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UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA RESUMEN DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SONOCARDIÓGRAFO DIGITAL CON INTERFAZ A UN COMPUTADOR PERSONAL PARA LA INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS La meta que persigue el desarrollo de este trabajo de tesis es diseñar y construir un prototipo de estetoscopio electrónico que sirva como una herramienta de uso diario para el diagnóstico básico de patologías cardiacas. Antes de la construcción del equipo electro médico (Sonocardiógrafo Digital) es necesario tener pleno conocimiento de la anatomía, fisiología y funcionamiento del corazón humano, para luego aplicar los estándares técnicos en el diseño del equipo, sin oponerse a los estándares médicos. El Sonocardiógrafo Digital necesita una fuente de alimentación con exigencias de estándares médicos, por lo que se la diseña bajo la normativa IEC-601 clase I. El Sonocardiógrafo Digital esta formado por las etapas de: adquisición, amplificación, filtrado, digitalización y transmisión de los sonidos provenientes del corazón. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 1 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA El software diseñado para el Sonocardiógrafo Digital facilita la visualización, almacenamiento y actualización de los fonocardiogramas consiguiendo organizar un historial clínico. Comprender y manejar todas las prestaciones que brinda el Sonocardiógrafo Digital potencia la utilidad del equipo. PALABRAS CLAVES Transmisión, Serial, USB, Alimentación, Visual, Basic, Amplificación, Filtro, Señal, Fonocardiograma, Visualización. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 2 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA INDICE Resumen………………………………………………………… …………………………………………………………………. Introducción ......................................................................... 1 MARCO TEÓRICO: EL CORAZÓN HUMANO 1.1 Introducción ...................................................................1 1.2 El corazón humano ......................................................1 1.2.1 Definición ................................................................1 1.2.2 Estructura del corazón ............................................2 1.2.2.1 Pericardio .......................................................2 1.2.2.2 Epicardio.........................................................3 1.2.2.3 Miocardio o capa media .................................3 1.2.2.4 Endocardio o capa interna .............................3 1.2.3 Estructura cardiaca .................................................3 1.2.3.1 Cámaras .........................................................3 1.2.3.2 Válvulas ..........................................................5 1.2.4 Funcionamiento ......................................................6 1.2.5 Actividad eléctrica ...................................................7 1.2.6 Frecuencia cardiaca según la edad .........................9 1.3 Señales del fonocardiograma PCG ..........................10 1.3.1 Origen de los sonidos cardiacos ...........................10 1.3.2 Focos de auscultación ..........................................10 1.3.3 Ruidos cardiacos ...................................................11 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 3 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA 1.3.3.1 Primer ruido ..................................................11 1.3.3.2 Segundo ruido ..............................................12 1.3.3.3 Ruidos anormales.........................................13 1.3.3.3.1 Tercer ruido .......................................13 1.3.3.3.2 Cuarto ruido .......................................13 1.3.3.3.3 Ritmo de galope ................................13 1.3.3.4 Soplos del corazón .......................................14 1.3.3.5 Tipos de soplos ............................................14 1.3.3.5.1 Soplo sistólico....................................15 1.3.3.5.2 Soplo diastólico .................................15 1.3.3.5.3 Soplo continuo ...................................15 1.3.3.5.4 Soplo inocente ...................................15 1.4 Características de la actividad cardiaca ..................16 1.4.1 Frecuencia cardiaca .............................................16 1.4.2 Flujo sanguíneo .....................................................16 1.4.3 Presión sanguínea .................................................16 1.4.4 Gasto sanguíneo ...................................................17 1.4.4.1 La precarga ..................................................18 1.4.4.2 La poscarga ..................................................18 1.4.4.3 Contractibilidad .............................................18 1.5 Determinación del estado del corazón a partir de las señales eléctricas y acústicas ......................................19 1.5.1 Análisis de las señales del electrocardiograma ECG19 1.5.1.1 Nomenclatura de las ondas del electrocardiograma ECG ..........................................19 1.5.2 Análisis de las señales del fonocardiograma PCG 23 1.5.2.1 Ciclo cardiaco ...............................................23 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 4 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA 1.5.3 Relación ECG vs FCG ..........................................24 1.5.4 Falencias de acuerdo a la señales PCG ...............25 1.5.4.1 Ciclo cardiaco ...............................................25 1.5.4.2 Ubicación de los distintos soplos .................26 1.5.4.3 Soplos sistólicos ...........................................28 1.5.4.4 Soplos diastólicos .........................................31 1.5.4.5 Soplos sistólicos - diastólicos ......................34 1.5.4.6 Valvulopatías combinadas ...........................36 2 DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DEL SONOCARDIÓGRAFO 2.1 Introducción ..............................................................38 2.2 Diseño del sistema por bloques ...............................39 2.3 Requisitos de seguridad ...........................................41 2.4 Diseño del hardware ..................................................43 2.4.1 Fuente de alimentación para dispositivos electro médicos ..........................................................................43 2.4.2 Adquisición de la señal ........................................44 2.4.2.1 Parámetros a considerar en la adquisición de la señal .....................................................................44 2.4.2.1.1 Señal sonora del corazón ..................44 2.4.2.1.2 Amplitud de la señal ..........................44 2.4.2.1.3 Frecuencia de la señal ......................45 2.4.2.2 Adquisición de la señal acústica del corazón45 2.4.2.2.1 Transductor .......................................46 2.4.2.2.2 Polarización y pre amplificación ........ 46 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 5 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA 2.4.2.2.2.1 Polarización ..........................46 2.4.2.2.2.2 Pre amplificación ..................47 2.4.3 Acondicionamiento de la señal .............................48 2.4.3.1 Amplificación ................................................48 2.4.3.1.1 Primer amplificador............................48 2.4.3.1.2 Segundo amplificador ........................49 2.4.3.2 Filtro banda angosta .....................................50 2.4.3.2.1 Filtro banda angosta genérico ...........51 2.4.3.2.2 Función de transferencia del filtro banda angosta ..................................................52 2.4.3.3 Filtro Notch ...................................................56 2.4.3.4 Variación de amplitud ...................................57 2.4.3.5 Offset ............................................................58 2.4.3.6 Tipos de señales obtenidas ..........................59 2.4.3.6.1 Señal sin detector de envolvente ......60 2.4.3.6.2 Señal con detector de envolvente .....60 2.4.4 Reproducción de la señal .....................................61 2.4.4.1 Filtros ...........................................................61 2.4.4.1.1 Filtro pasa banda Butterworth ...........61 2.4.4.1.1.1 Calculo de filtro pasa bajos Butterworth .............................................62 2.4.4.1.1.2 Calculo de filtro pasa altos Butterworth .............................................64 2.4.4.2 Amplificador de audio ...................................67 2.4.5 Panel de control ....................................................68 2.4.6 Transmisión de la señal .........................................69 2.4.6.1 Serial RS-232 ...............................................70 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 6 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA 2.4.6.2 Bus serie universal (USB) ............................71 2.4.7 Memoria Interna .....................................................72 2.5 Diseño del Software ...................................................72 2.5.1 Diagrama de flujo del panel de control .................72 2.5.2 Diagrama de flujo para la transmisión ..................73 2.5.2.1 Serial RS-232 ...............................................73 2.5.2.2 Bus serie universal (USB) ............................74 2.6 Costos .........................................................................75 3 DESARROLLO DE SOFTWARE PARA VISUALIZACIÓN Y APOYO AL DIAGNOSTICO 3.1 Introducción ..............................................................76 3.2 Selección del programa apropiado para la visualización .....................................................................76 3.2.1 Microsoft Visual Basic ...........................................77 3.2.2 LabView ................................................................78 3.3 Comunicación entre PC y Sonocardiógrafo Digital 79 3.3.1 Comunicación serial ..............................................80 3.3.2 Comunicación USB ................................................80 3.3.2.1 Funcionamiento ............................................81 3.3.2.2 Establecimiento de enlace ...........................84 3.4 Procesamiento digital de las señales ......................88 3.4.1 Muestreo ................................................................88 3.4.2 Cuantización ..........................................................89 3.4.3 Codificación en código binario ...............................89 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 7 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA 3.5 Software para el diagnostico a partir de las señales89 3.5.1 Ingreso de señal ....................................................90 3.5.2 Visualización de señal ...........................................90 3.5.2.1 Señal obtenida a intervalos de 1 segundo ...92 3.5.2.2 Señal obtenida a intervalos de 0,5 segundos.93 3.5.2.3 Señal obtenida a intervalos de 0,25 segundos93 3.5.2.4 Señal obtenida a intervalos de 0,1 segundos94 3.5.3 Tiempo de duración del ciclo cardiaco ..................94 3.5.4 Opciones de menú ................................................95 4 PRUEBAS Y RESULTADOS DEL EQUIPO ELECTRO MÉDICO 4.1 Introducción ..............................................................97 4.2 Técnicas de auscultación .........................................97 4.3 Elementos físicos que componen el equipo ...........99 4.3.1 Accesorios .............................................................99 4.3.1.1 Estetoscopio ...............................................100 4.3.1.2 Audífonos ...................................................100 4.3.1.3 Cables USB tipo A ......................................101 4.3.1.4 Control Continuar/Detener .........................101 4.3.1.5 Cable de alimentación ................................102 4.3.2 Elementos ............................................................102 4.3.2.1 Encendido...................................................103 4.3.2.2 Lcd ..............................................................103 4.3.2.3 Menú...........................................................103 4.3.2.4 Audio ..........................................................103 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 8 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA 4.3.2.5 Controles de manipulación de la señal ......103 4.3.2.6 Conector USB tipo A para transmisión de datos .......................................................................103 4.3.2.7 Conector USB tipo B para entrada de señal104 4.3.2.8 Conector USB tipo A para memoria interna104 4.3.2.9 Conector Continuar/Detener ......................104 4.3.2.10 Interruptor principal...................................104 4.3.2.11 Conector de 110VCA ...............................104 4.4 Software de Visualización .......................................104 4.4.1 Menú ....................................................................105 4.4.2 Comandos............................................................108 4.4.3 Visualización de fonocardiogramas .....................108 4.4.4 Visualización en el tiempo ...................................109 4.4.5 Ciclo cardiaco .....................................................110 4.5 Utilidades y limitaciones del equipo ......................111 4.6 Resultados obtenidos por el equipo ......................113 4.6.1 Guía de usuario ...................................................113 4.6.2 Población muestreada .........................................116 4.6.2.1 Fonocardiogramas que presentan la aparición de sonidos normales ..............................................117 4.6.2.2 Fonocardiogramas que presentan la aparición del tercer ruido .......................................................120 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 5.1 Introducción .............................................................121 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 9 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA 5.2 Conclusiones............................................................121 5.3 Recomendaciones ...................................................122 BIBLIOGRAFÍA....................................................................124 ANEXOS Anexo 1 Esquema eléctrico de la fuente de alimentación 127 Anexo 2 Cálculo de valores para el filtro banda angosta 129 Anexo 3 Esquema eléctrico del panel de control .........131 Anexo 4 Esquema eléctrico de hardware general del Sonocardiógrafo Digital ...............................................132 Anexo 5 Código generado por el Easyhid Wizard .......138 Anexo 6 Programas para visualizar la señal ..............139 Anexo 6.1 Captura de la señal por el buffer de entrada139 Anexo 6.2 Líneas de código para botón inicio y detener ....................................................................141 Anexo 6.3 Líneas de código para 1 segundo .........142 Anexo 6.4 Líneas de código para 0,5 segundos .....143 Anexo 6.5 Líneas de código para 0,25 segundos ...144 Anexo 6.6 Líneas de código para 0,1segundos ......145 Anexo 7 Programas para el observación de la señal obtenida ........................................................................146 Anexo 7.1 Líneas de código para el botón cursores 146 Anexo 7.2 Líneas de código para líneas fucsia y verde 147 Anexo 7.3 Líneas de código para el botón dibujar ..149 Anexo 8 Programas para las opciones de menú .........151 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 10 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA Anexo 8.1 Líneas de código para el botón añadir ..151 Anexo 8.2 Líneas de código para el botón modificar 153 Anexo 8.3 Líneas de código para el botón eliminar 155 Anexo 8.4 Líneas de código para el botón listado ..157 Anexo 8.5 Líneas de código para el botón guardar 158 Anexo 9 Certificaciones ...............................................161 Anexo 9.1 Dr. Hernán Hermidia Córdova ..............161 Anexo 9.2 Dr. Bolívar Delgado Vásquez ..............162 Anexo 9.3 Dr. Jaime Morales ..................................163 Anexo 9.4 Phd. Willie Morocho Zurita .....................164 Anexo 10 Fonocardiogramas obtenidos de pruebas realizadas con el Sonocardiógrafo Digital ...................165 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 11 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SONOCARDIÓGRAFO DIGITAL CON INTERFAZ A UN COMPUTADOR PERSONAL PARA LA INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL TITULO DE INGENIERO ELÉCTRICO DIRECTOR: ING. FABIÁN CABRERA A. AUTORES: GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA CUENCA – ECUADOR 2008-2009 GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 12 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA D EDICATORIA : Con Amor, a mis queridos padres Carlos y Sofía, esposa Roció, cuyo sacrificio me han hecho llegar a la culminación de mi carrera universitaria. Con Cariño, a mis queridos hijos Steven, Justin y Andrea, a mis hermanos Carmen, Caty, Janeth, Diego y dejaron Daniela de familiares que apoyarme, Hortencia, nunca a mis Luisa, Guido, Patricio, Libia, Vicente, Lucrecia, Elena, Pedro, Maritza, Mariana, Andrés, Xavier, Joselin, Jhonatan, Sebastián y Belén que siempre creyeron en mis aptitudes. Stanly GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 13 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA D EDICATORIA : Dedicado a todas las personas que me apoyaron en la realización y culminación de este trabajo. padres En y especial hermanos a mis quienes siempre confiaron en mí, que con su apoyo moral y económico nunca me descuidaron. Fabián GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 14 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA A GRADECIMIENTOS : Nuestros sinceros agradecimientos a los Ingenieros Eléctricos Fabián Fabián Jaramillo Cabrera y al A., Doctor Willie Morocho Z. PHD, quienes nos supieron impulsar en todo momento para que este trabajo culminara con éxito. A la Facultad de Ingeniería y a la Universidad de Cuenca, nuestra gratitud. Stanly y Fabián GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 15 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA INTRODUCCION Durante los últimos 20 años, la importancia de la auscultación cardiaca tradicional ha disminuido frente al avance de otras técnicas de diagnóstico de alta tecnología. Sin embargo, se trata de métodos costosos no disponibles en la mayoría de los consultorios cardiológicos. De ahí la necesidad de desarrollar un sistema confiable y económico que permita al médico suministrar un diagnóstico acertado. La auscultación es la primera herramienta de análisis que se emplea para evaluar el estado funcional del corazón, y el primer indicador utilizado para remitir al paciente donde un especialista. En ella, el médico trata de identificar y analizar separadamente los diferentes ruidos que componen el ciclo cardiaco y realizar después una síntesis de las características extraídas por lo que es necesario tener un amplio conocimiento de la anatomía, fisiología y funcionamiento del corazón humano antes de empezar con el diseño y construcción del equipo, lo que justifica el desarrollo del capitulo 1. Los estetoscopios estándares no proporcionan ningún tipo de control sobre la señal acústica debido a su naturaleza, lo que limita su uso, por tal motivo se diseña un prototipo de estetoscopio electrónico que consta de etapas como GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 16 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA adquisición, amplificación, filtrado y digitalización de la señal, sus detalles constructivos se analizan en el capitulo 2. El desarrollo computacional actual posibilita proporcionar una interfaz grafica mediante un software donde ver qué es lo que escucha y almacenar la señal acústica en un computador personal es la meta que se persigue el desarrollo del capitulo 3. En el capitulo 4 se realiza un análisis del funcionamiento del equipo electro médico, lo que permite apreciar sus posibilidades y limitaciones, así también se obtendrá certificaciones del alcance del proyecto. Finalmente en el capitulo 5 se proporciona una serie de conclusiones que señalan el alcance logrado en cuanto a los objetivos planteados, de igual manera se brinda recomendaciones para emprender proyectos afines. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 17 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA CAPITULO 1 MARCO TEORICO: EL CORAZON HUMANO 1.1 INTRODUCCIÓN Antes de comenzar con la construcción del equipo electro médico es necesario tener un pleno conocimiento de la anatomía, fisiología y funcionamiento del corazón humano, para luego aplicar los estándares técnicos en el diseño del equipo, sin oponerse a los estándares médicos. En el presente capitulo se comienza definiendo el corazón humano para luego analizar su estructura y una vez conocida esta entender su funcionamiento y los parámetros que a ella se asocian, resaltando los detalles que son de interés para el proyecto. Se estudia brevemente las señales PCG (señales acústicas que emite el corazón), sus orígenes y sus focos de auscultación, además los parámetros que varían en la actividad cardiaca y como estos influyen en ruidos cardiacos normales y anormales. Se presenta un amplio análisis de las diferentes falencias que se pueden detectar a partir de las señales PCG, para esto es necesario conocer las relaciones entre las señales acústicas y eléctricas que emite el corazón. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 18 UNIVERSIDAD DE CUENCA 1.2 FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA EL CORAZÓN HUMANO 1.2.1 DEFINICIÓN Es un órgano fibromuscular hueco del tamaño aproximado de un puño, su función es la de bombear la sangre de todo el cuerpo, con un peso aproximado de 300 gramos y unas dimensiones de 12cm de longitud, unos 4cm de ancho y unos 6cm de grosor, se encuentra localizado en la cavidad torácica entre ambos pulmones apoyado en la porción tendinosa del diafragma. Su borde inferior está situado palmo arriba palmo abajo en el quinto espacio intersticial. Mientras que su borde inferior o base se encuentra entre el segundo y tercer espacio intersticial izquierdo. También tiene una forma de cono o pirámide cuya base es superior y su vértice se encuentra situado aproximadamente 8cm a la izquierda de la línea media. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 19 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA Figura 1.1 Ubicación del corazón en el tórax. [1] 1.2.2 ESTRUCTURA DEL CORAZÓN Las dos partes principales del corazón son: • Envoltura externa que se llama pericardio • Pared cardiaca que a su vez está formada por tres capas: • Epicardio • Miocardio • Endocardio. 1.2.2.1 PERICARDIO Es una membrana que recubre todo el corazón y que se divide en: GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 20 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA Pericardio fibroso: Es la capa más externa y más dura. Se fija al diafragma y al esternón. Pericardio seroso: Es la siguiente capa hacia el interior. Está formado por el pericardio parietal (lámina externa que da a la cavidad pericárdica) y el pericardio visceral (lámina interna que está en contacto directo con el músculo cardiaco). Entre ambas capas queda la cavidad pericárdica, en cuyo interior se aloja el líquido pericárdico cuya función es facilitar el movimiento del corazón, actuando como lubricante, disminuyendo así el rozamiento entre ambas capas. 1.2.2.2 EPICARDIO Membrana visceral serosa delgada del pericardio en contacto con el corazón, que cubre la superficie exterior del músculo cardiaco. 1.2.2.3 MIOCARDIO O CAPA MEDIA El miocardio va a estar formado por células cardiacas con contracción involuntaria y que presenta unas formas alargadas no fusiformes y cuya principal característica es que presenta engrosamientos en ciertas partes de la membrana. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 21 UNIVERSIDAD DE CUENCA 1.2.2.4 FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA ENDOCARDIO O CAPA INTERNA Es una fina membrana que recubre internamente toda la superficie cardiaca y todas las estructuras contenidas en ellas (las válvulas). 1.2.3 ESTRUCTURA CARDIACA 1.2.3.1 CÁMARAS El corazón se divide en cuatro cámaras que son: • Dos superiores o aurículas • Dos inferiores o ventrículos Figura 1.2 Cavidades del Corazón [2] Aurícula Derecha (AD) desemboca en la vena cava inferior y la vena cava superior. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 22 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA Aurícula Izquierda (AI) desembocan las venas pulmonares, que llevan sangre oxigenada. Ventrículo Derecho (VD) desemboca en la arteria pulmonar que es pobre en oxigeno. Ventrículo Izquierdo (VI) es la cavidad más grande y fuerte del corazón, tiene la fuerza suficiente para impeler la sangre a través de la válvula Aórtica hacia el resto del cuerpo. La capacidad de los ventrículos es superior al de las aurículas. Tanto aurículas como ventrículos se encuentran separados por tabiques. El tabique que separa las aurículas es el tabique interauricular. El segundo tabique recibe el nombre de tabique interventricular o diferencia del auricular, presenta un grosor importante. 1.2.3.2 VÁLVULAS En cada una de las cavidades de corazón existe una válvula por la cual la sangre debe pasar. Las válvulas evitan que la sangre se devuelva. Estas válvulas son como aletas que están localizadas en la salida de GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 23 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA cada uno de los ventrículos y aurículas. Actúan como compuertas de entrada en un lado del ventrículo y como compuertas de salida en el otro lado del ventrículo Hay dos tipos de válvulas. • Válvulas auriculoventriculares: unen ambas cámaras derechas, aurícula y ventrículo derecho. Recibe el nombre de tricúspide porque está formada por tres bombas. Recibe el nombre de válvula mitral y está formada por dos valvas, la que une aurícula y ventrículo izquierdo. • Válvulas semilunares: son dos válvulas que se llaman así porque tienen forma semilunar. - Válvula pulmonar: aquella válvula que une ventrículo derecho con tronco pulmonar. - Válvula aórtica: aquella que une ventrículo izquierdo con aorta. Cada válvula tiene tres aletas, excepto la válvula Mitral, que solo tiene dos. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 24 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA VÁLVULA PULMONAR VÁLVULA AÓRTICA VÁLVULA TRICÚSPI VÁLVULA MITRAL Figura 1.3 Las válvulas del corazón [2] 1.2.4 FUNCIONAMIENTO El corazón y el aparato circulatorio componen el aparato cardiovascular. El corazón actúa como una bomba que impulsa la sangre hacia los órganos, tejidos y células del organismo. La sangre suministra oxígeno y nutrientes a cada célula y recoge el dióxido de carbono y las sustancias de desecho producidas por esas células. La sangre es transportada desde el corazón al resto del cuerpo por medio de una red compleja de arterias, arteriolas y capilares. Después de su viaje por el organismo la sangre queda sin oxígeno y es enviada de nuevo al corazón, a través de las vénulas y venas para que éste la bombee a los pulmones con el fin de recoger más oxígeno. Así se completa el ciclo. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 25 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA Cada latido del corazón desencadena una secuencia de eventos llamados ciclo cardiaco, que consiste principalmente en tres etapas: • Sístole auricular • Sístole ventricular • Diástole. El ciclo cardíaco hace que el corazón alterne entre una contracción y una relajación aproximadamente 75 veces por minuto, es decir el ciclo cardíaco dura unos 0,8 segundos. • Durante la sístole auricular (ciclo de vaciado), las aurículas se contraen y proyectan la sangre hacia los ventrículos. Una vez que la sangre ha sido expulsada de las aurículas, las válvulas auriculoventriculares entre las aurículas y los ventrículos se cierran. Esto evita el reflujo de sangre hacia las aurículas. El cierre de estas válvulas produce el sonido familiar del latido del corazón. Dura aproximadamente 0,1 segundos. • La sístole ventricular (ciclo de vaciado) implica la contracción de los ventrículos expulsando la sangre hacia el sistema circulatorio. Una vez que la sangre GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 26 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA es expulsada, las dos válvulas sigmoideas, la válvula pulmonar en la derecha y la válvula aórtica en la izquierda, se cierran. Dura aproximadamente 0,3 segundos. • Por último la diástole (ciclo de llenado) es la relajación de todas las partes del corazón para permitir la llegada de nueva sangre. Dura aproximadamente 0,4 s. Sístole Diástole Figura 1.4 Flujo sanguíneo a través de las válvulas. [3] La expulsión rítmica de la sangre provoca el pulso que se puede palpar en las arterias radiales, carótidas, femorales, etc. Si se observa el tiempo de contracción y de relajación se verá que las aurículas GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA están /2008 en reposo 27 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA aproximadamente 0,7 segundos y los ventrículos unos 0,5 segundos. Eso quiere decir que el corazón pasa más tiempo en reposo que en el trabajo, este conjunto de movimientos complejos producen fenómenos mecánicos y acústicos. 1.2.5 ACTIVIDAD ELÉCTRICA Como se menciono antes el corazón se asemeja a una bomba por lo tanto necesita una fuente de energía para poder funcionar, esta proviene de un sistema intrínseco de conducción eléctrica que se describe a continuación. Figura 1.5 Ubicación del nodo sinusal o nodo de KeithFlack. [4] La secuencia de las contracciones está producida por la despolarización (inversión de la polaridad eléctrica de la membrana debido al paso de iones activos a través de GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 28 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA ella), del nodo sinusal o nodo de Keith-Flack, situado en la pared superior de la aurícula derecha muy próximo a la desembocadura de la vena cava superior. Figura 1.6 Ubicación del nodo auriculoventricular. [4] La corriente eléctrica producida por el nodo sinusal, del orden del microvoltio, se transmite a lo largo de las aurículas y pasa a los ventrículos por el nodo auriculoventricular (nodo AV) situado en la unión entre los dos ventrículos, formado por fibras especializadas. GEOVANNY ESTALY CASTILLO LLIVISACA FABIÁN CLAUDIO AUCAPIÑA CABRERA /2008 29 UNIVERSIDAD DE CUENCA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA ELÉCTRICA Figura 1.7 Ubicación del fascículo de His. [4] El nodo AV sirve para filtrar la actividad demasiado rápida de las aurículas. Del nodo AV se transmite la corriente al fascículo de His, que se distribuye a los dos ventrículos. Aunque el nódulo SA envía impulso