Ingeniería Biomédica Curso 2006 Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas Prótesis Elementos de proyecto de marcapasos 22.8.2006 Ing. Franco Símini Dr. Héctor Píriz Ing. Daniel Geido Ing. Jorge Lobo

Cavidades y vasos Azul – sin oxigenar Rojo - oxigenado

circulaciones AD, VD y aorta: sangre oxigenada hacia los órganos y músculos AI, VI y arteria pulmonar: sangre hacia los pulmones Circulación coronaria, arterias y venas coronarias

Circulación coronaria

Distribución del volumen de sangre en el sistema circulatorio

Distribución del gasto cardíaco Cerebro 13% Coronarias 4% Hígado y tracto intestinal 24% Músculos 21% Riñón 20% Piel y otros 18% % del gasto cardíado paciente 70 Kg, 5.5 L/min

Marcapasos natural Células cardíacas tienen un Potencial de Acción especial Permite el disparo espontáneo periódico

Redundancia de marcapasos naturales nodo SA (70 por minuto) nodo AV (55 por minuto aprox) en los ventrículos (30 por min aprox)

Nodos senoatrial y auriculoventricular

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

Sistema de conducción cardíaco

fases de contracción y el ECG

ECG y potencial de acción ECG Electrocardiograma 1.0 +40 R 0.5 T P -80 Q mV mV S 200 400 600 ms

REGISTRO DE LA SEÑAL ELÉCTRICA DEL CORAZÓN ll lll l LL RA LA + - RA l LA ll lll Derivaciones estandar LL

EL CICLO CARDIACO Sistole auricular 120 80 40 Presion mm Hg 3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO 120 80 40 Presion mm Hg Sistole auricular Flujo aortico l.min-1 25 Ventriculos llenos de sangre Baja presion en los ventriculos Onda P en el ECG 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 Ruidos cardíacos a Pulso venoso R P ECG Q 0 0.5 1.0 s

La válvula mitral se cierra 1 2 3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO 120 80 40 La válvula mitral se cierra Presion mm Hg Contraccion isovolumetrica El ventriculo se contrae La presion aumenta en el ventriculo La valvula mitral se cierra Complejo QRS en el ECG Primer ruido Flujo aortico l.min-1 25 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 Ruidos cardíacos a Pulso venoso R P ECG Q S 0 0.5 1.0 s

EL CICLO CARDIACO Eyeccion 120 80 Presion 40 mm Hg 3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO Valvula aortica abre 120 80 40 Presion mm Hg Valvula mitral cierra Eyeccion La válvula aortica se abre La sangre entra en la aorta Onda T en el final del período del ECG Flujo aortico l.min-1 25 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 2 Ruidos cardíacos a c Pulso venoso R P T ECG Q S 0 0.5 1.0 s

La valvula aortica se cierra 1 2 3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO La valvula aortica se cierra valvula aortica abre 120 80 40 Presion mm Hg Relajación isovolumetrica El ventriculo se relaja La válvula aortica se cierra La presión baja en el ventrículo Segundo ruido Valvula mitral cierra Flujo aortico l.min-1 25 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 2 Ruidos cardíacos a c v Pulso venoso R P T ECG Q S 0 0.5 1.0 s

EL CICLO CARDIACO Llenado 120 80 Presion 40 mm Hg 3 4 5 6 7 EL CICLO CARDIACO La valvula aortica se cierra valvula aortica abre 120 80 40 Presion mm Hg Llenado La valvula mitral se abre El ventrículo esta relajado La presion es baja en el ventrículo La válvula mitral se abre Los ventrículos se llenan de sangre Valvula mitral cierra Flujo aortico l.min-1 25 140 70 Volumen ventricular, ml 1 4 2 3 Ruidos cardíacos a c v Pulso venoso R P T P ECG Q S 0 0.5 1.0 s

Prótesis

Sistemas de prótesis Sentidos (vista, oído) Funciones (diálisis, marcapasos, corazón artificial) Mecánicas (cadera) Conductos (vasculares, tráquea) Transporte Interfaz persona/máquina

Sistemas de rehabilitación

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

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

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

Contracción natural del corazón espontánea repetitiva coordinada en diferentes zonas resultado de varios lazos de re-alimentación

Fenómenos que afectan el ritmo fisiológico velocidad de conducción periodo refractario de las células automatismo del SA (y de otras zonas)

Anormalidades de la actividad eléctrica bradicardias falla del ritmo del SA (B sinusal) propagación (bloqueo 1er a 3er grado) taquicardias automatismo (repolarizacion muy rápida) reentrante (cond.en lazo local, por p. refractario) gatillado (2da polariz. por reingreso de iones)

Correcciones fármacos marcapasos (implantados y externos) electrofisiología cardiaca

Marcapasos estimula el corazón cuando el pulso falla inicialmente solo para el bloqueo total ahora se adapta a la situación asincrónico sincrónico (a demanda o gatillado) inclusión de lazos de realimentación

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

Implementación de retardo en estímulo, para simular tiempo de conducción auriculo-ventricular

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

Proyecto de marcapasos asincrónico puede estim en momento vulnerable (FV) Consumo alteraciones bioquímicas sincrónico: a demanda detecta el ECG algoritmo (tope de bradicardia) algoritmos complejos sincrónico: sobre la onda R (siempre)

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

Diagrama de estados de un marcapasos primitivo 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.) S Time out Pace

Diagrama de estados de un marcapasos a demanda 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 out Sense S

Diagrama de estados de un marcapasos a demanda con período refractario 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. Pace A Tout Sense A R R Tout

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

Marcapasos 1960, externo

Marcapasos 60 gramos, 30 mm

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.

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

“sensado”: detección de señales propias del corazón

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.

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

cables de conexión (“leads”) conductores de varios hilos resistentes a repetidas flexiones   (72 lpm por 10 años = 380 Mflexiones) espirales de 30 cm aislados "silicone rubber“ poliuretano

Electrodos corrientes de iones a c. de electrones bipolares unipolares gases corrosión de metales bipolares eliminan interferencias son dos unipolares cátodo en el tejido, ánodo en caja solo un cable

Electrodos endocardíacos (en la cavidad) miocárdicos (en la pared) epicárdicos (en la superficie)

Ejemplo: radio aumenta 10% => 21% más corriente La estimulación necesita más potencia al deteriorarse el contacto con tejido vivo diámetro r diámetro 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

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

Retroalimentaciones posibles indican metabolismo: acelerómetro temperatura central saturación de O2 movimientos toráxicos intervalo Q-T cambio de volumen intraV derivada de presión intraV catecolamina ritmo circadiano, etc.

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

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

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/

fin