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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Autor:
Andrade Rea Pablo Esteban
Universidad Politécnica Salesiana,
Sede Cuenca
Electrónica Analógica
II