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Ingeniería Biomédica Curso 2010 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Elementos de proyecto de marcapasos 21.09.2010 Ing.

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1 Ingeniería Biomédica Curso 2010 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Elementos de proyecto de marcapasos Ing. Franco Símini Ing. Daniel Geido Ing. Jorge Lobo Ing. Eduardo Santos Br. Adrian Silveira Br. José Pereira

2 El corazón de un individuo de 73 años se contrajo 2600 millones de veces Corazón

3 Cavidades y vasos Azul - sin oxigenar (derecha) Rojo – oxigenado (izquierda)

4 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

5

6 Circulación coronaria: alimentación del propio corazón

7 Distribución del volumen de sangre en el sistema circulatorio

8 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

9 Arterias: entre 120 y 80 mmHg Arteria pulmonar * y venas: 25 y 10 mmHg (reservorio) sistema de alta presión y sistema de baja presión * es arteria pero impulsada por el VD (más débil)

10 Nodos senoatrial y auriculoventricular

11 Sistema eléctrico del corazón Left Atrium Atrioventricular Node Bundle of His Left Bundle Branch Left Ventricle Purkinje Fibers Right Ventricle Right Bundle Branch Right Atrium Sinoatrial Node Internodal Pathways

12 Vías de conducción y ECG nodo senoatrial nodo atriventricular rama izquierda del Haz (fasc der e izq.) rama derecha del Haz fibras de Purkinje P depolarización de la aurícula QRS depolarización del ventriculo T repolarización del ventriculo PT QRS

13 ritmo sinusal normal nodo senoatrial 12:56 29MAR96 PADDLES X1.0 HR = 74 ECG normal

14 Potencial de acción de la célula del músculo cardíaco no hay automatismo

15 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)

16 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)

17 Marcapasos natural células cardíacas tienen un potencial de acción especial que permite el disparo espontáneo periódico

18 ventriculos nodo senoatrial (SA) nodo atrioventricular (AV) aurículas El impulso comienza en el nódulo senoatrial y origina la contracción de la aurícula

19 aurículas ventrículos nodo SA Luego, el impulso se conduce hasta el nódulo atrioventricular con un retardo de 120 ms y nodo atrioventricular (AV)

20 Conducción hacia abajo por las ramas del sistema His-Purkinje para contraer los ventrículos

21 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

22 fases de contracción y el ECG

23 Potencial de acción ECG Electrocardiograma ECG y potencial de acción mV ms P Q S T R mV

24 Pulso venoso Ruidos cardíacos Presion mm Hg Flujo aortico l.min -1 Volumen ventricular, ml ECG a R Q P s Sistole auricular EL CICLO CARDIACO Ventriculos llenos de sangre Baja presion en los ventriculos Onda P en el ECG

25 ECG a R Q S P 1 4 La válvula mitral se cierra s Contraccion isovolumetrica El ventriculo se contrae La presion aumenta en el ventriculo La valvula mitral se cierra Complejo QRS en el ECG Primer ruido Presion mm Hg Flujo aortico l.min -1 Volumen ventricular, ml Ruidos cardíacos Pulso venoso EL CICLO CARDIACO

26 ac R Q S PT 1 24 Valvula mitral cierra Valvula aortica abre s Eyeccion La válvula aortica se abre La sangre entra en la aorta Onda T en el final del período del ECG Presion mm Hg Flujo aortico l.min -1 Volumen ventricular, ml Ruidos cardíacos Pulso venoso EL CICLO CARDIACO ECG

27 ac v R Q S PT 1 24 Valvula mitral cierra valvula aortica abre La valvula aortica se cierra s Relajación isovolumetrica El ventriculo se relaja La válvula aortica se cierra La presión baja en el ventrículo Segundo ruido Presion mm Hg Flujo aortico l.min -1 Volumen ventricular, ml Ruidos cardíacos Pulso venoso EL CICLO CARDIACO ECG

28 ac v R Q S PTP La valvula mitral se abre s Llenado El ventrículo esta relajado La presion es baja en el ventrículo La válvula mitral se abre Los ventrículos se llenan de sangre Presion mm Hg Flujo aortico l.min -1 Volumen ventricular, ml Ruidos cardíacos Pulso venoso EL CICLO CARDIACO ECG La valvula aortica se cierra valvula aortica abre Valvula mitral cierra

29 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

30 Prótesis Sustituye algunas funciones del cuerpo humano para permitir la vida o mejorar su calidad

31 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,

32 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 …

33 Correcciones fármacos marcapasos (implantados y externos) electrofisiología cardiaca

34 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

35 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)

36 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

37 Marcapasos Prótesis de la estimulación oportuna y adecuada del corazón (herramienta de diagnóstico) (herramienta de seguimiento)

38 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.)

39 Sensado sensado: detección de señales propias del corazón

40 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

41 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 AR R Tout

42 Diagrama de estados de un marcapasos bicameral en versión simplificada (Arzuaga et al.) A VR A Tout A Sense AV Tout V Sense R Tout V PaceA Pace

43 Oscilador Pulso cables electr. Fuente Esquema general de un marcapasos

44 Sensor de metabolismo estimulador Procesador telemetría Registro corazón electrodos Diagrama en bloques de un marcapasos

45 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

46 batería del m catéteres cátodo (-) ánodo (+) tejidos marcapasos catéter anodo cátodo los componentes del marcapaso se unen al tejido para completar un circuito

47 Liberan impulsos eléctricos Sensan la depolarización cardíaca catéter Catéteres: son conductores metálicos aislados con electrodos en la parte distal

48 Un catéter implantado en la aurícula Un catéter implantado en el ventrículo marcapasos bicameral tiene dos catéteres

49

50 Marcapasos 1960, externo

51 Marcapasos 60 gramos, 30 mm

52 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.

53 Clasificación de marcapasos letraAcción Opciones 1 ª Paced S (Single), A (Atrial), D (doble), 0(ninguno) 2 ª Sensed S (Single), A (Atrial), D (doble), 0(ninguno) 3 ª Response I(Inhibited) T(triggered) D(inh+trig) 0(ning.) 4 ª Sensor R (Rate Response), N (ninguno)

54 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.

55 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

56 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

57 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

58 electrodos endocardíacos (en la cavidad) miocárdicos (en la pared) epicárdicos (en la superficie)

59 contacto catéter - tejido area de miocardio afectada zona de injuria catéter el radio r de contacto aumenta con los años

60 La estimulación necesita más potencia al deteriorarse el contacto con tejido vivo radio r radio r + d (tejido modificado) corriente teórica It = K r 2 corriente crónica Ic = K (r+d) 2 Ic/It = (1 + d/r) 2 Ejemplo: radio aumenta 10% => 21% más corriente

61 Pulso de estimulación de un marcapasos valores típicos: corriente 10 mA, 1 ms voltaje 5 V, 0.5 ms

62 Retroalimentaciones posibles indican metabolismo: acelerómetro (ejercicio en curso) temperatura central (metabolismo aumentado) saturación de O 2 movimientos toráxicos (frec. Resp. y Vminuto) intervalo Q-T cambio de volumen intraV derivada de presión intraV ritmo circadiano, etc.

63 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

64 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

65 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

66 variedad de marcapasos mp sincrónico desfibrilador (IAD) cardioverter (desfiblilador soncronizado) mp externo

67 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

68 Tipos de Fuente de Energía RF Microonda Ultrasonido Laser Química Frío (quirúrgica) W. Reyes, 2007

69 ablación por RF El catéter libera RF ( kHz) por contacto directo RF calienta el tejido hasta profundidad de 2-3 mm a una temperatura de 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.

70 Temperatura y tamaño de la lesión Highest temperature reached one millimeter below tissue surface approx mm Ø Tissue Ablation catheter Blood Tissue

71 La electrofisiología cardíaca evita muchas intervenciones a corazón abierto y tratamientos farmacológicos crónicos

72 Excelente libro finlandés que incluye fisiología cardíaca y marcapasos: tm Indicaciones médicas de los marcapasos: _pacing.htm Tipos de conexiones: 314r001.html 314r001.html CCC del Uruguay Webster J G, 1998, capítulo 13 Simini F, 2007 cap 3, 4 y 5.

73 fin


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