Actividad eléctrica del corazón ECG, desfibrilación núcleo de ingeniería biomédica facultades de medicina e ingeniería universidad de la república Ing. Daniel Geido

Sistema de conducción del corazón Nodo Sinoatrial o Sinoauricular: zona con excitabilidad especializada, aprox 15mm x 5mm. Es el marcapasos del corazón, genera aprox 70 pot. de acción por minuto en reposo. Nodo Auriculoventricular: esta en el limite de la aurícula y ventrículo derechos. Por si solo tiene una autoxitabilidad de 50/min, pero responde si es estimulado a una taza mayor. Es el único punto de comunicación eléctrico entre las A y V. La velocidad de propagación es muy lenta. Haz de His: tejido conductivo especializado que propaga el impulso eléctrico a los ventrículos. Constituido por 2 ramas. La velocidad de propagación es muy rápida. Fibras de Purkinje: penetran en ambos ventrículos y facilitan la llegada del impulso a todas la células contráctiles. También tienen exitabilidad propia de entre 15 a 30 / min

ECG Experimento realizado por Durrer en 1970. Aisló corazón humano. Colocó más de 850 electrodos en el interior del músculo cardíaco. Resultado:

Interpretación del ECG: Onda P: Despolarización de las aurículas. Intervalo PR: Retardo impuesto por el nodo AV. Onda QRS: Despolarización de los ventrículos. Onda T: Repolarización de los ventrículos. Repolarización de las aurículas? Características ECG sobre piel: Amplitud: 1 a 5 mV Ancho de banda: 0,05 a 150 Hz.

ECG – Derivaciones bipolares Einthoven fue el pionero en el registro de ECG en la superficie del tórax, usando galvanómetros de aguja fue capaz de medir la señal eléctrica del corazón. Definió así una serie de derivaciones utilizadas hasta hoy en día, triángulo de Einthoven: Derivaciones bipolares o estándar: I: VI = FL – FR II: VII = FF – FR III: VIII = FF – FL Aplicando ley de Kirchof: VII = VI+VIII Por lo cual solo 2 derivaciones son independientes.

Forma de onda del ECG Hipótesis importante: se adopta un modelo simple de la actividad eléctrica del corazón. Se considera al corazón como un dipolo eléctrico. Dicho dipolo genera un campo eléctrico cuyo momento dipolar representa la actividad eléctrica del corazón en un instante específico y cuya magnitud y dirección cambian junto con esta.

ECG – Derivaciones unipolares Terminal central de Wilson: Se busca una referencia común para la medida de potenciales. Se utiliza un punto (TCW) que une todas las extremidades a través de una resistencia de 5kohm. Se cumple que: IR+IF+IL = (FCT–FR)/5k + (FCT–FL)/5k + (FCT-FF)/5k = 0 Entonces: FCT=(FR+FL+FF)/3 El potencial medido no depende de ninguno en particular.

Dado que: (FCT–FR)+(FCT–FL)+(FCT-FF) = 0 se demuestra que el TCW esta en el centro del tríangulo de Einthoven De esta forma se definen 3 nuevas derivaciones resultantes de medir el potencial entre cada una de las extremidades (R, L y F) y la TCW. Se llaman VR, VL y VF respectivamente. Donde: VR= FR–FCT=(2FR–FF–FL)/3 VL= FL–FCT=(2FL–FF–FR)/3 VF= FF–FCT=(2FF–FR–FL)/3

Derivaciones de Goldberger En 1942 Goldberger observó que las señales unipolares de Wilson podían ser aumentadas si lo que se tomaba era el promedio los otros dos puntos involucrados. De esto resultan 3 nuevas derivaciones llamadas derivaciones aumentadas (de ahí que se llamen aVR, aVL y aVF ) ya que se observa un incremento del 50% en el valor de la señal detectada. aVR= FR–FCT/aVR=(2FR–FF–FL)/2 aVL= FL–FaCT/aVL=(2FL–FF–FR)/2 aVF= FF–FaCT/aVF=(2FF–FR–FL)/2 aVi = 3/2Vi con i = R, L y F

Derivaciones precordiales Wilson introdujo otras 6 derivaciones, también unipolares llamadas precordiales (medidas desde el TCW), son útiles para determinar la actividad eléctrica próximo al corazón. Es así que se definen V1, V2, V3, V4, V5 y V6 como se observa:

ECG de 12 derivaciones I, II y III aVR, aVF y aVL V1, V2, V3, V4, V5 y V6 Las 6 primeras se obtuvieron de 3 puntos por lo cual sólo 2 son independientes. Dado que la actividad eléctrica del corazón se puede aproximar a un dipolo eléctrico, alcanza su proyección en los 3 planos para tenerlo completamente definido. Por lo cual solo bastaría elegir un vector precordial, por ej V2 es muy utilizado. De esta forma sólo con I, II y V2 se tendría completamente definido el dipolo. Entonces en el ECG de 12 derivaciones, sólo 3 son independientes y 9 son redundantes.

Electrocardiógrafos

Fibrilación ventricular FV: Trastorno del ritmo cardiaco que presenta un ritmo ventricular rápido (>250 latidos por minuto), irregular, de morfología caótica y que lleva a la pérdida total de la contracción cardíaca, con una falta total del bombeo sanguíneo y por tanto a la muerte del paciente. ECG: 1200 muertes diarias solo en el mundo occidental. Producido por múltiples causas como arteriosclerosis que ocluye la perfusión coronaria. Desfibriladores externos existen hace muchos años, actualmente también los hay implantables.

Causas de la FV Limitada percusión coronaria provoca isquemia e infarto de ciertas células musculares cardíacas. Esta es la principal causa de arritmias reentrantes. Se producen lazos de reentrada en el tejido conductivo eléctrico del corazón. Así se vuelven a excitar zonas que no deberían ser excitadas hasta más tarde.

Fenómeno de reentrada El período refractario juega un papel fundamental en la reentrada. Se usa el modelo del anillo para explicar el fenómeno. A sería proceso normal B Bloqueo unidireccional por período refractario prolongado. De esta forma el marcapasos natural del corazón ya no tiene el control y late a tasas más altas de lo normal. Arritmia por reentrada.

Desfibrilación Si aplicamos un impulso despolarizante que sea varias veces superior al umbral normal lograremos actuar sobre: Células en período excitable. Células en período refractario relativo. Hay una hipótesis de masa crítica que se asume, basta con que un alto porcentaje de las células sean “reseteadas” para terminar la FV (>75% aprox.).

Curva de desfibrilación energía (joules) No ocurre desfibrilación Ocurre desfibrilación correinte (A) Duración del pulso (s)

Cardiodesfibriladores Minimizar la energía dada al paciente (evitar daños) Trabajar en la parte baja de la curva de energía. Duración típica de 3 a 10ms. Corrientes del orden de 20A. Energías de entre 50 a 360J. La energía es seleccionable por el usuario y depende del paciente, edad, arritmia, FV, etc. Se utilizan condensadores para almacenar energía.

Cardiodesfibriladores Diagrama de bloques Fuente de alim. Capacitor Alm. energ paciente Monitor de ECG Circuito de tiempo compuerta carga descarga standby Utilizado para sincronizar con QRS (opcional) Control manual

Formas de onda Seno sub amortiguado Se descarga sobre el paciente a través de un circuito RLC. C: 10 mF - 50 mF, se cargan en aprox 10s. Vc: 4 a 9 kV Hasta el 40% de la energía en C puede ser disipada en L y Rint La forma de onda resultante es un seno subamortiguado (depende de Rpaciente). 10 ms t 2kV Fuente de alim. C Rint Rpaciente Vc + _ L

Ejercicio Ri Fuente de alim. + Rp Vp Vc C _ Impedancia del paciente: Rp = 95W. Resistencia interna del cable: Ri = 5W. Energía total almacenada en C: W = 300 J. Se quiere entregar un 90% de la energía W al corazón en 8ms. Calcular el valor del condensador C y su carga inicial antes de desfibrilar.

Descarga del condensador: VC(0) = carga inicial Voltaje sobre el paciente: (1) Energía en C en t = 0: (2)

Energía entregada a Rp: Sustituyendo (1): Usando (2):

C = 54.3 mF Vc(0)=3323V Despejamos C: La carga inicial en el condensador es: Vc(0)=3323V

Desfibrilador: formas de onda Onda cuadrada (exponencial truncada) Se descarga sobre el paciente a través de un circuito switcheado por tiristores. Durante la carga, SCR1 y SCR2 ambos están abiertos. Para desfibrilar, se cierra SCR2 y se deja SCR1 abierto. Luego de un cierto intervalo de tiempo, SCR1 se cierra cortocircuitando C y descargando el condensador. Fuente de alim. C Rpaciente Vc + _ Vpaciente Rint timing SCR1 SCR2 Vpaciente

Cardiodesfibriladores Tipos Monofásicos. Bifásicos: simples y pulsados.

Cardioversión Cardioversión: En fibrilación ventricular se puede desfibrilar en cualquier momento. En otro tipo de arritmias (FA, taquicardia ventricular, etc) hay que sincronizar con el QRS (20ms después del pico R). Si aplicamos pulso sobre T se produce FV !! Esto se llama cardioversión y todos los desfibriladores modernos lo implementan.

Electrodos para desfibriladores Externos: gran tamaño (8 a 13cm) para evitar quemaduras y distribución uniforme. Paletas de mano externas: se deben usar con gel conductor, son reusables Adhesivos descartables. Internos: pequeños para colocar sobre el corazón (4 a 8cm) Paletas internas

Localización de los electrodos

Otros tipos de desfibriladores EAD y SAD: desfibriladores automáticos y semiautomaticos (protocolos AHA/ERC). Operación del SAD: Inicia análisis. Si ECG débil avisa para realizar RCP durante 1minuto. Luego se inicia nuevamente el análisis. Si detecta FV, inicia secuencia de carga del capacitor según la norma AHA/ERC: 2 x 130KJ. n x 150KJ. El usuario descarga finalmente en forma manual sobre el paciente (en EAD la descarga se hace sin confirmación del usuario). Si transcurre demasiado tiempo sin descargar, el capacitor se descarga internamente.

Otros tipos de desfibriladores Implantables: Utilizado en paciente con FV y taquicardias frecuentes. Usualmente es incorporado como una función adicional de ciertos marcapasos (típicamente VVI) Energías muy bajas (pocos J) y con pulsos bifásicos. Los electrodos llegan al corazón por venas al igual que los marcapasos. Deben tener un algoritmo de detección de arritmias y análisis de ECG muy avanzado para detectar cuando desfibrilar.

Valores Impedancia: transtorácica de 25 a 150 ohm, muy dependiente del contacto electrodo-piel, típicamente 50ohm. transcardíaca de 20 a 40 ohm. Desfibriladores externos: 24A, 2kV, bifásico y 200 a 360J. Desfibriladores implantables: 1 a 2A, 30V, bifásico y 30J para 20ohm. Estimulación magnética para desfibrilar, investigar.

Bibliografía John.G. Webster. "Medical Instrumentation", Second Edition, Houghton Mifflin Co, Boston, 1992 o en la Tercera edición, 1998. Joseph D. Bronzino. “The Biomedical Engineering Handbook”, Second Edition.