Ing Gustavo Carranza

Comité de Bioingeniería

F.A.C.

Forma de Onda Óptima

para Desfibrilación Externa:

¿Cómo determinarla?

BIOINGENIERO

• Ingeniero que colabora con el médico en el cuidado de la vida.

• El conocimiento que recibimos nos compromete con la comunidad en que vivimos.

• Nuestro cliente, como profesionales, es el paciente.

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FORMA DE ONDA ÓPTIMA

• La forma de onda óptima de desfibrilación es aquella que produce la reversión de la arritmia que se está tratando con la mínima energía posible.

• La forma de onda debe caracterizarse por la configuración temporal de transferencia de carga en función del tiempo

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La eficacia está asociada al control de la carga eléctrica administrada al miocardio en función del tiempo.

La dosis apropiada debe medirse como carga eléctrica en función del tiempo y no en energía.

La energía es un indicador del riesgo de daño y no de la eficacia de la forma de onda.

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MODELO ELÉCTRICO DE LA MEMBRANA CELULAR

La membrana celular es, simplificando, un dieléctrico entre dos medios conductores, es decir, un capacitor. Esta aproximación no tiene en cuenta el fenómeno de electroporación, que es marcadamente no lineal.

http://cellbiology.med.unsw.edu.au/units/images/Cell_membrane.png

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ENERGÍA Y FORMA DE ONDAUsando el modelo RC de membrana, la forma de máxima eficacia es la Trapezoidal Exponencial Creciente y la de mínima eficacia es la Exponencial Bifásica Truncada. Cuando desfibrilamos administramos un 70% más de energía de lo que el paciente necesita, según este modelo.

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DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL

Se propone un proceso de siete etapas para lograr el objetivo propuesto.

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1 – REVISIÓN DEL MODELO DE MEMBRANAPara un campo eléctrico externo constante E se puede predecir el comportamiento del potencial de membrana mediante una ecuación:

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2 – ONDA ÓPTIMA CELULARCon herramientas de análisis matemático se puede

calcular la forma de mínima energía para el nuevo modelo eléctrico

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3 – AJUSTES EN CORAZÓN ANIMALCon un dispositivo del que ya disponemos un prototipo

experimental podemos configurar la forma de onda por software y aplicarlo a, por ejemplo, ovejas o cerdos.

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Preparación de Langhedorf

A: Fuente de oxígenoB: Sangre o solución a perfundirC: Cánula de inyección. D: Catéter de extracción de líquido.E: Recipiente de contención.F: Recipiente de líquido residual.G: Paletas para desfibrilación.H: Cables para desfibrilador.

3 – AJUSTES EN CORAZÓN ANIMALUsando la preparación de Langhedor se puede ajustar

experimentalmente la forma de onda para el animal seleccionado.

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4 - MODELO DE TÓRAX ANIMAL

i. Se utiliza el análisis de elementos finitos para calcular qué forma de onda externa reproduciría en el corazón del animal la forma obtenida en el punto anterior.

ii. Aunque no es lógicamente necesaria, esta etapa podría aportar elementos muy valiosos que minimicen esfuerzos para las restantes etapas.

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5 – VERIFICACIÓN EN TÓRAX ANIMAL

i. Se aplican los resultados del punto anterior para descargar esa forma de onda en animales de laboratorio.

ii. Se comparan eficacias de formas de onda mediante la determinación del umbral de desfibrilación ED50 mediante el método de Up and Down de Dixon sobre el animal elegido.

iii. Se selecciona la de mínima energía para la siguiente etapa.

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6 – MODELO DE TÓRAX HUMANO

i. Se extrapolan los resultados del punto 3 para valorar el campo eléctrico al que estaría sometido el corazón humano.

ii. Se realizan ajustes teóricos de la forma de onda experimental obtenida para que se produzca la forma de onda deseada en el corazón humano.

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7 – VALIDACIÓN CLÍNICA

i. Se utiliza la forma de onda obtenida en un protocolo clínico aplicándolo a casos clínicos concretos y registrando resultados.

ii. Se realizan ajustes eventuales de la forma de onda teórica obtenida para obtener la correspondiente a la mínima energía.

Ing Gustavo Carranza

PREGUNTAS Y CONCLUSIONES

Creemos necesario mejorar la tecnología actual de la desfibrilación bifásica para llegar a usar energías menores que 100 Joules con una eficacia equivalente a las actuales.

La realimentación de carga al paciente permite la

configuración por software (dentro de ciertos límites del hardware) de cualquier forma de onda, con lo que disponemos de una poderosísima herramienta para mejorar el estado del arte en desfibrilación.

!Muchas Gracias!

Ing Gustavo Carranza

1. Carranza, Gustavo E. Desfibrilación: Hacia la forma de onda óptima. Revista de la FAC Vol. 43 nº 4 Octubre-Diciembre 2014

2. Chair, M. S. et al 2010 American Heart Association Guidelines for Cardiopulmonary Resuscitation and Emergency Cardiovascular Care Part 6

3. Deakin, C. D. et al. European Resuscitation Council Guidelines for Resuscitation 2005Section 3. Electrical therapies: Automated external defibrillators, defibrillation, cardioversion and pacing

4. Jian Huang, et al. Ascending-Ramp Biphasic Waveform Has a Lower Defibrillation Threshold and Releases Less Troponin I Than a Truncated Exponential Biphasic Waveform Circulation Am Heart Association Journals August 2012

5. Efimov, I. R. Kroll, M. W. Cardiac Biolectric Theraphy Part IV6. Carranza, G. E.;et al, DISPOSICION DE CONTROL PARA LA GENERACIÓN DE ONDAS DE

DEFIBRILACION, DE CARGA AUTOMATICAMENTE COMPENSADA, SIN MEDICION DE IMPEDANCIA DEL PACIENTE AR078688A1 P100104076

7. Vessela Tz. Krasteva and Peter L. M. Kerkhof On the Optimal Defibrillation Waveform—How to Reconcile Theory and Experiment? IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING, VOL. 53, NO. 8, AUGUST 2006

8. Michael R. Pittaro Patente US 8,150,511 B2 SYSTEMS AND METHODS FOR DETERMINING AN OPTIMAL DEFIBRILLATION SHOCK WAVEFORM

Ing Gustavo Carranza

1. Vyacheslav A. Vostrikov et al. Igor V. Venin Founder of Biphasic Waveform Defibrillators. J. Biomedical Science and Engineering, 2015, 8, 345-349

2. A Model of Electrostimulation Based on the Membrane Capacitance as Electromechanical Transducer for Pore Gating

3. WERNER IRNICH, PH.D. and MARK W. KROLL, PH.D., F.A.C.C., F.H.R.S. A Model of Electrostimulation Based on the Membrane Capacitance as Electromechanical Transducer for Pore Gating - Pacing and Clinical Electrophysiology - Volume 38, Issue 5 – May 2015

4. Eric R. Cheek, Vladimir G. Fast Nonlinear Changes of Transmembrane Potential During Electrical Shocks Circulation Research.2004 94: 208-214