información básica sobre el corazón
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Ingeniería Biomédica
Curso 2009
•Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas
•Prótesis•Elementos de proyecto de marcapasos
20.10.2009
Ing. Franco SíminiIng. Daniel GeidoIng. Jorge Lobo
Ing. Marcelo David
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El corazón de un individuo de 73 años se contrajo 2600
millones de veces
Corazón
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Cavidades y vasos
Azul - sin oxigenar (derecha) Rojo – oxigenado (izquierda)
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circulaciones
• AI, VI y aorta: sangre oxigenada hacia los órganos y músculos
• AD, VD y arteria pulmonar: sangre hacia los pulmones
• Circulación coronaria: arterias y venas coronarias
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Circulación coronaria: alimentación del propio corazón
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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
gasto cardíaco paciente 70 Kg, 5.5 L/min
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• Arterias: entre 120 y 80 mmHg
• Arteria pulmonar* y venas: 25 y 10 mmHg (reservorio)
sistema de alta presión ysistema de baja presión
* es arteria pero impulsada por el VD (más débil)
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Nodos senoatrial y auriculoventricular
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Sistema eléctrico del corazón
Left AtriumAtrioventricular Node
Bundle of His
Left Bundle Branch
Left Ventricle
Purkinje FibersRight Ventricle
Right Bundle Branch
Right Atrium
Sinoatrial Node
Internodal Pathways
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Vías de conducción y ECG
nodo senoatrialnodo atriventricular
rama izquierda del Haz(fasc der e izq.)
rama derecha del Haz
fibras de Purkinje
P depolarización de la aurículaQRS depolarización del ventriculo T repolarización del ventriculo
P T
QRS
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ritmo sinusal normal
nodo senoatrial
12:56 29MAR96 PADDLES X1.0 HR = 74
ECG normal
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Potencial de acción de la célula del músculo cardíaco
no hay automatismo
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Potencial de acción de la célula cardíaca con automatismo
Fase 0 despolarización o activación Fase 1 repolarización o recuperación rápida
Fase 2 meseta o plateau Fase 3 fin de repolarización
Fase 4 diastólica (sube hasta que se autodispara)
www.gratisweb.com/cvallecor/Fisiologia2.htm
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• Fase 0 depolarización: (- in + out) entra Na+, Ca++ y Cl- sale K+
• Fase 1 repolarización rápida entra Cl-
• Fase 2 repolarización lenta: entra Na+ y Ca++ sale K+
• Fase 3 sale K+
• Fase 4 “potencial de reposo” sale Na+ y entra K+ (bomba sodio potasio)
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Marcapasos natural
células cardíacas tienen un potencial de acción especial que permite el disparo espontáneo periódico
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ventriculos
nodo senoatrial (SA)
nodo atrioventricular (AV)
aurículas
El impulso comienza en el nódulo senoatrial y origina la contracción de la aurícula
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aurículas
ventrículos
nodo SA
Luego, el impulso se conduce hasta el nódulo atrioventricular con un retardo de 120 ms
y
nodo atrioventricular (AV)
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Conducción hacia abajo por las ramas del sistema His-Purkinje para contraer los ventrículos
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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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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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Redundancia de marcapasos naturales
• nodo SA (70 por minuto)
• nodo AV (55 por minuto aprox)
• en los ventrículos (30 por min aprox)“Gracefully degrading” system o
“sistema que reduce su funcionalidad en caso de falla, pero no para”
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Prótesis
Sustituye algunas funciones del cuerpo humano para permitir la
vida o mejorar su calidad
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Sistemas de prótesis
• Sentidos (vista, oído)
• Funciones (diálisis, marcapasos, corazón artificial)
• Mecánicas (cadera)
• Conductos (vasculares, tráquea)
• Transporte (sillas de ruedas)
• Interfaz persona/máquina (teclados especiales,
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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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Anormalidades de la actividad eléctrica del corazón
• bradicardias• falla del ritmo del SA (B sinusal)• propagación (bloqueos de 1er a 3er grado)• taquicardias• automatismo (repolarizacion muy rápida)• reentrante (cond.en lazo local, por p. refractario)• gatillado (2da polariz. por reingreso de iones)
necesitan algún tratamiento …
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Correcciones
• fármacos
• marcapasos (implantados y externos)
• electrofisiología cardiaca
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Marcapasos
• estimula el corazón cuando una de las varias funciones fisiológicas falla:– pulso– tiempo refractario– Etc.
• inicialmente solo para el bloqueo total• ahora se adapta a la situación • asincrónico• sincrónico (a demanda o gatillado)• inclusión de lazos de realimentación
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Proyecto de marcapasos
• asincrónico– puede estim en momento vulnerable (FV)– consumo innecesario – 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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Marcapasos
Prótesis de la estimulación oportuna y adecuada del corazón
(herramienta de diagnóstico)(herramienta de seguimiento)
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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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Sensado
“sensado”: detección de señales propias del corazón
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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
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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
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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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Oscilador Pulso cables electr.
Fuente
• Esquema general de un marcapasos
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Sensor demetabolismo
estimuladorProcesador
telemetría
Registro
corazón
electrodos
Diagrama en bloques de un marcapasos
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• batería que provee la energía los impulsos eléctricos al corazón, las comunicaciones y el programa
• circuitos de funcionamiento
• catéteres A y V
circuito
bateria
El marcapasos contiene
catéter auricular catéter
ventricular
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• batería del m
• catéteres
• cátodo (-)
• ánodo (+)
• tejidosmarcapasos
catéter
anodo
cátodo
los componentes del marcapaso se unen al tejido para completar un circuito
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• Liberan impulsos eléctricos
• Sensan la depolarización cardíaca
catéter
Catéteres: son conductores metálicos aislados con electrodos en la parte distal
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• Un catéter implantado en la aurícula
• Un catéter implantado en el ventrículo
marcapasos bicameral tiene dos catéteres
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Marcapasos 1960, externo
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Marcapasos
60 gramos, 30 mm
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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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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” o catéteres)
• 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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contacto catéter - tejido
area de miocardio afectada
zona de injuria
catéter
el radio r de contacto aumenta con los años
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La estimulación necesita más potencia al deteriorarse el contacto con tejido vivo
• radio r• radio 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 (ejercicio en curso)• temperatura central (metabolismo aumentado)• saturación de O2
• movimientos toráxicos (frec. Resp. y Vminuto) • intervalo Q-T• cambio de volumen intraV• derivada de presión intraV• ritmo circadiano, etc.
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uso adicional del marcapasos
• Medida de impedancia entre la caja del marcapasos y una o ambas puntas de catéter. Su procesamiento permite deducir la frecuencia ventilatoria instantánea y estimar el volumen minuto
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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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variedad de “marcapasos”
• mp sincrónico
• desfibrilador (IAD)
• cardioverter (desfiblilador soncronizado)
• mp externo
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Electrofisiología cardíaca
• Ablación (corte) por intermedio de RF aplicada localmente a tejido cardíaco en un paciente ambulatorio
• catéteres intracavitarios
• diversas fuentes de energía
• la ablación ha desplazado a las drogas antiarrítmicas en el manejo de arritmias
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Tipos de Fuente de Energía
• RF• Microonda• Ultrasonido• Laser• Química• Frío• (quirúrgica)
W. Reyes, 2007
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ablación por RF
• El catéter libera RF (300-700 kHz) por contacto directo
• RF calienta el tejido hasta profundidad de 2-3 mm a una temperatura de 45-100 grados C
• La lesión tiene un diámetro de 6 mm• El tejido calentado calienta la punta del catéter• El flujo sanguíneo enfría la punta del catéter y
el tejido.
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Temperatura y tamaño de la lesión
Highest temperature reached one millimeter below tissue surface
approx. 5 - 10 mm Ø
Tissue
Ablation catheter
Blood
Tissue
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La electrofisiología cardíaca evita muchas intervenciones a corazón abierto y tratamientos
farmacológicos crónicos
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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/• Webster J G, 1998, capítulo 13• Simini F, 2007 cap 3, 4 y 5.
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fin
www.nib.fmed.edu.uy