."

INGENIERIA CLINICA 1 3

PROYECTO TERMINAL

/' ANALGES I A POST-QU I RURG I Cd CON """""""""""""""

ELECTRO-NEUROEST IMULADDR THANSCUTWO . _"""""""""""""""""" -"

~~ "" ~. -. . . . " . . . . - - . ." "_

UNIVERSIDAD AUTONOMQ METROPOLITANA

I ZTHPALAPA 19W/

/ INGENIERIA BIOMEDICA

ASESORES:

PROF. MIGUEL ANGEL C1NTUNIO

PROF. TEQFILA CAQENA ALFARQ

094154

ANALGESIA POSTQUIHURGICA CON

ELECTRO NEUROESTIMULADOR TRANSCUTANEO

INDICE

CAP I TULO 1

CAP I TULO 2

CAPITULO 3 .

CAP I TULO 4 F

CAP I TULO 5

CAP I TULO 6

ANEXO

INTRODUCCION

TEORIA DEL CONTROL DE PUERTOS.

TEOHIA DE LA FISIOLOGIA

DI'SENO DEL ELECTROESTIMULADOR

RESULTADOS

CONCLUSIONES

BIBLIOGRAFIA

CAP I TULO 1

INTKODUCCION

Ob jet'ivo.

Disefiar y at-mar el electro-neur-oestimulador transcutaneo (TENS)

para la analgesia post-quirt2rgica.- Este disefio se basa en las carac-

tet-isticas dptimac, encontradas en la literatura consultada ( 1 ) . Se

r-ealizarln pruebas verificativas de la oper-acibn de esze equipo, en

pacientes post-quit-drgicos, en especial a los pacientes operados de la

colecistectomia y de hernioplastia inguinai.

utilizando TENS, permitiendo que disminuya el dolor en los pacientes

post-operatot-ios ( 1 ) . El TENS permite que el paciente respire

profundamente, tosa e incremente su mobilidad. La anal9esia

convencional baja el funcionamiento intestinal, decrece la mobilidad m -m"

del paciente y .existe la dificultad para respi'rar. Con el TENS no sdlo

se reduce el dolor, sino tambien se reducen las complicaciones de

la terapia tradicional del 'dolor.

I

Se t-ealizar-on los estudios comparativos de la cantidad del

medicamento administrado a pacientes con ~ TENS y s i n TENS, y s e

abtuvier-on buenos r-esultados con los pacientes operados de l a

colecistectomia y d e la hernioplastia inguinal (1). DespuCs de

experimentar con m A s d e 1SOC; pacientes, en l a literatura 5e ha

determinado que e l valor- bptimo de la frecuencia es de 70 a 150 Hz,

e l ancho e s de 60 a 150 JJ seg, y la amplitud e5 de 35 a 50 mA ( 1 )

La sjef'fal que proporciona TENS estimula las f ibras afet-entes A

del didmetr-o largo. Esto e5 la causa d e l control del dolor. i

El c i r c u i t o d e l TENS consta de 3 etapas: etapa de l a o s c i l a c i d n ,

etapa de la arnplificaci&n, y etapa de la t-egulacibn d e l a corriente. El

disehcs se ha hecho de tal mahera que se cumplen los valor-es 6ptimos

mencionados para e l o b j e t i v o de este proyecto. Las explicaciones con

mAs d e t a l l e t a n t o d e l aspecto medico como del e lectrdnico se darAn

capi tulos posteriores. *. "*

CAP I TULO 2

TEORIA DEL COPJTROL IiE PUERTOS

Con la T e o r - f a d e l C o n t r - o 1 d e F ' u e t - t u s p r o p u e s t a p o r M e l z a c k y Wall

e n 1955, se postuld l a base r a c i o n a l para l a a n a l g e s i a electrica ( 1 ) .

E l l o s d e m o s t r a r - o n que e 1 dolor e x t e n d i d o , l e n t o , d i f u s o y a r d i e n t e es

l l e v a d o d e s d e la p e r i f e t - i a p o r - a x o n e s no mielinicos, pequePros y s e n c i -

1 1 0 5 , m i e n t r a s q u e la s e n s a c i d n d e l t o q u e l iger-o es l l e v a d a por axones

, I !

gt-andes m i e l i n i c a s . Las s e n s a c i o n e s l l e v a d a s pot- estos dos c o n j u n t o s de

axones d e s d e u n l u g a r - d a d o se m o d u l a n e n la s u b s t a n c i a g e l a t i n o s a d e -

l a e s p i n a dot-sal , a c t u a n d o una s o b r e otra como e n un m s c a n i s m o n e g a t i v o

d e r e t r o a l i m e n t a c i b n .

Como se observa. e n l a F i g u r a No. 1 , si l o s axones g r a n d e s A son

f o r - z a d o s a 1 l e v a . t - sensaciones pot- e s t i m u l a c i d n el&ctr-ica s u p e r f i c i a l ,

se b l o q u e a n sehales de d o l o r d e 1 0 5 axones C , i n c l u s o despu&s d e que

ha terminado la e s t i m u l a c i b n el&ctrica.

" _

" .

I

.. . . . "

~ O u 2 . :

I I

1 I

"" I " t - I - " " " "

Los dolores agudos y crdmicos son e l r e s u l t a d o de un amplio rango

de condiciones patoldgicas, pot- ejemplo, heridas con daPros - ne!-viusos,

c a u s a l g i a , d o l o r c e r v i c a l , tt-aumatismos de la espina dot-sal, partos,

c a n c e r , e t c . Algunos d e los pacientes tratadas por- TENS reportan una

notable r-educcidn de t a l e s d o l o r e s .

La teoria del control d e puertos tiene un' nombr-e que s u g i e r e e l

mecanismo de puertos del sistema nervioso. La localizacidn d e Cste

mecanismo e s t a en l a Lamina I 1 y LAmina I11 (substancia gelatinosa) de

l a medúla espinal . Este mecanismo de puerto es la estructura intermedia

entre las c&lulas transmisoras de l a Ldmina V, las cuales deben set-

e s t imuladas a f i n de que ocurra ia interpt-etacidn y t-espuesta del

dolor, y l a s f ibr-as s e n s o r i a l e s , que pot- l a v i a r a i z dorsal entran a l a

medula espinal en l a s u p e r f i c i e de la zona de Lissauet- y l a Ldmina I .

Las c 4 l u l a s T deben llegat- a SLE umbr-ales y s e r a c t i v a d a s s i el . ,;

doior- es interpretado. La a c t i v i d a d de las qibras A y C t i e n e n e l

peotencial d e sacar- una respuesta de l a s c & l u l a s T. Antes d e que puedan

tenet- e f e c t o en l a s c e l u l a s T , l o s p o t e n c i a l e s de ambos t i p o s de f i b r a s

deben pasar a tt-av&s de 1 a . s u b s t a n c i a g e i a t i n o s a , o sea. e l puerto. Los

resultados del dolor- estan det&!!i"Tados pot- l a actividad t -elativa en

las f i b r a s gr;andes Fs y en las f i b r a s peTuenas C . Los n i v e l e s a l t o s en

la act ividad de l a s f i b t - a s A , por e l mecanismo d e retroelimentacidn

negativa. ciert-an el puerto disminuyendo e l efecto de entrada a l a s

c e l u l a s T tanto de l a s f i b r a s gt-andes como de las pequef'ías. LGS n i v e l e s

elevados en . ? a actividad de l a s f i b r a 5 . C abren el puerto, tambign por

el mecanismo de retroalimentacidn negativa, lo cual resulta en el t

efecto neto de que la entrada de ambas fibras llega a las- c&<Ülas T y i

crea, por la suma espacial o temporal, la exitacion de las cClulas T

con el dotor percibido como el resultado neto.

El mecanismo de puertos o substancia ge-latinosa esta contenido en

la m&dula espina1 a cada lado de la espina dorsal. La actividad de la

substancia gelatinosa en un lado puede 'influenciar signif icativamente

en la actividad de su contraparte en el otro lado. Por lo tanto, para

obtener la mdxima actividad de los p u e r t o s en un nivel dado de is

columna, se sugiere que haya colocaciones delas electrodos a ambos

lados del e j e dorsal (1).

At in en casos de aplicaciones no simetricas, una vez que se ha elegido

el lugar para los electrodos en el lado interior, el mismo lugar se

repite en el lado opuesto.

La perdida diferencial de las fibras A afecta a la respuesta pot-

TENS cuando se aplican los electrodos en el area dahada, y ia

efectividad del tratamiento se altera proporcionalmente. La aplicacich

efectiva d e l TENS, en este caso, es colocando los electrodos en el lado

cantt-alateral de la superficie afectada. Utilizando la t-espursta de la

fibra A not-mal en el lado contrario debe afectar- la substancia

gelatinosja.de1 lado no daf'rado, la cual puede afectar .la substancia

gelatinasa en el lado dahado. Se obt iene un resultado mejor- comparado

cuando la colocacibn es en el lado dahado.

CAP I TULO 3

TEORIA DE FISIOLOGIA

e x t e r i o r y fa L A m i n a VI se e n c u e n t r a e n l a r-egidn mas p r o f u n d a . U n a

p a r t e d e la Ldmina I 1 y d e l a LAmina 1 1 1 es la s u b s t a n c i a g e l a t i n o s a .

L a s u b s t a n c i a g e l a t i n o s a se e n c u e n t r a . cerca de l a s p u n t a s d e la mddula

Los receptot-es d e l tacto r e s p o n d e n r d p i d a m e n t e . Las f ibras A que

t r a n s m i t e n los i m p u l o s n e r v i o s o s del tacto , son d e 5 a 12 yn de

d i A m e t r - o y la v e l o c i d a d d e l a t r a n s m i s i b n es d e 30 a 70 rn/seg.

Los 5en5i~)t -e~ d e l d o l o r se e n c u e n t r a n e n casi t o d o s los t e j i d o s y

son las t e r m i n a l e s tie los axones no m i e l i n i c o s . L a s f ibras C no

m i e l i n i c a c , de 0 . 4 a 1 . 2 prn de iiAmett-o t r a n s m i t e n los i m p u l s o s

n e r v i o s o s d e l dolor a l sistema nErv lo50 central. fi &stas f i b r a s a- vecks

se les llaman f i b r . a . 5 C de r a í z d o r s a l . L a v ~ l o c i d a d d e l a t r a n s m i s i b n

d e esta f i b r a es mu1 l e n t a y es d e 0 .5 a 2 m/sseg(3).

C u a n d o o c u r r e l a c o n t r a c c i b n m u s c u l a r y se d e t i e n e el f l u j o

s a n g u i n e o , aparece l a s e n s a c i d n d e l d o l o r . E s t a s e n s a c i b n persiste

hasta que haya f l u j o ' s a n g u i n e o . A u n q u e e l rnCtsculo recibe s u m i n i s t r o

ncrr-mal d e s a n g r e , si est& o c u r r i e n d o el t @ t a n c , e m p i e z a a doler el

r n t i s c u l o , E s t o es porque el +,&tarta o c a s i o n a l a o c l u s i b n d e l vaso q u e

s u m i n i s t r a l a s a n g r e al m i t s c u l o y se d e t i e n e el f l u j o s a n g u i n e o .

D u r a n t e l a c o n t r a c c i d n muscular, se l i b e r a la s u b s t a n c i a q u i m i c a P y

c u a n d o hay a l t a c o n c e n t r a c i d n de esta e n un lugar, o c a s i o n a e l dolor.

Muchas p e r s s o n a s s a b e n pot- su e x p e r i e n c i a q u e t o c a n d o D m o v i e n d o

l a p a r t e d a f f a d a , se reduce la s e n s a c i d n d e l dolor-. Es fac i l d e

c o n t r o l a r o regular l a t r a n s m i s i d n l a I n f o r m a c i d n d e l dolor. Por- e l

d o l o r , las n e u r o n a s q u e e s t a n e n las L d m i n a s IV y V , e s t d n e x c i t a d a s

c o n s t a n t e m e n t e , pero c u a n d o nay e x i t a c i b n d e las f i b r a s a f e r e n t e s A d e

la misma par te del cuerpo, se desparece el d o l o r (3).

La i n h i b i c i d n p r e s i n d p t i c a p r G p o t - c i o n a u n medio m e d i a n t e el cual

p u e d e n alterarse e n f o r - m a select iva c ier tas e n t r a d a s a la c & l u h ' 4

p o s t s i n A p t i c a . E n l a i n h i b i c i d n p r e s i n d p t i c a , e l p o t e n c i a l d e l a

m e m b r a n a d e la cglula p o s t s r n d p t i c a es d e t e r m i n a d o por un qrupo

d i f e r e n t e de e n t r a d a s s i n A p t i c a s , y p o r l o t a n t o , por- d i f e r e n t e s

f r a c c i o n e s d e i n f o t - m a c i . d n ( 4 ) .

La i n h i b i c i d n p r e s i n A p t i c a f u n c i o n a a f e c t a n d o l a t r - a n s m i s i c n e n

u n a sola s i n d p s i s e x i t a t o r i a . En las s i s n a p s i s exc i ta tor ias . l'a

c a n t i d a d ' de t r a n s m i s o r q u i m i c u h 3 b e r a d a d e l n u d o s i n d p t i c o , se

r e l a c i o n a d i r e c t a m e n t e con la a m p l i t u d d e l p o t e n c i a l d e a s c i d n d e l

t e r r v n i n a l a x d n i c o , y a su v e z , e o n l a m a g n i t u d d e l F'F'SE ( P o t e n c i a l

p o s t s i n d p t i c o s x c i t a t o r i o ) resultante e n l a cglula p o s t s i n d p t i c a , se

t - e l a c i o n a d i t - e c t a m e n t e c o n l a c z m t i d a d d e t r a n 5 m i s o r q u i m i c o . E n cstr-os

t e r m i n o s , u n a s i n a p s i s e x c i t a t o t - i a es renos ~ f p c t i v a si se d e p r i m e l a

a m p l i t u d d e l p o t e n c i a l d e a c c i b n d e l t e r m i n a l p t - e s i n a p t i c o . - _" [Los

p o t e n c i a l e s de a c c i d n t i e n e n g e n e r a l m e n t e u n a a m p l i t u d a p r o x i m a d a d e

l O 0 m V (-70 a + 3 0 m V ) . I E s t o se l l e v a a cabo e n l a i n h i b i c i d n

p r e s i n d p t i c a pot- medio d e u n a u n i d n s i n d p t i c a e n t r e u n a n e u r o n a

( n e u r o n a A, F i g u r a 2) y el n u d o s i n d p t i c o de ott-a ( n e u r o n a B). A1

. a c t i v a r s e , l a s i n d p s i s d e s p o l a r i z a l i g e r a m e n t e l a membrana d e l n u d o

s i n a p t i c o d e l a n e u r o n a B. L a d e s p o l a r i z a c i b n n o es d e d i m e n s i o n e s

s u f i c i e n t e s p a r a c a u s a r un p o t e n c i a l d e accibn e n l a n e u r o n a E;

s i m p l e m e n t e acerca el potenc ia l de l a m e m b r a n a d e l n u d o s i n 8 p t i c o a l

u m b r a l , y r e d u c e l a a m p l i t u d d e los p o t e n c i a l e s de accidn c u a n d o se

a c t i v a la n e u r o n a B. Se d i s m i n u y e , pot- l o t a n t o , l a c a n t i d a de

t r a n s m i s o r quimico l i b e r a d o d e l nudcr s i n d p t i c o de l a n e u r o n a E, se

t - e d u c e n l o s cambios d e p e r m e a b i l i d a d operados e n l a c g l u l a

p o s t s i n d p t i c a ( n e u r o n a C), d i s m i n u y e l a m a g n i t u d d e l PFSE, y l a n e u r o n a

C q u e d a r & m e n o s s u j e t a a l i n f l u j o d e l a s e n t r a d a s d e la n e u r o n a B(4).

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I

CAP I TULO 4

DISENO DEL ELECTHOESTIMULADOR

En la Figura No. 2 se muestra el circuito diseftado para el

electroestimulador. Consta de tres secciones: seccibn de oscilaci6n,

seccibn de amplificacidn y seccidn de regulacibn de corriente.

Tiene dos potencibmetros. El Potencidmetro 1 se usa para variar

la frecuencia y el Potencibmetro 2 se usa para variar la intensidad de

corriente. Se utilizan tres pilas alcalinas de 9 volt, una para - U,,

y las otras dos para + Ve,=. El circuito integt-ado NE555 proporciona en

la salida una sePfal de 9 volt c m la frecuencia variable por medio del

Potencibmetro 1 y con el ancho de pulso de 7 0 p seg. Despues la sef7al

Sigue al ampli#icador de potencia con el transistor TIP120 para

amplificar la corriente. El capacitor C4 se usa pat-a eliminar- el efecto

capacitive del transformador, y el diodo IN5404 se utiliza para

* .'=*

proteccion del transistor- Darlington. La corriente de la entt-add del

transformador es 1 4, el voltaje de entrada es 8 V y el voltaje de

salida es BO V. Al final, e l ;-egulador de corriente aislado vat-id la

intensidad de corriente por medio del Potencibmetro 2. 1

Memoria de calculos. """"""""""

NE533 e5 alto. Durante &te tiempo, los capacitores 1 y 2 se cargan por

el circuito a traves del transistor NTEl59, y resistencias R4, y

R ~ L . Cuando el voltaje de los capacitores 1 y 2 llega a dos tercios de

V,,, la salida cae abajo. Los capacitores descargan atraves de las

resistencias Rl,R=, R5 y del potencibmetro 1 hasta que llegue al

umbral bajo de un tercio de V,,, y la salida se va hacia arriba.

Entonces el ciclo empieza nuevamente.

t z ancho de pulso

T periodo

Ri = 910 K ohm

R2 = 6.8 K ohm

R3 = 39 K ohm

R4 = 6.8 K ohm

R-, = 4.7 K ohm

R L = 390 ohm

POTi = 2 ri ohm

Ci = O. 0064 1.1 farad

c2 = o. o033 jl farad

El voltaje del diodo Zener IN5364 es 33 volts. La corriente de la

carga es igual a la corriente del colector y es igual a la corriente

del emisor.

Cuando POT2 = 0 ohm, i = 33 / Hio = 33 77 / 680 = 48.5 mA.

f&%P regulador poroporciona la corriente controlable de 19.6 mA a

48.5 mA, independientemente de la car-ga, siempre y cuando l a

resistencia de 'carga sea menor de 1 K ohm, puesto que el voltaje' de

salida no puede aumentar a m A s de 47 volt. Para este proyecto no existe

problema puesto que 'la impedancia de carga, electrodo - tejido - electrodo. es de alrededor- de 680 ohm.

., ,

I

La presentacidn fisica de &te circuito incluye _un -circuito

impreso con sus componentes, co-ntenido en una caja metdlica, la cual en

su exterior tiene las perillas de regulacidn de los Potencidmetros, el

switch de encendido y la salida a electrodos. Las baterias de

alimentacibn se encuentran en el interior de dicha caja.

El material de los electrodos utilizados es hule conductor. La

razttn p o r la cual se utiliza este material es que existe calentamiento

p o r la corriente que maneja el circuito. Por lo tanto, la utilizacion

por largo tiempo no. afecta al paciente. En el interior del hule

conductor hay una placa de cobre para obtener mayor conductividad

efectiva. Para fijar los electrodos a la piel, se utiliza pasta

electrolitica de ECG.

I

L

ira

c¿w I TULO 5

RESULTADOS

1. Prueba con diferentes resistencias para conocer la

r-egulacidn, variando el Potencidmetro No. 2.

valores calculados mA RL ohm V m a l min volt V m a z m a r volt i m r L m i n i m a l m a r

1 00 2 5 20. 0 50. o

270 5 13 18.5 48.1

680 12

820 15

990 18

1.5 tF;: 25

17. & 47. o

18.3 48.8

18.2 48.5

16.7 AL. o "3

2. Prueba con un perro tamaf'lo mediano.

No se ocasionaron quemaduras o daf'fo alguno. Se observ6 por la

."YePral de salida que la resistencia de carga estaba dentro del rango

para obtener los valores dptimos de la corriente.

3. Prueba con seres humanos.

Se observo que el boltaje de salida varia siempre entre 12 y 32

. .volt a traves del Potencidmetro 2, con muy poca desviaci6n. entre

varias. personas. Por io tanto se considera que la impedancia d e carga

(electrodo - tejido - electrodo) es aproximadamente 680 o_hm.“-Con la

amplitud minima se siente cpsquilleo, y al aumentar se tiene la I

sensacidn de que la zona ’est& dormida’ entre los electrodos y

alrededor. Al aumentar la amplitud, algunas veces ocurre contraccidn

muscular y si se sigue aumentando se tiene.. la sensacidn de dolor

por la contraccidn prolongada. Siempre que se enciende el aparato o

cuando se aplica un aumento brusco de amplitud, se tiene una sensacidn

fuerte, pero rdpidamente disminuye esta sensacidn y luego se

estabiliza. Al aumentar la frecuencia, tambien aumenta la sensacibn del

. paso de corriente.

41 aplicar ,TENS ‘a las personas que tenian algdn tipo de dolor en’

lugapes divet-sos,. de tres a cinco personas externaron que el dolor.--- .:

desaparecid en poco tiempo, y otras dos personas experimentaron

disminucidn del dolor. Despugs de retirar los electrodos, contintla .

el efecto de la estirnulacidn.

4. Prueba con pacientes.

Se hicieron pruebas con dos pacientes de hernioplastia inguinal y

con una paciente de hernioplastia de pared, con una semana de . * ’W

seguimiento. La diferencia con las personas no post-operatorias, es que

los pacientes no presentan contraccidn muscular y la sensacidn de los :.

estimulos es menor. En menos de tres minutos, los’pacientes notan la

reduccibn tr desaparicibn del dolor y se siente sensaciones agradables

. .

de los estimulos. Con una hora de aplicacidn, a los pacientes de

1,94154'

hernioplastia inguinal les perdurd el efecto mas de 24 h o r a s y a $$la

paciente de hernioplastia de- pared le perdurd el efecto una hdra y

media. Cuando se colocaron los electrodos en el lado contrario de la

parte danada, tambign se observd el mismo efecto.

CeP I TUL0 6

CONCLUSIONES 8

Se observd que el electro-neuroestimulador disePrado funciond para

e1 control del dolor. No se debe aplicar una intensidad de corriente

que ocasiona, molestia por contraccidn muscular. Es suficiente una

intensidad tal que la persona sienta que la parte aplicada 'esta

dormida'. Se observd claramente el mecanismo de la retroal imentaci6n

. negativa puesto que la sensacidn de los estimulos siempre disminuye

rapidamente aunque la corriente aplicada sea la misma. Y a sea dolor o

egtimulos, siempre disminuye la sensacidn por el mecanismo del puerto

cuando se estdn aplicando los estimulos que proporciona- e.1 -.: "

electro-neuroestimulador. Tambidn se observd que la contracci6n

muscular prolongada a causa de la estimulacidn, orasiona contracc.ibn .:-

del vaso sanguine0 y reduccibn de .la ir-rigacidn, y por lo tanto - - ~

dolor.

vivo, cuando tiene aplicacda una corriente alta, .muestra una r-educcidn

en su impedancia.

Se pudo comprobar que colocando los electrodos en el lado contarlo

del lado dahado, tambi4n se tiene efecto.

-.""" * "_" ..

i

I

Los pacientes sienten menos estimulos que l a s personan; no

post-quirtlrgicas, porque muchas fibras nerviosas para transmitir los

- " .

estimulos estan dafiadas. Sdlo un paciente a l quinto d ia despu8s da l a

operacidn, sinticj contraccidn muscular; pero por lo general no sucede - .

esto, ya que los nervios motores estin cortado, no hay tono muscular y

e l mtkculo estd en un estado relajado.

TENS es una manera segura y efectiva de cont ro lar la sensacidn de

do 1 or .

ANEXO

EIBLIOGRAFIA

'1. PAIN CONTROL WITH TRANSCUTANEOUS ELECTRICAL NEURO STIMULATION ROBERTA., ERSEE, M.D. WARREN H. GREEN INC., MISSOURI, 1981.

2. 555 TIMER HOWARD M. BERLIN, USA, 1979.

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