El marcapaso un dispositivo electrónico que aporta a la actividad de un corazon lesionado

Resumen

Se conoce que una de las causas más relevantes que ocasiona la muerte del ser humano, son las enfermedades cardíacas; por lo que la sociedad científica, dentro del área médica y electrónica avanza a la vanguardia de la tecnología, buscando y facilitando alternativas de vida, como es el caso del dispositivo electrónico denominado "marcapasos cardíaco", utilizado para regular la frecuencia cardíaca de un corazón lesionado. En el presente trabajo de investigación se ha propuesto como objetivo, recopilar de la antología especializada, importante información bibliográfica en las ramas de la medicina y la electrónica y luego compartir con el lector la oportuna información relacionada con la función y disfunción cardíaca y la aplicación del marcapasos cardíaco como dispositivo biomédico.

PALABRAS CLAVE: Corazón, arritmia, infarto, paro cardíaco, colapso, electrocardiograma, marcapasos.

ABSTRACT: It is known that one of the most important causes leading to the death of human beings, are heart diseases; so the scientific society, inside the medical and electronics area advances to the forefront of technology, seeking and providing life alternatives, such as the electronic device called a "cardiac pacemaker", used to regulate the heart rate of an injured heart. In the present research has been proposed as an objective collect of the specialized anthology, important bibliographic information in the fields of medicine and electronics and then share with the reader, the appropriate information related to the cardiac function and dysfunction and the application of cardiac pacemaker as a biomedical device.

KEYWORDS: Heart arrhythmia, stroke, heart failure, collapse, ECG, pacemaker.

Introducción

Es conocido por gran parte de la humanidad que las enfermedades cardíacas se constituyen en una de las causas más relevantes que ocasiona la muerte del ser humano. Es por ello que en las últimas décadas, la sociedad científica tanto del área médica como electrónica han avanzado a pasos agigantados a la vanguardia de la tecnología, buscando y facilitando alternativas de vida, como es el caso del dispositivo electrónico denominado "marcapasos cardíaco" que se utiliza para regular la frecuencia cardíaca de un corazón lesionado.

Por todo lo expuesto, en el presente trabajo de investigación se ha propuesto como principal objetivo, el hecho de recopilar y luego compartir con el lector, información específica, veraz y oportuna relacionada con la función y disfunción cardíaca y la aplicación en el campo médico del marcapasos cardíaco como un dispositivo biomédico, haciendo énfasis sobre la importancia del tema en mención, aspectos que justifican plenamente su planteamiento y desarrollo.

Se debe manifestar que este trabajo se realizó en base a la antología de información bibliográfica de especialidad en las ramas de la medicina y la electrónica, en varias ocasiones fusionadas en beneficio de la sociedad.

Desarrollo

Para este trabajo de investigación, se tuvieron presente como referencia las siguientes categorías y conceptos:

CORAZÓN:

Roper (1985) expresa al corazón como: El órgano muscular hueco que bombea la sangre por todo el organismo; está situado detrás del esternón y reposa en forma oblicua entre los dos pulmones. Pesa 2.24 a 3.36 g en la mujer y 2.80 a 3.36 g en el varón. Corazón-pulmón, aparato para oxigenación extracorpórea de la sangre. Se usa con heparina para evitar su coagulación. (p. 79)

Mosby (1994) enuncia que el corazón es un órgano muscular en forma de cono, de tamaño similar al de un puño cerrado (más o menos proporcional en cada persona), que bombea sangre hacia todo el organismo y se contrae normalmente con una frecuencia de aproximadamente 70 latidos por minuto mediante la coordinación de impulsos nerviosos y contracciones musculares. Se encuentra incluido en el pericardio y se apoya en el diafragma entre los bordes inferiores de ambos pulmones ocupando la porción media en el mediastino. Está limitado por delante por el esternón y las porciones próximas de los cartílagos costales tercero y sexto. Mide aproximadamente 12 cm de longitud, 8 cm de anchura y en su porción más gruesa 6 cm de profundidad. El peso del corazón en el hombre es de 280 a 300 g y en la mujer de 230 a 280 g. Está constituido por varias capas, que de fuera a dentro son: el epicardio, el miocardio y el endocardio. El epicardio está formado por una hoja visceral, íntimamente adherida al miocardio, y por una capa de tejido conjuntivo fibroelástico con grasa (hoja parietal). El miocardio está integrado por capas y haces de musculo estriado perforado por vasos sanguíneos. El endocardio se continúa con la cubierta endotelial de los vasos e histológicamente es un endotelio escamoso. El corazón posee cuatro cámaras: dos ventrículos de paredes musculares gruesas (s0bre todo el IV) que ocupan el mayor volumen del órgano y dos aurículas de paredes musculares finas. Los dos ventrículos están separados por un tabique que se extiende también entre las aurículas dividiendo el corazón en un lado derecho y otro izquierdo. El lado izquierdo bombea sangre oxigenada, arterial desde las venas pulmonares hacia la aorta y desde ésta a todas las partes del cuerpo. El lado derecho del corazón bombea sangre desoxigenada, venosa procedente de las venas cavas que envía a las arterias pulmonares. (p. 317)

Figura 1. Vista anterior del corazón una vez abierta la cavidad pericárdica y seccionados la aorta y el tronco pulmonar. Se han separado los extremos de los cortes. En azul, la aurícula derecha. En rosa, la aurícula izquierda. Imagen tomada de: Ruiz L. Alfredo & Latarjet Michel, "Anatomía humana", Buenos Aires – Argentina, 2008, p. 916.

EL CORAZÓN: ORIGEN DEL LATIDO CARDIACO Y LA ACTIVIDAD ELÉCTRICA DEL CORAZÓN

Ganong (1976), al referirse al origen y prolongación de la excitación cardiaca, expresa: Las partes del corazón normalmente laten en sucesión ordenada: la contracción auricular (sístole auricular) va seguida de la contracción de los ventrículos (sístole ventricular) y durante la diástole las cuatro cámaras están relajadas. El nodo sinoauricular (nodo SA), el nodo auriculoventricular (nodo AV), el haz de His con sus ramas derecha e izquierda, y el sistema de Purkinje, estructuras especializadas que forman el sistema de conducción del corazón. El nodo SA, el nodo AV y, en circunstancias anormales, otras porciones del corazón pueden descargar espontáneamente, pero el nodo SA es el que descarga normalmente con mayor frecuencia, propagándose la despolarización desde él a las otras regiones antes de que descarguen espontáneamente. El nodo SA es, por tanto, el marcador del paso cardiaco y su frecuencia de descarga determina la frecuencia a la que late el corazón. Los impulsos generados en el nodo SA pasan a través del músculo auricular, al nodo AV; de este nodo al haz de His; y a través de las ramas del haz de His, por el sistema de Purkinje, al musculo ventricular. (p. 457)

Figura 2. Sistema conductor del corazón. Imagen tomada de: Ganong William F., "Manual de fisiología médica", México 11, D. F., 1976, p. 457.

GRANDES VASOS DEL CORAZÓN:

Fuller (1991) manifiesta que los grandes vasos que rodean al corazón constituyen una parte intrínseca de la circulación cardíaca y éstos se tratan juntamente con el corazón y no como formando parte de otros vasos del organismo. La vena cava se divide en dos sectores: inferior y superior. La vena cava inferior conduce hacia el corazón la sangre que proviene del tronco de los miembros inferiores. Esta sangre se encuentra evidentemente desoxigenada ya que, a este nivel, no ha pasado todavía a través del ciclo cardíaco y, por lo tanto, por los pulmones, sitio en donde se produce la oxigenación. La vena cava superior conduce sangre que proviene de la cabeza y los brazos, hacia el corazón. Como ya se mencionó, ambos sectores de la vena cava se juntan a nivel de la aurícula derecha. La arteria pulmonar sale del ventrículo derecho y se ramifica en dos porciones: izquierda y derecha. Estas arterias transportan sangre desoxigenada hacia los pulmones. Las cuatro venas pulmonares se encargan de devolver la sangre de los pulmones al interior de la aurícula izquierda. La sangre oxigenada abandona el corazón por medio de la aorta. El sector comprendido por el sitio en el que la aorta cruza por encima de la arteria pulmonar se denomina arco aórtico. Existen tres ramas que nacen directamente del arco aórtico, constituidas por el tronco branquicefálico, la arteria carótida primitiva izquierda y la arteria subclavia izquierda. Estas ramas de la aorta llevan sangre a la porción superior del organismo. La aorta descendente, o porción inferior de la aorta lleva sangre oxigenada a la porción inferior del organismo. (p. 419)

ARRITMIAS CARDÍACAS:

Berry & Kohn´s (1998) manifiestan que algunos trastornos del ritmo cardíaco no responden al tratamiento farmacológico. Normalmente el impulso cardíaco eléctrico comienza en el nodo SA, controlando así el ritmo del latido cardíaco. Las fibras del nodo SA conducen el impulso a través de las aurículas hasta el nodo AV y desde allí lo transmiten a lo largo del haz de His hacia los ventrículos, finalizando en las fibras de Purkinje.

En ocasiones, algunas otras zonas del corazón desarrollan una descarga rítmica con un tirmo más rápido que el del nodo SA. Se produce así una taquicardia (es decir, latido rápido). El impulso puede también reentrar repetidas veces en el sistema, por lo general en la unión entre el nodo AV y el haz de His (unión auriculoventricular), provocándose una sobreestimulación cardíaca. Con las técnicas de mapeo epicárdico y endocárdico, el cirujano es capaz de localizar la actividad eléctrica que provoca la arritmia.

Preoperatoriamernte, el procedimiento de mapeo se lleva a cabo bajo controlfluoroscópico. Los impulsos eléctricos originados en catéteres de electrodo, introducidos en el corazón a través de una vena femoral, activan puntos del corazón con el fin de reproducir el ritmo anormal y obtener un electrocardiograma directo. Pueden así localizarse ciclos prematuros, el origen de las señales eléctricas y las vías accesorias. Puede requeririse mapeo intraoperatorio para correlacionar estudios preoperatorios o identificar otras zonas o vías enmascaradas por fármacos antiarrítmicos. El origen y localización de una arritmia determinan su tratamiento quirúrgico. (p. 808)

EL ELECTROCARDIOGRAMA:

Ganong (1976), manifiesta: A causa de que los líquidos corporales son buenos conductores (es decir, porque el cuerpo es un conductor voluminoso), las fluctuaciones en el potencial, que representan la suma algebraica de los potenciales de acción de las fibras del miocardio pueden ser registradas en la superficie del cuerpo. El registro de estas fluctuaciones de potencial durante el ciclo cardiaco es el electrocardiograma (ECG). La mayoría de los electrocardiógrafos en uso actual registran estas fluctuaciones en una tira móvil de papel. (p. 459)

ASPECTOS ESENCIALES DE LA

ELECTROCARDIOGRAFÍA BÁSICA:

La capacidad de la enfermera moderna para interpretar los electrocardiogramas e iniciar el tratamiento de urgencia ha salvado miles de vidas. Ella suele ser la única persona al lado del enfermo cuando ocurre alguna anomalía electrocardiográfica que pone en peligro la vida, y por esta causa actualmente se espera que cuente con algún conocimiento básico de esta forma de registro.

Figura 3. Transmisión del impulso cardiaco en el papel electrocardiográfico. Los alambres o cables del electro cardiógrafo en las extremidades detectan el impulso eléctrico en su trayecto desde la zona superior del corazón hasta la masa inferior. El impulso es enviado a través del electrocardiógrafo, a una tira de papel que registra la actividad del corazón.

El electrocardiograma es el registro del impulso eléctrico del corazón (Figura 3). El corazón se contrae por estimulación de un sistema eléctrico propio, y, de este modo, impulsa sangre a los organos del cuerpo, pues el estímulo eléctrico general en dicho sistema lo recorre desde su extremo superior hasta su extremo inferior. Para poder registrar este impulso, no es necesario colocar directamente un electrodo en el corazón, sino colocarlo en las extremidades en donde puede registrarse la actividad cardiaca. (Sholtis & Smith, 1985, p. 547)

Colapso cardiovascular, parada cardíaca y muerte súbita: revisión y definiciones

Los trastornos cardiacos son los responsables de la mayor parte de las muertes súbitas naturales, la magnitud del problema de las causas cardíacas se ve resaltada por los datos que calculan que cada año en EE.UU se producen más de 300.000 muertes súbitas cardíacas (MSC), y que hasta un 50% de todos los fallecimientos de origen cardíaco son súbitos e inesperados. Dado que en la actualidad se dispone de técnicas y de sistemas para salvar a los pacientes que presentan paradas cardíacas extrahospitalarias, la comprensión del problema de la MSC tiene una gran importancia práctica. La MSC se debe definir cuidadosamente. Desde un punto de vista temporal, el término «súbito» se definió previamente como la muerte que se produce en el plazo de las 24 horas siguientes al comienzo del acontecimiento clínico que provoca una parada cardíaca mortal; con posteridad, esto se acortó con fines clínicos y epidemiológicos al plazo de 1 hora o menos entre el comienzo de la enfermedad terminal y el fallecimiento. Sin embargo, y gracias a las intervenciones de tipo comunitario, las víctimas pueden permanecer biológicamente vivas durante días o semanas tras una parada cardíaca que ha causado un daño irreversible en el sisntema nervioso central. Se puede evitar la confusión terminológica adhiriéndose estrictamente a las definiciones de muerte, parada cardíaca y colapso cardiovascular. La muerte es, desde el punto de vista biológico, legal y literal un suceso absoluto e irreversible. La muerte puede retrasarse en el superviviente de una parada cardíaca, pero la «supervivencia tras la muerte súbita» es un término contradictorio. En la actualidad, la definición aceptada de MSC es la de una muerte natural producida por causas cardíacas, que se ve precedida por una perdida de conciencia brusca que se produce en el plazo de una hora tras el comienzo de los síntomas agudos, en un individuo que se sabe presenta una cardiopatía preexistente, pero en el que el tiempo y la forma de la muerte son inesperados. Cuando la muerte biológica de la víctima de una parada cardíaca se ve retrasada por intrevenciones terapéuticas, el principal suceso fisiopatológico continúa siendo la parada cardíaca inesperada y súbita que en última instancia causa la muerte, pese a que ésta se retrase por métodos artificiales. Por lo tanto, la terminología utilizada debe reflejar el hecho de que el acontecimiento principal fue una parada cardíaca, y que la muerte se produjo por las consecuencias posteriores. (Myerburg Roberth H. & Castellanos Agustin, 1991, p. 282 – 283)

INSUFICIENCIA CARDIACA:

La insuficiencia cardíaca puede definirse como el estado fisiopatológico en el que una alterción de la función cardíaca es responsable del fracaso del corazón para bombear la sangre de forma proporcionada a los requerimientos metabólicos de los tejidos, o cuando solo puede hacerlo mediante una presión de llenado anormalmente alta. Con frecuencia, aunque no siempre, la insuficiencia cardíaca se debe a un defecto de la contracción miocárdica, en cuyo caso también es apropiado el término insuficiencia miocárdica. Esta última puede ser consecuencia de una anomalía primaria del músculo cardíaco, como ocurre en las miocardiopatías. La insuficiencia miocárdica también puede ser el resultado de alteraciones extramiocárdicas, como la aterorsclerosis coronaria, que produce isquemia miocárdica e infrato, así como la de anomalías de las válvulas cardíacas en las que el miocardio resulta lesionado por la excesiva carga hemodinámica que produce la anomalía valvular, por el proceso reumático o por ambos. En los pacientes con pericarditis constrictiva crónica, la lesión miocárdica es consecuencia de la infiltración del músculo cardíaco por la inflamación pericárdica y es frecuente la calcificación. (Braunwald Eugene, 1991, p. 1035 – 1036)

INFARTO DE MIOCARDIO:

Padilla & Fustinoni (1976) al referirse al infarto de miocardio (trombosis coronaria aguda) expresan: que la sintomatología inicial llamativa para esta patología es: dolor subesternal o epigástrico (síndrome de angor pectoris, intenso duradero); dísnea poroxística; y, shock (pulso pequeño, hipotensión, sudores fríos, devanecimiento). Cualquiera de estos tres síntomas puede ser poco aparente o faltar o, al contrario, ser tan intenso que haga pasar inadvertido a los otros. Ocasionalmente el infarto de miocardio se inicia como una indigestión aguda (vómitos y shock). Forma gastrocardioanginosa. Otras veces se inicia con edema pulmonar de poco o ningún dolor. (p. 26)

PARO CARDÍACO:

El paro cardíaco, en sentido quirúrgico estricto, es la brusca cesación de la acción cardíaca eficaz. Los conceptos modernos de este problema y su profilaxia y tratamiento requieren una definición más amplia. En la sala de operaciones, si se produce paro cardíaco, la ventilación pulmonar suele estar bajo control, y hay que prestar atención solamente al corazón y la circulación. El paro cardíaco susceptible de tratamiento es más frecuente que se produzca fuera de la sala de operaciones, y muchas veces va precedido o seguido de paro respiratorio. En consecuencia, paro cardiopulmonar es un término más adecuado; puede definirse como la interrupción brusca e inesperada de la ventilación, la circulación funcional o ambas. Aunque la ventilación espontánea puede cesar bruscamente, la producción subsiguiente de paros circulatorio y cardíaco dependerá de si la ventilación inadecuada se descubre y se combate. El paro circulatorio primario y el paro cardíaco siempre irán seguidos inmediatamente de paro de la ventilación respiratoria espontánea. (Jude James R., 1974, p. 1813 – 1814)

El marcapaso

Figura 4. (a) Configuración básica del marcapasos cardíaco; (b) circuito equivalente para Evaluación EMI. Imagen tomada de: EMI Evaluation Based on Electromagnetic and Circuit Analysis for Human Body Communication Systems. Email: [email protected] and [email protected], p. 746.

El marcapasos es un dispositivo electrónico que se implanta en el cuerpo humano. Está formado por un generador de impulsos cardíacos, alimentado por una batería especial, y va conectado a un cable o electrodo para estimular el corazón, y asegurarle un latido cardíaco artificial pero eficaz en caso de que falle el latido cardíaco normal. El generador se coloca debajo de la piel, cerca de la clavícula, y es el encargado de enviar impulsos eléctricos, de manera artificial, a un ritmo establecido, para restablecer el ritmo cardíaco. Este generador está formado por una batería de litio, que proporciona la energía necesaria para su funcionamiento, y por un circuito electrónico que es capaz de interpretar si debe o no proporcionar el estímulo eléctrico. Este generador va conectado a uno, dos o tres electrodos; estos electrodos están formados por un material metálico conductor de la electricidad, y enlazan el generador con el corazón. A la vez, el electrodo es capaz de detectar si es necesario o no enviar estímulos artificiales, al detectar los estímulos naturales del corazón e inhibir el impulso artificial que genera el marcapasos. Estos impulsos eléctricos, que no se notan ni molestan, aseguran que el corazón lata de manera continua y constante. La descarga del impulso eléctrico se puede programar con una frecuencia seleccionada previamente y con una intensidad suficiente para estimular el corazón. Existen muchos tipos de marcapasos, que se indican

según las necesidades de cada caso. Hay marcapasos llamados unicamerales, que llevan únicamente un electrodo; los marcapasos bicamerales llevan dos electrodos; y, por último, los marcapasos tricamerales llevan conectados tres electrodos. La indicación de uno u otro debe realizarla el médico atendiendo a la arritmia y sintomatología que presente cada paciente. (Rodés, Piqué &Trilla, 2007, p. 244 – 245)

Figura 5. MARCAPASO. Distintos sistemas de marcapaso y la correspondiente ubicación del generador de impulsos. A) Con electrodos miocárdicos bipolares y generador de impulsos en los tejidos subcutaneos de la pared torácica. B) Con electrodo endocárdico unipolar y generador de impulsos en los tejidos subcutáneos de la pared torácica. C) Con electrodo sensible en aurícula izquierda y generador de impulsos sincrónico. D) Implantación parcial con bobina externa .Imagen tomada de: Mosby, Océano, "Diccionario de medicina", España, 1994, p. 845.

¿Cuándo hay que colocar un marcapasos?

Es probable tener que implantar un marcapasos cuando se presenta un ritmo cardíaco lento anormal que provoque pérdida de conocimiento, mareo o fatiga, siempre que se hayan hecho las pruebas necesarias que diagnostiquen una arritmia cardíaca como causante de estas alteraciones. En estos casos, el marcapasos ayudará a que el corazón se contraiga correctamente y de manera constante. Estos generadores pueden programarse de manera

que envíen estímulos eléctricos cuando el corazón deja de latir por sí solo, esto es, cuando el corazón no envía el estímulo cardíaco de manera natural; es entonces cuando este marcapasos entra en funcionamiento. (Rodés et al., 2007, p. 245)

Figura 6. Esquema de un marcapasos y su funcionamiento habitual.Imagen tomada de: Rodés et al., "Libro de la salud del Hospital Clínic de Barcelona y la Fundación BBVA", España. 2007, p. 246.

MARCAPASOS CARDÍACO:

Figura 7. Un modelo para un usuario de marcapasos con un transmisor de HBC en el cuerpo. Imagen tomada de: EMI Evaluation Based on Electromagnetic and Circuit Analysis for Human Body Communication Systems. Email: [email protected] and [email protected], p 746.

Un interesante uso médico de un circuito RC es el marcapasos cardíaco electrónico, que es capaz de hacer que un corazón detenido comience a latir de nuevo al aplicarle un estímulo eléctrico a través de electrodos unidos al pecho. Si es necesario, el estímulo se puede repetir a la tasa del latido normal.

El corazón mismo contiene células marcapasos que envían pequeños pulsos eléctricos a una tasa de 60 a 80 por minuto. Estas señales inducen el comienzo de cada latido. En algunas enfermedades cardíacas, el marcapasos natural falla en su funcionamiento adecuado y el corazón pierde su ritmo. Para tales pacientes se perciben los marcapasos electrónicos, capaces de producir un pulso de voltaje regular que inicia y controla la frecuencia del latido cardíaco. Los electrodos se implantan en o cerca del corazón y el circuito contiene un capacitor y un resistor. La carga en el capacitor aumenta hasta cierto punto y luego se descarga. Luego comienza a cargarse de nuevo. La tasa de pulsación depende de los valores de R y C. (Douglas Giancoli C., 2006, p. 538)

Figura 8. Radiografía de tórax de frente de un paciente con un sistema de cardioversor desfibrilador de doble cámara, implantado en el pectoral por vía transcutánea. El electrodo ventricular en el ápex ventricular derecho tiene dos bobinas – electrodos, uno cerca del electrodo distal y otro ubicado en la vena cava superior (flechas finas). El electrodo auricula en la orejuela auricular derecha (flecha ancha) se utiliza para el "marcapaso" de doble cámara (DDD) y los algorítmos de discriminación de taquicardia. Imagen tomada de: Shoemaker et al., "Tratado de medicina crítica y terapia intensiva", España. 2002, p. 1047.

Kane Joseph & Sternheim Morton (1989) expresan: Cada ciclo en el corazón humano empieza con un impulso eléctrico de un grupo de fibras nerviosas. Actialmente, se asiste a algunos enfermos del corazón mediante un marcapasos artificial implantado quirúrgicamente y que es un circuito alimentado por pilas que produce el impulso eléctrico si fallan las células nerviosas del paciente.

El marcapaso artificial de este ejemplo estimula el corazón con una frecuencia fija. Los marcapasos más perfeccionados solo actuan si el marcapaso natural del paciente deja de funcionar en un determinado intervalo de tiempo. (p. 382)

Figura 9. (a) Circuito de sincronización de un marcapaso. El condensador C se carga rápidamente a través de la pequeña resistencia r. El «interruptor», que es en relidad un transistor, cambia entonces de posición y el condensador se descarga lentamente a través de la resistencia grande R. Cuando el voltaje en los extremos de R alcanza un nivel preestablecido, el circuito activado T envía un pulso al corazón. (b) Si el corazón de un paciente deja de producir un pulso, este marcapasos artificial suministra estímulos auriculares y ventriculares. Su altura es de 6 mm, su masa de 150 g y contiene cuatro pilas de litio-cromato de plata que tiene una duración de unos cuatro años. (c) El marcapasos implantado y los conductores. [(b) y (c) por cortesía de la American Pacemaker Corporations.].Imagen tomada de: Kane, Joseph & Sternheim, Morton, "Física, Segunda Edición", España, 1989, p. 383.

Figura 10. Diagrama de bloques del circuito de detección de marcapasos. Imagen tomada de: Modeling Interference Voltage at Cardiac Pacemaker for Ultra Wideband Signals. [email protected], p. 2.

Aguilar G. Miguel (2001) manifiesta: El marcapaso es un aparato que se coloca cerca del corazón al cual provoca una estimulación artificial para ser despolarizado con el fin de lograr la contracción mecánica o interrumpir un ritmo anómalo. Cuando no existe actividad ventricular suficiente el circuito de estimulación del marcapasos mantiene la cadencia de la contracción cardíaca mediante la emisión periódica de impulsos. El marcapaso artificial consta de una fuente de energía, un dispositivo para generar impulsos y controlar el funcionamiento del corazón y un elemento conductor que establezca la conexión con el corazón (electrodo).

El circuito eléctrico genera impulsos eléctricos y regula el funcionamiento del sistema. Los parámetros del marcapaso, como duración del impulso y período refractario (espacio de tiempo en el que no puede emitir señal alguna), están implementados. El circuito de estimulación mantiene la cadencia de la contracción cardíaca mediante la emisión periódica de un impulso eléctrico. En los aparatos más avanzados el controlador del ritmo cardíaco solo entra en acción cuando el corazón late demasiado despacio. Para ello hay un circuito que vigila permanentemente el ritmo cardíaco; en cierto modo, es como si tomase continuamente el electrocardiograma del sujeto.

Un electrodo es el final de un cable que está inmerso en un electrolito (aquí el medio intracelular). Puede estar diferenciado del cable (placa soldada) para favorecer la transmisión de los impulsos al corazón. Los electrodos de un marcapasos son dos, que se denominan activo e indiferente, y pueden colocarse en dos disposiciones: unipolar, en la cual se usa un solo electrodo (el activo) para la estimulación cardíaca estando el electrodo indiferente en situación extracardíaca y bipolar, en la cual ambos electrodos están situados intracardiacamente. El marcapasos puede ser colocado debajo de las costillas o dentro del abdomen. La fijación del electro puede ser Endocardica (para alcanzar el corazón desde el sistema venoso periférico) o Epimiocardica. La diferencia de ambas se basa en la penetración del electrodo en la masa muscular.

Como se vio, la zona interna de las membranas celulares es más negativa que la exterior. Existe, por tanto, una diferencia de potencial V (se considera 0 el potencial fuera de la célula). La célula utiliza parte de su energía en bombear iones debido al gradiente tanto eléctrico (habrá una fuerza F = q E) como de concentración y se da una momentánea inversión de la polaridad. El valor del potencial al cual ocurres esto se denomina Potencial de Acción. Después se restablece la diferencia de potencial propia del estado de reposo. Durante este lapso de tiempo esa zona de la membrana no puede ser nuevamente estimulada a no ser que sea mucho más intensamente (algo semejante le ocurre al marcapaso por lo que se denomina Periodo Refractario). Esto determina la dirección de propagación del impulso.

Figura 11. Un circuito simple para entregar un estímulo para el tejido cardíaco. M1, M2 son muy amplios transistores, y CS es un condensador de seguridad. El voltímetro muestra donde se mide la amplitud del pulso. Imagen tomada de: A Safe Circuit for the Measurement of Stimuli Pulse Amplitude in Biomedical Devices, p. 103.

El estímulo proporcionado ha de ser lo suficientemente fuerte ya que este proceso de despolarización hay que sobrepasar un potencial umbral para que ocurra el proceso. El primer potencial de acción aparece en un tejido especializado « neuromuscular», en una zona de la aurícula derecha llamada nódulo senoauricular (nodo SA) o también llamado, por su actividad reguladora del ritmo cardíaco, marcapasos natural del corazón. Las células de miocardio están muy juntas y esta despolarización se prolonga a las células adyacentes. (p. 134 – 135)

Figura 12. Configuración de retroalimentación amplificador operacional que actúa como un amplificador y un filtro de paso bajo. Imagen tomada de: EMI Evaluation Based on Electromagnetic and Circuit Analysis for Human Body Communication Systems. Email: [email protected] and [email protected]. p. 746.

Figura 13. Sistema de WPT circuito equivalente. Imagen tomada de: Numerical Simulation of Wireless Power Transfer System to Recharge the Battery of an Implanted Cardiac Pacemaker. p. 45.

Moore Keith L., Dalley Arthur F. & Agur Anne M. (2008) expresan que en algunas personas con bloqueo cardíaco, un marcapaso cardíaco artificial (aproximadamente del tamaño de un reloj de bolsillo) se inserta a nivel subcutáneo. El marcapasos consta de un generador de impulsos o paquete de la batería, un cable (derivación) y un electrodo. Los marcapasos producen impulsos eléctricos que inician las contracciones ventriculares a una frecuencia predeterminada. Un electrodo con un catéter conectado a él se inserta dentro de la vena y su progresión a través de la vía venosa puede seguirse con un fluoroscopio, un mecanismo para examinar estructuras profundas en tiempo real (como se produce el movimiento) a través de radiografías. El terminal del electrodo pasa a través de la VCS a la aurícula derecha y a través de la válvula tricúspide dentro del ventrículo derecho. Aquí el electrodo se fija firmemente a las trabéculas carnosas de la pared ventricular y se coloca en contacto con el endocardio. (p. 166)

Figura 14. Configuración geométrica del caso de marcapasos con bobinas WPT. Imagen tomada de: Numerical Simulation of Wireless Power Transfer System to Recharge the Battery of an Implanted Cardiac Pacemaker, p. 44.

INFLUENCIA EN LOS MARCAPASOS:

Los usuarios de marcapasos deben estar interesados lógicamente acerca de cualquier efecto externo que pudiera interrumpir el funcionamiento de su vital artificio. Puesto que se trata de un tema muy sensible, el sujeto puede ser un blanco atractivo para los intereses contrarios a las líneas de potencia. Hay dos generaciones de marcapasos. La que estaba en uso alrededor de 1966, hacía latir el corazón a velocidad constante. Estudios de este diseño indicaron que no se veía afectado por débiles campos eléctricos exteriores. Los modelos más recientes, tales como los de tipo síncrono, son sensibles a una depolarización del músculo del corazón y actúan cuando esto no ocurre; es decir, actúan cuando el corazón deja de latir. Su circuitería utiliza sensores de energía de bajo nivel. Sometidos a prueba, se encontró que modificaban la velocidad cuando se les exponía a ondas de 1 Hz (la frecuencia aproximada del corazón). No se encontró ninguna sensibilidad a frecuencias inferiores.

Cuando se les sometió a una interferencia continua, podían sentirse afectados si la interferencia alcanzaba la entrada del amplificador. Tensiones de 0,5 ÷ 1mV en la entrada del amplificador del marcapasos, bien por intervención eléctrica o magnética, podrían causar interferencias. Si embargo, en la práctica, la alta conductividad del cuerpo proporciona un eficaz apantallamiento a estas frecuencias cuando el marcapasos está colocado en el cuerpo. Además la interferencia con marcapasos síncronos no produce necesariamente un fallo, puesto que pueden funcionar como asíncronos.

También se determinó que los marcapasos encerrados en metal eran menos propensos a las interferencias externas que los encerrados en plástico; y un marcapasos que ha sido colocado en el cuerpo todavía disminuye más su sensibilidad.

Una serie de pruebas simuladas fueron realizadas bajo campos eléctricos y corrientes de descarga extremadamente fuertes. La mínima intensidad de campo a la que un marcapasos síncrono funcionó mal fue de 83 kV/m -de nueve a diez veces superior a la intensidad de campo que se puede encontrar bajo una línea de alta tensión.

Los fabricantes de marcapasos están realizando pruebas en sus productos para determinar la sensibilidad y para dotarles de mayor resistencia a efectos externos. Un amplísimo estudio sobre los efectos de campos eléctricos en los marcapasos está siendo terminado por investigadores del Instituto de Investigación IIT, de la Universidad Pontificia de Comillas. (Tora G. José L., 1997, p. 434 – 435)

Conclusiones

De acuerdo al trabajo realizado, se concluye:

La información recopilada en base a la antología bibliográfica de especialidad médica y electrónica, deja en total evidencia la indiscutible importancia que tiene el hecho de conocer al menos de forma elemental, varios de los aspectos relacionados a las enfermedades cardíacas y sus posibles alternativas de solución a las mismas, soluciones que en la gran mayoría de veces son proporcionadas gracias al estudio de la electrónica aplicada a la medicina.

Bibliografía

Roper, N., (1985). Diccionario de enfermería. España: Grafur, S.A.

Mosby, Océano (1994). Diccionario de medicina. Barcelona, España: Editorial Océano.

Ruiz L., Alfredo & Latarjet, Michel, (2008), Anatomía humana. Buenos Aires – Argentina: Editorial Médica Panamericana S.A.

Ganong, W., (1976). Manual de fisiología médica. México 11, D. F: Editorial El Manual Moderno, S. A.

Fuller, J. R., (1991). Instrumentación quirúrgica principios y práctica. Buenos Aires – Argentina: Editorial Médica Panamericana S. A.

Berry & Kohn´s (1998). Técnicas de quirófano. Madrid, España: Clamades, S.L.

Sholtis, L., & Smith, D., (1985). Manual de enfermería medico-quirúrgica. Madrid, España: Artes Gráficas Ibarra, S. A.

Harrison, (1991), Principios de medicina interna. México, D.F. Nueva Editorial Interamericana, S.A. de C.V.

Padilla, T., & Fustinoni O., (1976), Síndromes clínicos (en esquemas). Buenos Aires, Argentina: Editorial "El Ateneo".

Christopher, Davis, (1974), Tratado de patología quirúrgica. México, D.F. Nueva Editorial Interamericana, S.A. de C.V.

Rodés, Piqué &Trilla, (2007), Libro de la salud del Hospital Clínic de Barcelona y la Fundación BBVA. España. Editorial Nerea, S. A.

Douglas, Giancoli C., (2006), Física. Principios con aplicaciones. México. Pearson Educación de México, S.A. de C.V.

Kane, Joseph W., & Sternheim, Morton M., (1989), Física, segunda edición. Barcelona, España: Editorial Reverté, S.A.

Shoemaker, Ayres, Grenvik & Holbrook, (2002), Tratado de medicina crítica y terapia intensiva. España: Editorial Médica Panamericana S.A.

Aguilar, G., Miguel, (2001), Bioelectromagnetismo: Campos eléctricos y magnéticos y seres vivos. España: Raycar, S.A.

Tora, G., José L., (1997), Transporte de la energía eléctrica. España: Ibersaf Industrial, S.L.

Moore Keith L., Dalley Arthur F. & Agur Anne M., (2008), Anatomía con orientación clínica. México: Editorial Médica Panamericana, S.A. de C.V.

Costa Diego, Miguez Matias, & Arnaud Alfredo, (2013). "A Safe Circuit for the Measurement of Stimuli Pulse Amplitude in Biomedical Devices". Argentine School of Micro-Nanoelectronics, Technology and Applications. [Consulta: 28 de enero de 2015]

Anzaj Daisuke & Wang Jianqing, "EMI Evaluation Based on Electromagnetic and Circuit Analysis for Human Body Communication Systems". Graduate School of Engineering, Nagoya Institute of Technology Gokiso-cho, Showa-ku, Nagoya, Aichi 466-8555, Japan. Email: [email protected] and [email protected], [Consulta: ]

Wang Qiong & Wang Jianqing, (2010), "Modeling Interference Voltage at Cardiac Pacemaker for Ultra Wideband Signals". Asia-Pacific International Symposium on Electromagnetic Compatibility, Beijing, China. Graduate School of Engineering, Nagoya Institute of Technology, Nagoya 466-8555, Japan 2Dresden University of Technology, Chair for RF and Photonics, 01062 Dresden, Germany. [email protected].

[Consulta: ]

Cruciani Silvano, Campi Tommaso, Maradei Francesca & Feliziani Mauro, (2014), "Numerical Simulation of Wireless Power Transfer System to Recharge the Battery of an Implanted Cardiac Pacemaker". Proc. of the 2014 International Symposium on Electromagnetic Compatibility (EMC Europe 2014), Gothenburg, Sweden. [Consulta: ]

Autor:

Vicente Alexander Martínez Maldonado

Estudiante de Ingeniería Eléctrica, Universidad Politécnica Salesiana, Cuenca, Ecuador.