Ingeniera Biomdica Curso 2006 Anatoma y fisiologa cardaca
Ingeniería Biomédica Curso 2006 • Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas • Prótesis • Elementos de proyecto de marcapasos 22. 8. 2006 Ing. Franco Símini Dr. Héctor Píriz Ing. Daniel Geido Ing. Jorge Lobo
Cavidades y vasos Azul – sin oxigenar Rojo - oxigenado
circulaciones • AD, VD y aorta: sangre oxigenada hacia los órganos y músculos • AI, VI y arteria pulmonar: sangre hacia los pulmones • Circulación coronaria, arterias y venas coronarias
Circulación coronaria
Distribución del volumen de sangre en el sistema circulatorio
Distribución del gasto cardíaco • • • Cerebro 13% Coronarias 4% Hígado y tracto intestinal 24% Músculos 21% Riñón 20% Piel y otros 18% % del gasto cardíado paciente 70 Kg, 5. 5 L/min
Marcapasos natural • Células cardíacas tienen un Potencial de Acción especial • Permite el disparo espontáneo periódico
Redundancia de marcapasos naturales • nodo SA (70 por minuto) • nodo AV (55 por minuto aprox) • en los ventrículos (30 por min aprox)
Nodos senoatrial y auriculoventricular
Secuencia natural de conducción • pulso en nodo SA • propagación radial a ambas aurículas • (fibras inertes eléctricamente separan A de V) • propagación al nodo AV (retardo) • propagación al haz de His • fibras de Purkinje a todos los rincones de los V
Sistema de conducción cardíaco
fases de contracción y el ECG
ECG y potencial de acción 1. 0 R 0. 5 +40 Potencial de acción 0 ECG Electrocardiograma T P 0 -80 Q m. V S 0 200 400 ms 600
REGISTRO DE LA SEÑAL ELÉCTRICA DEL CORAZÓN RA ll LA lll l - lll ll + LL LL LA - + Derivaciones estandar +
1 2 3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO 120 Presion mm Hg Flujo 25 aortico l. min-1 0 80 Sistole auricular 40 0 • Ventriculos llenos de sangre • Baja presion en los ventriculos • Onda P en el ECG 140 Volumen ventricular, ml 70 1 4 a Ruidos cardíacos Pulso venoso R P ECG Q 0 0. 5 1. 0 s
1 2 3 120 Presion mm Hg Flujo 25 aortico l. min-1 0 80 40 4 5 6 La válvula mitral se cierra • El ventriculo se contrae • La presion aumenta en el ventriculo • La valvula mitral se cierra Ruidos cardíacos • Complejo Pulso venoso QRS en el ECG • Primer ruido ECG 140 1 4 a R P Q 0 EL CICLO CARDIACO Contraccion isovolumetrica 0 Volumen ventricular, ml 70 7 S 0. 5 1. 0 s
1 2 3 120 Presion mm Hg Flujo 25 aortico l. min-1 0 80 40 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO Valvula aortica abre Valvula mitral cierra Eyeccion • La válvula aortica se abre • La sangre entra en la aorta • Onda T en el final del período del ECG 0 140 Volumen ventricular, ml 70 1 4 a 2 Ruidos cardíacos c Pulso venoso R P T Q 0 ECG S 0. 5 1. 0 s
1 2 3 120 Presion mm Hg Flujo 25 aortico l. min-1 0 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO La valvula aortica se cierra valvula aortica abre 80 Relajación isovolumetrica 40 0 • El ventriculo se relaja • La válvula aortica se cierra • La presión baja en el ventrículo • Segundo ruido Valvula mitral cierra 140 Volumen ventricular, ml 70 1 4 a 2 Ruidos cardíacos v c Pulso venoso R P T Q 0 ECG S 0. 5 1. 0 s
1 2 3 120 Presion mm Hg Flujo 25 aortico l. min-1 0 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO La valvula aortica se cierra valvula aortica abre 80 Llenado 40 0 La valvula mitral se abre Valvula mitral cierra 140 Volumen ventricular, ml 70 1 4 a 2 3 v c • El ventrículo esta relajado • La presion es baja en el ventrículo • La válvula mitral se abre • Los ventrículos se llenan de Ruidos cardíacos sangre Pulso venoso R P T Q 0 P S 0. 5 ECG 1. 0 s
Prótesis
Sistemas de prótesis • Sentidos (vista, oído) • Funciones (diálisis, marcapasos, corazón artificial) • Mecánicas (cadera) • Conductos (vasculares, tráquea) • Transporte • Interfaz persona/máquina
Sistemas de rehabilitación
CLICOC Dispositivo que simula el “clic” de un mouse convencional por medio del parpadeo voluntario del usuario. Sistema adaptado en un armazón de anteojos que utiliza diodos emisores y foto receptores
PARPACAM Cámara fotográfica ubicada mediante una vincha a la frente del paciente Accionada por el parpadeo voluntario del paciente ó mediante un control a distancia
Marcapasos Prótesis de la estimulación oportuna y adecuada del corazón (herramienta de diagnóstico) (herramienta de seguimiento)
Contracción natural del corazón • • espontánea repetitiva coordinada en diferentes zonas resultado de varios lazos de realimentación
Fenómenos que afectan el ritmo fisiológico • velocidad de conducción • periodo refractario de las células • automatismo del SA (y de otras zonas)
Anormalidades de la actividad eléctrica • • bradicardias falla del ritmo del SA (B sinusal) propagación (bloqueo 1 er a 3 er grado) taquicardias automatismo (repolarizacion muy rápida) reentrante (cond. en lazo local, por p. refractario) gatillado (2 da polariz. por reingreso de iones)
Correcciones • fármacos • marcapasos (implantados y externos) • electrofisiología cardiaca
Marcapasos • • • estimula el corazón cuando el pulso falla inicialmente solo para el bloqueo total ahora se adapta a la situación asincrónico (a demanda o gatillado) inclusión de lazos de realimentación
• Esquema general de un marcapasos Oscilador Pulso cables electr. Fuente
Implementación de retardo en estímulo, para simular tiempo de conducción auriculo-ventricular
telemetría Registro Procesador estimulador electrodos Sensor de metabolismo corazón Diagrama en bloques de un marcapasos
Proyecto de marcapasos • asincrónico – puede estim en momento vulnerable (FV) – Consumo – alteraciones bioquímicas • sincrónico: a demanda – detecta el ECG – algoritmo (tope de bradicardia) – algoritmos complejos • sincrónico: sobre la onda R (siempre)
Proyecto de marcapasos • Prever la degradación de características, a consecuencia de sucesos: – Aumento de resistencia de electrodo – Desconexión de electrodo – Ausencia de sensado de actividad cardíaca espontánea Es un “gracefully degrading system” sistema de características que se limitan en forma prevista
Diagrama de estados de un marcapasos primitivo. Se utilizan los siguientes símbolos: [S] es el estado de la Máquina (único en este caso); [Time out] es el evento que hace evolucionar la Máquina; [Pace] es la acción que ocurre al efectuarse la transición. (Arzuaga et al. ) Time out S Pace
Diagrama de estados de un marcapasos a demanda. [S] es el estado de la Máquina; [Sense] es el resultado de un latido espontáneo del corazón; [Time out] es el evento interno; [Pace] es la acción que ocurre al efectuarse la transición Sense Time out S Pace
Diagrama de estados de un marcapasos a demanda con período refractario. [A] Estado de Alerta en el que se sensa, [R] Estado Refractario en el que se ignora la actividad cardíaca. Los eventos son [Sense] Evento de sensado; [A Tout] transcurrió el tiempo máximo de espera de un sensado y [R Tout] transcurrió el Período Refractario. La única acción es [Pace]el Estímulo. Sense A R R Tout A Tout Pace
Diagrama de estados de un marcapasos bicameral en versión simplificada (Arzuaga et al. ) V Sense A Sense V Sense A V A Tout R A Pace AV Tout R Tout V Pace
Marcapasos 1960, externo
Marcapasos 60 gramos, 30 mm
Clasificación de marcapasos XYZ (de la ICHD) X - cavidad estimulada (A, V, D) Y - actividad detectada (A, V, D) Z - respuesta al "sensado" (I, T, D) XYZ AB (código NBG) A - capacidad de programacion y de modulación de frecuencia B - funciones anti taquicardia • Inter-Society Commission on Heart Disease Resources (ICHD) • La North American Society of Pacing and Electrophysiology (NASPE) y la British Pacing and Electrophysiology Group (BPEG) extendieron la clasificación ICHD a las cinco letras conocidas como el código NBG.
Sensado “sensado”: detección de señales propias del corazón
Ejemplos • VVI estimulación ventricular, con sensado ventricular y estimulación inhibida por latidos (ventriculares) • VVT genera estimulo en sincronía con onda R • DDI estimulación y sensado en ambas cavidades izquierdas, inhibición de estimulo.
Alimentación • 30 micro W (carga alcanza 7 años) • Hg-Zn – emana gas (encapsulado imposible) – caída brusca de V al agotarse • Li-I (Li-Ag. Cr, Li-Cu. S, etc. ) – sin gas – anticipa descarga
cables de conexión (“leads”) • conductores de varios hilos • resistentes a repetidas flexiones (72 lpm por 10 años = 380 Mflexiones) • espirales de 30 cm • aislados – "silicone rubber“ – poliuretano
Electrodos • corrientes de iones a c. de electrones – gases – corrosión de metales • bipolares – eliminan interferencias – son dos • unipolares – cátodo en el tejido, ánodo en caja – solo un cable
Electrodos • endocardíacos (en la cavidad) • miocárdicos (en la pared) • epicárdicos (en la superficie)
La estimulación necesita más potencia al deteriorarse el contacto con tejido vivo • diámetro r + d (tejido modificado) • corriente teórica It = K r 2 • corriente crónica Ic = K (r+d)2 Ic/It = (1 + d/r)2 Ejemplo: radio aumenta 10% => 21% más corriente
Pulso de estimulación de un marcapasos • valores típicos: corriente 10 m. A, 1 ms voltaje 5 V, 0. 5 ms
Retroalimentaciones posibles indican metabolismo: • acelerómetro • temperatura central • saturación de O 2 • • • movimientos toráxicos intervalo Q-T cambio de volumen intra. V derivada de presión intra. V catecolamina ritmo circadiano, etc.
Programación por telemetría • bobina implantada RF • bobina externa RF • • • modo programación modo interrogación/confirmación modo estado del marcapaso modo descarga señales y tiempos (AV, etc. ) modo monitoreo
Reprogramación y confiabilidad • 30% de DDD pasan a VVI antes 3 años (falla de conexión auricular) • hasta 40 modos de E y de S • envío de nuevo programa (tablas) • redundancia de programas
• Excelente libro finlandés que incluye fisiología cardíaca y marcapasos: http: //butler. cc. tut. fi/~malmivuo/bembook/ 00/tx. htm • Indicaciones médicas de los marcapasos: http: //www. rjmatthewsmd. com/Definitions/per manent_pacing. htm • Tipos de conexiones: http: //sprojects. mmi. mcgill. ca/heart/EKGtext/e gbr 000314 r 001. html • CCC del Uruguay www. ccc. com. uy/
fin
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