Información básica sobre el corazón
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  • The heart has a network of specialized conductive fibers that conduct electrical impulses to the cardiac muscle tissues. This is the heart's "electrical" system. The network delivers electrical impulses directly to the cardiac muscle tissues which are stimulated to contract and pump blood. The pumping of the heart is the "mechanical" activity of the heart which results in a pulse.
  • The heart's primary impulse generator is the sinoatrial (SA) node located in the right atrium. The impulse is carried through the cardiac muscle tissue of the atria. This causes the atria to contract. The impulse then travels through the network to the ventricles causing them to contract. The resulting action causes blood to be pumped through the body via connecting blood vessels.
  • The electrocardiogram (ECG) is a measurement of the electrical activity in the heart. The impulses from the heart pass through body tissues and reach the skin where they can be detected by disposable electrodes placed on the skin. The ECG of a healthy heart shows an organized, uniform rhythm called normal sinus rhythm (NSR).
  • Initiation of the cardiac cycle normally begins with at the SA node. A resulting wave of depolarization passes through the right and left atria, which stimulates atrial contraction.
  • Following contraction of the atria, the impulse proceeds to the AV node. The impulse slows at the AV node, which allows time for contraction of the atria. Just below the AV node, the impulse passes quickly through the bundle of His, the right and left bundle branches and the Purkinje fibers and lead to contraction of the ventricles.
  • Lithium-iodine is the most commonly used power source for today’s pacemakers. Microprocessors (both ROM and RAM) control sensing, output, telemetry, and diagnostic circuits.
  • In a bipolar system, body tissue is part of the circuit only in the sense that it affects impedance (at the electrode-tissue interface). In a unipolar system, contact with body tissue is essential to ground the IPG and allow pacing to occur.
  • Increased tidal volume and rate increase transthoracic impedance, which increases the pacing rate.

Información básica sobre el corazón Información básica sobre el corazón Presentation Transcript

  • Ingeniería Biomédica
    • Curso 2009
    • Anatomía y fisiología cardíaca – vías de conducción intracardíacas
    • Prótesis
    • Elementos de proyecto de marcapasos
    • 20.10.2009
    Ing. Franco Símini Ing. Daniel Geido Ing. Jorge Lobo Ing. Marcelo David
  • El corazón de un individuo de 73 años se contrajo 2600 millones de veces Corazón
  • Cavidades y vasos Azul - sin oxigenar (derecha) Rojo – oxigenado (izquierda) View slide
  • 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
    View slide
  •  
  • Circulación coronaria: alimentación del propio corazón
  • Distribución del volumen de sangre en el sistema circulatorio
    • 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
    • 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)
  • Nodos senoatrial y auriculoventricular
  • 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
  • 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 P T QRS
  • ritmo sinusal normal
    • nodo senoatrial
    12:56 29MAR96 PADDLES X1.0 HR = 74 ECG normal
  • Potencial de acción de la célula del músculo cardíaco no hay automatismo
  • 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) www.gratisweb.com/cvallecor/Fisiologia2.htm
    • 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)
  • Marcapasos natural
    • células cardíacas tienen un potencial de acción especial que permite el disparo espontáneo periódico
  • El impulso comienza en el nódulo senoatrial y origina la contracción de la aurícula ventriculos nodo senoatrial (SA) nodo atrioventricular (AV) aurículas
  • Luego, el impulso se conduce hasta el nódulo atrioventricular con un retardo de 120 ms y aurículas ventrículos nodo SA nodo atrioventricular (AV)
  • Conducción hacia abajo por las ramas del sistema His-Purkinje para contraer los ventrículos
  • 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
  • fases de contracción y el ECG
  • Potencial de acción ECG E lectrocardiograma ECG y potencial de acción 0 0.5 1.0 mV 0 200 400 600 ms P Q S T R mV -80 +40 0
  • Pulso venoso 120 80 40 0 140 70 25 0 Ruidos cardíacos Presion mm Hg Flujo aortico l.min -1 Volumen ventricular, ml ECG a R Q P 1 4 0 0.5 1.0 s 1 2 3 4 5 6 7 Sistole auricular EL CICLO CARDIACO
    • Ventriculos llenos de sangre
    • Baja presion en los ventriculos
    • Onda P en el ECG
  • 120 80 40 0 140 70 25 0 ECG a R Q S P 1 4 La válvula mitral se cierra 0 0.5 1.0 s 1 2 3 4 5 6 7 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
  • 120 80 40 0 140 70 25 0 a c R Q S P T 1 2 4 Valvula mitral cierra Valvula aortica abre 0 0.5 1.0 s 1 2 3 4 5 6 7 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
  • 120 80 40 0 140 70 25 0 a c v R Q S P T 1 2 4 Valvula mitral cierra valvula aortica abre La valvula aortica se cierra 0 0.5 1.0 s 1 2 3 4 5 6 7 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
  • 120 80 40 0 140 70 25 0 a c v R Q S P T P 1 2 3 4 La valvula mitral se abre 0 0.5 1.0 s 1 2 3 4 5 6 7 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
  • 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”
  • Prótesis Sustituye algunas funciones del cuerpo humano para permitir la vida o mejorar su calidad
  • 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,
  • 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
  • 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 …
  • Correcciones
    • fármacos
    • marcapasos (implantados y externos)
    • electrofisiología cardiaca
  • 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
  • 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)
  • 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
  • Marcapasos Prótesis de la estimulación oportuna y adecuada del corazón (herramienta de diagnóstico) (herramienta de seguimiento)
  • 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
  • Sensado “ sensado”: detección de señales propias del corazón
  • 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. [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 V R A Tout A Sense AV Tout V Sense V Sense R Tout V Pace A Pace
  • Oscilador    Pulso    cables   electr. Fuente
    • Esquema general de un marcapasos
  • Diagrama en bloques de un marcapasos Sensor de metabolismo estimulador Procesador telemetría Registro corazón electrodos
    • batería que provee la energía los impulsos eléctricos al corazón, las comunicaciones y el programa
    • circuitos de funcionamiento
    • catéteres A y V
    El marcapasos contiene circuito bateria catéter auricular catéter ventricular
    • batería del m
    • catéteres
    • c á t odo (-)
    • á nod o (+)
    • tejidos
    los componentes del marcapaso se unen al tejido para completar un circuito marcapasos catéter anodo cátodo
    • Liberan impulsos eléctricos
    • Sensan la depolarización cardíaca
    Catéteres: son conductores metálicos aislados con electrodos en la parte distal catéter
    • Un catéter implantado en la aurícula
    • Un catéter implantado en el ventrículo
    marcapasos bicameral tiene dos catéteres
  •  
  • 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
    • 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)
  • 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” 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
  • 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
  • electrodos
    • endocardíacos (en la cavidad)
    • miocárdicos (en la pared)
    • epicárdicos (en la superficie)
  • contacto catéter - tejido
    • area de miocardio afectada
    zona de injuria catéter el radio r de contacto aumenta con los años
  • 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
  • Pulso de estimulación de un marcapasos
    • valores típicos:
    • corriente 10 mA, 1 ms
    • voltaje 5 V, 0.5 ms
  • 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.
  • 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
  • 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
  • variedad de “marcapasos”
    • mp sincrónico
    • desfibrilador (IAD)
    • cardioverter (desfiblilador soncronizado)
    • mp externo
  • 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
  • Tipos de Fuente de Energía
    • RF
    • Microonda
    • Ultrasonido
    • Laser
    • Química
    • Frío
    • (quirúrgica)
    W. Reyes, 2007
  • ablación por RF
    • El catéter libera RF (300-700 kHz) por contacto directo
    • RF calienta el tejido hasta profundidad de 2-3 mm a una temperatura de 45-100 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.
  • Temperatura y tamaño de la lesión Highest temperature reached one millimeter below tissue surface approx. 5 - 10 mm Ø Tissue Ablation catheter Blood Tissue
  • La electrofisiología cardíaca evita muchas intervenciones a corazón abierto y tratamientos farmacológicos crónicos
    • 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/
    • Webster J G, 1998, capítulo 13
    • Simini F, 2007 cap 3, 4 y 5.
  • fin
    • www.nib.fmed.edu.uy