Pablo A. Daneri

Electromedicina Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

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Daneri, Pablo A. Electromedicina : equipos de diagnóstico y ciudados intensivos. - 1a ed. Buenos Aires: HASA, 2007. 208 p.: il.; 24x17 cm. ISBN 978-950-528-279-1 1. Equipos para Diagnóstico. 2. Electromedicina 3. Bioingeniería l. Título CDD 621.374 3

Hecho el depósito que marca la ley 11.723 Copyright © 2007 by Editorial Hispano Americana S.A. - Il .A.S.A. Rincón 686/8 - C 1227ACD - Buenos Aires - Argentina Teléfono/Fax: (54 - 11 ) 4943-71 11 E-mail: [email protected] Web Site: http://www.hasa.com.ar IMPRESO EN LA ARGENTINA

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Diseño de Tapa: Gastón C. Hillar Corrección Técnica: Héctor A. Algarra y Jorge E. Novoa Armado interior- Jorge C. Algarra Todos los derechos reservados. Ninguna parte de este libro puede ser reproducida, almacenada en un sistema recuperable, o transmitida por cualquier medio, electrónico, mecánico, fotocopiado, grabado u otros, sin el permiso escrito del editor. Ninguna responsabilidad de patente se asume respecto a la iiúormación aquí contenida. Aunque se han tomado todas las precauciones en la preparación de este libro, el editor y el autor no asumen responsabilidades por errores u omisiones. Ni se asumen obligaciones por daños resultantes del uso de la información aquí contenida. Marcas Comerciales: Los ténninos que se suponen sean marcas comerciales han sido destacados con mayúsculas. El editor y el autor no pueden dar fe de la exactitud de la información. El uso de un término en este libro no debe considerarse como que afecta la validez de cualquier marca. Este libro se terminó de imprimir en el mes de Julio de 2007, en Primeraclase Impresores, California 1231, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, República Argentina. Tirada: 1.000 ejemplares.

Prórogo El avance científico y tecnológico en el ámbito de la salud perm1t1ó el desarrollo de numeroso equipamiento e instrumental para fines diagnósticos y terapéuticos, a tal punto que hoy en día no se podría concebir una medicina sin la aplicación de equipos electrónicos. En atención a las crecientes exigencias surge la necesidad de formar personal especializado que brinde soporte técnico en el área de la electromedicina y el mantenimiento hospitalario. El objetivo primordial del libro es servir como herramienta de trabajo y consulta, para quienes desempeñen actividades vinculadas con la reparación y el mantenimiento del equipamiento y las instalaciones electromédicas. La escasa disponibilidad de literatura técnica en esta disciplina, hacen de esta obra una fuente de consulta permanente. En el primer capítulo se desarrollan los conceptos de seguridad eléctrica, compatibilidad electromagnética, instalaciones y normativas apLicadas al entorno biomédico. Los capítulos restantes describen el principio de funcionamiento y la estructura interna de los equipos para diagnóstico y cuidados críticos más habituales, tales como electrocardiógrafos, respiradores, oxímetros de pulso, desfibriladores y marcapasos. Bajo la premisa que la principal fuente de conocimiento es la experiencia, este libro busca un nuevo enfoque en el aprendizaje de la electromedicina, con deducciones simples basadas en conceptos sólidos, intentando facilitar la incorporación de nuevos técnicos al mundo del trabajo.

Pablo A. Daneri [email protected]

Jtcerca del Autor

Contenido

Pablo Adrián Daneri nació en Buenos Aires, Argentina, en l 978. Es Ingeniero en Electrónica egresado de la U.T.N. (Universidad Tecnológica Nacional), y ha realizado una Maestría en Ingeniería Biomédica de la Universidad Favaloro. En la actualidad se desempeña como profesor en el Instituto Argentino de Electrónica Médica (www.iaem.com.ar). Toda consulta o comentario acerca de la obra podrá ser realizada a su casilla de correo [email protected] o a [email protected].

Dedicatoria Dedicado a mi padre, el Prof Carlos Daneri.

Agradecimientos Quiero expresar mi más sincero agradecimiento a las siguientes empresas e instituciones que brindaron información y colaboraron de alguna manera en la realización de esta obra: •

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ABB A.E.A. (Asociación Electrotécnica Argentina) Bear Bird Fluke Biomedical General Electric Hospital Nacional Dr. Baldomero Sommer fAEM (Instituto Argentino de Electrónica Médica) Mas1mo Corporotion Medix Medlronie Metrax Pnmed1c Puntan Bcnncl Rtgel S1cmens Texas lnstnunent Universidad Favaloro Viasys Healthcare

Capítulo 1 Fundamentos de la Electromedicina .................... g La Seguridad en Electromedicina ............................................................................. 9

Efectos Fisiológicos de la Corriente Eléctrica ...................... ........................... ........ 9 Parámetros que Modifican los Efectos Fisiológicos ................................................. / l El Peligro de la Electrocución ................................................................................ 12 Sistema de Protección de Puesta a Tierra .... .. ............. .... ... . .. ............................. 14 Sistema de Pro1ecció11 Mediante lnterruptores Diferencia/es . ..... ........................ 15 Sistema de Protección Mediante Interruptores Tennomagnéticos ........................... J9 Macroshock y Microshock ..................................................................................... 21 Código IP para la Clasificación de la Protección de la Carcasa ............................. 23 Clasificación de las Salas para Uso Médico .......................................................... 24 Suministro de Energía en Salas del Gnipo 2 ........................................................... 25 Disponibilidad del Suministro Eléctrico ................................................................ 28 Compatibilidad Electromagnética (CEM) .............................................................. 30 Transmisión de las Perturbaciones Electromag11éucas ............................................ 31 Acoplamientos ............................................................................................................... 31 Desacoplam1e111os ......................................................................................................... 31

Capítulo 2 Electrocardiografía •............................................ 33 Introducción .......................................................................................................... 33 Conceptos Preliminares .......................................................................................... 34 Fisiología y Circulación Cardiovascu/ar .......................... ................ ....... .............. ... 34 Potencial de Acción .......................................................... .................................... 35 Eventos Bioeléctricos . ........................................................................................... 38 Ciclo Cardíaco ............. ........................................................ ...................... 38 At1ton1a1i.rmo . . ..... . . . . ......................... .......................................... 4 ¡ Excitabilidad y Período Refractario . ...................................................................... 42 Conductih1/idad ....................................................... ............................................... 42

El autor

Señal de ECG ................... .................................................................................... 43 Derivaciones TritÍngu/o de Einthoven . ....................... ............................................. 45

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Contenido -

Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

Derivaciones en el Plano Frontal .................................................................................. 46 Derivaciones en el Plano l lonzontal ............................................................................ 49

Electrodos ................................. .............................................................................. 49 Interfaz Electrodo/Piel ......... ................................................................................. 49 Modelo Eléctrico de Medición de un Biopotencial ...................................................... 53 Registro del Potencial de Acción ............................................................................. 55 El Electrodo de Ag!AgCI .... .. ................................................................................. 56 Tipos de Electrodos ..... ........................................................................................... 57 Variación del Potencial de Contacto ........................................................................ 59 Diagrama en Bloques de un Electrocardiógrafo ..................................................... 60

Cable Paciente ............... ....................................................................................... 63 Protección contra Altas Tensiones .......................................................................... 65 Detector de Electrodo Desconectado .... ................................................................... 66 Buffers ....................................................................................................................... 66 Red de ivilson .......... ...... .. .............................................. :....................................... 68 Selector de Derivaciones .......................................................................................... 68 Amplificador de Instrumentación ........................................................................... 69 Req11erimientos Básicos ......... ................................................................... ............... 70 Amplifu;adores de !rtstrumentación con Compo11entes Discretos ............................. 70 Amplificador de l11stmmentac1ón Integrado ...................................................... 75 EI AD620 ................ ..................................................................................................... 75

Hacer vs. Comprar ...... .......................................................................................... 76 Circuito de un Amplificador de Instrumentación Basado en AO ........................... 77 Aplicación de Monitoreo Usando el AD620A .......................................................... . 79 Aislamiento Eléctrico del Paciente ........................................................................ 79 Fuente de Alime11tacíón Aislada .............................................................................. 79 Acoplamiento entre las Etapas Aisladas y las No Aisladas ...................................... 80 Acoplamiento Óptico ....... .......................................................................................... 80 Func1onam1ento de 11n Óptoaroplador ................................................................... 80 Acoplamiento Óptico de la Señal de ECG ................................................................ 82 Acoplamiento Óptico de Sc1iales de Control ... ......................................................... 82 Acoplamiento Electromagnético ................................................................................... 83 Filtro Pasabanda .. ... .. ........................................................................................ 84 Detección de la Espiga por el Marcapasos . .. ........................................................ 85 Amplificador de Ganancia Variable ... . .......................................................... 87 Registrador de Papel o Pantalla ............................................................................. 87 Etapas de Proccsan11cnto ................................................................................... 89

Monitores Electrocard1ognílicos ............................................................................ 89

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Inconvenientes en la Medición ............................................................................... 91 Circuitos de Aplicación .......................................................................................... 93 Aparatos de Registro Electrocardiográfico ............................................................ 95 Simulador de Señales de ECG ................................................................................ 98

Capítulo 3 Respiradores Artificiales .•................................ 101 Introducción .......................................................................................................... lOl Conceptos Preliminares ........................................................................................ 102 Funciones de los Respiradores .... ............................................................. ........ .... 105 Clasificación de los Respiradores ........................................................................ 105 Respiradores de Presión Positiva, Negativa y de Alta Frecuencia ......................... 106 Evolución de los Respiradores ................. ............................................................ 107 Diagrama en Bloques ........................................................................................... 109 Sistema de Control .................................................................................................. I 09 Sistema de Provisió11 de Gases ............................................................................... 11 O Fuelle ........................................................................................................................... 111 Pistón ........................................................................................................................... 111 Solenoides Proporcionales .......................................................................................... 112 Válvula de Tijeras ....................................................................................................... 114 Sistema de Monitoreo lllterno ................................................................................ 115 Sensores de Presión ..................................................................................................... 115 Sensores de Flujo ........................................................................................................ 115 Por Presión Diferencial de Orificio Variable ........................................................... 115 De Convección Térmica (Hilo Ca/1c11te) ..... ..... .................. ... .. ........................ JJ9 De Pantalla (Pne11mo1acómetro de F/e1sch y de Hans-R11dolph) ........................... 120 De Vórtice.. .. .. .............. .. . . ... ... ..................... .. . .. .. ...................... 122 De Vano Rotatorio (Turbina) .. .. ......................................................................... J22 Interfaz Operador - Respirador ............................................................................. J22 lnterfaz Paciente - Respirador .................................................. ............................. 123 Sistema de Seguridad y Alarmas .......................................... .............. ..................... J26 Sistema de Alime11tació11 ............ ............................... ............................................. 128 Operación Interna (Vinculación entre los Bloques) .......................................... ~..... 128

Tipos de Ventilación ......... .................................................................................... 128 Ventilación Mandato ria u Obligada ....................................................................... 129 Ventilación Mandatoria Controlada ............................................................................ 129 Ventilación Mandatoria Asistida ................................................................................. 129

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Etectromedicina • Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

Contenido -

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Ventilación Espontánea .... ....................................................................................... 130 . pu1monar ................................ ····· ··· ·· ········ ........................................ 131 eompl iance Variables de Control ........... ............................................................................. . ... 131

Capítulo 4 Oxímetros de Pulso (Saturómetros) ................. 151

Ecuación de Movimiento ................................................... ··························· ..... ···· · 131

Introducción .. .................................. ...................................................................... 151 Principio de Funcionamiento ................................................ ............................... 151 Conceptos Preliminares .......................................................................................... 152 Leyes de Lambert y Seer ...................................................................................... 153 Ley de Lamber/ ....................................................................................................... 153 Ley de Beer ............................................................................................................ . 154 Ley de Lambert-Beer ............................................................................................... 155 ¿Cómo Trabajan los Oxímetros de Pulso? .. ......................................................... 156 Diagrama en Bloques de un Oxímetro de Pulso ................ .... ...................... ......... 161 Sonda de Medición ........................................................................ ....................... 162 Condiciones que Dificultan la Medición de Saturación .............................. ........... 165

V~riables de Fase ........................................................ :~:·.·.~·.·.·.:·.::·.~·.:·.·.·.:·.:~·.::·.::·.:·.·.::·.·.·.·.·.·.·.:~~~ Sistema de Flow-by ............................................... ······ Modos Ventilatorios .............................................. ·············· ·· ········ ·· ······ ··· ···· ······ ·· 134 Ventilación Mecánica Controlada (CMV) ............................................................... 135 Ventilación Mecánica Asistida (AMV) .................................................................... 135 Ventilación Asistida/Controlada (AJC) .................................................................... 136 Ventilación Mandatoria Intermitente (JMV) ................................................ ........ 136 Ventilación Mandatorio Intermitente Sincronizada (SIMV} .................................. 136 Ventilación por Presión de Soporte (PSV) .............................................................. 13 7 Ventilación con Control de Presión (PCV) ............................................................. 138 Volumen Mandatorio Minuto (MMV) ........................... ."...... ·.... ·............. ·...... ·· ····· ··· 139 rr. · · por Descarga de la Presión renti·¡acion . • en la Vía Aérea (APRV) ...... ..... ............... 139 Presión Positiva Continua en la Via Aerea (CPAP) ............................................... 139 Presión Positiva Bifásica en la Vía Aérea (Bf PAP) ................................................ ~;~ Ventilación de Alta Frecuencia (HFV) ............. .................... ·..... ·........ ·· ··· ·· ........ ·· ·.. Ventilación con Relación !:E lnversa ...................................................................... 141 Ventilación con Flujo Continuo (CFV) ................................................................... 141 Ondas de Presión, Flujo y Volumen ..................................................................... 141 Ensayo de los Respiradores .................................................................................. 143 Consideraciones Prácticas para el Control del Funcionamiento .......................... 144 · · u: I ................................ .............. 144 111Speccwn , zsua ................................... ··· ·· ··· ····· ···· ·· Control del Funcionamiento ................................................................................... 145 Control Básico de la Unidad ....................................................................................... 145 Control de los Modos Ven ti latorios .................................. ······ ·· ···· ..... ··· .. ·· ·· ··· .. ··· ..... ···· 145 Ventilación Mandatoria Controlada por Volumen .................................................. 145 Ventilación Asistida Controlada por Volumen ........................ ·················· .......... 145 Ventilación Controlada por Presión ... .. ... .. ................................................... 145 Calibración ........................................................................................................... l 46 Transductor de Flujo lnsp1ratono ................................................................................ 146 · Esp1rntono · · ............................................................................... . 146 Transductor de FluJO Transductor de Presión lnspiratoria ............................................................................ 146 Transductor de Presión Fspiratona ............................................................................ 147 ____ 147 Celdadc01 - • 147

Mantenimiento .................................................................................................... .

Movimiento ................................................................................................................. 165 LuzAmbiental ............................................................................................................. 166 Existencia de Hemoglobinas Disfuncionales .............................................................. 167

Tecnología del Procesamiento de la Señal ........................................................... 168 Exactitud ............................................................................................................. .... 170 Relación entre la Pa02 y la Sp02 ----··-····--·-··-······· · · -- - - - - - - · 171 Sistema de Alarmas .............................................................................................. 172 Presentación de la [nfonnación ............................................................................ 172 Circuitos ................................... ............................................................................ 173

Capítulo 5 Desfibriladores ................•................................. 179 Introducción .................................................................................................... ...... 179 Corriente de Desfibrilación e Impedancia Transtorácica ..................................... 180 Aplicación de la Descarga ........ .. .. .. .. .... .. .. ........ .. .. .. .. ......... .... .. ..... ........................ 180 Clasificación de los Deslibriladores ............. .......................... .............................. 182 Desfibriladores de Corriente Alterna ................................................................:..... 182 Desfibri/adores de Descarga Capacitiva. Onda Amortiguada ............................... 183 Desfibriladores de Onda Truncada, Exponencial, Cuadrada o Trapezoidal ......... 186 Desfibriladores de Onda Exponencial Trnncada Bifásica ...................................... 187 Características de la Onda Amortiguada y de la Onda Bifásica ........................... 188

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E/ectromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

Energía Almacenada vs. Energía Liberada ........, ................................................. 188 Seguridades .......................................................................................................... 189 Electrodos .. ....... .... ...... .... .... ... ...... .. ... .. .. ... ..... ....... ... ...... .... .. ....... .. ..... .... .... .. ... ....... 189 Externos .................................................................................................................. 189 Internos ....... ............................................................................................................ 189 Desfibriladores Electrónicos Automáticos (AED) ............................................... 190 Circuitos .............................................................................................................·· 190 Modelos de Desfibriladores ................................................................................. 192 Tester para Desfibriladores ................................................................................... 194

Capítulo 6 Marcapasos ....................................................... 197 Introducción .......................................................................................................... 197 Tipos de Marcapasos ............................................................................................ 197 Permanentes ................................................................ ............................................ 197 Transitorios ................................................................ .....................................···..... 198 Componentes Básicos de un Marcapasos .................................... ......................... 198 Generador de Pulsos ............................................................................................... 199 Unidad de Sensado ........................................................................ ·................ ····· ··· 199 Catéter de Estimulación .......................................................................................... 200 Baterías .................................................................................. ................................. 201 Unidad de Control ................................................................................................... 201 Marcapasos de Frecuencia Adaptativa ................................................................. 202 Marcapasos Mulliprograrnables ........................................................................... 203 Ensayo de Marcapasos ......................................................................................... 204 Medición de los Pulsos de Esti11111/ación ................................................................. 204 Medición de la Sensibilidad .................................................................................... 205 Cardiodesfibriladores Implanlablcs (ICD) ........................................................... 205

Capítulo 1

Fundamentos de la Electromedicina

La Seguridad en Electromedicina La tecnología electromédica ha aumentado considerablemente la seguridad de los equipos y ha reducido los riesgos debido al manejo y la utilización. En las aplicaciones médicas los niveles de seguridad que deben cumplir los sistemas de instrumentación se encuentran nonnalizados. De todas formas no se puede asegurar un riesgo nulo en el uso del equipamiento, pero sí es posible reducirlo mediante una adecuada utilización por usuarios instruidos. La mayoría de los daños producidos a pacientes se pueden atribuir a un uso

inadecuado del equipamiento electromédjco o a La falta de experiencia en su manejo, o bien, a fallas en las instalaciones. Por lo tanto, es de suma importancia desarrollar sistemas de seguridad lo más fiables posibles. Algunos pacientes, bajo ciertas condiciones pueden ser más susceptibles al peligro de la corriente eléctrica que una persona en su casa o su trabajo, por lo cual se deben tomar precauciones especiales. Para describir los riesgos se estudiarán los efectos fisiológicos de la corriente eléctrica.

Efectos Fisiológicos de la Corriente Eléctrica Para que la electricidad produzca efectos sobre el organismo, el cuerpo se debe convertir en parte del circuito eléctrico. Para que circule corriente a través del cuerpo humano deben existir al menos dos conexiones entre el cuerpo y una fuente de alimentación externa. La magnitud de la corriente dependerá de la diferencia de potencial entre las conexiones y la resistencia eléctrica del cuerpo. La mayor parte de los tejidos del cuerpo humano poseen un elevado porcentaj e de agua, por lo

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E/ectromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

cual la resistencia eléctrica que presentan es baja y se pueden considerar como buenos conductores. Por otra parte, la impedancia de la piel (epidennis) es bastante elevada, del orden de los 200 a 500 k.Q. El efecto que la corriente eléctrica produce sobre un individuo depende de diversos parámetros: la magnitud de la corriente que circula por el tejido, el tiempo de exposición, la zona por la que circula (superficie o tejido interno) y la frecuencia que posee. La gravedad del daño dependerá a su vez del órgano afectado. La corriente eléctrica puede incidir sobre los tejidos básicamente en tres fonnas:

en primer lugar se produce una excitación eléctrica en los tejidos excitables (nervios y músculos), comenzando con una sensación de honnigueo o escozor, que si alcanza intensidad suficientemente elevada puede ser dolorosa y molesta. La estimulación de estos nervios o músculos motores puede provocar contracciones, y si ésta aumenta se puede producir la tetanización del músculo (contracción intensa y sostenida). En segundo lugar, puede aparecer un ·incremento de temperatura en el tejido debido a la resistencia que presenta y la energía disipada en el mismo. Por último, un aumento elevado de la temperatura puede producir quemaduras, frecuentemente en los puntos de contacto, por ser los lugares donde existe mayor densidad de corriente. Esta característica es aprovechada en la electromedicina por los electrobisturíes, los cuales utilizan generadores de radiofrecuencia con frecuencias de 2,5 a 4 MHz para cortar tejidos o coagular pequeños vasos sanguíneos. El órgano más susceptible a la corriente eléctrica es el corazón. Un estímulo que tetanice el corazón provoca la contracción completa del miocardio, que detiene la acción de bombeo, interrumpiéndose entonces la circulación sanguínea. Si la circulación no se restablece en pocos minutos, en primer lugar se lesiona el cerebro y luego se produce la muerte por falta de oxigenación en los tejidos cerebrales. Si la corriente tetanizante es de corta duración, el latido del corazón se reanuda en fonna espontánea. Puede ocurrir que una corriente más baja, que excite sólo una parte de las fibras musculares del corazón, sea más peligrosa que otra que sea capaz de tetanizar el corazón entero. Una excitación parcial puede cambiar las vías eléctricas de propagación en el miocardio desincronizando la actividad del corazón. Este fenómeno, con el cual el corazón pierde el sincronismo, se lo denomina fibrilación y es la causa que produce la mayoría de las muertes por accidentes eléctricos. Se puede producir también parálisis respiratoria si los músculos del tórax se tetanizan por efecto de una corriente que circule a través del pecho, o a través del centro de control respiratorio del cerebro. Analizaremos a continuación los diferentes efectos fisiológicos que se producen sobre los individuos según el valor de la corriente eléctrica circulante:

Capítulo 1 - Fundamentos de Ja Electromedicina -

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• Umbral o nivel de percepción. Es la intensidad mínima que el ser humano es cap~ de ~etectar. Este valor varía en función d.el sujeto y las condiciones de medida, siendo entre 1OµA y 0,5 mA para corrientes alternas en 50 Hz y entre 2 y 1OmA para corrientes continuas. ' • Corriente de pérdida del control motor. Estas corrientes oscilan entre 6 y 16 mA (~ara una CA de 50 Hz). Los músculos se pueden excitar y provocar c~n~accwnes, en algunos casos llegando a ser dolorosas y ocasionando la perdida del control motor. • Parálisis respira~oria, ~olor y fatiga. Para corrientes entre 18 y 22 mA aparc~en contracc10_nes. 1nvolu~tarias de los músculos respiratorios, provocando s1tuac1on~s de astix~a s1 la comente no es interrumpida. Estas contracciones ~e~~s e mvoluntanas pueden además, provocar dolores y causar fatiga si el md1v1~uo pe~an~ce expuesto durante un tiempo prolongado a Ja circulación de la comente; electnca. • Fibrilación ventricular. Corrientes mayores a las citadas anteriormente pueden pro~ocar ~a pérdida de sincronismo de las fibras del músculo cardíaco. Una vez desmcromzada la actividad v~ntri~ular, el proceso no se detiene aunque desaparezca la causa que le dio ongen, haciendo que el corazón deje de funcionar como bomba. Para restablecer la actividad nonnaJ se requiere aplicar un P_ulso que de~polarice simultáneamente todas las células del músculo card1a~o. El equipo ~lectromédico diseñado para tal fin es el desfibrilador (ver el Capitulo 5). Los mveles de corriente que producen una fibrilación oscilan entre 75 y 400 mA. • Contracción_del miocardio sostenida. Si la corriente que circula es muy el~vada el _musculo entero del corazón se contrae. En este momento el corazón d~Jª de latir, .pero cuando la corriente cesa, éste vuelve a su ritmo nonnal. El 111vel de comente para lograr esta condición oscila entre 1 y 6 A. • Daños fisicos Y qu.emaduras. Se obtiene con corrientes superiores a lO A (sobre todo en comentes de corta duración). La resistencia del cuerpo hu~ano causa quemaduras, principalmente en los puntos de entrada debido a ta densidad de corriente en el punto de contacto. De este modo, la alta tensión provoca la destrucción de los tejidos entre puntos de elevada resistencia de contacto.

Parámetros que Modifican los Efectos Fisiológicos Los efectos fisiológicos debido a la electrocución, como se dijo anteriormente dep:nden del valor absoluto de la intensidad, duración, trayectoria de Ja corrie~te a traves del cuerpo Yfrecuencia (en el caso de tratarse de una corriente alterna).

12 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos El trayecto más peligroso es el que atraviesa el tórax (generalmente fatal) ya que putcie provocar la pérdida del ritmo cardíaco haciendo que entre en la condición denominada fibrilación ventricular. Los experimentos realizados con animales para determinar la intensidad de corriente y el tiempo de duración del pulso para alcanzar ese estado, abarcan desde los 400 mA, durante 5 ms, hasta 75 mA, durante 5 s. Una corriente que apenas baga cosquillas en las manos de un individuo en condiciones normales, puede ser suficiente para provocar la muerte a un paciente debilitado, cuando los electrodos se aplican bajo su piel (a causa de los bajos valores de resistencia). La frecuencia de las señales bioeléctricas del organismo son del orden de la frecuencia de la red eléctrica. Debido a esto, los niveles de corriente que pueden producir la fibrilación son bajos. Si la frecuencia de la corriente aplicada es mayor, por lo general el riesgo eléctrico disminuye. Una c~rriente eléctrica de 200 mA a 50 Hz produce un efecto fisiológico mayor que una de 200 mA a 2 k.Hz. Una cierta magnitud de corriente continua provoca daños menores que la misma magnitud a una frecuencia de 50 ó 60 Hz.

Capítulo 1 - Fundamentos de la Electromedicina -

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Existen infinidad de cond iciones que generan peligros de electrocución como ser: enchufes rotos, conductores pelados o con deficiencia en su aislamiento, falta de circuito de tierra en la instalación, etc. Otra causa, puede ser provocada por sistemas de conexión a tierra incompatibles. Por ejemplo, si un equipo se encuentra conectado a tierra en un punto cuyo potencial es casi cero, y otro equipo, conectado al mismo paciente, toma una referencia de tierra de diferente potencial que la anterior, se va a producir una circulación de corriente entre ambos puntos de tierra y a través del paciente que, dependiendo de la magnitud, puede llegar a electrocutarlo (ver la Fig. l. l ). O sea, si dos equipos se conectan a la tierra de dos tomacorrientes conectados a diferente potencial de tierra, puede haber una corriente denominada lazo de tierra que circule a través del paciente. Esto a menudo se presenta en instalaciones que fueron creciendo sin una debida planificación y no poseen una conexión de tierra común para todos los tomacorrientes.

Mediante estudjos estadísticos, el umbral de percepción de la corriente eléctrica para los hombres es de 1, l mA mientras que para las mujeres es de O,7 mA. Utilizando electrodos de ECG (Electrocardiografia), debido al gel aplicado, que disminuye la impedancia de contacto, el umbral de percepción se reduce a sólo 83 µA . Si el tiempo de exposición a la corriente eléctrica es mayor, los efectos fisiológicos producidos también serán mayores. Diversos estudios empleando animales de diferentes tamaños, denotan que el umbral de fibrilación (nivel de corriente a partir del cual se activa dicho estado) aumenta conforme al peso del cuerpo.

El Peligro de la Electrocución La resistencia del cuerpo humano varia entre 1 k!2 y 100 k.!2, y la mayor parte de

ésta se debe a la resistencia de contacto. Se suele aceptar un valor promedio de 5 k!2 como resistencia del cuerpo humano. Es la intensidad que circula por el cuerpo la que puede producir la muerte, siendo la condición más riesgosa para la electrocución, cuando los puntos de contacto son entre la mano izquierda y el pie derecho.

Equipo X

Equipo Y

Fig. 1.1. Lazo de tierra. Si existe una diferencia de potencial entre los puntos de tierra A y B, circulará una corriente por el paciente.

Por lo tanto, las pérdidas de cualquier tipo entre dos equipos con los cuales el paciente tuviera contacto podrían producirle la muerte, especialmente cuando los electrodo~ de aplicación del instrumento superan la resistencia natural de la piel, por estar msert.ados en una vcaa o arteria, o al reducirse deliberadamente la resistencia por medio de la humectación o la apl icación de ungüentos conductores. La eliminación del lazo de tierra se puede lograr conectando todos los equipos a un mismo potencial de tierra median1e un cable de sección adecuada (ver la Fig. 1.2).

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Electromedicina • Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

Fig.1.2.

Eliminación del lazo de tierra.

Equipo Y

Equipo X

X '-----~

Sistema de Protección de Puesta a Tierra Este sistema de protección se propone evitar que se produzca una tensión de valor peligroso sobre las partes metálicas de los equipos o las instalaciones (ver la Fig. 1.3).

Capítulo 1 · Fundamentos de la Electromedicína • 15

Los aparatos eléctricos que poseen gabinetes metálicos, conectan eléctricamenle el misrn8 a la tierra mediante un tem1inal específico de su ficha de alimentación (por ejemplo, ficha monofásica con tierra). Si por un desperfecto interno del equipo (problema de aislamiento, fugas , etc.), aparece sobre su cobertura metálica una diferencia de potencial, esto generará una corriente de fuga a tierra que hará que las protecciones de sobrecorriente o diferenciales actúen, anticipándose al riesgo eléctrico. Es de suma importancia disponer en la instalación de una puesta a tierra adecuada, con conductores normalizados que permitan su identificación (color verde y amarillo, y sección superior a los 2,5 mm2) , y con tomacorrientes y fichas que brinden la conexión al equipamiento utilizado (infom1acíón adicional en Reglame11tació11 para la Ejecución de !11stalacio11es Eléctricas e11 J11m11ebles de la AEA, Sección 771; Viviendas, oficinas y locales, y Sección 71 O; Locales para uso médico). Los equipos se deben conectar en forma individual al punto de tierra y no tomar la tierra de otro dispositivo vecino, dado que si uno de los equipos intermedios pierde la referencia de tierra, entonces quedará una cierta cantidad de aparatos sin protección.

Sistema de Protección Mediante Interruptores Diferenciales Los interruptores diferenciales ofrecen una protección confiable cuando por contacto directo involuntario de partes activas fluye una corriente por el cuerpo humano (ver la Fig. 1.4). Esta circulación se debe a que el individuo es quién cierra el circuito eléctrico entre el punto bajo tensión (con un detenninado potencial) y tierra (de potencial cero). La Fig. 1.5 muestra los componentes fundamentales que integran este dispositivo: el núcleo magnético toroidal, el mecanismo de disparo y el botón de prueba. Alimentación de red

Tierra

L Carcasa

En condiciones nonnales la corriente que pasa hacia la carga retoma por el interruptor. El flujo resultante en el núcleo magnético toroidal, entonces, es nulo y no se produce una activación del mecanismo de disparo. Camino de la corriente Tierra

Fig. 1.3. Accidente por falla de aislaclón en el conductor vivo dentro de un equipo sin

protección de tierra.

Al producirse una falla de aislamiento o fuga de corriente, ésta no retoma por el interruptor, creándo un flujo rnagnetico en el núcleo que es utilizado por el mecanismo de disparo para seccionar (desconectar) la carga.

16 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

Capítulo 1 - Fundamentos de la Electromedicina

-17

El umbral de sensibilidad fija, de este modo, la corriente de defecto a tierra máxima que puede circular sin que actúe el mecanismo de disparo. Los niveles de sensibilidad oscilan entre 1OmAy30 mA para protección de personas, y de 300 mA para protección contra incendios provocados por causas eléctricas debido a fallas de aislamiento.

Alsl•clón

L1 L2 L3 N

Conductoru transpuestos

Conductor PE comdo y equipo con 1lsl1clon

l•lf

dafletuon

l l:*=t-lfi=:::t=~

1

JI Mecarosmo de aspMo

Interruptor diferencial

1 1 FI

1

1fil-;;~~I ~

-

-

~

,.. IUfeo magiéDco

l • IF IOIOldal

-:;- - - - - - Rs,

-=-- -- - -

-------Rs,

-Rs. IF COlnente de

Fig. 1.4. Ejemplos de contacto indirecto involuntario. 1--1-----.-

fSla

, 1

1

I FI

Mecanismo dt disparo

1

Botón do

Fig. 1.6. Si IFes mayor al umbral de sensibilidad del interruptor diferencial, se producirá un disparo del mismo.

prutbo

1 Húclto magnético torok:laf

Fig. 1.5. Esquema Interno de un interruptor diferencial.

De este modo el interruptor diferencial realiza la suma de las corrientes que ingresan a la instalación y al valor resultante se le resta la suma de las corrientes que retoman a través de él. Si no existen fugas a tierra, ambos valores serán iguales y el resultado de la resta será cero. En cambio, si parte de la corriente que ingresa a la instalación se deriva a tierra y no regresa a través del núcleo, la resta de las corrientes entrantes y salientes no será cero y provocará, en el caso de superar un detem1inado valor llamado umbral de sensibilidad, el disparo del interruptor (ver la Fig. l.6). Cuando actúa el mecanismo de disparo se realiza en forma instantánea la apertura de los contactos principales.

Cuando se tocan partes activas, existen dos resistencias que detenninan la intensidad de la corriente circulante: Ja resistencia interna de la persona RM y la de contacto Rs1 (ver la Fig. 1.7). Para el análisis de un accidente se debe considerar el caso más desfavorable, cuando la resisteucia de contacto del lugar es próxima a cero. Como se mencionó anterionnente la resistencia del cuerpo humano depende del recorrido de la corriente (por ejemplo, una trayectoria de mano a mano tiene una resistencia aproximada de 1 k!l). La Fig. 1.8 muestra los rangos de intensidad de corriente de defecto según la nonna CEC 60 479. Allí se pueden apreciar 4 zonas que caracterizan diferentes condiciones de riesgo y efectos fisiológicos en función de la magnitud y el período de tiempo que circula corriente por el cuerpo.

18 -

Ca pítulo 1 ·Fundamentos de la Efectromedicina -19

Electromedicina • Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

...

L1 L2 L3 N Interruptor diferenclll

Fig.1 .7.

El valor de la corriente circulante por el cuerpo (IM) depende del valor de la resistencia interna de la persona (RM) y la resistencia de contacto del lugar (Rs1).

ResiS1enoa

utomaooia

persona

Los interruptores diferenciales poseen un botón de prueba. Al pulsarlo, parte de la corriente de entrada retomará a la red a través de una resistencia conectada en serie a dicho botón (ver la Fig. 1.9.a). Como esta corriente no retoma a través del núcleo, no podrá ser sensada y se comportará como una falla. Entonces, el valor de la resta entre las corrientes entrantes y de retomo será mayor al umbral de sensibilidad, y aparecerá un flujo magnético en el núcleo que accionará el disparador abriendo los contactos principales del interruptor. La prueba semestral garantiza que el interruptor diferencial se encuentre en condiciones de operación apropiadas, tanto eléctricas corno mecánicas. En la Fig. 1.9.b se puede apreciar la disposición fisica del botón de prueba.

Comente

c1rctAaite par el cuerpo

R Rst

Resos1enc1a de contactoclel lugar

.1.

2

N T

a)

b)

10mA30mA

t

10000

~ '' ''

~ \ ~' ' tíj ' ~ 1\ '

t 1ms)

Pertodode bempo que 2000 circula comente 1ooo

Fig. 1.9.a) Conexionado interno del botón de prueba. b) Interruptor diferencial bipolar

marca ABB.

'\

'\

I'\ \

500

~

Cuando se utilice una protección diferencial, de todos modos, se debe conectar un conductor de puesta a tierra a las partes de la instalación y a los aparatos a proteger. De esta manera, sólo podrá circular corriente por una persona, cuando existan dos fallas simttltáneas.

\® ~ © '/; ,, \ \ '

0

CD

200

'\__

~

í\I \

r-,í\

r-..

'I'\

100

~

so

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~ ~ ..... X...

20

0.1 0,2

0,5 1

2

5

~

'

1o 20

~

so

i'--x .

100 200

CD Por lo general no se perciben efectos 0 Por lo general no se producen efectos fiStológlcos dal'rnos ® Por lo general aún no existe peigro de fibnlac1ón ver111cular

© Se puede

~X

producir fibnlac1ón ventricular

Fig. 1.8. Efectos fisiológicos según la norma IEC 60 479.

Sistema de Protección Mediante Interruptores Termomagnéticos

500 1000

10000

1M (mA) ----

Comente orcutarte por el cuerpo

Los interruptores tennomagnéticos se utilizan por lo general para proteger contra sobrecargas y cortocircuitos, a los cables y conductores eléctricos de una instalación evitando calentamientos excesivos. Estos interruptores disponen de un disparador térmico (bimetal) con retardo, dependiente de la sobrecarga en función del tiempo, para sobreintensidades bajas; y un disparador electromagnético para sobreintensidades mayores y de cortocircuito. Para cada caso de aplicación se dispone de distintas características de disparo como las mostradas en la Fig. l . l O.

20 -

Electromedicina • Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

1

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2

' 4 5 6 110

1 1,1l3

lllOlO

MUh~dt i..lrnd611 en los modos vcntilatorios controlados por volumen. Se les cl'cctúu unn cali bración Je cero y una ca libración de ganancia empicando un ílujímc110.

Transductor de Flujo Espiratorio Mide el flujo espirado pm el paciente pura calcular el volumen corriente y el volumen minuto cspitndos. Este t1ansduclo1 está muy expuesto a la humedad y las secreciones espiradas poi el pacicntc, pm lo cual se debe asegurar el empleo de trampas de aguo y filtros baclcrrológicos (en el caso de uti lizar nebulizador) sobre la rama espiratoria.

Transductor de Presión /nsplratoria Se les realiza una calibración de cero y otra ele ganancia, utilizando un manómetro. Este transductor es empicado parn rcgulnr la inspiración en modos controlados por presión. También se usa para detectar los csfucrlOs inspiratorios del paciente.

Tabla 3.5. Condiciones de ensayo de volumen espirado (norma EN 794-1).

Pediátrico Neonatal

Parámetro Ajustable

Adulto

VT medido como CxPMÁX [ml]

500

300

30

Frecuencia [rpm)

10

20

30

Relación J:E

1:2.

1:2

1:2

'

.

Resistencia [kPa/l/s]

0.5 ± 10%

2±10%

5±10%

Compliancia [mllkPaJ

500 ± 5%

200±5%

10±5%

Es de suma importancia verificar el correcto funcionamiento de las alarmas por presión alta, volumen/minuto o corriente bajo, Fi02 baja, desconexión de circuito paciente, fallo de sumini stro eléctrico, presión continua en vías aéreas y apnea.

Mantenimiento En la Fig. 3.39 se puede observar un respirador de cuidados intensivos Siemens, modelo Servo 900C. La rutina de control y mantenimiento preventivo correspondiente a este modelo se ilustra en la Tabla 3.6.

148 -

Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

Capítulo 3 . Respiradores Artificiales -

149

La Fig. 3.40 muestra el reemplazo de un filtro de entrada de gas para un equipo de segunda generación Bcar 33.

Fig. 3.39. Respirador de cuidados intensivos Siemens. modelo Servo 900C

Tabla 3.6. Rutina de control y mantenimiento preventivo para el respirador Siemens, modelo Servo 900C.

Inspección visual

,/

Control de funcionamll!nto

,/

Control de ccldn de 0 2

,/

."(*)

Rccmpln1.o dt.: ccld:t th: O.

Cal1bmc1ó11

--1-----

Sustitución de liltws v~1lvulns de goma, fuelle y malla de transductor de ílujo cspirntonu (*) En el caso que ¡nenia l111,•o/1dad o se agote

,/

Fig. 3.40. Reemplazo del filtro de entrada de gas para el respirador Bear 33

Capítulo 4

Oxímetros de Pulso (Saturó metros)

Introducción Dentro de los glóbulos rojos existe un pigmento rojo llamado hemoglobina. Esta proteína sirve como vehículo para transportar el oxígeno del aire al interior de los tejidos. Se denomina saturación de oxígeno (Sa02) a la relación porcentual entre la concentración de hemoglobina que transporta oxígeno (hemoglobina oxigenada, Hb02), y la concentración de hemoglobina que no transporta oxígeno (hemoglobina desoxigenada o reducida, HbR). Este parámetro denota la cantidad de oxígeno que pasa desde los alvéolos pulmonares a la sangre y se disuelve en todos los líquidos corporales. Un oxímetro de pulso es el encargado de medir en forma no invasiva la saturación de oxígeno, o lo que es equivalente, el oxígeno asimilado por el paciente. Este dispositivo, conocido también con el nombre de saturómetro, es de uso frecuente en pacientes bajo oxigenoterapia o que se encuentran conectados a un respirador.

Principio de Funcionamiento Un oxímetro de pulso indica la saturación de oxígeno arterial y el pulso del paciente, midiendo la absorción de luz a dos longitudes de onda determinadas. La sonda de medición aplicada al paciente emite pulsos de luz que pasan a través del tejido. Estos pulsos son captados mediante un fotodetector ubicado en el extremo opuesto del tejido. El tejido absorbe una cierta cantidad de luz. El fotodctector convierte la señal lumínica recibida en una señal eléctrica, cuyo nivel es proporcional a la intensidad de luz sensada. La señal del fotodetector ingresa al equipo para ser amplificada y procesada. El circuito electrónico convierte la señal

152

Capítulo 4 - Oxímetros de Pulso (Saturómetros) -

Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

eléctrica pulsante recibida desde la sonda de medición a valores de pulso Y saturación de oxígerlt> (Sa02).

Conceptos Preliminares La luz es un fenómeno de naturaleza dual, se comporta como una onda electromagnética y como una corriente de partículas. Consi_der~: a la luz como un conjunto de ondas electromagnéticas proporciona una cxplicac1on adecuada de su propagación y de los efectos de la interferencia, e.n tanto q~e el efecto de interacción de la luz con la materia se explica meJOr suponiendo que la luz es una partícula. Por consiguiente, podemos definir a la luz como una radiación electromagnética constituida por partículas elementales llamadas fotones. El número de oscilaciones o vibraciones por segundo en un punto de la onda luminosa se conoce como frecuencia de oscilación f. La longitud de onda A. es la mínima distancia a to largo de la dirección de propagación entre dos puntos con la misma fase, es decir, dos puntos que ocupan posiciones equivalentes e~ l~ onda. Por ejemplo, la longitud de onda es igual a la distancia que v~ de un max1~0 de la onda a otro máximo consecutivo, o de un mínimo a otro mínimo consecutivo. La longitud de onda ). y la frecuencia de oscilación f, están relacionadas por la siguiente expresión: ('

Ec. 4.1. Relación entre

,t - -

la frecuencia y la longitud de onda.

153

La luz comprende una zona muy pequeña del espectro electromagnético, es la región que se extiende desde el infrarrojo hasta el ultravioleta. Una parte de esta zona corresponde al espectro visible. En el espectro visible, las diferencias en longitud de onda se manifiestan como diferencias de color. El rango visible va desde 400 nm (color violeta) hasta 700 nm (color rojo), aproximadamente. Las ondas de luz infrarrojas poseen frecuencias de oscilación menores que Ja onda roja del espectro visible, y las ondas de luz ultravioletas, frecuencias mayores que la onda violeta del espectro visible. La intensidad de un rayo de luz está vinculada con la cantidad fotones que se generan por segundo. Los átomos de toda molécula se hallan en constante vibración, y estas vibraciones son similares a las que generan las ondas luminosas. Por lo general, la luz tiende a ser absorbida al llegar a una sustancia cuando su frecuencia de oscilación coincide con la frecuencia de vibración de los átomos que componen esa sustancia. Las características vibratorias de una detenninada molécula pueden representarse gráficamente con un espectro de absorción, es decir, una curva que muestre la energía electromagnética absorbida por la molécula a diversas longitudes de onda. La cantidad de luz absorbida en una longitud de onda específica se denomina coeficiente de extinción molecular. Cuando una detenninada mtensidad de luz incide sobre una muestra, parte ella es absorbida por las moléculas que componen la muestra y parte de ella es transmitida, o sea, atraviesa la solución y puede ser captada del lado opuesto (ver la Fig. 4.2).

f

8

Donde ces la velocidad de la luz en el medio (aproximadamente 3 x 10 mis en el vacío y en el aire). El espectro cll:ctromagnético es el conjunto de ondas elc~tromagnéticas que existen en el universo, ordenadas en función de sus longitudes de onda. Se acostumbra dividir el espectro electromugnét1co en seis partes como se muestra en la Fig. 4.1. 10• ·11r

10. · 111

RADIO

10' 10. 1 r ':."::: 11P_ , _ _ _10• ..J!_ _ __..J!L-----.._! _____ ..._Po., [cm)

INFRARROJO

ULTRA •

VIOLETA

,_

ESPECTRO VISIBLE

Fig. 4.1 . División del

espectro electromagnético.

RAYOS X

RAYOS GAMMA

1

INTENSIDAD OE LUZ INCIDENTE

Fig. 4.2. Absorción y transmisión

Solución

~

INTENSIDAD DE LUZ TRANSMITIDA

de la luz

Leyes de Lambert y Beer La técnica de medición de un oxímetro de pulso se basa en principios espectrofotométricos tales como las leyes de Lambert y Beer.

Ley de Lambert Al atravesar la lur monocromática una solución, la intensidad de la luz transmitida disminuye con el aumento del espesor de la solución. Esta relación es logarítmica y se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

Capítulo 4 - Oxímetros de Pulso (Saturómetros) -

154 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

1 x 1o·l

• d

'

155

Ley de Lambert-Beer

Ec. 4.2. Ley de Lambert

~

Se obtiene al relacionar los efectos del espesor o longitud del camino óptico (ley de Lambert) y la concentración de la solución (ley de Beer).

Donde. 11: Intensidad transm1t1da. 11: Intensidad incidente. k: Coeficiente dependiente de la solución. d: Espesor.

J 1

Si se grafica la intensidad de luz transmitida en func ión de la longitud del camino óptico se obtiene la curva mostrada en la rig. 4.3. Intensidad de luz transmitida

=

J

X

1Ü-a x d •

e

Ec. 4.4. Ley de Lambert-Beer.

'

Donde: a: Coeficiente de extinción molecular que es función del tipo de solución (soluto) y la longitud de onda (A.) aplicada. c: Concentración. d: Espesor. Si reemplazamos el producto de los coeficientes a x d x c por el parámetro A, entonces: I = I 1

100%

Fig. 4.3. Representación gráfica de la ley de Lambert.

50%

X

lO-A

'

Ec. 4.5.

Definimos al parámetro A como absorbancia. El valor numérico de la absorbancia dependerá del tipo de soluto y la longitud de onda (color) de la luz aplicada. Esto resulta como consecuencia de contener internamente al coeficiente de extinción molecular a. Se define a la relación !/!, como transmitancia T:

25"/. 12,5Yo

~=

r,

L.ongllud dol comino óptico

Ley de Beer A diferencia de la anterior, la ley de Beer relaciona la

Fig. 4.24. Esquema interno del OPA380

S2

1 11

VV\

OVa4.9V

¡o,,,y

l

I

-=-

A.•OO• / \/\¡- 75 pF

T

b)

Retención

..

lntegracton

1

Retención

Borrado

+SV

Fig. 4.25. a) Esquema interno y b) Funcionamiento del ICV102.

Usando un fotodi odo con dos fVC l 02 se eliminará la corriente durante los períodos oscuros y los errores producto de la luz ambiente, ya que al ser errores comunes a ambos pueden ser restados. Además, el JCV 102 perm ite realizar un muestreo sincronizado a un múltiplo entero de la frecuencia de línea, ofreciendo de este modo un alto rechazo al ruido de red.

178 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

La ganancia del amplificador de transimpedancia se puede cambiar fácilmente, aumentando o disminuyendo el tiempo de integración con el interruptor S2. Un pequeño capacitor (menor a 1 pF) en el lazo de realimentación (Cl•') controlará la ganancia pico provocada por la capacidad del diodo. El ruido manifestado como una fluctuación de la tensión de salida, es causado por ruido en el resistor, en el amplificador y por el ruido de línea de 50 ó 60 Hz captado en el ambiente. Para minimizar el mido, es fundamental que el diseñador el ija un amplificador operacional de bajo ruido, seleccione el resistor de realimentación práctico más alto, realice blindajes de RF en las entradas del amplificador, incluya un filtro pasabajo, y utilice una buena técnica de diseüo del circuito impreso.

Capítulo 5

Desfi briladores

Introducción La fibrilación ventricular es una arritmia letal que resulta de la contracción incordmada de las fibras ventriculares. Al perderse la acción conjunta de dichas fibras, no se logra el efecto de bombeo de sangre hacia el organismo. La actividad eléctrica cardíaca registrada es caótica, y en la señal de ECG no se pueden discernir los complejos. Para revertir esta situación se puede aplicar una descarga eléctrica intensa a través del corazón, proceso conocido como desfibrilación, lo cual provoca una despolarización simultánea de una masa crítica de fibras musculares. Entre un 75 y 90% de la masa de las fibras responderán simultáneamente a esta activación forzada. Cuando regresen al estado de reposo estarán en condiciones de responder al marcapasos natural, restaurándose el sincronismo y el bombeo de sangre (ver la Fig. 5. 1).

Amtmoa letal

;~,,~¿, ~· ~ l 1J

11

Apl~oon

de la descarga

~t ~ (

~f:~~~ ~1' ~ -

J

Recuporac16n del sincronismo natural

\.

1 ! ~-

fij~ 61 l

' , ·· /

)

"\

. . ,

! / I )

Fig. 5.1.

Representación simbólica de la desfibrilación.

180 -

Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

Las aurículas también se pueden fibrilar, pero esta situación no representa una arritmia letal. La acción incoordinada de las fibras auriculares hace que se pierda el bombeo de las aurícu las hacia los ventrículos, disminuyendo la precarga y, consecuentemente, el rendimiento cardíaco, siendo éste alrededor de un 20% menor. La fibrilación auricular se puede revertir a través de medicación o aplicando una descarga eléctrica (desfibrilación) en una parte detem1inada del ciclo cardíaco. El proceso de des fibrilación auricular se denomina cardioversión. La descarga de energía se debe hacer luego del complejo QRS y antes de la onda T, de la señal de ECG. Una descarga sobre la onda T puede desencadenar una fibrilación ventricular.

Capítulo 5 - Desfibriladores -

181

paletas o electrodos adhesivos. La ubicación de los éstos no es arbitraria, sino que nonnalmente se utilizan dos posiciones, conocidas como anterolateral y anteropostcrior, con el fin de garantizar que la corriente de des fibrilación atraviese en su mayoría el músculo cardíaco (ver la Fig. 5.2). Las paletas externas se recubren con un gel que mejora la conductividad. Aplicación anterolateral Electrodos

La descarga eléctrica se puede aplicar sobre la superficie del tórax, mediante paletas de des fibrilación o parches adhesivos (electrodos), o directamente sobre el músculo cardíaco, a través de paletas internas (en cirugías).

Corriente de Desfibrilación e Impedancia Transtorácica La preparación de la superficie de la piel y una correcta colocación de los electrodos, son factores preponderantes para lograr una desfibrilación efectiva. Además de esto, se requiere que una cantidad suficiente de corriente (corriente de dcsfibrilación) sea liberada al músculo del corazón.

Aplicación anteroposterior

Electrodo antena

Diversos factores inciden sobre la cantidad de co1Tiente que será necesaria para desfibrilar, por ejemplo, la fonna y tamaño del cuerpo, ciertos medicamentos que el paciente haya consumido, la ubicación de los electrodos, etc. La corriente de desfibrilación se ve afectada por la impedancia transtorácica, que es la resistencia que ofrecen las estructuras torácicas al paso de la corriente. Esta impedancia depende a su vez de la superficie de la piel, la presencia de vellosidad, grasa, huesos, y aire en los pulmones, y de la colocación de los electrodos de desfibrilación. Como consecuencia, los niveles de impedancia y la cantidad de corriente necesaria para desfibrilar varían según la persona. Un valor elevado de impedancia transtorácica se puede contrarrestar con una mayor intensidad de descarga, aumentando la fuerza que se le aplica sobre los electrodos, y usando un gel conductivo entre la piel y el electrodo.

Aplicación de la Descarga Los desfibriladores son equipos portáti les o implantables, destinados a generar y aplicar descargas de comente eléctrica sobre la musculatura card íaca. Esta descarga se puede realizar externamente a tnfü!~ de la pared torácica, mediante

Fig. 5.2. Ub1cac16n de los electrodos externos.

Como mencionamos, la posición de los electrodos es un factor importante para determinar el valor de la impedancia y la cantidad de corriente que pasa por el corazón. La impedancia puede ser reducida colocando los electrodos muy juntos, sin embargo, esto reduce la corriente que fluye por el corazón, y por lo tanto la probabilidad de lograr una desfibrilación efectiva (ver la Fig. 5.3). En el caso de una cirugía a tórax abierto o con dispositivos implantados, este choque eléctrico se aplica directamente sobre el corazón, mediante paletas internas o catéteres de cstimulación. La descarga eléctrica se cuantifica de acuerdo a su nivel de energía, siendo su unidad de med1c1ón el joule (J). La energía requerida difiere entre individuos, y

182 -

Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

varía según la forma de la corriente de des fibrilación. Si la energía y la corriente, liberadas son muy bajas, el ritmo caótico continuará. Incrementando la energía crece la probabilidad de que la desfibrilación sea exitosa. Una desfibrilación precoz decrece la cantidad de tiempo que el paciente está en el estado de . . fibrilación, reduce el número de descargas necesarias y aumenta la probabilidad de sobrevida.

Capítulo 5 - Desfibriladores -

183

El circuito mostrado en la Fig. 5.4 corresponde a un desfibrilador de corriente alterna. La salida de tensión del autotransformador variable TI ingresa a un transfom1ador elevador T2. Al presionar P 1 (en muchos casos un interruptor de pie), la bobina del relé Kl se energiza durante un tiempo fijado por el temporizador R 1, produciendo el cierre de los contactos de salida y, por lo tanto, la descarga eléctrica sobre el paciente. Corriente

T2 T1

Elevador

K1

Autotransíormador variable

A los electrodos

Alimentactón de red

220 V/50 Hz

K1

T3

Reductor Posición correcta La corriente circula a través de los ventrfClllos

Pulsador o interruptor de pie

Posición incorrecta Sólo parte de la comente atraviesa lo ventrículos

R1 Temporizador

Fig. 5.3. Aplicación correcta e incorrecta de la descarga.

Clasificación de los Desfibriladores Los diferentes tipos de desfibri ladores se caracterizan por su forma de onda de salida. Los primeros equipos aplicaban una corriente de desfibrilación alternada. Luego fueron reemplazados por equipos de descarga capacitiva, que suministraban una onda unipolar amortiguada. Gran parte de los dcsfibriladores en uso emplean esta tecnología. Sin embargo, la mayoría de los modelos actuales descargan sobre el paciente una onda bifásica truncada. Esto permite trabajar con niveles más bajos de energía y lograr una eficacia mayor que la obtenida con la tradicional forma de onda monofásica.

Desfibriladores de Corriente Alterna En 1947, Beck et al, logran desfibrilar aplicando corriente alterna de 60 Hz directamente sobre el corazón. Zoll et al, en 1956, desarrollan el primer desfibrilador transtorácico de corriente alterna el cual tenía una tensión de salida de 500 a 750 VRMS, una duración de descarga de O, 1 a 0,2 s y una energía entregada de 500 a 2250 J.

Fig. 5.4. Circuito básico de un desfibrilador de corriente alterna.

Los desfibriladores de corriente alterna fueron reemplazados completamente por los de descarga capacitiva debido a los inconvenientes que presentaban: • No era posible realizar procesos de cardioversión, debido a que el estimulo era demasiado prolongado. • Tenían un pico de consumo de la línea de alimentación demasiado elevado. • Producían grandes contracciones tetánicas en el paciente. • No podían funcionar desde baterías.

Desfibriladores de Descarga Capacitiva. Onda Amortiguada Su funcionamiento se basa en la carga de un capacitor con una tensión elevada. Esta energía almacenada se libera luego hacia el paciente a través de un inductor,

184 - Electromedicina - Equipos de Diagnóstico y Cuidados Intensivos

Capítulo 5 - Desfibriladores -

produciendo una onda de descarga amortiguada Lown ( 1964) y hlmark et al ( 1966) fueron lo5 precursores aplicando es~ d1sposit1vo en humanos. La Fig. 5.5 muestra el circuito básico de un desfibnlador de dcscargJ capac111va. El transfonnador elevador y el rectificador, se utilizan para ca1ga1 el capactlor C. La carga del capacitor está detenninada por la tensión del autotransfonnador variable conectado al bobinado primario. El resistor en sene Rs l11nita la conicntc de carga, protegiendo los componentes del circuito. Este resistor y el capacitor establecen una constante de tiempo R x C cuyo valor es por lo general mayor a 2 s. Cuando el operador da la orden de disparo, se acciona el contactor K y el capacitor C se descarga a través del inductor L y de la resistcncw transtonícica del paciente, caracterizada por RL. Rs

TI Aut()(lansformado< vanable

o

el disparo, si coincide la opresión de los pulsadores con la onda R (o S), el aparato dispara inmediatamente.

-

4000

3000

2000

~r

Ir\

Paletas

-

1000

T2 Elevador

o

K1 O