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,




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títuloResumen 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,
fecha de publicación31.01.2016
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tipoResumen
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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. ilustracion del sistema de conduccion electrica del corazonFIG 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.

el marcapasos es aproximadamente del tamano de una caja de fósforos.

FIG2.Marcapasos electrónico implantado

Dentro del sistema de circuitos electrónicos en el generador se pueden encontrar de acuerdo al tipo de marcapasos:

  • 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.

http://www.elsevier.es/ficheros/images/25/25v7nsupl.g/origen/25v7nsupl.g-13110802tab05.gifFIG3.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).

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.

Morfología del estímulo

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.

http://www.elsevier.es/ficheros/images/25/25v7nsupl.g/origen/25v7nsupl.g-13110802tab03.gifFIG4. 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 0,5 ms de duración a una frecuencia de 60 lat. /min. La corriente promediada sería:

I = (2,5 V / 500 Ω) x (0,5 ms / 1.000 ms [ciclo de la frecuencia de estimulación]) = 2,5 µA.

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/UVAHealth/peds_cardiac_sp/pacemkr.cfm. “Los trastornos cardiovasculares”

2. Instituto del Corazón de Texas, (Texas Heart Institute); www.texasheart.org/HIC/Topics_Esp/Proced/pacemake_sp.cfm.”Marcapasos”

3. Revista Española de Cardiología. Sociedad Española de cardiología; www.elsevier.es/cardio/ctl_servlet?_f=40&dent=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.html”Marcapasos”

6. D. Giancoli. “Física, Principios con Aplicaciones”. Ed. Prentice Hall. Cuarta Edición.1997


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