Determinación de la dosis óptima de harina de cáscara de ...
Determinación de forma de onda óptima de desfibrilación2012
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Diseño experimental para la determinación de la Forma de Onda Óptima de Desfibrilación Ing. Gustavo Ernesto Carranza Coordinador Comisión de Bioingeniería Colegio de Ingenieros Especialistas de Córdoba [email protected] Colabroraciones: Bioingenieros Pablo Palacios Luciano Gentile Fundación Favaloro Doctor Elmer Fernández Universidad Católica de Córdoba
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Existen fuertes indicios de que las formas de onda de desfibrilación de la gran mayoría de los desfibriladores externos son eficaces a energías bastante mayores de las que serían necesarias. Se propne una metodología para determinar cuál sería la de mínima energía.
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Diseño experimental para la determinación de la Forma de Onda
Óptima de Desfibrilación
Ing. Gustavo Ernesto CarranzaCoordinador Comisión de Bioingeniería
Colegio de Ingenieros Especialistas de Có[email protected]
Colabroraciones: Bioingenieros Pablo Palacios Luciano Gentile Fundación Favaloro Doctor Elmer Fernández Universidad Católica de Córdoba
Es un dispositivo que libera energía eléctrica despolarizando las células cardiacas y permitiendo reiniciar una actividad eléctrica normal. . En caso de Fibrilación o Taquicardia Ventricular se En caso de Fibrilación o Taquicardia Ventricular se realiza la Desfibrilación Manual.realiza la Desfibrilación Manual.
La CardioversónCardioversón o DESFIBRILACIÓN SINCRONIZADA se indica en el tratamiento de otras arritmias tales como la fibrilación auricular. fibrilación auricular.
DESFIBRILADORDESFIBRILADOR
Ing Gustavo Carranza Comisión de Bioingeniería CIEC [email protected]
Ondas BifásicasOndas BifásicasExponencial bifásica truncada. Compensa variaciones de impedancia por tiempo y/o por tensión.
Exponencial Bifásica Rectilínea. Compensa variación de impedancia con resistores que se conmutan a lo largo de la primera fase.
Corriente Controlada. Presenta corriente y duraciones constantes, independientes de la impedancia, pero no contempla los potenciales de membrana
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Exponencial Bifásica Muestreada:Compensa variaciones de impedancia controlando el ancho de pulsos. Mide impedancia para calcular luego la compensación necesaria. El ancho de todos los pulsos es fijado al inicio de la descarga.
Bifásica de Impedancia Automáticamente Compensada:Utiliza la técnica del muestreo pero cada pulso se ajusta automáticamente para compensar la impedancia paciente equivalente en cada instante.
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Ondas BifásicasOndas Bifásicas
IMPEDANCIA PACIENTE
Un concepto clave• El concepto de impedancia es clave para
evaluar la forma de onda.• La impedancia se define como un factor
invariante en el tiempo que relaciona linealmente las magnitudes Tenisón y Corriente: V=RxI
• Ninguna de las dos condiciones se cumple en el caso de tejido vivo.
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El Modelo de la Membrana Celular
• Es el concepto más adecuado hasta el momento para la interpretación del mecanismo de la desfibrilación.
• Establece que la membrana se comporta como un circuito RC (resistencia + capacitor)
• El éxito de la desfibrilación se asocia con la obtención de un potencial determinado en casi todas las células del miocardio ventricular.
• La ventaja de la desfibrilación bifásica se asocia con la restauración del potencial de reposo en todas las células del miocardio ventricular al finalizar la descarga.
• La constante de tiempo de membrana es la clave para ajustar la amplitud y duración de ambas fases en pos de alcanzar el potencial umbral en la primera fase y la restauración a potencial de reposo en la segunda fase.
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La membrana celular es, simplificando, un dieléctrico entre dos medios conductores, es decir, un capacitor. La resistividad del medio
conductor y el espesor determinarían la Constante de Membrana.
http://cellbiology.med.unsw.edu.au/units/images/Cell_membrane.png
Esta aproximación no tiene en cuenta el fenómeno de electroporación, que consiste en el traspaso de iones a través de la membrana impulsados por el campo eléctrico, y es marcadamente no lineal.
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El Modelo de la Membrana Celular
• Si incorporamos la no linealidad introducida por el fenómeno de Electroporación en el Modelo de Membrana podemos explicar el hecho de que, en experiencias de células en medio conductor, las constantes de tiempo son menores a medida que aumenta la tensión aplicada.
El Modelo de la Membrana Celular
El control de la Carga Eléctrica• La eficacia está asociada al control de la carga eléctrica
administrada al miocardio en función del tiempo. Es decir: • La dosis apropiada debe medirse en carga eléctrica y no en
energía. Esto marca la principal diferencia en la tendencia. La energía es un indicador del riesgo de daño y no de la eficacia de la forma de onda.
• El control de la carga, en todos los equipos en que esto ocurre, se da de manera indirecta, midiendo impedancia y ajustando parámetros de la descarga para contemplarla.
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• La forma más eficaz posible para lograr el objetivo es el control directo de la variable que se desea controlar.
• En este principio se basa la Compensación Automático de Impedancia Paciente sin medición de impedancia.
• Este principio permite también diseñar equipos cuya forma de onda sea configurable por software, lo que le permitirá al equipo fabricado ser actualizado sin ninguna dificultad sin modificación alguna de hardware.
El control de la Carga Eléctrica
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Potencial de Membrana durante una descarga bifásica rectangular ajustada con Tm=3,5ms en el modelo lineal.
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Forma de Onda Óptima
• De las evidencias acumuladas hasta el momento podemos proponer la siguiente definición:
• 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.
• También podemos afirmar que dicha forma de onda debe caracterizarse por la configuración temporal de transferencia de carga en función del tiempo y que su duración está fuertemente correlacionada con la llamada Constante de Tiempo de Membrana Celular.
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Energía necesaria para una onda rectangular
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Energía necesaria para una onda Trapezoidal Exponencial
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Energía necesaria para una onda Exponencial Truncada
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Forma de Onda Óptima
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• El modelo de resistencia de membrana invariante tampoco es compatible con esta evidencia experimental.
• Si contemplamos la no linealidad introducida por la electroporación, podemos decir que los niveles elevados de tensión iniciales de las formas de onda rectangular, y peor aún, exponencial truncada producen importante pérdida de energía en la primera parte de la onda.
El Diseño experimentalEl Diseño experimental
• El diseño experimental que bosquejamos consiste en al menos cuatro partes, las tres primeras pueden encararse simultáneamente y una tercera que debe ser necesariamente posterior.
• Las tres primeras partes permitirían determinar la forma de onda óptima y la cuarta sería su validación clínica.
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Descargas en Solución Descargas en Solución FisiológicaFisiológica
• La primera etapa experimental consiste en tomar un corazón animal in vivo y latiendo inmerso en solución fisiológica. Sobre este corazón se inducen fibrilaciones y se determina el umbral de 50% de eficacia según el método Up and Down de Dixon para distintas ondas previamente seleccionadas.
• De esta etapa obtenemos la configuración de corriente en función del tiempo que produce el mínimo umbral de 50% de eficacia.
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Descargas en Solución Descargas en Solución FisiológicaFisiológica
• La implementación de un modelo experimental para corazón aislado se deberá basar en la preparación de Langendorff. Esta técnica consiste en prefundir las arterias coronarias a través de una cánula de perfusión retrógrada insertada en la aorta. Cuando se alcanza una presión adecuada de líquido (bien puede ser sangre o una solución nutriente), se cierra la válvula aórtica y se desvía el flujo hacia los orificios de las coronarias. De este modo se perfunde la masa ventricular y el corazón late en vacío. Además, se puede utilizar un balón intraventricular colocado en el ventrículo izquierdo, para poder realizar mediciones de presión ventricular y estimar índices de contractilidad, entre otros parámetros asociados.
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Se deberá contar con un baño termostatizado, o algún medio para calefaccionar este líquido. También es deseable poder calefaccionar a 37°C la solución a prefundir en las arterias coronarias.
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• Una limitante de este modelo experimental es el tiempo disponible para realizar el ensayo. El flujo coronario en reposo se encuentra entre 0.6 y 1 ml/min/g. Para un corazón de 200g. se deberá establecer un flujo de aproximadamente 200ml/min. Esto es una limitante en el caso de utilizar sangre animal. Para un corazón de 100g de peso y utilizando una unidad de sangre (500ml aprox.), el tiempo disponible para el ensayo es de 5 minutos. La alternativa de utilizar una solución de perfusión (solución de Tyrode, p. ej.) permitiría extender el tiempo del ensayo.
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Modelo de Membrana CelularModelo de Membrana Celular
• Dado que el modelo actual de constante de tiempo de membrana invariante a la amplitud del campo eléctrico no se corresponde con la evidencia experimental, pese a ser el mejor modelo disponible, proponemos incorporar resistor no lineal en el modelo, contemplando el fenómeno de electroporación, y ajustarlo de acuerdo con los resultados experimentales.
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Modelo Matemático del Modelo Matemático del TóraxTórax
• La segunda etapa que planteamos para este diseño experimental es la preparación de un modelo matemático del tórax humano que permita simular el flujo de carga eléctrica a través del corazón dada una forma de onda aplicada. De esta manera podemos extrapolar la forma de onda obtenida experimentalmente en el corazón in vivo a la onda necesaria para un desfibrilador externo.
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Modelo Matemático del Modelo Matemático del TóraxTórax
• Un problema que es necesario resolver además es el de la correlación entre el corazón o corazones animales utilizados en la parte uno con el corazón humano. Este problema también puede ser tratado bajo la metodología de la modelización matemática de los mismos.
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Validación ClínicaValidación Clínica
• Del proceso descripto en las partes uno y dos puede obtenerse una versión de Forma de Onda Óptima que debe ser validada clínicamente para ser aprobada. Este aspecto de la investigación queda fuera de nuestro propósito por ahora.
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