Electrofisiología: qué es y cómo se investiga en ella

La electrofisiología se encarga de analizar y estudiar los procesos eléctricos que transcurren en distintos órganos, tejidos y estructuras de nuestro cuerpo, como el corazón, los músculos o el cerebro. Su aplicación en la práctica clínica nos ayuda a observar y a diagnosticar distintas patologías y enfermedades.

En este artículo te explicamos qué es la electrofisiología y en qué consisten las principales técnicas de registro de la actividad eléctrica.

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¿Qué es la electrofisiología?

La electrofisiología es la ciencia que estudia las propiedades eléctricas de las células y el tejido biológico de un organismo. Aunque el estudio más conocido es el relacionado con el aparato cardíaco, también se pueden registrar medidas (como el cambio de voltaje o la corriente eléctrica) en otro tipo de estructuras corporales, como los músculos o el cerebro, mediante el uso de electrodos que miden la actividad eléctrica.

A mediados del siglo XIX, el físico italiano Carlo Matteuci fue uno de los primeros científicos en estudiar las corrientes eléctricas en palomas. En 1893, el fisiólogo suizo Wilhelm His, célebre por ser fundador de la histología e inventor del microtomo (un instrumento que permite seccionar tejido biológico para ser analizado al microscopio), aportó nuevos hallazgos en materia de electrofisiología cardíaca. Y ya en 1932, Holzmann y Scherf, descubrieron e inventaron el electrocardiograma.

En la actualidad, la neurociencia se nutre de las investigaciones y los avances en nuevas técnicas electrofisiológicas que permiten realizar un análisis micro (desde un simple canal iónico) y macro (hasta el encéfalo completo) de las estructuras cerebrales.

Los avances en el conocimiento del funcionamiento de la conducta y el sistema nervioso humano se basan en estudios en los que se registran señales eléctricas de neuronas individuales y de grupos neuronales a gran escala. En neuropsicología, por ejemplo, se busca explorar las correlaciones entre determinadas áreas del cerebro y las funciones cognitivas superiores o determinadas conductas, de ahí que las técnicas de registro de la actividad eléctrica que se usan en electrofisiología sean tan importantes.

Las propiedades eléctricas de las células

En la electrofisiología, cuando hablamos del estudio de las propiedades eléctricas nos referimos al análisis del flujo de iones (un átomo o un grupo de ellos con una carga eléctrica, que puede ser positiva o catión, y negativa o anión) y al estado de reposo y de actividad de las células excitables (neuronas, células cardíacas, etc.).

La excitabilidad de una célula es una propiedad que les permite responder activamente ante la aplicación de un estímulo, esto es, cualquier variación energética del entorno. Estos estímulos pueden ser de múltiples tipos: mecánicos, térmicos, sonoros, luminosos, etc. Por ejemplo, en las neuronas, esta excitabilidad les otorga la capacidad de cambiar su potencial eléctrico para transmitir ese impulso nervioso, a través del axón, hacia otras neuronas.

La membrana que recubre la célula regula el paso de iones del exterior al interior, ya que contienen diferentes concentraciones de los mismos. Todas las células tienen una diferencia de potencial entre el interior y el exterior celular, llamado potencial de membrana, que se debe a la existencia de gradientes de concentración iónica a ambos lados de la membrana, así como a diferencias en la permeabilidad relativa de la membrana celular a los distintos iones presentes.

Además, las células excitables ejercen sus funciones produciendo señales eléctricas en términos de cambios del potencial de membrana, un concepto clave en electrofisiología. Estas señales eléctricas pueden ser: breves y de gran amplitud (como los potenciales de acción), encargadas de transmitir la información rápidamente y a grandes distancias; más lentas y de menor voltaje, con una función integradora; y de bajo voltaje (como los potenciales sinápticos), que se originan mediante la acción sináptica.

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Tipos de lecturas electrofisiológicas

El registro de la actividad eléctrica puede darse en diferentes tejidos biológicos y células, así como con distintas técnicas de electrofisiología.

Los registros electrofisiológicos más habituales comprenden: el electrocardiograma, la electroencefalografía y la electromiografía. A continuación, explicamos con más detalle en qué consiste cada una de ellas.

1. Electrocardiograma

El electrocardiograma (ECG) es una técnica de electrofisiología que se encarga de registrar la actividad eléctrica del corazón, a través del estudio de los cambios de voltaje durante un tiempo determinado (que no suele exceder los 30 segundos). Se suele registrar un gráfico en el monitor, similar a una pantalla de televisión, del electrocardiógrafo.

La actividad eléctrica del corazón que se recoge en el ECG se puede observar en forma de un trazado que presenta diferentes ondas que se corresponden con el recorrido de los impulsos eléctricos a través de las distintas estructuras del aparato cardíaco.

Esta prueba es imprescindible para el estudio de problemas cardíacos como las arritmias, las enfermedades cardíacas o los episodios agudos en la enfermedad coronaria, como el infarto de miocardio.

Un ECG se realiza de la siguiente manera:

• El paciente se tumba y se le colocan los electrodos en brazos, piernas y tórax. A veces es necesario limpiar o rasurar la zona.
• Los cables del electrocardiógrafo se conectan a la piel del sujeto mediante electrodos adheridos a los tobillos, las muñecas y el pecho. Así es como se recoge la actividad eléctrica desde distintas posiciones.
• La persona debe mantenerse relajada, callada, con los brazos y las piernas inmóviles y con un ritmo respiratorio normal.

2. Electroencefalograma

Un electroencefalograma (EEG) es una técnica de electrofisiología que permite detectar y registrar la actividad eléctrica del cerebro, a través de pequeños electrodos fijados sobre el cuero cabelludo de la persona. Esta prueba no es invasiva y se usa habitualmente en neurociencia para observar y estudiar el funcionamiento del sistema nervioso central y, más específicamente, la corteza cerebral.

Con esta técnica se pueden diagnosticar alteraciones neurológicas que sugieren enfermedades como la epilepsia, las encefalopatías, narcolepsia, demencias o enfermedades neurodegenerativas. Además, el EEG también permite identificar los ritmos normales y patológicos de la actividad del cerebro, así como las ondas que habitualmente tenemos tanto en estado de vigilia como en el sueño: alfa, beta, delta, theta y gamma.

Esta prueba también se emplea con frecuencia en los estudios de las fases del sueño (polisomnografía), para detectar posibles anomalías en los registros de los ciclos de movimientos oculares rápidos (REM) y los ciclos de sueño normal (NREM), así como para detectar otros posibles trastornos del sueño.

El EEG dura, aproximadamente, 30 minutos y se puede realizar en un centro hospitalario o en una unidad de neurofisiología. Para realizarlo, el paciente se sienta en una silla y se le adhieren los electrodos (entre 15 y 25 sensores) al cuero cabelludo, usando un gel capilar para que la actividad eléctrica se registre correctamente. Y mientras la persona está relajada, se procede a realizar la prueba.

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3. Electromiograma

El electromiograma (EMG) es un procedimiento que se utiliza para estudiar la actividad eléctrica de los músculos y sus células nerviosas o neuronas motoras. Estas neuronas transmiten las señales eléctricas que producen la actividad y la contracción muscular.

Para realizar un EMG se necesitan electrodos que se colocan en los músculos, ya sea en estado de reposo o durante el ejercicio. Para detectar la respuesta muscular es necesario introducir una pequeña aguja, por lo que, a veces, puede resultar molesto para el paciente.

La única complicación de esta prueba es que se ocasione un pequeño sangrado en el lugar de la inserción del electrodo, de ahí que haya que tener en cuenta pacientes con trastorno de coagulación o que realicen tratamiento anticoagulante.

Otra técnica de electrofisiología que en ocasiones acompaña al EMG es la electroneurografía, que estudia la velocidad de conducción de los impulsos a través de los nervios. Para ello, se estimula un nervio con impulsos eléctricos de baja intensidad, mediante sensores colocados en la piel que recogen la respuesta de otros sensores situados a distancia, y se registra así lo que tarda en producirse la respuesta en la conducción de un lado a otro.

Referencias bibliográficas:

• Gilman, S y Winans, S. (1989). Principios de Neuroanatomía y Neurofisiología Clínicas. Segunda edición. Editorial Manual Moderno. México.
• Schmidt, R. F., Dudel, J., Jaenig, W., & Zimmermann, M. (2012). Fundamentals of neurophysiology. Springer Science & Business Media.