Marcapasos Cardacos Pedro Arzuaga Setiembre 1 Contenido del

Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 1

Contenido del Curso Ø Fisiología Cardíaca Ø Ø Funcionamiento de Marcapasos Ø Ø Características del corazón como bomba Generación y propagación de las señales cardíacas Disfunciones eléctricas - Bradicardia, Taquicardia, Fibrilación Parámetros generales: frecuencia, amplitudes, anchos de pulso, sensibilidades, períodos refractarios, intervalo AV, Blanking Modos Funciones especiales: estadísticas, medida de impedancia de electrodos, pulsos de marcación, registro de ECG intracavitario, etc Electrónica de Marcapasos Ø Ø Características del circuito de estímulo Características del circuito de sensado Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 2

Fisiología Cardíaca

Función del Sistema Cardiovascular Llevar Nutrientes y Oxígeno a todo el organismo. Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 4

Diagrama del Sistema Cardiovascular Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 5

Esquema mostrando la dirección del flujo de sangre en el corazón Tomado de Design of Cardiac Pacemakers editado por John G. Webster Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 6

El corazón como bomba Ø 2 bombas en serie (corazón derecho e izquierdo) 72 contracciones por minuto (nominal, en reposo) 100. 000 contracciones por día, 38 millones de contracciones en el año Gasto cardíaco = 4 -7 l/minuto 8 m 3/día, 3000 m 3/año Necesidades variables Ritmo variable Ø Estas características necesitan……. Ø Ø Ø CONTROL Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 7

Polarización de las células Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 8

Estímulos que pueden activar células excitables Ø Térmicos Ø Mecánicos Ø Corrientes eléctricas Ø Campos magnéticos variables muy intensos Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 9

Experimento de Hodgkin y Huxley Tomado de Design and Development of Medical Electronic Instrumentation (David Prutchi y Michael Norris) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 10

Estimulación Intracelular Tomado de Design and Development of Medical Electronic Instrumentation (David Prutchi y Michael Norris) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 11

Estimulación Extracelular Tomado de Design and Development of Medical Electronic Instrumentation (David Prutchi y Michael Norris) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 12

Tipos de Células cardíacas Tipo Contráctiles Autorítmicas Función Trabajo mecánico de bombeo Iniciar y conducir los potenciales de acción % 99 1 Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 13

Sistema de conducción cardíaco Tomado de Design and Development of Medical Electronic Instrumentation (David Prutchi y Michael Norris) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 14

Ritmo intrínseco de diferentes tejidos Tejido Nódulo sinusal (SA) Potenciales de acción por minuto 60 -80 Nódulo AV 40 -60 Haz de His 20 -40 Fibras de Purkinje 20 -40 Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 15

QRS Normal Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 16

ECG Normal Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 17

Principales tipos de arritmia ØBradicardia ØTaquicardia Ø También (esporádicos) : – Contracción Ventricular prematura (PVC) – Contracción Auricular Prematura (PAC) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 18

Principales causas de bradi-arritmias Ø Ritmo nódulo sinusal bajo (< 60 ppm) Ø Cese temporal o definitivo de actividad en nódulo sinusal (enfermedad del nódulo sinusal) Ø Bloqueo AV Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 19

Tipos de bloqueos AV Primer grado Retardo excesivo en la conducción de la señal de despolarización de la aurícula al ventrículo (> 200 ms) Segundo grado Algunas de las señales generadas en la aurícula no pasan al ventrículo (diversos grados) Tercer grado (completo) Ninguna de las señales generadas en la aurícula pasan al ventrículo Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 20

Principales causas de taquiarritmias ventriculares Ø Supraventriculares Ø AV Nodal Reentry Tachycardia (AVNRT) Ø Síndrome Wolff-Parkinson White (WPW) Ø Ventriculares Ø Taquicardia Ventricular (VT) – puede causar la muerte VT pueden derivar en Fibrilación Ventricular (VF) Para terminar una VF es necesario un choque eléctrico todas las células ventriculares depolarizan simultáneamente y puede restaurarse el ritmo sinusal. Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 21

PAC Generado por la despolarización espontánea de células del ventrículo. El ciclo posterior al PVC es mayor al normal Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 22

Funcionamiento de Marcapasos

Sistema de Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 24

Términos y siglas usados u u u u IPG – Implantable Pulse Generator Sistema Programador – Programmer System Cabeza programadora – Programming Wand Interfaz de programación – Programming Interface Software del Programador – Programmer Software Patient Wand Parte no implantable de un dispositivo implantable Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 25

Parámetros generales de marcapasos Parámetro Rango Necesario Frecuencia 30 ppm a 120 ppm Amplitud de pulso 0. 6 V a 7. 5 V Duración de pulso 0. 1 ms a 1. 5 ms Sensibilidad A 0. 25 m. V a 3 m. V Sensibilidad V 0. 5 m. V a 4. 0 m. V Intervalo AV 100 ms a 300 ms Períodos Refractarios 200 ms a 500 ms Blanking V 20 ms a 50 ms Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 26

Terminales de estimulación y sensado A la izquierda electrodo bipolar ventricular, a la derecha marcapaso APEX 4000+ bicameral. Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 27

Ubicación de los electrodos en el corazón Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 28

Polaridad de Estímulo y Sensado Polaridad de estimulación Monopolar Sensa entre CASE y TIP del electrodo Estimula entre CASE (+) y TIP (-) del electrodo Bipolar Sensa entre RING y TIP del electrodo Estimula entre RING (+) y TIP (-) del electrodo Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 29

Códificación de Modos de marcapasos (NASPE & BPEG Generic (NBG) Codes)(*) Posición 1 2 3 4 5 Significado Cámara(s) estimulada Cámara(s) sensadas Modo(s) de respuesta Respuesta en Frecuencia Estimulación multi-sitio A = aurícula I = inhibido R=respuesta en frecuencia A = aurícula V= ventrículo D = doble (inhibición y trigger) 0 u. O= ninguna V= ventrículo D=Ay. V T = trigger D=Ay. V 0 u. O= ninguna Letras usadas (*) NASPE es North American Society of Pacing and Electrophysiology. BPEG es British Pacing and Electrophysiology Group. Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 30

Modo VVI(R) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 31

Modo VVI(R) - Manejo de timers frente a posibles eventos Evento Acción Inmediata Timeout Ventricular Tout Vp, comienzo refractario Tc Vs Comienzo refractario Tc Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 32

Argos 197+ en VVI (1) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 33

Argos 197+ en VVI (2) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 34

Modo DDD(R) (Timing Auricular) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 35

Modo DDD(R) con Timing A- Manejo de timers frente a posibles eventos Evento Actual Acción inmediata Timeout Auricular Timeout Ventricular As Inicio AV Tc AVc Tout A Ap, inicio AV Tc AVc Vs en el AV Inicio refractarios -- -- Tout V Vp, Inicio refractarios -- -- Vs en el alerta Inicio refractarios Tc-AVc’ -- Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 36

Modo DDD(R) (Timing Ventricular) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 37

Modo DDD(R) con Timing V- Manejo de timers frente a posibles eventos Evento Actual Acción inmediata Timeout Auricular Timeout Ventricular As Inicio AV -- AVc Tout A Ap, inicio AV -- AVc Vs en el AV Inicio refractarios VAc = Tc -AVc -- Tout V Vp, Inicio refractarios VAc = Tc -AVc -- Vs en el alerta Inicio refractarios Tc-AVc’ -- Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 38

Apex 4000+ en DDD (1) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 39

Apex 4000+ en DDD (2) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 40

Modo DDI(R) Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 41

Modo DDI(R) Teros 803 - Manejo de timers frente a posibles eventos Evento Actual Acción inmediata Timeout Auricular Timeout Ventricular As -- -- -- Tout A (y no hubo As) Ap, inicio AV Tc AVc Tout A luego de un As (Askip) Inicio AV Tc AVc Vs luego de un Ap Inicio refractarios -- -- Vs luego de un Askip Inicio refractarios -- -- Vs en el alerta Inicio refractarios Tc-AVc’ -- Tout V Vp, Inicio refractarios -- -- Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 42

Ventajas de cada Modo Casos en que puede ser Ventajas aconsejable VVI Fibrilación auricular Económico DDD Nódulo sinusal sano Mejor desde el punto de vista hemodinámico VDD Nódulo sinusal sano Permite uso de un solo catéter DDI Episodios de flutter o fibrilación auricular No tiene riesgo de seguir una señal A de alta frecuencia DVI Episodios de flutter o fibrilación auricular, sensado A defectuoso No tiene riesgo de seguir una señal A de alta frecuencia Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 43

Frecuencia máxima de seguimiento (UTR) Objetivo – Evitar seguir una taquicardia auricular Ø UTR es la máxima frecuencia ventricular con que el marcapaso va a estimular siguiendo a un ritmo auricular. Ø Modo de respuesta usuales - N: 1, Wenckebach Ø Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 44

Respuesta OFF, N: 1 y Wenckebach Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 45

Tipos de sensores Ø De actividad Ø Acelerómetros Ø Vibración Ø “contadores de pasos” Ø Otros Ø Temperatura Ø Tiempo QT Ø Respiración Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 46

Parámetros básicos del modo R en marcapasos Teros y Argos Parámetro Valores programables Significado Pendiente 1 a 16 Determina la variación de frecuencia de estímulo en función de la actividad Tiempo de subida 10 s - 60 s Tiempo para subir la frecuencia en 80 ppm Tiempo de bajada 1 m – 10 m Tiempo para bajar la frecuencia en 80 ppm Frecuencia máxima Hasta 180 ppm Valor máximo de la frecuencia de estimulación Cambio automático de refractario(s) Si/No Acortamiento del período refractario a 250 ms en caso deque la frecuencia de estimulación supere los 120 ppm Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 47

Datos de telemetría útiles Ø Ø Ø Datos de la batería – status, voltaje, impedancia, longevidad esperada Impedancia de electrodos Pulsos de marcación Datos estadísticos Datos de Paciente ECG intracavitario Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 48

Electrónica de Marcapasos Circuitos Necesarios y Particularidades

¿Qué cosas debe hacer un Marcapasos? Ø Ø Ø Ø Aplicar algoritmos Estimular (1 o ambas cámaras) Sensar la señal de paciente (1 o ambas cámaras) Ajustar los parámetros de acuerdo a las necesidades del paciente Cambiar la frecuencia de estímulo de acuerdo a las necesidades del paciente Hacer medidas (tiempo, voltaje) Almacenar información Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 50

¿Qué necesidades implica esto a la electrónica de un marcapasos? Acción Hardware necesario Aplicar algoritmos µC, reloj Estimular Circuito de estímulo Sensar Circuito de sensado Ajustar los parámetros Circuito de Comunicación Realizar medidas Reloj, conversor AD Almacenar información Memoria Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 51

¿Qué limitaciones tenemos? Ø Espacio Ø Fuente de energía Ø Confiabilidad Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 52

Fuente de Energía de Marcapasos Ø Ø Ø Actual: Pilas de litio-yodo - Excelente densidad de carga por unidad de peso y volumen, descarga propia despreciable Capacidad de pilas de Marcapasos – baja debido a su reducido tamaño Contra de pilas de litio-yodo - alta impedancia de salida Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 53

Modelo de una batería real r VB Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 54

Circuito de estímulo VDD L 1 L 4 C 1 L 5 L 2 R L 3 C 2 Diagrama de Circuito de estímulo para amplitudes entre 0 y 2 VDD Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 55

Eficiencia de carga de un condensador R C Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 56

Más general V C Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 57

Caso carga entre VC 1 y VC 2 Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 58

Caso de estímulo en banco 1 Cargo un condensador con amplitud A y luego lo conecto a la salida Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 59

Para otros bancos Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 60

Eficiencia típica de un multiplicador de voltaje con capacitor tanque Eficiencia ideal para estímulo de 0. 48 ms, impedancia de carga 600 ohms y capacitor del circuito de salida 15 u. F Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 61

Características del Circuito de sensado Ø Ø Debe sensar señales cardíacas cuya amplitud es del orden de fracciones de m. V a 10 -20 m. V. Para medir la sensibilidad de un marcapasos se usa la señal CENELEC. Debe poder programarse la sensibilidad Ancho de banda: 60/80 Hz - 140/200 Hz con 20 o 40 db/década en los extremos Impedancia de entrada mayor a 20 K Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 62

Esquema de un circuito de sensado VREF- + a u. C - + VREF+ - Ganancia variable y niveles de comparación fijos o ganancia fija y niveles de comparación variable Marcapasos Cardíacos Pedro Arzuaga - Setiembre 63