punto de vista eléctrico, en despolarización y repolarización, y desde el punto de vista mecánico en contracción y relajación. La despolarización se manifiesta por el brusco cambio de potencial de las células de la membrana del corazón (pasan de -90 a 20 mV en aproximadamente 1 ms). Este cambio de potencial provoca la despolarización de las células vecinas y, como resultado final, se origina la propagación de impulsos eléctricos a través del miocardio. La repolarización ocurre inmediatamente después; en esta fase las células vuelven a su estado de reposo inicial y el ciclo vuelve a empezar [1].

Si se quiere encontrar dónde se origina el primer impulso eléctrico que desencadena la propagación de impulsos eléctricos a través de la membrana del corazón, se observará que éste empieza en el nodo sinoatrial (nodo SA). El nodo SA,situado en la aurícula derecha, inicia el ciclo cardiaco, es decir, marca el ritmo cardiaco. Los impulsos eléctricos del nodo SA se dispersan por las aurículas estimulando las células de esa zona provocando la contracción de las misma. Cuando la sangre de las aurículas se ha vaciado completamente, el nodo auriculoventricular (nodo AV) propaga la señal provocada por el nodo SA a través del haz de his, células que comunican aurícula y ventrículo. Este haz se ramifica propagando los impulsos eléctricos a través de los ventrículos y terminando en las fibras de Purkinje. Con este sistema se consigue una propagación de impulsos eléctricos a través de todo el miocardio [5]. La Figura 13 explica de forma resumida este proceso.

Figura 13 – Propagación de impulsos eléctricos a través del miocardio [5].

Esta actividad eléctrica, en conjunto, se mide en el exterior por los electrodos colocados a través del cuerpo de los sujetos [1]. Es por ello que decimos que el ECG describe la actividad eléctrica del corazón a lo largo del tiempo y representa los procesos de despolarización y repolarización que se producen en las células musculares que forman el miocardio. La señal de ECG tiene una forma definida y reconocida que ha sido estudiada a lo largo de muchos años. Está formada por la onda P, el complejo QRS y una onda T [1 15].

La onda P describe la depolarización de la aurícula derecha e izquierda. Las amplitudes de esta onda son relativamente pequeñas y tienen una polarización positiva. La duración aproximada de esta onda es de 120 ms y tiene componentes espectrales de baja frecuencia, en torno a los 10-15 Hz. El

complejo QRS representa la despolarización de los ventrículos derecho e izquierdo, tiene una duración aproximada de 70-110 ms en un latido normal y, debido a las pendientes pronunciadas que delinean el QRS, éste suele tener componentes espectrales de alta frecuencia, en tono a los 10-40 Hz. Por último, la onda T describe la repolarización ventricular, es de menor amplitud que el complejo QRS y ,generalmente, suele aparecer 300 ms después de éste. Sin embargo, la posición precisa en la que se encuentra la onda T depende mucho de la frecuencia cardiaca. Por ejemplo, cuanto más alta es la frecuencia cardiaca más cerca tiende a aparecer la onda T del complejo QRS [15].

a) b)

Figura 14 – a) espectro teórico de una señal de ECG y b) espectro real de una señal de ECG.

condiciones duras donde el procesado de señal es esencial para la extracción fiable de la información que lleva la señal. Además de la utilización clínica del ECG, en este trabajo se estudia la posibilidad de usar esta señal bioeléctrica en un sistema de identificación y autenticación biométrico. Pero, de esto se hablará en detalle en el siguiente capítulo.