Resumen
El presente documento se ha redactado con el fin de dar a conocer la aplicación de la ingeniería en la medicina y sus grandes aportes. La bioingeniería es una rama muy amplia pero para el presente documento se centrara en los equipos bio-médicos específicamente en el marcapasos, indicando la historia de su invención e innovación, razones por las que se usa, sus partes, su respectivo diagrama de bloques, de funcionamiento, implantación, cuidados.
Abstract—This document has been prepared in order to present the application of engineering in medicine and his great contributions. Bioengineering is a broad branch but this paper will focus on biomedical equipment specifically in the pacemaker, indicating the history of invention and innovation, why it is used, its parts, its respective block diagram, operating , implementation, care.
Index Terms—Marcapasos; Pacemakers.
Introducción
Este documento se ha realizado con el fin de dar a conocer la aplicación que tiene la ingeniería en la medicina, dando lugar a la Bioingeniería o Ingeniería Biomédica, mediante la integración de varias ramas de estudio como son: ciencias generales (Biología, Fisiología, Química, Física, Matemáticas, Electrónica e Informática), las ciencias básicas interdisciplinarias (Biofísica, Bioma temática, Bioquímica) y las disciplinas componentes (Bioinstrumentación, Bioelectrónica, Biomecánica, Biocibernética, Biónica, Bioinformática, Procesamiento de señales biológicas). Hoy en día es muy importante e imprescindible debido a sus grandes avances en este campo brindando mayor seguridad ya que se mantiene en constante innovación de equipos, prótesis, dispositivos, herramientas para el tratamiento y el diagnóstico de enfermedades. Dentro de la bioingeniería está el desarrollo de equipos Biomédicos, donde nos enfocaremos en el marcapasos.
Equipos biomédicos
Por la gran necesidad de tecnología en el área de la medicina, se ha convertido en una parte fundamental la elaboración de equipos biomédicos; que ya desde el siglo XIX se han venido usando y con el avance del tiempo se los han ido mejorando y creando nuevas tecnologías que ayudan de manera importante en este campo tanto para laboratorios como para el mismo paciente. Siendo actualmente una herramienta vital para diagnosticar de forma efectiva, dar una rehabilitación o un buen tratamiento. Entre estos equipos tenemos el marcapasos el cual se tratara en la sección III.
Marcapasos
III-A. Corazón
Este órgano vital llamado corazón es un marcapasos natural, donde sus impulsos eléctricos son generados por el miocardio, impulso que estimula las contracciones del mismo. Ahora cabe mencionar que dicha señal de impulsos eléctricos proviene del nódulo sinusal, que este se encuentra en la aurícula derecha, estos impulsos son variantes ya que depende de la actividad que se esté realizando, podría estar haciendo deporte para lo cual la frecuencia aumentaría a diferencia de permanecer en reposo su frecuencia sería normal entre 60 y 100 impulsos por minuto. Al ser emitida esta señal viaja hacia el nódulo auriculoventricular, pasando a los ventrículos y así estimulando su contracción.
Pero al no haber un correcto funcionamiento en este órgano, es decir sus contracciones no son las adecuadas y la cantidad de sangre bombeada no sea la suficiente se podría tener complicaciones o llegar hasta la muerte, los principales síntomas de mal funcionamiento son:
Debilidad.
Fatiga.
Palpitaciones.
Baja presión sanguínea.
Mareos.
Desmayos.
Por lo que el hombre ha recurrido a crear un dispositivo que lo ayude a enfrentar este problema, que se lo denomina marcapasos.
III-B. Historia
El marcapasos fue un gran avance en la medicina, que ayudo a controlar y tratar los bloqueos cardiacos e incluso hasta una muerte súbita. Su principio de funcionamiento es generar impulsos artificiales rítmicamente para cuando el corazón no lo pueda realizar, este entra en funcionamiento desencadenando impulsos eléctricos. A lo largo de la historia el marcapasos ha ido evolucionando de una manera extraordinaria desde las primeras investigaciones de J. A. McWilliam quien probo que al aplicar impulsos eléctricos al corazón este causa una contracción ventricular provocando un ritmo entre 60 y 70 impulsos por minuto, para los años 1932 Albert Hyman invento un marcapasos el cual lo probaba en animales, al paso de varios años y de múltiples investigaciones realizadas por: físicos, ingenieros, científicos los cuales aportaron de gran manera para poder desarrollar un dispositivo que sea tan confortable como seguro quitando limitaciones a los pacientes como la de permanecer conectado el marcapasos a una fuente o andar a cargar todos sus equipos.
Figura 1. Primer marcapasos
III-C. Se los usa cuando:
Cuando el paciente posee un corazón que envía los impulsos de una manera errada, causado por las siguientes enfermedades:
• Bradicardia. El corazón late lento, causando fatiga, esto se debe por la edad o un bloqueo cardiaco.
• Fibrilación auricular. El corazón late más rápido sin coordinación.
• Insuficiencia cardiaca. Los latidos del corazón son insuficientes como para bombear el volumen requerido de sangre y oxígeno.
• Existen otras enfermedades como: nodo sinusal, síndrome de braditaquicardia, bloqueo auriculoventricular, bloqueo bifasicular y trifascicular, infarto agudo de miocardio, hipersensibilidad del seno carotídeo y síncope neurocardiogénico, trasplante cardíaco, miocarditis, entre otras.
III-D. Partes:
El marcapasos es un dispositivo que está formado por las siguientes partes que se muestran en la figura2.
Figura 2. Partes marcapasos
• Generador de impulsos.
Está compuesto por la batería y circuitos integrados. Esto va dentro de un encapsulado.
• Sonda o Cables electrodos:
Este cable está aislado eléctricamente va del marcapasos directamente hacia las paredes internas del corazón ya sea al ventrículo o aurícula derecha, gracias a este cable se transmite el impulso eléctrico al corazón y recibe información de la actividad cardiaca. Para determinar su número de cables que pude ser uno, dos o tres esto dependerá de las necesidades del corazón del paciente, para usar un diferente tipo de marcapasos que se muestran a continuación en la sección IV-E.
III-E. Tipos
Se va a indicar cada uno de ellos a continuación de acuerdo a sus diferentes parámetros.
• Monocameral
Este tipo se caracteriza por tener un solo cable, el cual se encarga de detectar y estimular ya sea a una aurícula o un ventrículo, hasta que se estabilice el ritmo propio del corazón. Consta de un generador y un solo cable que estimula y detecta una sola cavidad cardíaca, aurícula o ventrículo (según donde se fije el cable) a una frecuencia determinada por la programación. Esta estimulación cesará en el momento en que se produzca ritmo propio del paciente.
• Bicameral
Este tipo se caracteriza por tener dos cables, el primero va ala aurícula derecha y el segundo al ventrículo derecho. Una gran ventaja es que al poseer dos cámaras puede estimular o detectar anomalías desde las dos posiciones en las que se encuentran, de igual manera su estimulación cesará en el momento en que se produzca ritmo propio del paciente.
• Resincronizador
Este tipo se lo emplea para los pacientes con un alto nivel de insuficiencia cardiaca, el cual tiene la capacidad de una aurícula y los ventrículos de forma muy sincronizada y exacta, para realizar todo este proceso es necesario de tres cables.
• Con respuesta en frecuencia
Puede ser monocameral, bicameral, resincronizador pero con un sensor adicional el cual controla la frecuencia que se adapta a las actividades que desempeñe el paciente
• Compatibles con resonancia magnética
Este tipo es la última generación de marcapasos existentes ya que el paciente puede estar sometido a resonancia magnética las cuales se las aplica para el diagnóstico de otras enfermedades, gracias a esta compatibilidad el paciente ya no sufre ningún daño
III-F. Circuito
A continuación se mostrará en diagramas de bloques como está estructurado un marcapasos, no se ha podido mostrar los circuitos reales debido a que estos son patentados y no están disponible, entonces tenemos:
En una primera instancia se muestra el diagrama general y a continuación se muestra parte a parte.
Circuito general
Que se indica en la figura
Figura 3. Circuito general
Donde:
1-Amplificador de sensado
2- Circuito lógico
3- Circuito de salida
4-Cicuito de alimentación
5-Salida
Amplificador de sensado
Que se indica en la figura
Figura 4. Amplificador de sensado
Donde:
1-Protección desfibrilación
2-Filtro
3-Amplificador
4-Comparador
5-Circuito lógico
Circuito lógico
Que se indica en la figura
Figura 5. Circuito lógico
Donde:
1-Circuito lógico
2-Controlador
3-Receptor/Transmisor
4-Reloj (cristal oscilador)
5-Circuito de mediciones telemetría
6-Cables
Circuito de comunicación
Que se indica en la figura
Figura 6. Circuito de comunicación
Donde:
1-Circuito oscilador
2-Oscilador Backup
3-Amplificador de sensado
4-Contralador
6-Marcapasos Backup
7-Circuito de salida
8-Circuito de comunicación
III-G. Funcionamiento
El marcapasos entra en funcionamiento al existir una ausencia de ritmo cardiaco, enviando impulsos eléctricos a través de su circuito interno que se base en un oscilador estable con un circuito RC, que mediante procesos entrega un pulso el cual se dirige hacia la sonda del marcapasos para que se contraiga correctamente el corazón y continúe con su funcionamiento.
Lo primordial del dispositivo es que se adapta a las condiciones variables, como por ejemplo al realizar esfuerzos físicos como jugar futbol, bailar, esfuerzos mentales, estrés, actividades en las que el ritmo cardiaco es variante y su sensor deberá ser muy preciso.
III-H. Implantación
La implantación endocardíaca dura entre una y dos horas, esta va dentro del corazón, los pasos son los siguientes:
• Se anestesia al paciente en el lugar donde se insertará el marcapasos.
• Se procede a realizar una incisión en la piel, bajo la clavícula donde se pondrá el marcapasos.
• Los cables irán por el interior de la vena.
• Para monitorizar todo este proceso se usa un monitor de rayos x, para poder guiar el cable o los cables dependiendo del tipo de marcapasos.
• Para garantizar la ubicación de los cables se procede a tomar mediciones eléctricas.
• Una vez garantizado se conectan los cables al generador.
• Finalmente se programan los controles y se cierra la incisión.
En la figura7 se muestras los pasos antes mencionados.
Figura 7. Implantación de marcapasos
Existe otro método llamado implantación epicárdica, pero es muy demorado su implantación y recuperación
III-I. Complicaciones en su implantación
Todo esto depende del proceso quirúrgico al que está sometido el paciente, este no es muy riesgoso, pero de presentarse alguna complicación estas pueden estar relacionados con: hemorragias durante el acceso venoso o al ubicar los electrodos, desgarramiento de una vena, entre otras para lo que se deberá realizar una planificación previa que cubra todos los aspectos en las posibles complicaciones junto con las respectivas estrategias para solventarlas.
III-J. Dispositivos que afectan el marcapasos
Es importante tener en cuenta a que dispositivos no se puede acercar debido a que estos podrían influir en un mal funcionamiento del mismo, a continuación se muestra una lista de dichos dispositivos.
• Grupos electrógenos
• Equipos para soldar
• Algunos equipos usados por los dentistas
• Máquinas de resonancia magnética
• Equipos para localizar cálculos renales, los litotriptores
• Equipos de radioterapia para el tratamiento del cáncer
• Equipos con imanes potentes
Conclusiones
Los avances tecnológicos siempre van en beneficio de la humanidad, esta vez a favor de su salud, mediante las ingenierías las cuales están haciendo un gran aporte a la medicina, dando soluciones a los múltiples problemas empezando desde la instrumentación, equipos para poder dar diagnósticos más precisos de las enfermedades, y un sin número de dispositivos que han sido fabricados. La Bioingeniería como tal es muy extensa y no se la podría abordar por completo por lo que se centró en los equipos biomédicos específicamente en el marcapasos, dispositivo que desde su invención ha sido de gran ayuda para las personas que sufrían de alguna enfermedad del corazón.
A través del tiempo el marcapasos ha ido innovándose de gran manera gracias a múltiples estudios, este paso de ser un rustico dispositivo pesado difícil de transportar y poco seguro a ser uno muy confortable y garantizado ya que hoy en día existen marcapasos que se adaptan a las circunstancias ya sean agitadas o tranquilas el marcapasos las reconoce y trabaja adecuadamente.
Es importante antes de realizarse una cirugía para implantarse el marcapasos tener en cuenta que tipo es el que necesita ya que de eso dependerá su correcto funcionamiento, el paciente debe estar consiente que no se puede acercar a ciertos elementos ya que su dispositivo no trabajara de forma correcta pudiéndose ver afectado en su desempeño.
La Bioingeniería jamás se detiene, está a la vanguardia con el afán de mejorar la calidad de vida del hombre.
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Villafañe, 2008
Autor:
Andrade Rea Pablo Esteban
Universidad Politécnica Salesiana, Sede Cuenca
Electrónica Analógica II