Ingeniería Biomédica
Curso 2006
•Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas
•Prótesis•Elementos de proyecto de marcapasos
22.8.2006
Ing. Franco SíminiDr. Héctor Píriz
Ing. Daniel GeidoIng. Jorge Lobo
Cavidades y vasos
Azul – sin oxigenarRojo - 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
• Cerebro 13%
• Coronarias 4%
• Hígado y tracto intestinal 24%
• Músculos 21%
• Riñón 20%
• Piel y otros 18%
Distribución del gasto cardíaco
% 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
Potencial de acción
ECG Electrocardiograma
ECG y potencial de acción
0
0.5
1.0
mV
0 200 400 600ms
P
Q
S
T
R
mV
-80
+40
0
Derivaciones estandar
RA LA
LL
l
ll lll ll lll
l
LL
RA LA
+ +
+-
- -
REGISTRO DE LA SEÑAL ELÉCTRICA DEL CORAZÓN
Pulso venoso
120
80
40
0
140
70
25
0
Ruidos cardíacos
Presionmm Hg
Flujo aorticol.min-1
Volumenventricular, ml
ECG
a
R
QP
14
0 0.5 1.0 s
1 2 3 4 5 6 7
Sistole auricular
EL CICLO CARDIACO
•Ventriculos llenos de sangre•Baja presion en los ventriculos•Onda P en el ECG
120
80
40
0
140
70
25
0
ECG
a
R
Q SP
14
La válvula mitral
se cierra
0 0.5 1.0 s
1 2 3 4 5 6 7
Contraccion isovolumetrica
•El ventriculo se contrae•La presion aumenta en el ventriculo•La valvula mitral se cierra•Complejo QRS en el ECG•Primer ruido
Presionmm Hg
Flujo aorticol.min-1
Volumenventricular, ml
Ruidos cardíacos
Pulso venoso
EL CICLO CARDIACO
120
80
40
0
140
70
25
0
a c
R
Q SP T
1 24
Valvula mitral cierra
Valvula aortica
abre
0 0.5 1.0 s
1 2 3 4 5 6 7
Eyeccion
•La válvula aortica se abre•La sangre entra en la aorta•Onda T en el final del período del ECG
Presionmm Hg
Flujo aorticol.min-1
Volumenventricular, ml
Ruidos cardíacos
Pulso venoso
EL CICLO CARDIACO
ECG
120
80
40
0
140
70
25
0
a c v
R
Q SP T
1 24
Valvula mitral cierra
valvula aortica
abre
La valvula aortica se
cierra
0 0.5 1.0 s
1 2 3 4 5 6 7
Relajación isovolumetrica
•El ventriculo se relaja•La válvula aortica se cierra•La presión baja en el ventrículo•Segundo ruido
Presionmm Hg
Flujo aorticol.min-1
Volumenventricular, ml
Ruidos cardíacos
Pulso venoso
EL CICLO CARDIACO
ECG
120
80
40
0
140
70
25
0
a c v
R
Q SP T P
1 2 34
La valvula mitral se
abre
0 0.5 1.0 s
1 2 3 4 5 6 7
Llenado
•El ventrículo esta relajado •La presion es baja en el ventrículo•La válvula mitral se abre•Los ventrículos se llenan de sangre
Presionmm Hg
Flujo aorticol.min-1
Volumenventricular, ml
Ruidos cardíacos
Pulso venoso
EL CICLO CARDIACO
ECG
La valvula aortica se
cierra
valvula aortica
abre
Valvula mitral cierra
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 re-
alimentación
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 1er a 3er grado)• taquicardias• automatismo (repolarizacion muy rápida)• reentrante (cond.en lazo local, por p. refractario)• gatillado (2da 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
• sincrónico (a demanda o gatillado)
• inclusión de lazos de realimentación
Oscilador Pulso cables electr.
Fuente
• Esquema general de un marcapasos
Implementación de retardo en estímulo, para simular tiempo de conducción auriculo-ventricular
Sensor demetabolismo
estimuladorProcesador
telemetría
Registro
corazón
electrodos
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
S
Time out
Pace
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.)
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
Pace
Time outSense
S
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.
PaceA Tout
Sense
A RR Tout
Diagrama de estados de un marcapasos
bicameral en versión simplificada (Arzuaga et al.)
A V R
A Tout
A Sense
AV Tout
V Sense
V Sense
R Tout
V PaceA 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 frecuenciaB - 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-AgCr, Li-CuS, 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• diámetro r + d (tejido modificado)
• corriente teórica It = K r2
• 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 mA, 1 ms
voltaje 5 V, 0.5 ms
Retroalimentaciones posibles
indican metabolismo:
• acelerómetro• temperatura central• saturación de O2
• movimientos toráxicos • intervalo Q-T• cambio de volumen intraV• derivada de presión intraV• 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/bem/bembook/00/tx.htm
• Indicaciones médicas de los marcapasos: http://www.rjmatthewsmd.com/Definitions/permanent_pacing.htm
• Tipos de conexiones: http://sprojects.mmi.mcgill.ca/heart/EKGtext/egbr000314r001.html
• CCC del Uruguay www.ccc.com.uy/
fin