UNIDAD BIOELECTRÓNICA.

UNIDAD BIOELECTRÓNICA.
Arellano Pérez José Francisco, Barragán Pérez Juan Ernesto.
INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD. GUZMÁN.
Cd. Guzmán, Jalisco México.
Tel./Fax: 01-341-4-12-43-49 Email: [email protected]
ABSTRACTO
En México el instrumental médico de hospitales y
clínicas particulares es importado a un alto costo que
paga la inversión realizada en investigación y
desarrollo de este tipo de instrumentos en los países
de origen. Es por ello, que la bioelectrónica es una
herramienta complementaria en el sector médico,
utilizada para facilitar y precisar los diagnósticos,
permitiendo tratamientos mas adecuados. Es por ello
el proyecto que tiene como fin medir las siguientes
variables del cuerpo humano: Calor corporal, ph,
frecuencia cardíaca y frecuencia fetal. Seguridad del
paciente, de fácil mantenimiento y como su uso
también, datos precisos de la variable.
RESUMEN
El ser humano es capaz es capaz de mantener su
temperatura corporal dentro de una escala muy
angosta de valores entre (35’4º C) y (42,8º C). Sin
embargo, en condiciones ambientales extremas, con
fiebre, tuberculosis, sarampión o con ejercicios
vigorosos muy prolongados el organismo puede ser
incapaz de regular su temperatura satisfactoria, lo
que puede producir problemas de salud.
Aproximadamente, la temperatura corporal interna se
mantiene en un promedio de 37 °C (98.6 °F). Puede
fluctuar entre 36 °C y 37 °C (97 °F y 99 °F). Además,
varía durante el día. Durante las primeras horas de la
mañana se registra el nivel más bajo de la
temperatura (se produce la temperatura mínima). Por
el otro lado, en la tarde, se produce el nivel más alto
de la temperatura (temperatura máxima).
Comúnmente, la temperatura interna se mide en la
cavidad rectal y oral de nuestro cuerpo. Otras áreas
incluyen la auditiva (timpánica), axilar, esofageal y
estomacal.
Dependiendo
del
ambiente/aire
circulante, las temperaturas oral y axilar son
aproximadamente 0.5 °C (1.0 °F) más baja que las
temperaturas rectales. La temperatura corporal varía
considerablemente bajo diferentes condiciones y
entre individuos.
Si la temperatura corporal excede de los 42 °C puede
llegar ha tener lesiones cerebrales, ocurriendo
destrucción permanente en neuronas, aun cuando el
individuo recupere su salud.
Cuando la temperatura cae por debajo de lo normal,
se produce un efecto llamado hipotérmia, disminuye
aun más el metabolismo y vuelve a producirse un
circulo vicioso, hasta que la temperatura baja tanto
que el individuo muere, suele ocurrir cuando la
temperatura corporal se encuentre entre 21 y 32 °C.
El diseño del sensor de temperatura se lleva a cabo
con materiales fáciles de encontrar en el mercado.
Gracias a la selección adecuada de los materiales
para el sensor, esto lo hace un dispositivo muy
sensible a la temperatura, el cual es perfecto para
nuestra aplicación.
El hombre tiene una temperatura constante que
oscila entre los 36º y 37º c cuando es normar la
resultante entre producción y pérdida de calor. La
mayor fuente de calor es la que produce nuestro
propio metabolismo, y más aún en la actividad física,
con gran aumento si el ejercicio es muy intenso,
aunque en ciertas condiciones el cuerpo puede
también ganar calor a partir del medio (luz solar
directa, calefactores, medios con agua caliente, etc.).
Y la pérdida de calor se produce en los siguientes
procesos físicos:
1.
Conducción: cuando nuestro cuerpo
esta en contacto con algo de menor
temperatura - por ejemplo- agua aire, de lo
contrario aumentaría.
2.
Convección: por el movimiento del
medio que está en contacto con la piel (agua,
aire), ejemplo el viento producido por un
ventilador.
3.
Radiación: el cuerpo con exceso de
temperatura emite ondas electromagnéticas
de calor cuando la temperatura ambiental es
más baja (de lo contrario aumentaría la
temperatura corporal.
4.
Evaporación: esta es la más
importante y está en función de la
transpiración. El sudor enfría la piel al
evaporarse, es decir el paso de un estado
líquido a uno gaseoso requiere la absorción
de calorías; por lo tanto la transpiración sólo
enfría la piel si se evapora, pero si hay
elevada humedad ambiental el sudor no se
evapora y no se enfría la superficie del
cuerpo.
A estos procesos físicos contribuyen dos factores
fisiológicos que hacen a la regulación de la
temperatura corporal:
Las variaciones en el flujo sanguíneo a través de los
pies (que determina la cantidad de calor transportado
del centro a la superficie).
a)
La secreción del sudor (que
provee el agua necesaria para
refrescar la piel por evaporación).
Por lo tanto el aumento del flujo
sanguíneo en piel, aumenta la
pérdida de calor por conducción,
convección y radiación y cuando se
produce más sudor también hay
pérdida de calor si se acompaña de
evaporación.
b)
Lo opuesto ocurriría cuando
disminuye el flujo sanguíneo y la
producción de sudor (no hay pérdida
de
calor).
Generalmente
la
regulación es en cuanto al ajuste de
la pérdida de calor, mientras que el
aumento en la producción de calor
está en función de acciones como
tiritar (contracción muscular) o el
ejercicio muscular voluntario cuanto
se está expuesto al frío.
c)
Las variaciones en la pérdida
y la ganancia de calor para mantener
constante
nuestra
temperatura
corporal esta controlada por centros
de Termorregulación situados en
aquella porción del cerebro llamado
hipotálamo, es decir la regulación de
la cantidad de flujo sanguíneo de la
piel y de la producción del sudor que
hacen a la pérdida o conservación
de calor, esta controlado por centros
hipotálamicos que son activados por
cambios en la temperatura de la
sangre y por impulsos de receptores
térmicos de la piel y tal vez
musculares, de las venas profundas
de las piernas, abdomen y columna.
d)
Cuando se realiza una
actividad física, se produce un
aumento
de
los
procesos
metabólicos con incremento en la
producción de calor, que como
dijimos,
puede
aumentar
enormemente respecto al estado
térmico de reposo, con adaptación
de los centros termorreguladores a
un nivel más elevado de temperatura
corporal, con aumento del flujo
vascular
cutáneo
y
de
la
transpiración, esto siempre que el
ejercicio sea constante, con actividad
física submáximas que no aumenten
la intensidad.
Quienes realizan un correcto entrenamiento toleran
mejor las altas temperaturas al aumentar el volumen
minuto/cardíaco que, permite una adecuada
manutención de la irrigación del cerebro. Además
vimos en la nota que se refería a calentamiento
previo el beneficio que a los músculos activos le
produce
su
aumento
de
temperatura.
Los tres líquidos sangre, saliva y orina ya nos
ofrecen por sí tres afirmaciones diagnósticas básicas;
la sangre es el reflejo de todas las enfermedades
inmunológicas y la clave del “pleomorfismo de
Enderlein” (Sanum),
la
saliva
indica
las
enfermedades metabólicas, así como la micosis, y
la orina representa los órganos excretorios y las
posibles
acidosis mesenquimales latentes
presentes.
Se dice que el cuerpo humano, esta compuesto de
materia la cual es capaz de producir energía; esto da
por enterado que posee propiedades físicas,
químicas ó biológicas.
Por cual se decidió diseñar un sistema de medición
en donde intervienen propiedades como la
temperatura y la actividad de los iones de hidrogeno
de una sustancia, la variable a medir es el grado de
PH de un fluido del cuerpo humano (orina, sangre,
etc.)
Este método de diagnóstico está especialmente
indicado como control terapéutico de las
enfermedades. El terapeuta podrá controlar con
precisión si la terapia aplicada a la enfermedad en
cuestión está correctamente encaminada.
La mayor ventaja, para Usted y para el terapeuta,
es que no tiene que esperar días y días hasta
recibir los resultados. A los 5-10 minutos de la
medición podrá disponer del resultado del
diagnóstico y comenzar de inmediato con las
medidas terapéuticas.
Para comenzar se medirá el parámetro pH, el cual
nos indicará la concentración de iones o la
concentración de protones de los líquidos.
Nuestro cuerpo está formado por 65-90% de
agua.
La conductividad de los líquidos se mide en Siemens.
Vincent utiliza la resistencia eléctrica en Ohmios en
relación recíproca a la conductividad. De este modo
obtendremos un total de 9 valores de medición en
correlación los unos con los otros.
¿Por qué es importante el pH? El pH es una de las
mediciones más comunes de laboratorio porque
muchos procesos químicos dependen del pH. Con
frecuencia, la velocidad o el ritmo de las reacciones
químicas pueden ser alterados significativamente por
el pH de la solución.
La solubilidad de muchos agentes químicos en
solución y su disponibilidad biológica dependen del
pH. Usualmente la química fisiológica de los
organismos vivos tiene límites muy específicos de
pH. En nuestras vidas modernas, prácticamente se
ha probado en algún momento el pH de todo lo que
usamos, es decir, en algún punto se efectúa una
medición del pH del agua del grifo con la que nos
cepillamos los dientes, el papel sobre el que
escribimos, los alimentos que comemos o las
medicinas que tomamos, por citar los ejemplos más
evidentes.
CONCENTRACIONES
-log
[OH–]
[OH–
-log
[OH+]
]
[OH+]
14
10
-14
10
-0
0
ÁCIDOS
13
10
-13
10
-1
1
FUERTES
10
-12
10
-2
2
11
10
-11
10
-3
3
10
10-10
10-4
4
9
10
-9
10
-5
5
10
-8
10
-6
6
7
10
-7
10
-7
7
6
10-6
10-8
8
5
10
-5
10
-9
9
10
-4
10
-10
10
12
8
4
NEUTRALID
AD
pueden traer consecuencias al feto durante su
gestación.
3
10
-3
10
-11
11
2
10
-2
10
-12
12
1
10-1
10-13
13
BASES
0
10
-14
14
FUERTES
-0
10
Las visitas de seguimiento deben realizarse a
intervalos de 4 semana hasta la semana 32 de la
gestación, de 2 semana hasta la 36 y después
semanalmente hasta el parto. En cada consulta se
miden el peso y la PA, así como el tamaño y forma
del útero, para determinar si su crecimiento es el
adecuado para la edad gestacional. Los tonos
cardíacos fetales pueden detectarse a partir de la
10.ª a 12.ª semana. Las exploraciones en cada visita
pueden llevarse a cabo por la enfermera y no
requieren la visita médica salvo que se detecten
anomalías.
En la persona adulta tiene que ir regularmente para
revisar su ritmo cardiaco y presión arterial para
prevenir anomalías en su transcurso de su vida. Es
importante realizar estas visitas al medico para gozar
de una buena salud.
Desde épocas muy anteriores a la nuestra han
existido muchas enfermedades respecto al sistema
circulatorio, en especial en la maquina que nos
mantiene con vida (el corazón). El crecimiento de la
ingeniería electrónica ha contribuido en el
mejoramiento en del individuo humano, cabe
mencionar su crecimiento en la biomedicina en la
cual se han construido muchos y diferentes
instrumentos para la mejor atención y rápido del
paciente.
Es por eso que sea diseñado un instrumento
electrónico capaz de detectar las pulsaciones
cardiacas del ser humano tanto de una persona
adulta, como la del feto desde el vientre de la madre.
La actividad eléctrica de las células del corazón del
adulto como del feto. Este impulso es generado en
un pequeño grupo de células conocido como nodo
sinusal o nódulo de Keith-Flach.
Es difícil imaginar un instrumento científico más
sencillo que es el estetoscopio pueda de ser de gran
utilidad.
Para poder detectar las pulsaciones cardiacas se
selecciono
el
micrófono
piezoeléctrico
omnidireccional acoplado a un estetoscopio el cual
se le elimino la sección del auricular para poder
instalar el micrófono.
EL CORAZÓN
Es un órgano hueco y musculoso del tamaño de un
puño, rodeado por el Pericardio. Situado entre los
pulmones, encerrado en el centro del pecho, dividido
en cuatro cavidades: dos Aurículas y dos Ventrículos.
Entre la Aurícula y el Ventrículo derecho hay una
válvula llamada tricúspide, entre Aurícula y Ventrículo
izquierdos está la válvula mitral. Las gruesas paredes
del
corazón
forman
el
Miocardio.
Cuando el impulso cardiaco atraviesa el corazón los
potenciales eléctricos se propagan a los tejidos que
le rodean, y una pequeña parte de ellos se extiende
difusamente por todas partes hasta llegar a la
superficie del cuerpo.
Como una bomba, impulsa la sangre por todo el
organismo. Realiza su trabajo en fases sucesivas.
Primero se llenan las cámaras superiores o
aurículas, luego se contraen, se abren las válvulas y
la sangre entra en las cavidades inferiores o
ventrículos. Cuando están llenos, los ventrículos se
contraen e impulsan la sangre hacia las arterias.
Es muy importante que la mujer en su periodo de
embarazo tenga que ir al medico para que por
medios de estudios y auscultaciones le diagnostique
el estado que se encuentra ella y él bebe (feto).
El corazón late unas setenta veces por minuto y
bombea todos los días unos 10.000 litros de sangre.
El oír y contar pulsaciones del corazón fetal aseguran
un buen diagnostico del desarrollo del embarazo.
Con ello se pueden prevenir posibles anomalías que
El ciclo cardiaco consiste de periodos alternantes de
SÍSTOLE (contracción y vaciado) y DIÁSTOLE
(relajación y llenado). Las aurículas y los ventrículos
presentan ciclos separados de sístole y diástole. La
contracción ocurre como resultado de la propagación
de la excitación a través del corazón, mientras que la
relajación sigue la subsecuente repolarización de la
musculatura cardiaca.
Si consideramos un solo ciclo, se verá que ocurren
tres eventos importantes:
MECÁNICA DEL CICLO CARDIACO
Seis factores generales determinan la cantidad de
sangre que el corazón bombea por minuto (gasto
cardiaco).
Los
seis
son
sumamente
interdependientes. En las siguientes definiciones
damos sólo algunos ejemplos de sus relaciones.
Capacidad de contracción: la capacidad de las
células musculares del corazón para contraerse;
depende de otros factores, por ejemplo la...
Precarga: la cantidad de sangre presente en la
cámara de bombeo, o ventrículo izquierdo, antes de
la contracción; que es afectada por la...
Postcarga: las fuerzas que se oponen a la
contracción una vez que ésta empieza; entre dichas
fuerzas están a la resistencia al flujo sanguíneo en
las arterias, que a su vez depende en parte de la
frecuencia de los latidos del corazón, o...
Frecuencia cardiaca: el número de latidos por
minuto; éste influye en la cantidad de sangre que
llega al músculo cardiaco mediante él...
Flujo coronario: el flujo de sangre a través de las
arterias coronarias hacia el músculo cardiaco en sí.
Como el flujo coronario determina la cantidad de
oxígeno que llega hasta las células musculares del
corazón, influye sobre la capacidad de contracción
de éstas, lo que a su vez influye sobre todos los
demás factores.
Sistema nervioso autónomo: parte del sistema
nervioso que controla la musculatura involuntaria,
como la del corazón; éste modula de diversas
maneras los otros cinco factores.
La
generación
de
ALTERACIONES
ELÉCTRICAS registrables a
medida que la
onda de
1.- despolarización se propaga a
través del corazón (ECG)
La contracción del músculo
cardiaco y la generación de
2.CAMBIOS DE PRESIÓN y
VOLUMEN dentro del corazón
La
GENERACION
DE
RUIDOS por la acción valvular
3.- y el flujo sanguíneo al
contraerse
el
músculo
cardiaco
Dos sonidos se pueden escuchar durante el ciclo
cardiaco cuando se escucha con un estetoscopio. EL
primer sonido, es algo grave y relativamente largo se
dice que suena como "lub". El segundo sonido es
más agudo y corto: se dice que suena como "dup".
Normalmente oiríamos "lub, dup, lub, dup, lub, dup..."
El primer sonido se asocia con el
cierre de las válvulas aurículo1.ventriculares
(las
válvulas
TRICUSPIDE Y MITRAL)
El segundo sonido se asocia con
el
cierre
de
las
válvulas
2.- SEMILUNARES (localizadas en la
AORTA
Y
LA
ARTERIA
PULMONAR)
Hagamos un recorrido por las cuatro cámaras del
corazón:
La primera de las cuatro cámaras, la AURICULA
DERECHA, recibe sangre con poco oxígeno y
cargada de bióxido de carbono. Esta sangre "usada"
le llega a través de las dos venas cavas, la superior y
la
inferior.
De la aurícula derecha, la sangre fluye a través de la
válvula tricúspide al VENTRICULO DERECHO. Esta
es una cámara más grande y con una capa más
gruesa de músculo. Todo esto durante la diástole
auricular
y
ventricular.
La despolarización de las aurículas provoca la
contracción auricular, la cual manda más sangre al
ventrículo. El volumen de sangre en el ventrículo al
final de la diástole se llama volumen diastólico final
que es de aproximadamente 135 ml.
De la aurícula derecha, la sangre fluye a través de la
válvula tricúspide al VENTRICULO DERECHO. Esta
es una cámara más grande y con una capa más
gruesa de músculo. Todo esto durante la diástole
auricular
y
ventricular.
La despolarización de las aurículas provoca la
contracción auricular, la cual manda más sangre al
ventrículo. El volumen de sangre en el ventrículo al
final de la diástole se llama volumen diastólico final
que
es
de
aproximadamente
135
ml
Hay un breve periodo entre el cierre de las válvulas
aurículo-ventriculares y la apertura de las válvulas
semilunares que el ventrículo permanece como una
cámara cerrada. Puesto que todas las válvulas están
cerradas, la sangre no puede entrar ni salir de él. A
este intervalo se le llama contracción ventricular
isovolumétrica.
Cuando la presión ventricular excede la presión de la
arteria pulmonar se inicia la eyección de sangre
hacia la arteria pulmonar y a los pulmones.
El ventrículo no se vacía completamente. El volumen
de sangre que queda en él se llama volumen sistólico
final y es de aproximadamente 65 ml.
El primer sonido se asocia con el
cierre de las válvulas aurículo1.ventriculares
(las
válvulas
TRICUSPIDE Y MITRAL)
No sale más sangre del ventrículo durante el ciclo
porque las válvulas semilunares están cerradas y las
válvulas aurículo- ventriculares todavía no se abren.
Por lo tanto, todas las válvulas están cerradas otra
vez por un breve periodo conocido como relajación
ventricular
isovolumétrica.
El segundo sonido se asocia con
el
cierre
de
las
válvulas
2.- SEMILUNARES (localizadas en la
AORTA
Y
LA
ARTERIA
PULMONAR)
Cuatro venas pulmonares se abren en la AURICULA
IZQUIERDA.
Hagamos un recorrido por las cuatro cámaras del
corazón:
De la aurícula izquierda, la sangre fluye a través de
la válvula mitral al VENTRICULO IZQUIERDO. Esta
cámara contiene el mismo volumen de sangre que el
ventrículo derecho, pero su pared es tres veces más
gruesa
La primera de las cuatro cámaras, la AURICULA
DERECHA, recibe sangre con poco oxígeno y
cargada de bióxido de carbono. Esta sangre "usada"
le llega a través de las dos venas cavas, la superior y
la
inferior.
Esto se necesita porque con la contracción del
ventrículo izquierdo la sangre es empujada hacia la
aorta a través de la válvula semilunar aórtica, y de
ahí hacia el circuito sistémico del cuerpo.
Veamos el siguiente esquema de lo que acabamos
de
describir:
de la onda de QRS, y terminando con la onda de T.
La onda de P representa la despolarización de los
atrios y se asocia a su contracción. El complejo de la
onda de QRS consiste en tres ondas. La primera
desviación negativa es la onda de Q y es seguida por
una desviación positiva llamada la onda de R. El
complejo termina con una desviación negativa
conocida como la onda S. El complejo de onda QRS
denota la despolarización de los ventrículos y se
asocia a su contracción. La repolarización atrial
ocurre durante la despolarización de los ventrículos.
Por esta razón, la forma de onda asociada a la
repolarización atrial es imperceptible en un ECG. La
última onda se llama la onda de T, y es representada
generalmente por una desviación positiva. La onda
de T indica la repolarización ventricular. La energía
eléctrica también es generada por el músculo
esquelético, y se puede considerar como un
elemento artificial del músculo si se mueve su brazo
mientras que se ejecuta el ECG. La secuencia de la
onda P a la onda T representa un ciclo cardiaco y es
típicamente 70-80 pulsaciones por minuto en
descanso. Algunas medidas de tiempo típicas para el
ECG son:
EVENTOS ELÉCTRICOS Y MECÁNICOS DEL
CICLO CARDÍACO.
??
Intervalo P-R 0.12 a 0.20
segundos.
Durante su funcionamiento normal, en el corazón se
suceden una serie de eventos mecánicos y eléctricos
productos de la activación de las fibras cardíacas que
se traducen en cambios de la forma del corazón y en
generación de pequeños potenciales intracardíacos.
Estos eventos electro-mecánicos se repiten
periódicamente dentro del denominado ciclo
cardíaco, periodo en el cual el corazón pasa por las
fases mecánicas de: sístole auricular, contracción
ventricular isométrica, eyección ventricular, relajación
ventricular isométrica y llenado ventricular. Durante
este mismo tiempo el corazón también genera una
onda de tensión eléctrica denominada señal de ECG
o electrocardiograma la cual esta formada por las
denominadas ondas P, Q, R, S y T, tal como se
muestra en la figura 1. Esta señal se puede medir de
forma no invasiva en la superficie corporal por un
electrocardiógrafo.
??
Intervalo QRS menos que 0.1
segundos.
El electrocardiograma: El electrocardiograma
(ECG) es un trazo gráfico de la actividad eléctrica del
corazón. Un trazo típico consiste en una serie de
formas de onda que ocurren en forma repetitiva.
Estas formas de onda se originan de una línea
original plana llamada la línea isoeléctrica.
Cualquier desviación de la línea isoeléctrica denota
actividad eléctrica. Las cinco desviaciones
principales en un ECG normal son señaladas por las
letras P, Q, R, S, y T. Un ciclo cardiaco es
representado por un grupo de formas de onda que
comienzan con la onda de P, seguido por el complejo
??
Intervalo Q-T menos que
0.38 segundos.
Si el resultado de su ECG no corresponde con los
números anteriores, ¡NO SE ALARME! Estos
números representan promedios típicos y muchos
corazones sanos tienen datos que están fuera de
estos parámetros. El leer un ECG entrena y aporta
considerables habilidades. Nota: !!!Este sensor no
pretende ser utilizado en diagnósticos médicos!!!