Download APARATOS PROTESICOS EN LA MECANICA CARDIOVASCULAR

INGENIERIA ELECTRONICA
Las prótesis valvulares cardíacas pueden ser divididas en
dos grandes grupos: mecánicas y biológicas.
Las prótesis mecánicas son más durables (20-30 años) que
las biológicas (10-15 años).
Sin embargo, debido a su propiedad trombógena ellas
necesitan de anticoagulante de largo plazo.
El potencial trombógeno es mayor en la prótesis del tipo
jaula, es intermedia con la de un disco y es menor en la de
dos discos.
Se denominan así, a las construidas en su totalidad por
materiales artificiales, no necesariamente metálicos.
Constan de un mecanismo que permite el movimiento de
apertura y cierre (oclusor). Remendando la apertura y
cierre de las válvulas normales, y un anillo generalmente
metálico, recubierto de un material sintético resistente
que permita ser atravesado por suturas para sujetarlo
sobre el anillo valvular, de donde previamente se retiró la
válvula natural.
Se pueden diferenciar por el mecanismo de oclusión:
*Mecanismo de oclusión de bola.
*Mecanismo de oclusión excéntrico de disco.
*Mecanismo de oclusión de disco central.
También llamada Prótesis de jaula y bola. La más conocida
de este tipo, y la única que se fabrica en la actualidad, es la
prótesis de StarrEdwards.
Figura 1: prótesis de StarrEdwards
Figura 2: Prótesis de Starr-Edwards "in situ"
Consiste en un anillo de teflón y tela de polipropileno,
cubierto por una jaula de aleación de cromo-cobalto.
Dentro de la jaula se ubica una bola de goma de silicona
(Silastic) o de titanio, con movilidad libre dentro de ella y
que ocluye el anillo en forma intermitente.
Es la válvula que ha demostrado mayor longevidad (más de
30 años) sin fallas estructurales, pero su alto perfil y
resistencia al flujo la hacen poco fisiológica desde el punto
de vista hemodinámico.
El flujo lateral en vez de central se asocia con gradientes
transprotésicos relativamente altos. Del mismo modo, lleva
la carga de ser una prótesis muy trombogénica, en
particular en posición mitral, lo que requiere una
anticoagulación cuidadosa.
Prótesis monodisco .
La primera prótesis de este tipo fue la de BjorkShiley,
presentada en 1969 y discontinuada en 1986 debido a la
aparición de una tasa elevada de fallas estructurales, con
fractura del soporte y migración del disco. Le siguieron
otros modelos de válvulas monodisco con diferentes diseños.
Figura 3 : prótesis de StarrEdwards
La válvula Medtronic-Hall es una de las más eficientes dentro
de este grupo y la única válvula monodisco que aún se
fabrica.
La arquitectura común a todas ellas consiste en un disco de
carbono, montado sobre un pivote y unido a un anillo
metálico (Figura 2).
El disco oscila, ocluyendo y abriendo el orificio de la prótesis
según el momento del ciclo cardíaco.
La apertura del disco está limitada por unos topes (struts) en
el anillo, lo que permite una apertura de hasta los 60-80
grados.
Su prototipo es la válvula de SAN JUDAS , la prótesis
mecánica más utilizada en la actualidad, introducida en
1977.
Consiste en un anillo metálico y dos discos de carbono
grafito, que pivotean sobre el anillo con un ángulo de
apertura de 85 grados, por lo cual adquieren una posición
casi paralela al flujo sanguíneo, delimitando dos orificios
mayores laterales y un orificio menor central.
Esta conformación estructural le confiere a este tipo de
válvula mejor perfil hemodinámico cuando se compara con los
dos modelos anteriores.
Su diseño favorable le permite exhibir los gradientes más
bajos dentro de las prótesis mecánicas y un índice menor de
trombogenicidad.
De todas formas, requiere anticoagulación crónica. Excepto
algunos modelos de válvulas bidisco con diseño deficiente, su
confiabilidad y su resistencia a la falla estructural son muy
altas.
Se denominan así aquellas en las que, de modo parcial o total, están
construidas por tejido orgánico preservado de modos diferentes.
Las prótesis biológicas se clasifican, según el origen del material
biológico utilizado y el tipo de montaje empleado en su fabricación:
* Autoinjertos completos- como el autoinjerto pulmonar de la operación
de Ross.
* Homoinjertos,
como los homoinjertos aórticos, válvulas y raíces
aórticas de cadáver humano.
* Homoinjertos
montados sobre soportes de plástico de duramadre
humana (Ya desechados).
* Heteroinjerto, en los que el material de apertura y cierre de la prótesis
esta formado por velos aórticos de cerdo, o pericardio de buey.
Montados sobre un soporte de plástico, todo ello recubierto por un
anillo de Dacrón de sutura.
El autoinjerto pulmonar consiste en
el implante en posición aórtica de
la válvula pulmonar del propio
paciente. Para restablecer la
continuidad ventriculopulmonar se
coloca un homoinjerto pulmonar
criopreservado o bien un tubo
valvulado realizado con pericardio
del paciente.
El autoinjerto pulmonar proporciona todas las ventajas de un homoinjerto,
con excelente hemodinamia y gran resistencia a las infecciones y tiene,
además, la cualidad de estar conformado por células viables, capaces de
crecer. Por lo tanto, sería, en teoría, la operación ideal para niños,
adolescentes y adultos jóvenes, en particular si la causa de la disfunción
aórtica fue un proceso infeccioso. Sin embargo, esta cirugía es técnicamente
difícil, laboriosa y prolongada .
Fue la primera válvula de origen biológico
implantada con éxito. Consiste en una
válvula extraída de un donante cadavérico,
esterilizada con antibióticos y criopreservada
en la fase gaseosa del nitrógeno líquido, a
alrededor de –190°C.
Habitualmente se resecan del donante el
bloque de la aorta ascendente, anillo y
válvula, más la valva anterior mitral.
Luego, el cirujano adapta el implante según
las necesidades del receptor.
También presentan la gran ventaja de una alta resistencia a la infección Es una
válvula de muy buena hemodinámica y que no requiere anticoagulación. Entre sus
desventajas se encuentra el hecho de que los homoinjertos son de disponibilidad
limitada. Su implante es técnicamente más difícil y presentan una tasa moderada
de falla estructural en el seguimiento, algo menor que la de las prótesis porcinas
pero bastante mayor que la de las válvulas mecánicas.
Son las prótesis biológicas más
utilizadas en la actualidad. Se trata de
válvulas de cerdo montadas en un
soporte metálico (stent) que permite
su sutura al anillo valvular.
Algunos modelos de prótesis incluyen
una válvula intacta de cerdo, mientras
que otros consisten en una neoválvula,
que se confecciona con dos o tres
válvulas porcinas.
Todas las válvulas con tejidos biológicos presentan baja trombogenicidad, por lo
que su ventaja principal es que no requieren tratamiento anticoagulante en el
largo plazo. Se debe indicar anticoagulación durante los primeros 3 meses
posteriores al implante.
Como contrapartida, las bioprótesis muestran una longevidad limitada, con
fallas estructurales a partir de los 10 a 15 años del implante, en particular en
pacientes menores de 65 años.
Se considera una prótesis de la estimulación oportuna y adecuada
del corazón.
Un marcapasos es un dispositivo del tamaño de una caja de
fósforos que funciona por medio de baterías y sirve para ayudar al
corazón a latir de una manera más uniforme, usando para esto
impulsos eléctricos. Estos aparatos pueden estimular tanto las
cavidades superiores (aurículas) del corazón como las inferiores
(ventrículos) o ambas.
El primer marcapasos utilizado data de
1950 y fue diseñado por un ingeniero
canadiense llamado John Hopps. El
aparato se usaba externamente y era
incómodo y doloroso para el paciente.
Ocho años más tarde se instaló por
primera vez en el interior del cuerpo
humano por un equipo sueco.
Tras la aparición del transistor, los marcapasos incorporaron esta
tecnología, lo que permitió reducir su tamaño y a la vez incrementar su
duración por reducción del consumo interno.
Posteriormente, la aplicación de circuitos hibridos semi-integrados e
integrados y de la tecnología C-MOS en los generadores, permitió
progresar en la reducción del consumo y tamaño de los mismos.
En la actualidad la tecnología de los marcapasos se basa en circuitos
integrados y microprocesadores, cada vez con mayor capacidad de
memoria . Además, en algunos casos es posible ampliar las funciones
disponibles de uno ya implantado, por medio de telemetría y descarga de
un nuevo software.
Valores típicos:
• corriente 10 mA, 1 ms
• voltaje 5 V, 0.5 ms
El dispositivo está formado por dos partes. Una, es el generador de impulsos
que incluye la batería y algunos dispositivos eléctricos; y la segunda son los
electrodos que corresponden a los cables que se fijan en las paredes del
corazón.
El aparato es instalado cerca de la clavícula izquierda. El de un electrodo es
conectado al ventrículo derecho, y si es que es de dos electrodos, el
segundo se conecta a la aurícula derecha. Luego se unen los dos electrodos
al marcapasos, los que transmitirán las señales del corazón al aparato. El
generador de impulsos interpretará las señales y enviará una respuesta
eléctrica al corazón para estimularlo.
• Es importante que la persona que tiene instalado un
marcapasos
lo
someta
a
revisiones
médicas
periódicamente.
• Por medio de un ‘programador’ el doctor podrá conocer el
estado en el que se encuentra el aparato y, si es
necesario, puede usarlo para cambiar las funciones de
éste.
• Comúnmente, las baterías duran entre 7 y 8 años. Una vez
transcurrido ese tiempo, es necesario cambiar el
marcapasos (no así los electrodos que pueden mantenerse
por más tiempo).
• El marcapasos, como dispositivo electrónico, puede
tener problemas al entrar en contacto con otros
aparatos.
• Las personas que tienen uno instalado le es
recomendable no manipular grupos electrógenos,
equipos para soldar, algunos aparatos utilizados por los
dentistas, máquinas de resonancia magnética,
máquinas de radioterapia para el tratamiento del
cáncer y equipos pesados o motores con imanes
potentes.
• En cuanto a los teléfonos celulares es preferible no
ubicarlo a menos de 15 centímetros de distancia del
lugar donde se encuentra el marcapasos y utilizarlo
por el oído derecho.
PARÁMETRO
FRECUENCIA
AMPLITUD DE PULSO
DURACIÓN DE PULSO
SENSIBILIDAD A
SENSIBILIDAD V
INTERVALO AV
PERIODOS REFRACTARIOS
BLANKING V
RANGO NECESARIO
30 ppm a 120 ppm
0.6V a 7.5V
0.1 ms a 1.5 ms
0.25 mV a 3 mV
0.5 mV a 4.0 mV
100 ms a 300 ms
200 ms a 50 ms
20 ms a 50 ms
Aplicar algoritmos
Estimular (1 o ambas cámaras)
Sensar la señal de paciente (1 o ambas cámaras)
Ajustar
los parámetros de acuerdo a las necesidades del
paciente
Cambiar
la frecuencia de estímulo de acuerdo a las
necesidades del paciente
Hacer medidas (tiempo, voltaje)
Almacenar información
•
•
•
•
Amplificador de sensado
„Circuito lógico
„Circuito de comunicación
„Circuito de salida
•
Un corazón artificial es una prótesis que se implanta en
el cuerpo para reemplazar al corazón biológico.
•
La primera implantación de un corazón artificial en el
ser humano se llevó a cabo en diciembre de 1982.
•
Avances en la microelectrónica, imanes de gran fortaleza y el diseño
de sistemas de control hacen posible un implante de corazón que
funciona eléctricamente. La unidad de energía consiste en un
pequeño motor de corriente directa y un traductor de movimiento, y
un sistema de control de microprocesador es usado para regular el
índice de bombeo del corazón.
•
Nuevos avances en el órgano artificial utiliza sensores electrónicos
para regular el ritmo cardíaco y el flujo sanguíneo.
•
Un nuevo proyecto de corazón artificial que se está realizando en la
universidad RWTH de Aachen (Alemania) utiliza un microprocesador
Atmel, el AT91SAM7X.
•
El TAH (Totally implantable artificial heart ) AbioCor es un dispositivo
del tamaño de una toronja con dos cámaras ventriculares, válvulas,
un sistema hidráulico de bombeo y un sistema electrónico. Está
hecho de titanio y plástico, pesa aproximadamente dos libras. Esta
diseñado para encajar por completo dentro del cuerpo.
Bomba hidráulica interna - Similar a las
bombas hidráulicas utilizadas en equipos
pesados, éste componente mueve fluido
hidráulico de un lado al otro del corazón
artificial. Un engranaje que gira
rápidamente dentro de la bomba crea
presión para mover el fluido.
Válvula de transferencia - Esta válvula
se cierra y se abre, permitiendo al fluido
hidráulico moverse de un lado al otro del
corazón artificial. Cuando el fluido se
mueve hacia el lado derecho del corazón
artificial, la sangre es bombeada hacia
los pulmones a través de un ventrículo
artificial. Cuando el fluido se mueve
hacia el lado izquierdo del corazón
artificial, la sangre es bombeada hacia el
resto del cuerpo.
Sistema de transferencia de energía sin cables - Una
bobina interna y externa transmite energía desde una
batería externa, sin perforar la superficie de la piel. La
bobina interna capta la energía y la envía hacia una batería
interna y unidad de control.
Batería interna recargable - Esta batería es implantada en
el abdomen. Esta le permite a las personas llevar a cabo de
30 a 40 minutos de actividad, como nadar y bañarse,
mientras está desconectada del paquete de batería
externa.
Unidad de control - Esta pequeña unidad electrónica es
implantada en el abdomen. Está revisa y controla la
velocidad a la cual el corazón bombea.
Cuatro válvulas del AbioCor son de plástico y se configuran como las
válvulas cardíacas naturales. Los conductos de flujo de entrada están
conectados a la izquierda y la aurícula derecha del corazón extirpado, y
los conductos de flujo de salida están montados en las arterias.
El dispositivo pesa aproximadamente un kilogramo y consume unos 20
vatios de potencia. La batería, bobina de inducción eléctrica interna y
el módulo de controlador añaden otra kilogramo para el sistema
implantado.
Baterías de litio-ion usado en el cinturón del paciente recargue
continuamente la batería interna usando la bobina de inducción. Una
consola de cabecera también puede ser utilizado como una fuente de
energía y el sistema de vigilancia.
LA UNIDAD CENTRAL de la AbioCor está conectado por cable a un
controlador que ajusta la frecuencia cardiaca de acuerdo con la del
paciente el nivel de actividad. Una eléctrica bobina de inducción
transmite
energía
a
través
de
la
piel.
Bypass en el corazón es una operación que se le realiza al paciente cuando las
arterias no pueden suministrar suficiente sangre al corazón. Las arterias pueden
obstruirse con el tiempo debido a la acumulación de placa grasa. El bypass
permite mejorar el flujo sanguíneo al corazón creando una nueva ruta o
derivación alrededor de una sección obstruida o dañada de la arteria.
La operación consiste en coser una sección de una vena de la pierna o una
arteria del pecho u otra parte del cuerpo a fin de sortear la sección obstruida o
dañada de la arteria coronaria. El procedimiento crea una nueva ruta por la que
puede fluir la sangre, para que el músculo cardíaco pueda recibir la sangre rica
en oxígeno que necesita para funcionar adecuadamente.
Estos
"corazón
y
pulmones"
mecánicos mantienen sangre con
altos niveles de oxígeno circulando
por el cuerpo. La máquina de
circulación extracorpórea extrae la
sangre. Se eliminan el dióxido de
carbono y otros productos de
desecho. El oxigenador agrega
oxígeno y el intercambiador de calor
del oxigenador calienta (o enfría) la
sangre. La sangre comienza a
circular de nuevo suavemente a
través del organismo. Este proceso
se denomina perfusión. La persona
que hace funcionar la máquina de
circulación extracorpórea es el
perfusionista.
1.- Reservorio venoso: Recibe la sangre venosa del cuerpo desde las
venas cavas. Permite el -escape de aire- que regresa con el flujo venoso
(realiza
una
purga
de
gases).
2.-Oxigenador: Sustituye al pulmón en la circulación extracorporal.
Oxigena la sangre a la vez que libera anhídrido carbónico (efecto Bohr
Haldane).Hay dos tipos:
3.-Intercambiador de calor: Controla la temperatura de perfusión para
alcanzar el enfriamiento o el recalentamiento de la circulación
extracorpórea, de acuerdo a las necesidades. La mayoría de los
intercambiadores emplean agua a una temperatura ideal. La diferencia
de temperatura entre sangre y agua no debe superar los 14 ºC para
evitar trastornos sanguíneos. El agua no debe superar los 42ºC durante el
recalentamiento.
4-.Bombas:
-Bomba de rodillo(DeBakey)
Las más utilizadas en la cirugía de bypass cardiopulmonar en los últimos años. En
esencia, consiste en varios tubos situados en la parte interna de una zona curva
que está en el perímetro de unos rodillos. Estos se sitúan en los extremos de
unos brazos que rotan continuamente. Un rodillo comprime el tubo
continuamente, lo que produce el flujo sanguíneo constante.
- Bomba centrífuga
Similar a un ventilador ubicado dentro de una cubierta (de material
elástico), acoplado a un motor. Al rotar el ventilador crea una diferencia de
presiones entre el tubo aferente y el eferente. Bombeando la sangre hacia el
circuito arterial. El paciente debe tener un medidor de flujo para controlar el
gasto cardíaco en todo momento.