Estudio del arte: Bioingeniería “marcapasos”

Resumen

En el presente documento trataremos sobre la Bioingeniería; su denición y diversos campos de aplicación. Nos enfocaremos en una de las aplicaciones de esta rama de la ciencia como es el marcapasos; veremos su funcionalidad, sus partes, códigos, tipos y también algunas de las complicaciones que se pueden generar con el uso de los mismos.

abstractin the following paper we'll try to explain about bioingeneering; its denition and many elds of application.Our focus is in one of its aplications such as the pacemaker, so that we will see its functions, parts, codes, types and some kinds of complications that comes with its use.

Introducción

Cuando la tecnología avanza hacia nuevos campos para cubrir con las diferentes demandas de las personas con algunos utensilios que nos brinden comodidad y que hagan más fácil la vida cotidiana, se avanza también en el campo de la medicina y la ingeniería para brindarnos la tecnología necesaria para así poder garantizar la vida de las personas; debido a ello se realizan variadas integraciones entre distintos órganos para formar un solo cuerpo. Adaptaciones nuevas surgen para las personas; es así que de esta manera se combina las ramas de la ingeniería junto con la medicina, dando así cabida a la bioingeniería, con esta nueva adaptación entre ingeniería y medicina se logra crear uno de los elementos mas utilizado en los últimos tiempos tal como lo es el marcapasos preservando con este muchas vidas y brindando nuevas oportunidades para la misma. [7, 17, 6]

Bioingeniería

La Bioingeniería o también llamada ingeniería biológica es una aplicación de los diferentes conocimientos ente la ingeniería como parte de proyecto, con la rama de la medicina, los cuales se enfocan a la resolución de problemas que viven algunas personas diariamente, problemas de carácter médico y biológico dando una solución por medio de la ingeniería y la medicina. [17, 19, 8, 6]

Integración de la bioingeniería

La ingeniería biológica posee un comportamiento multifacético comprende una gran cantidad de especialidades ya que se necesita de una completa integración de las diferentes ingenierías para poder lograr dar un funcionamiento correcto y de calidad a los diferentes y complejos órganos del cuerpo humano,

entre las diferentes disciplinas y componentes que conforman la ingeniería biológica se encuentran las ciencias básicas generales, las ciencias básicas interdisciplinarias y las disciplinas componentes como son bioinstrumentación, bioelectronica, biomecánica, biocibernetica, biónica, bioinformática y el procesamiento

de señales.[17, 3, 6, 19]

De una manera muy breve detallaremos sobre las más importantes disciplinas y componentes que la bioingeniería integra como lo indica Enrique Castañeda Saldaña en su libro HISTORIA DE LA MEDICINA PERUANA EN EL SIGLO XX. [3]

Ciencias básicas generales: las ciencias básicas generales son ciencias indispensables para los diferentes procesos del desarrollo cientíco, las ciencias básicas generales se comprenden generalmente por 6 disciplinas entre ellas están Biología, Filosofía, Química, Matemáticas, Electrónica e informática.[3, 6, 17]

Ciencias básicas interdisciplinarias: las ciencias básicas interdisciplinarias son ciencias que te tienen un mayor enfoque cientíco y un grado más elevado de conocimiento, entre las disciplinas que comprenden las ciencias básicas interdisciplinarias de la bioingeniería se encuentran la Biofísica, Biomatemática y Bioquímica.[3, 6, 17]

Disciplinas componentes: las disciplinas componentes de la bioingeniería son ramas precisas dirigidas a un tema en especial y se necesita de un avanzado y especializado nivel de conocimientos, entre los que conforman las disciplinas componentes tenemos la Bioinstrumentación, Bioelectronica, Biomecánica, Biocibernetica, Biónica, Bioinformática y el Procesado de señales biológicas. [17, 6, 3]

Campos de aplicación de la bioingeniería

La bioingeniería contiene una amplia gama en cuanto a campos de aplicación se reere, detallaremos los más importantes como son Terapéutica, sistemas asistenciales, gestión de hospitales, servicios de urgencia, prevención sanitaria, higiene, deporte, alimentación, discapacitados, veterinaria, agricultura y zootecnia, ecología y medioambiente ,Estudio de viabilidad del ritmo cardíaco, Análisis de complejidad del nivel respiratorio ,etc. [6, 7, 8]

Con esta breve información de lo que es la bioingeniería pasaremos a centrarnos mas en una de las aplicaciones de la bioingeniería una de las maquinas creadas por la bioingeniería y diseñadas especialmen-

te para salvar vidas humanas controlando uno de los órganos más importantes del cuerpo humano como es el corazón a continuación enfocaremos nuestra atención en el marcapasos.

El marcapasos

Un marcapasos es una pequeña unidad diseñada para ayudar al corazón a latir de una manera más segura y controlada, ya que cuando se sufre de alguna enfermedad cardíaca el corazón puede tener un mal funcionamiento y hasta llegar a detenerse, el marcapasos lo que hace es enviar un estímulo eléctrico al corazón para que continúe con el ciclo normal del bombeado de la sangre,

además de controlar y monitorear la frecuencia cardíaca.[14, 16, 11]

5.1. FUNCIONAMIENTO

El marcapasos es un instrumento puramente de Titanio un mineral compatible con el cuerpo humano el cual no causa daño, el principio de funcionamiento del marcapasos consiste en ayudar al cuerpo humano para que se mantenga en una correcta frecuencia cardíaca ni muy alta ni muy baja, logrando esto con el control de la frecuencia cardíaca, cuando el instrumento detecta una ausencia en el pulso este envía un impulso eléctrico por medio terminales del marcapasos los cuales deben estar en una posición especica determinada por un medico para que contraiga los músculos del corazón y ayuden a bombear, manteniendo con esto la correcta frecuencia cardíaca, funciona como un circuito eléctrico el cual es insertado dentro del cuerpo del paciente contiene una batería que proporciona energía que pasa a través de un cable hasta el tejido muscular del corazón incitándole a producir una palpitación cardíaca y la energía producida regresa

por el conductor cerrando el lazo del circuito.[14, 22, 4]

5.2. Partes Del marcapasos

El marcapasos se compone de dos principales piezas: [22, 4]

Fuente o Generador de pulsos : la fuente o generador de pulsos es también el llamado marcapasos que es el instrumento que va a generar el pulso, en el podemos encontrar un batería interna con un promedio de 10 a 15 años de duración compuesta por de yoduro de litio, también se encuentran todos los sistemas eléctricos de control, monitoreo y en la actualidad se cuenta con un módulo para dar la capacidad del envío de datos de forma inalámbrica los cuales deben llegar al médico respectivo de cada paciente, cada marcapasos contiene un código único el cual le permite al médico censar y controlar las operaciones cardíacas de cada uno de sus pacientes.[22, 4, 10]

Electrodo: es la parte que lleva la energía desde el marcapasos hasta el corazón, cuando se trata de bipolares también se encargan de regresar la energía de vuelta al marcapasos para poder cerrar el circuito caso contrario el circuito se cierra regresando la energía por los diferentes tejidos corporales del paciente. Existen diferentes tipos de electrodos entre ellos están los unipolares que solo comprenden de un electrodo que va directamente del marcapasos al corazón, lo bipolares los que comprenden dos electrodos, existen también Auriculares o ventriculares y Endocardicos (se colocan en las cavidades cardíacas derechas) y Epicardicos (cuando son colocados en el Epicardio).[22, 4, 1, 2]

5.3. Código del marcapasos

Cada marcapasos tiene un código que le es asignado mediante la colocación del mismo, el código que está actualmente en uso es el código NBG3 que es una combinación de los códigos de la Sociedad Americana (North American Society of Pacing and Electrophysiology, NASPE y la British Pacing and Electrophysio-

logy Group (BPEG), en el cual se incluyen 5 letrascomo se lo puede ver en la Figura 1[16, 20, 4]

Figura 1: Marcapasos con código (SSIR)

5.3.1. Posiciones:

1: Cámara estimulada

O= ninguna

A=aurícula

V= ventrículo

D=dual (A+V) aurícula y ventrículo

S= única

2: Cámara censada

O= ninguna

A=aurícula

V= ventrículo

D=dual (A+V) aurícula y ventrículo

S= única

3: Respuesta a evento censado

O= ninguna

I= inhibe

T= desencadena

D= dual (I + T) inhibe + desencadena

4:Reprogramabilidad y respuesta de frecuencia

O= ninguna

R=modulación de frecuencia

Figura 2: posición de colocacion del marcapasos trancutaneo

5: funciones antitaquicardias

O= ninguna

P= EAT

S= choque

D= dual (P+S) EAT + Choque

5.4. Clases de Marcapasos

La clasicación de los marcapasos se la realiza de acuerdo al estímulo eléctrico que presente el aparato y que sea necesario por el paciente. De este modo se derivan dos clases de marcapasos el primero se lo considera de forma temporal y el otro de forma permanente[14, 20, 22]

5.4.1. Marcapasos temporal

El marcapasos temporal se lo considera por no estar dentro del cuerpo del paciente de esto tenemos sus distintas subdivisiones.

Transcutáneos: este tipo de marcapasos se le colocan los terminales de los electrodos encima de la piel uno de ellos es colocado en la parte del tórax y otro en la espalda o también pueden ser colocados uno en la parte del tórax y otro en la parte lateral como se puede ver en la Figura 2. [14, 22]

En la imagen podemos ver dos distintas posiciones la Primera A corresponde a la colocación de los terminales del marcapasos en la parte frontal y lateral del tronco y la B en la parte frontal del pecho y la espalda. Intravenoso: Este tipo de marcapasos se le colocan los terminales de los electrodos atreves de una vía central hasta que llegue a la membrana que cubre las cavidades interiores del corazón como se puede ver en la imagen.[14, 22]

Transtorácico: el dispositivo usado es el que le puede apreciar en la Figura 3, en el momento de la cirugía el medico buscara las diferentes cavidades del corazón como la auricular o ventricular para alojar en las pare-

des de estas cavidades los terminales del equipo denominado marcapasos transtoraxico.[14, 22]

Figura 3: Equipo marcapasos transtoraxico

Transesofágico: se coloca un electrodo en esófago y otro precordial. Es una técnica difícil, y sólo se usa para diagnosticar taquicardias (Marcapasos Temporal Transvenoso Carlos Santos Molina Mazón Rubén López Muñoz Dues Hospital Universitario Vall d´Hebron, Barcelona, España) [14, 22]

5.4.2. Marcapasos Permanente

El marcapasos Permanente se lo considera por estar dentro del cuerpo del paciente como podemos observar en la gura 4, de esto tenemos sus distintas subdivisiones.

Transvenosos: los electrodos se colocan a través de una vena subclavia y se implantan en aurícula y /o ventrículo derecho. El generador se coloca subcutáneo en la región infraclavicular. Se usa más en niños mayores. [14, 20]

Figura 4: ubicación del marcapasos trasnsvenosos

Internos: los electrodos se colocan directamente en la pared auricular y/o ventricular, el generador se coloca subcutáneo en la pared abdominal tal como se puede apreciar en la Figura 5. Se usa más en lactantes y en niños pequeños. [14, 20]

Figura 5: Ubicación de marcapasos internos

5.5. Complicaciones:

El paciente al someterse a la implantación de un marcapasos tendrá ciertas molestias y dolencias causadas por la implantación del dispositivo, además se pueden presentar una serie de complicaciones adicionales que pueden ocurrir en el momento de la implantación, después de la implantación o en un tiempo prudencial después de la implantación; esto se debe evitar llevando un control con el medico el cual puede pedir que se realice un electrocardiograma o una radiografía del tórax para poder detectar cualquier tipo de movimiento del dispositivo o si existe alguna ruptura en los electrodos o cables del marcapasos.

Las principales y mas comunes complicaciones son El rompimiento de uno de los terminales, electrodos, cuerpo de estos al igual que una desconexión o mal movimiento.

El marcapasos puede generar problemas al momento de adquirir la información del pulso este puede no ser detectado por el marcapasos lo que produciría que el marcapasos estimule el corazón sin necesidad alguna teniendo compresiones innecesarias y dolorosas para el paciente.

Al igual que no puede ser detectado el pulso del corazón el marcapasos podría estar detectando otros pulsos como los movimientos musculares del paciente, o también pulsaciones externa y confundir estas con las pulsaciones del corazón.

Otras de las complicaciones al momento de tener que utilizar el marcapasos cardíaco se presentan cuando al momento de generar el pulso eléctrico para estimular el corazón se tienen quemaduras por efecto de la estimulación y también se puede tener un dolor bastante grande al momento de la

estimulación.[21, 4, 14, 15, 18, 12, 9]

Conclusiones

La unión de la ingeniería y la medicina forman la bioingeniería.

Con la bioingeniería se pretende en un futuro llegar a crear un sinnúmero de enseres y máquinas que ayuden al ser humano a llevar una vida plena y conservarla.

Se prevee que con el paso del tiempo los diferentes instrumentos estén al alcance económico del las personas que lo necesiten. puesto que requieren de grandes avances tecnológicos y por ende sus costos son elevados.

Varios tipos de instrumentos se mantienen en constante evolución y creación para poder garantizar una mejor atención a los pacientes.

Sin lugar a duda el marcapasos ,uno de los mayores avances de bioingeniería, en sus diferentes tipos es uno de las maquinas que salva millones de vidas debido a que este instrumento es colocado en el cuerpo del paciente ayudando le a mantener los latidos del cardio de manera constante.

Los marcapasos a pesar de su tecnología aun presentan ciertas dicultades en su funcionamiento ya que este puede confundir pulsaciones y mandar impulsos innecesarios al paciente.

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Autor:

Marco Antonio Carpio Moreta

estudiante de Ingeniería Electrónica

Universidad Politécnica Salesiana Cuenca, Ecuador

Actualmente cursando segundo año de ingeniería

electrónica en la Universidad Politécnica Salesiana de Cuenca, Ecuador.

23 de enero de 2013