Download Cardiovascular y marcapasos

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
+40
Potencial de acción
0
ECG Electrocardiograma
0.5
T
P
0
-80
Q
mV
mV
S
0
200
400 ms 600
REGISTRO DE LA SEÑAL ELÉCTRICA DEL CORAZÓN
RA
l
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
80
Sistole
auricular
40
Flujo 25
aortico
l.min-1
0
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
80
40
Flujo 25
aortico
l.min-1
0
4
5
6
La
válvula
mitral
se
cierra
140
1
4
a
R
P
Q
0
EL CICLO
CARDIACO
Contraccion
isovolumetrica
0
Volumen
ventricular, ml
70
7
S
0.5
•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
ECG
ruido
1.0 s
1 2 3
120
Presion
mm Hg
80
40
Flujo 25
aortico
l.min-1
0
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
4
5
6
7
EL CICLO
CARDIACO
La valvula
aortica se
cierra
valvula
aortica
abre
80
Relajación
isovolumetrica
40
Flujo 25
aortico
l.min-1
0
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
4
5
6
EL CICLO
CARDIACO
La valvula
aortica se
cierra
valvula
aortica
abre
80
Llenado
40
Flujo 25
aortico
l.min-1
0
7
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 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
• Esquema general de un marcapasos
Oscilador
Fuente
Pulso
cables
electr.
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-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/per
manent_pacing.htm
• Tipos de conexiones:
http://sprojects.mmi.mcgill.ca/heart/EKGtext/e
gbr000314r001.html
• CCC del Uruguay www.ccc.com.uy/
fin