Actividad eléctrica del corazónECG, desfibrilación

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 = ΦL – ΦR

II: VII = ΦF – ΦR

III: VIII = ΦF – ΦL

Aplicando ley de Kirchof:VII = VI+VIII

Por lo cual solo 2 derivaciones son independientes.

• 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.

Forma de onda del ECG

• 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 = (ΦCT–ΦR)/5k + (ΦCT–ΦL)/5k + (ΦCT-ΦF)/5k = 0

– Entonces: ΦCT=(ΦR+ΦL+ΦF)/3– El potencial medido no depende de

ninguno en particular.

ECG – Derivaciones unipolares

• Dado que: (ΦCT–ΦR)+(ΦCT–ΦL)+(ΦCT-ΦF) = 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= ΦR–ΦCT=(2ΦR–ΦF–ΦL)/3VL= ΦL–ΦCT=(2ΦL–ΦF–ΦR)/3VF= ΦF–ΦCT=(2ΦF–ΦR–ΦL)/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= ΦR–ΦCT/aVR=(2ΦR–ΦF–ΦL)/2

aVL= ΦL–Φ aCT/aVL=(2ΦL–ΦF–ΦR)/2

aVF= ΦF–Φ aCT/aVF=(2ΦF–ΦR–ΦL)/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 derivacionesI, II y IIIaVR, 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

• 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.

Fibrilación ventricular

• Limitada perfusión coronaria provoca isquemia e infarto de ciertas células musculares cardíacas.

• Esta es la principal causa de arritmias reentrantesreentrantes. .

• Se producen lazos de reentrada en el Se producen lazos de reentrada en el tejido conductivo eléctrico del corazón.tejido conductivo eléctrico del corazón.

• Así se vuelven a excitar zonas que no Así se vuelven a excitar zonas que no deberían ser excitadas hasta más tarde.deberían ser excitadas hasta más tarde.

Causas de la FV

• El período refractario juega un papel fundamental en la reentrada.El período refractario juega un papel fundamental en la reentrada.• Se usa el modelo del anillo para explicar el fenómeno.Se usa el modelo del anillo para explicar el fenómeno.

● AA sería proceso normal sería proceso normal● BB Bloqueo unidireccional por período refractario prolongado. Bloqueo unidireccional por período refractario prolongado.

• De esta forma el marcapasos natural del corazón ya no tiene el 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.control y late a tasas más altas de lo normal. Arritmia por reentrada.

Fenómeno de reentrada

• 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.).

Desfibrilación

Curva de desfibrilación

energía (joules)

corr

eint

e (A

)

Duración del pulso (s)

Ocurre desfibrilación

No ocurre desfibrilación

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.

W CVC C= 12

2

CardiodesfibriladoresDiagrama de bloques

Fuentede alim.

CapacitorAlm. energ

paciente

Monitorde ECG

Circuito detiempo

compuertacarga descarga

standby

Utilizado para sincronizar con QRS (opcional)

Controlmanual

Formas de ondaSeno sub amortiguado

L

10 mst

2kV

Fuentede alim.

C

Rint

RpacienteVc+

_

• 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).

Desfibrilador: formas de ondaOnda cuadrada (exponencial truncada)

Fuentede alim.

CRpacienteVc

+

_ Vpaciente

+

_

Rint

timing

SCR1

SCR2

Vpaciente

• 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.

CardiodesfibriladoresTipos

– Monofásicos.– Bifásicos: simples y pulsados.

• 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.

Cardioversión

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

Electrodos para desfibriladores

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 (valores del orden de): 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.