DEFIBRILATORUL

:

DefibrilareaFibrila ia ventricular este rezultatul depolariz rilor necontrolate localizate n mu chiul cardiac. Acest proces afecteaz activitatea de pompare a sngelui de c tre inim . Deoarece n aceast situa ie dup 3 minute se produc distrugeri ireparabile ale creierului i moartea, este obligatorie interven ia de urgen n vederea restabilirii func iei cardiace. Instalarea fibrila iei ventriculare apare datorit unor medicamente, tromboz coronarian , deregl ri electrolitice sau electro ocuri la curen i de frecven a re elei. Tratamentul acestei afec iuni se face prin depolarizarea n totalitate i sincron a mu chiului cardiac . n urma depolariz ri, nodurile Sino-Atrial i AtrioVentricular trebuie s i reia func ia de pacemaker i s restabileasc ritmul normal al inimii . Metoda cea mai sigur i mai eficace de a opri fibrila ia ventricular const n a trece un puls de curent de scurt durat prin ventricule . Acest lucru poate fi realizat fie prin aplicarea electrozilor direct pe inim , fie cel mai adesea prin plasarea electrozilor pe pieptul pacientului . Defibrilarea se defineste ca fiind procesul electric de transmitere a unui curent prin electrozi spre muschiul cardiac al pacientului in scopul restabilirii ritmului cardiac. Acest curent se poate aplica; direct pe muschiul cardiac curenti de valoare mica, metode chirurgical invazive; transtoracic metode neinvazive care necesita in schimb curenti relativ mari.

2

Acest puls de curent are durata de aproximativ 10ms i amplitudinea maxim de 50 A . Forma lui este sinusoidal amortizat .

Dac apreciem impedan a pieptului dintre electrozi la 50 putem calcula energia aproximativ necesar defibril rii :

unde Iv este curentul de vrf R este impedan a peieptului t este durata pulsului . n condi iile date energia va fi de 320 J . Acest impuls de defibrilare se ob ine prin desc rcarea unui condensator pe electrozii aplica i pacientului . n cazul n care circuitul de desc rcare este realizat ca un simplu contact electric, circuitul echivalent va fi de tip RC. Forma impulsului de defibrilare n acest caz va fi o exponen ial . Vrful de curent va avea o durat insuficient depolariz rii, iar sc derea exponen ial ar putea induce refibrilarea . Defibrilatoarele moderne au nseriat o bobin n circuitul de desc rcare ceea ce confer forma de sinusoid atenuat impulsului de defibrilare . Datorit pierderilor de enrgie n condensator i bobin , energia nmagazinat va fi cu aproximativ 25 mai mare dect cea care ajunge la pacient. Valoarea maxim nmagazinabil este de 400 J . n condi iile n care energia din condensator poate fi exprimat prin :

rezult c un condensator cu capacitatea C = 16 F care va stoca o energie de Ec = 400 J, va trebui nc rcat cu o tensiune de 7 KV . O energie de 400 J este suficient pentru defibrilarea unui adult voluminos folosind electrozi aplica i pe piept. Energia de defibrilare va fi redus pentru adul i cu greutate mai mic sau pentru copii. Se apreciaz c energia ini ial pentru defibrilare s fie3

de 3 J/Kg pentru electrozi externi i de 0.5 J/Kg pentru electrozi aplica i intern [ P un -Medicin intern 1989 ] . Acest ultim tip de plasare a electrozilor se folose te la defibrilarea pacien ilor n timpul opera iilor pe cord, iar electrozii sunt plasa i direct pe mu chiul cardiac . Energia din condensator este limitat la max 50 J. Din aceast cauz mufa defibrilatorului pentru electrozii interni este diferit de cea pentru cei externi . Schema de principiu a unui defibrilator este prezentat n figura de mai jos:

Acest tip de und se nume te LOWN i forma ei depinde de rezisten a echivalenta ntre electrozi .

Comutatorul folosit de defibrilator este dublu i cupleaz arm turile condensatorului concomitent la circuitul de nc rcare fie la electrozi . Acest comutator este de obicei un releu vidat, pentru evitarea form rii arcului electric4

la contacte . Condensatorul de nalt tensiune este umplut cu ulei i se ncarc printr-o diod de la un transformator ridic tor de tensiune . Tensiunea din primarul transformatorului este controlat cu ajutorul unui autotransformator. Electrozii de pacient sunt metalici i au o form plat cu diametrul de 10 cm avnd mnere izolante . Mnerele sunt astfel proiectate nct s mpiedice scurgerea gelului de contact spre mna operatorlui, punndu-i via a n pericol . Majoritatea defibrilatoarelor con in circuite de sincronizare a desc rc rii cu unda R a ECG-ului . Acest regim de lucru permite realizarea cardioversiei . Termenul de cardioversie a fost introdus de Lown i colab. i se refer la restaurarea ritmului sinusal n tratamentul aritmiilor cardiace cu ajutorul ocului electric de curent continuu, sincronizat, aplicat transtoracic . Sincronizatorul asigur o ntrziere de 20 ms aproximativ ntre vrful undei R i declan area impulsului de defibrilare, n vederea evit rii zonelor de vulnerabilitate atrial i ventricular ( unda T ) . Unele defibrilatoare permit monitorizarea undei ECG prin electrozii de defibrilare. Exist variante de aparate de defibrilare potabile echipate cu baterii de alimentare renc rcabile . Verificarea bunei func ion ri a defibrilatorului se poate face prin desc rcarea pe o sarcin artificial . Schema unei astfel de sarcini este redata in schema de mai jos:

n caz de bun func ionare becul cu neon trebuie s se aprind . Unele defibrilatoare au construit intern o asfel de sarcin de testare . Exist i alte tipuri de impulsuri de defibrilare .Energia furnizat pacientului este propor ional cu suprafa a delimitat de axa timpului i curb .5

O alt metod de reglare a energiei nmagazinat n condensator const n utilizarea unui circuit de control al nc rc rii . Sursa de nalt tensiune furnizeaz la ie ire o valoare constant .

Un circuit de comparare (A) controleaz sursa de nalt tensiune astfel nct n momentul n care tensiunea de pe condensator egaleaz valoarea prescris de poten iometrul P , nc rcarea condensatorului este ntrerupt . Schema unui circuit de desc rcare sincron este prezentat n figura de mai jos: Circuitul se compune dintr-un amplificator ECG ( A) , un circuit de detec ie a undei R i formare a impulsurilor de comand pentru tiristorul T . n cazul n care comutatorul S este pus pe pozi ia " instantaneu " , bobina de comand a releului de desc rcare L va fi comandat prin ap sarea butonului6

B . n cazul n care S va fi pe pozi ia " sincron " , comanda bobinei se va realiza doar n cazul n care s-a detectat unda R .

Schema bloc al unui defribilator este redata in figura de mai jos:

7

Semnifica ia nota iilor este urm toarea : DR - detector de und R , FI -formator impulsuri , OSC -oscilatorul convertorului de nalt tensiune CM -circuit de multiplicare , CF -circuit de formare , RT -redresor de nalt tensiune , CI -circuit de integrare , L - bobin , PA -circuit de inhibare plpire afi aj , Cd -condensator de defibrilare , CAN - convertor analog numeric , B1, B2 -butoane de start , stop , CID - circuit de comand nc rcare SA -sursa de alimentare , desc rcare condensator , DEM -demodulator , CRP - circuit de comand releu pacient , T1, T2 - transformatoare de separa ie, RP -releu pacient, R -redresor, C -comparator , RMS -repetor modulator sincron . Semnalul ECG alimenteaz detectorul DR care extrage unda R din semnal. Blocul FI va genera un impuls TTL cu durata 240 ms sincron cu unda R. Acest semnal va comanda att modulul de afi are digital ct i circuitul de comanda a ncarc rii i desc rc rii n regim sincronizat. Condensatorul de defibrilare Cd se ncarc de la redresorul de nalt tensiune RT pn la maximum 5 KV. Oscilatorul OSC alimenteaz redresorul cu un semnal de 1,5 KHz. Comparatorul C urm re te nc rcarea condensatorului Cd i controleaz func ionarea oscilatorului. Energia din condensator este citit de blocul RMS flotant i informa ia este apoi transmis demodulatorului DEM. Comanda nc rc rii i desc rc rii condensatorului este dat de blocul CID n modurile "Direct" i "Sincro". Desc rcarea condensatorului Cd prin electrozi pe pacient se face prin nchiderea contactelor releului RP.

8

Amplasarea electrozilor la defibrilare se poate face n dou moduri: pozi ie anterolateral i pozi ie antero-posterioar anterolateral i pozi ie anteroposterioar

Cel mai adesea este folosit amplasarea antero-lateral (fig. a).n felul acesta curentul va trece de-a lungul axei longitudinale a inimii cuprinznd cea mai mare parte a masei musculare cardiace.Electrozii nu vor fi plasa i pe stern sau n pozi ii apropiate unul de cel lalt deoarece esutul osos are o impedan i poate sc dea eficacitatea ocului electric, iar plasarea apropiat duce la scurtcircuitarea traseului curentului f cnd defibrilarea ineficient . Fixarea toracic a electrozilor trebuie preg tit prin degresarea atent a pielii cu eter, pentru a reduce la minimum rezisten a transcutanat i prin aplicarea pe electrozi a unei paste bun conduc toare de electricitate realiznd astfel un bun contact electric, un transfer de energie electric ct mai bun i o leziune cutanat minim . Realizarea defibril rii se face dup ce s-a facut anestezierea pacientului n caz c acesta era con tient. Inima nu poate s - i ndeplineasc func ia de pomp n mod eficient numai dac prime te n mod regulat semnale de stimulare de la nodul Sino Atrial . n cazul n care aceste impulsuri nu pot s ajung la ventricule func ionarea inimii va fi asigurat de impulsuri de frecven joas ( 30 -40 imp/min ) provenite de la nodul Atrio - Ventricular . Aceast afec iune poart numele de Bloc Sino-Atrial. .Cauzele acestui sindrom sunt multiple : congenital , de la opera ii chirurgicale, afec iuni ischemice ale inimii , artrit reumatoid sau alte boli. Prezentarea clasic a Blocului cardiac este cunoscut sub numele de boal Stokes - Adam , descris pentru prima oar n 1761 . Afec iunea se prezint printr-o bradicardie extrem ( ritm cardiac foarte lent ) sau tahicardie ventricular ( rtim cardiac foarte rapid ) i are ca rezultat pierderea func iei de9

pompare a ventriculelor, iar pacientul i pierde con tiin a n cazul n care circula ia cerebral nu este realizat . Atacurile sunt de scurt durat de obicei, iar pacientul redevine con tient dup aproximativ 1 min . Stimulatoare de ritm cardiac Aritmii cardiace datorate blocului SA

Tratamentul Blocului Atrio -Ventricular se face prin utilizarea unui stimulator de ritm ( pacemaker ) care este de obicei implantabil . Acest dispozitiv va suplinii impulsurile nodului Sino -Atrial i va restabili func ia de pompare a inimii . Exist dou tipuri de stimulatoare cardiace : -cu frecven constant , independent de activitatea intrinsec a inimii -necompetitive ( evit competi ia pe una din c ile de mai jos ) sau demand, sunt inhibate de impulsurile de depolarizare intrinseci ale inimii , func ioneaz i n absen a activit ii intrinseci .

10

Pentru evitarea confuziilor n leg tur cu func ionarea diferitelor stimulatoare a fost propus un cod de 3 litere cu urmatoarea semnificatie:

Codurile folosite sunt : V - ventricul , A - atriu , D - camer dubl ( V + A ) , I - inhibat , T - triggerat , O - f r contact . Urm toarele func ii sunt valabile : AAT - stimulator triggerat de depolarizarea atrial care d impuls de sus inere atriului , VOO -stimulator ventricular asincron , VVI -stimulator ventricular demand inhibat de depolarizarea ventricular , VVT - stimulator tiggerat de depolarizarea ventricular i care d impus de sus inere ventriculului , DVI - stimulator care comad ambele camere secven ial i este inhibat de depolarizarea ventricular . Stimulul produs de pacemaker poate fi unipolar sau bipolar . Se definesc ca surse de curent redus si factor de umplere mic utilizate la inducerea contractiilor musculare in muschiul cardiac. Pulsurile de curent pot fi injectate fie la suprafata cordului (epicard), fie in muschiul inimii (miocard), fie in cavitatea cardiaca (endocard); Se utilizeaza cand functia naturala de stimulare ritmica inceteaza. Stimularea bipolar se face cu ajutorul a doi electrozi la cap tul unui cateter introdus printr-o ven pn n camera inimii sau prin doi electrozi sutura i n peretele extern alventriculelor . n stimularea bipolar tromboci ii se ata eaz de anod, crescnd riscul de formare al trombilor . n aceste condi ii este de preferat simularea unipolar care presupune plasarea anodului n organism departe de inim . Acest fapt va determina apari ia unui semnal mare la suprafa a corpului u or de detectat n vederea urm ririi bunei func ion ri a11

pacemaker -ului . Totu i stimulatoarele unipolare sunt influien ate n func ionare prin interferen e electro -magnetice . Au fost construite stimulatoare care revin la o frecven fix n cazul n care nivelul de interferen este prea mare . Impulsul de stimilare are n general aplitudinea de 5 V i durata de 1 ms . Pacemaker-ul este implantat n organism mpreun cu sursa lui de energie. Stimulatoare asincrone de ritm cardiac Produc o stimulare uniforma, independenta de necesarul organismului stimulatoare cu rata cardiaca fixa. Cele mai simple stimulatoare nu se mai folosesc in mod curent. Generarea stimulului este declansata de un circuit oscilator; Pentru generatoarele de pulsuri de tensiune constanta, pulsurile de tensiune au nivele de 5..5.5V si durate de 500us..600us; Pentru generatoarele de pulsuri de curent pulsurile au 8..10mA pe durate de 1..1.2ms. Frecventa de declansare e de 70..90 pulsuri/minut. Consum energetic: 35uW. Neglijand descarcarea bateriei, o baterie de 2000mAh ar tine 20 de ani.

Circuitul de iesire:

12

Cablurile de electrod. Caracteristici: Conductivitate marita; Rezistenta mecanica la torsionari frecvente datorate contractiilor muschiului cardiac; Izolare electrica buna; In mod curent se construiesc spiralat pentru a reduce efectele torsionarilor si sunt invelite in materiale compatibile biologic;

Stimulatoare unipolare: Un singur electrod in contact cu muschiul cardiac; Se genereaza pulsuri negative; Electrodul de masa este localizat in alte parte a corpului. Stimulatoare bipolare: Doi electrozi in contact cu muschiul cardiac; Stimulul este aplicat diferential.

13

Electrozii de contact:

Proiectarea circuitelor stimulatorului trebuie f cut cu grij pentru a diminua consumulde energie . n mod curent sunt folosite trei tipuri de baterii : 1 . Bateria mercur - zinc are o capacitate nominal de 1000 mAh la 20 C din care se pot utiliza cca . 600 mAh la temperatura corpului . Se folosesc 5 celule nseriate avnd o durat de operare de max . 3 ani . 2 . Bateriile litiu-ion au o capacitate de 4000 mAh i sunt larg r spndite n prezent . Acest tip de celule nu degaj gaze i pot fi nchise ermetic . Durata maxim de operare a lor este limitat de rezisten a intern care cre te treptat n timp . Se apreciaz c durata maxim poate ajunge la 10 ani . 3 . Bateriile nucleare folosesc plotoniu 238 i se bazeaz pe nc lzirea de termocuple ca efect al iradierii lor cu raze i X . Se estimeaz o durat de operare de peste 10 ani , dar pre ul lor este mare. Pentru fabricarea bateriilor nucleare se poate utiliza i prometiu 147 care va emite radia ii . Electronii vor genera perechi electron-gol ntr-o structur semiconductoare producnd astfel direct electricitate . Durata lor de operare ajunge la 5 -7 ani . S-au luat m suri de precau ie extreme la realizarea acestor baterii pentru a reduce la ninimum riscul emisiei radioactive .

14

O alt problem important este ncapsularea pacemaker-ului care trebuie f cut cu un material biocompatibil . Nici o izola ie din palstic sau epoxidic nu este perfect impenetrabil fluidelor biologice din organism. Pentru evitarea coroziunii, circuitul electronic este nchis ermetic .

Se compun din elementele unui generator asincron si o bucla de reactie care sesizeaza ritmul natural cardiac; Ciruitul timer genereaza o rata constanta 60..80 pulsuri/minut; Dupa fiecare puls generat, circuitul timer este resetat; Detectarea ritmului normal inhiba generatorul;

15

y Stimulul generat de nodul SA declanseaza generatorul; y Circuitele de intarziere simuleaza intarzierea propagarii stimulului de la nodul SA la nodul AV (120ms); y Circuitul de intarziere de 500ms simuleaza perioada refractara; y Circuitul de iesire comanda direct contractia ventriculara; y Permite nodului SA sa controleze contractiile inlesnind autoreglajul fiziologic;

16

n figura urmatoare este prezentat schema bloc a unui stimulator cardiac sincron:

Acest tip de pacemaker folose te un singur electrod att pentru sesizarea complexului normal QRS ct i pentru stimulare . Filtrul band sesizeaz unda R normal cu durat ntre 18 -30 ms . C tigul amplificatorului trebuie redus n perioada refractar pentru a mpiedica reciclarea eronat a impulsului la mai pu in de 300 ms fa de QRS sesizat ( ex . declan at de o und T asem n toare unui QRS ) . Dublorul de tensiune din etajul final realizeaz un impuls " economic " de stimulare cu amplitudinea de 5 V i durata sub 1 ms de la o baterie de numai 2,8 V . Se define te " pragul de captur " energia minim necesar pentru ob inerea depolariz rii ventriculare. Acest prag de captur depinde de tipul de electrod folosit, de amplasarea lui i de excitabilitatea cordului . n timp pragul de excitabilitate se modific dup curba de mai jos:

17

n aceste condi ii se prevede o amplitudine a impulsului de 2 -4 ori mai mare fa de pragul de stimulare pentru a preveni efectele sc derii n timp a excitabilit ii inimii . Ultimele studii au ar tat c stimulii cu durat mai mic ( 0,5 -0,6 ms ) , amplitudine 5 V /10 mA pe o rezisten tipic ntre electrozi de 500 pemit utilizarea unei baterii Li - I care asigur ob inerea ini ial a unor impulsuri de 5,4 V ajungnd n timp la 3,3 V pe o durat sigur de 14 ani . Blocul de Test asigur testarea extern cu ajutorul unui magnet : se verific banda de captur n regim asincron la 100 b t i /min i nivelul de desc rcare al bateriei ( sub 13 b t i /min trebuie nlocuite bateriile ) .

18

Stimulatoare de ritm cardiac cu reactie Simuleaza functionarea nodului SA si a cailor de transmisie dintr-un organism fiziologic normal; Senzorul este folosit pentru convertirea unor marimi fiziologice in semnal de intrare; Generatorul de puls va avea o rata de iesire variabila in functie de raspunsul algoritmului de control la marimea generate de sensor.

19

20

Localizare peacemaker in corp:

21