Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción...
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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
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Cavidades y vasos
Azul – sin oxigenarRojo - oxigenado
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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
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Circulación coronaria
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Distribución del volumen de sangre en el sistema circulatorio
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• 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
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Marcapasos natural
• Células cardíacas tienen un Potencial de Acción especial
• Permite el disparo espontáneo periódico
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Redundancia de marcapasos naturales
• nodo SA (70 por minuto)
• nodo AV (55 por minuto aprox)• en los ventrículos (30 por min aprox)
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Nodos senoatrial y auriculoventricular
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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
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Sistema de conducción cardíaco
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fases de contracción
y el ECG
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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
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Derivaciones estandar
RA LA
LL
l
ll lll ll lll
l
LL
RA LA
+ +
+-
- -
REGISTRO DE LA SEÑAL ELÉCTRICA DEL CORAZÓN
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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
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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
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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
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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
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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
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Prótesis
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Sistemas de prótesis
• Sentidos (vista, oído)
• Funciones (diálisis, marcapasos, corazón artificial)
• Mecánicas (cadera)
• Conductos (vasculares, tráquea)
• Transporte
• Interfaz persona/máquina
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Sistemas de rehabilitación
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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
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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
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Marcapasos
Prótesis de la estimulación oportuna y adecuada del corazón
(herramienta de diagnóstico)(herramienta de seguimiento)
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Contracción natural del corazón
• espontánea• repetitiva• coordinada en diferentes zonas• resultado de varios lazos de re-
alimentación
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Fenómenos que afectan el ritmo fisiológico
• velocidad de conducción
• periodo refractario de las células• automatismo del SA (y de otras zonas)
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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)
![Page 32: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/32.jpg)
Correcciones
• fármacos
• marcapasos (implantados y externos)
• electrofisiología cardiaca
![Page 33: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/33.jpg)
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
![Page 34: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/34.jpg)
Oscilador Pulso cables electr.
Fuente
• Esquema general de un marcapasos
![Page 35: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/35.jpg)
Implementación de retardo en estímulo, para simular tiempo de conducción auriculo-ventricular
![Page 36: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/36.jpg)
Sensor demetabolismo
estimuladorProcesador
telemetría
Registro
corazón
electrodos
Diagrama en bloques de un marcapasos
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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)
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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
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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.)
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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
![Page 41: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/41.jpg)
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
![Page 42: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/42.jpg)
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
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Marcapasos 1960, externo
![Page 44: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/44.jpg)
Marcapasos
60 gramos, 30 mm
![Page 45: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/45.jpg)
![Page 46: Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006.](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022062500/5665b4371a28abb57c901126/html5/thumbnails/46.jpg)
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.
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Sensado
“sensado”: detección de señales propias del corazón
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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.
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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
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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
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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
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Electrodos
• endocardíacos (en la cavidad)
• miocárdicos (en la pared)
• epicárdicos (en la superficie)
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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
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Pulso de estimulación de un marcapasos
• valores típicos:
corriente 10 mA, 1 ms
voltaje 5 V, 0.5 ms
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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.
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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
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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
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• 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/
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fin