EL MARCAPASOS CARDIACO COMO

EL MARCAPASOS CARDIACO COMO
APLICACIÓN DE CIRCUITOS RC
UNIVERDIDAD NACIONAL DE COLOMBIA
LAURA MARIA ORTIZ HERNANDEZ
COD 244850 G9NL23
Facultad de Ingeniería
Departamento de Ingeniería Química
RESUMEN
Muchas de las aplicaciones del electromagnetismo están enfocadas a las ciencias de la salud,
en este caso hablaremos de una aplicación electrónica en un dispositivo que permite regular
los impulsos eléctricos del corazón, que cuando son irregulares producen arritmias cardiacas,
el marcapasos cardiaco como es llamado dicho dispositivo tiene como circuito básico un
circuito RC, quien es el encargado de producir regularmente impulsos eléctricos que aplicados
al musculo cardiaco, permiten una contracción del corazón y a su vez la regulación de la
frecuencia cardiaca. Estos impulsos eléctricos son producidos en dos fases: el ciclo de
descarga del condensador y el ciclo de carga del mismo.
Introducción
El corazón cuenta con un sistema de
generación de impulsos eléctricos que
conllevan a la contracción de los músculos
cardiacos, y estas contracciones son las
que solemos llamar latidos del corazón. La
generación de esta señal eléctrica puede
ser irregular cuando se padece de alguna
enfermedad cardiaca, lo que produce, a su
vez, irregularidades en el ritmo cardiaco. La
ciencia ha permitido el desarrollo de unos
dispositivos
electrónicos
llamados
marcapasos cardiacos que sustituyen la
función del nódulo sinusal (fracción del
miocardio encargado de generar el impulso
eléctrico) y permitiendo la regulación de la
generación de impulsos eléctricos al
corazón. El circuito que permite la
generación de dichos impulsos es en
esencia un circuito que contiene una
resistencia y un condensador (RC).
El Marcapasos natural
El generador de los impulsos eléctricos en
el corazón es el nódulo sinusal o
sinoauricular ubicado en la aurícula
derecha, estas señales, generadas en
condiciones normales de 60 a 190 veces
por minuto, viajan a través de las vías de
conducción hasta las principales cavidades
del corazón, estas se contraen con el fin de
bombear sangre, primero se contraen y se
vacían las aurículas derecha e izquierda y
luego se contraen los ventrículos derecho e
izquierdo, produciendo así, un bombeo
efectivo de la sangre. La diferencia entre la
contracción de las aurículas y los
ventrículos son de fracción de segundos.
Se podría decir que cualquier célula del
tejido cardiaco podría, en determinado
caso, producir un impulso eléctrico dando
lugar a latidos del corazón, sin embargo
esta situación se considera uno de los
casos de arritmia cardiaca, al igual que la
interrupción de las señales eléctricas y la
frecuencia o ritmo anormal del marcapasos
natural del corazón. Cuando se presenta
alguna situación de arritmia cardiaca la
persona puede acudir a un “tratamiento
eléctrico” que consiste en la adaptación de
un
dispositivo
electrónico
llamado
marcapasos cardiaco que regula la
generación de impulsos eléctricos según la
demanda
del
paciente.
FIG 1.Marcapasos Natural
El Marcapasos electrónico
Es un dispositivo desarrollado desde los
años 50´s para regular la frecuencia
cardiaca de pacientes con algún tipo de
deficiencia mediante la estimulación con
pequeños
impulsos
eléctricos.
Está
compuesto por:
 Un generador de impulsos que tiene una
batería hermética de Litio-yodo y un
sistema de circuitos electrónicos. El
generador
produce
las
señales
eléctricas que hacen que el corazón
lata. Muchos generadores de pulsos son
capaces también de recibir las señales
que envía el propio corazón y responder
a ellas.
 Uno más cables o alambres, llamados
conductores
que
llevan
señales
eléctricas desde el generador de pulsos
hasta el corazón y también pueden
transmitir señales desde el corazón
hasta el generador de pulsos. Uno de
los extremos del conductor está unido al
generador de pulsos y el extremo del
conductor donde está el electrodo se
sitúa en la aurícula (cavidad superior del
corazón) o en el ventrículo derecho
(cavidad inferior del corazón). En el
caso de un marcapasos biventricular los
electrodos se ubican en ambos
ventrículos.
 Circuito de estímulos (RC): Para la
producción de los impulsos eléctricos.
 Circuito de censado: Para percibir las
señales del paciente en caso de un
marcapasos de demanda.
 Circuito de comunicaciones: Para
ajustar los parámetros y cambiar la
frecuencia del estimulo de acuerdo a la
necesidad del paciente.
En este documento nos ocuparemos del
papel que cumple el circuito de estímulos,
ya que es este el que consta de un
condensador y una resistencia cuyos
efectos de carga y descarga son la
generación de impulsos eléctricos.
FIG3.Diagrama de un circuito de estímulos. CH:
condensador de Helmbolz; IT: intensidad de la
corriente en el tejido; RC: resistencia del cable;
RT: resistencia del tejido; RW: resistencia de
Warburg.
Un impulso eléctrico es una cantidad de
corriente que al aplicarla sobre células
cardiacas produce su despolarización y al
ser transmitida a las demás células origina
la contracción del músculo cardiaco.
El impulso o corriente eléctrica producida
por un generador de un marcapasos para
causar la despolarización cardiaca tiene
que superar una serie de fuerzas que se
oponen a su paso, cuya suma es llamada
impedancia (término utilizado para referirse
a las resistencias de todo tipo).
FIG2.Marcapasos electrónico implantado
Dentro del sistema de circuitos
electrónicos en el generador se pueden
encontrar de acuerdo al tipo de
marcapasos:
La resistencia del cable conductor (Rc) es
el factor de menor importancia, ya que los
metales son buenos conductores de la
electricidad y la resistencia que presentan
los cables (entre 10 y 100 Ω) está
relacionada con sus características físicas
(sección, longitud, número de filamentos,
etc.). El transporte de la carga o corriente a
través de ellos se realiza por medio del
movimiento de electrones libres.
0,5 ms de duración a una frecuencia de 60
lat. /min. La corriente promediada sería:
Morfología del estímulo
I = (2,5 V / 500 Ω) x (0,5 ms / 1.000 ms
[ciclo de la frecuencia de estimulación]) =
2,5 µA.
El estimulo o impulso eléctrico se da en 2
fases:
 Ciclo de descarga: Corresponde al
estimulo destinado a despolarizar el
miocardio y consiste en la descarga del
condensador del circuito de salida
durante un tiempo programable de unas
fracciones de milisegundos.
 Ciclo de recarga: Es la conmutación en
el circuito de salida que carga de nuevo
el condensador hasta el valor de voltaje
de salida programado. Este proceso
dura aproximadamente 6 ms y tiene un
triple objetivo: preparar la carga
necesaria para el pulso siguiente,
reducir
los
pospotenciales
de
polarización en los electrodos y evitar la
electrólisis que se produciría si la
corriente de estimulación circulara
siempre en el mismo sentido, lo que
originaría la disfunción de los electrodos
en unas horas.
FIG4. Morfología del estímulo. La primera
fase corresponde al pulso destinado a
despolarizar el miocardio. La segunda, de
polaridad inversa, corresponde al pulso de
recarga. La duración de las fases dependerá
de los valores programados.
El circuito de salida consume energía sólo
durante el ciclo de recarga, y es
ligeramente superior a la entregada durante
la descarga por las pérdidas en el
condensador. Resulta sencillo calcular el
drenaje de corriente producido por la
recarga. Tomemos como ejemplo un
electrodo de 500 Ω de impedancia y un
estímulo programado a 2,5 V de amplitud y
Al multiplicar este valor por el voltaje, el
resultado sería la energía en el intervalo de
1.000 ms:
2,5 µA x 2,5 V x 1 s = 6,25 µJ
Es preciso tener en cuenta que la
programación de voltajes de salida por
encima del voltaje de la pila (> 2,8 V) activa
el multiplicador de tensión del dispositivo,
que al tener un rendimiento energético
inferior al 100%, producirá un consumo
mayor del calculado.
Conclusión
A pesar de que un dispositivo tan sencillo
como lo es un circuito RC y el proceso de
carga y descarga de un condensador,
podemos darnos cuenta de que su
aplicación es bastante útil. Un dispositivo
como el marcapasos que se ha venido
desarrollando desde la década de los
cincuenta y que ha evolucionado de una
manera evidente, tiene como principio
básico un concepto como este tan sencillo
del circuito RC, vemos que los circuitos de
censado y de comunicaciones son mejoras
que evidentemente permiten un mejor
funcionamiento y una mayor cobertura de
necesidades por parte del dispositivo, sin
embargo su esencia, la generación de
impulsos eléctrico está en la carga y la
descarga de un condensador en un circuito
RC.
Finalmente, muchos de los conceptos, si no
todos, vistos en nuestro curso tienen
aplicaciones bastante interesantes en otras
áreas de la ciencia y por supuesto en la
ingeniería y el diseño, permitiéndonos
innovar
y
avanzar
intelectual
y
tecnológicamente en nuestra sociedad.
Referencias:
1.
Universidad de Virginia, HEALTH
SYSTEM;www.healthsystem.virginia.edu/U
VAHealth/peds_cardiac_sp/pacemkr.cfm.
“Los trastornos cardiovasculares”
2. Instituto del Corazón de Texas, (Texas
Heart
Institute);
www.texasheart.org/HIC/Topics_Esp/Proce
d/pacemake_sp.cfm.”Marcapasos”
3. Revista Española de Cardiología.
Sociedad
Española
de
cardiología;
www.elsevier.es/cardio/ctl_servlet?_f=40&d
ent=13110802.
”Conceptos
técnicos
fundamentales de la estimulación cardiaca”
4. Red de revistas científicas de América
Latina y el Caribe, España y Portugal,
Sistema de Información Científica, Redalyc;
www.redalyc.uaemex.mx/redalyc/html/434/
43445403/43445403.html.
“Terapia
eléctrica de la arritmias cardiacas”
5.
Asociación
Corazón
y
Vida;
www.corazonyvida.org/Marcapasos_9186.h
tml”Marcapasos”
6. D. Giancoli. “Física, Principios con
Aplicaciones”. Ed. Prentice Hall. Cuarta
Edición.1997