Prezentare Defibrilator

6

DEFIBRILATORUL

Disciplina: Proiect de SpecialitateCoordonator: Profesor: Balaure EmilStudent: Defibrilarea

Fibrilaia ventricular este rezultatul depolarizrilor necontrolate localizate n muchiul cardiac. Acest proces afecteaz activitatea de pompare a sngelui de ctre inim. Deoarece n aceast situaie dup 3 minute se produc distrugeri ireparabile ale creierului i moartea, este obligatorie intervenia de urgen n vederea restabilirii funciei cardiace. Instalarea fibrilaiei ventriculare apare datorit unor medicamente, tromboz coronarian, dereglri electrolitice sau electroocuri la cureni de frecvena reelei. Tratamentul acestei afeciuni se face prin depolarizarea n totalitate i sincron a muchiului cardiac . n urma depolarizri, nodurile Sino-Atrial i Atrio-Ventricular trebuie s i reia funcia de pacemaker i s restabileasc ritmul normal al inimii . Metoda cea mai siguri mai eficace de a opri fibrilaia ventricular const n a trece un puls de curent de scurt durat prin ventricule . Acest lucru poate fi realizat fie prin aplicarea electrozilor direct pe inim, fie cel mai adesea prin plasarea electrozilor pe pieptul pacientului .

Defibrilarea se defineste ca fiind procesul electric de transmitere a unui curent prin electrozi spre muschiul cardiac al pacientului in scopul restabilirii ritmului cardiac. Acest curent se poate aplica; direct pe muschiul cardiac curenti de valoare mica, metode chirurgical invazive; transtoracic metode neinvazive care necesita in schimb curenti relativ mari.

Acest puls de curent are durata de aproximativ 10ms i amplitudinea maximde 50 A . Forma lui este sinusoidal amortizat .

Dac apreciem impedana pieptului dintre electrozi la 50 putem calcula energia aproximativ necesar defibrilrii :

unde Iv este curentul de vrf R este impedana peieptuluit este durata pulsului . n condiiile date energia va fi de 320 J .

Acest impuls de defibrilare se obine prin descrcarea unui condensator pe electrozii aplicai pacientului . n cazul n care circuitul de descrcare este realizat ca un simplu contact electric, circuitul echivalent va fi de tip RC. Forma impulsului de defibrilare n acest caz va fi o exponenial. Vrful de curent va avea o durat insuficientdepolarizrii, iar scderea exponenial ar putea induce refibrilarea . Defibrilatoarele moderne au nseriat o bobin n circuitul de descrcare ceea ce confer forma de sinusoid atenuat impulsului de defibrilare . Datorit pierderilor de enrgie n condensator i bobin, energia nmagazinat va fi cu aproximativ 25 mai mare dect cea care ajunge la pacient. Valoarea maxim nmagazinabil este de 400 J . n condiiile n care energia din condensator poate fi exprimat prin :

rezult c un condensator cu capacitatea C = 16 F care va stoca o energie de Ec = 400 J, va trebui ncrcat cu o tensiune de 7 KV . O energie de 400 J este suficient pentru defibrilarea unui adult voluminos folosind electrozi aplicai pe piept. Energia de defibrilare va fi redus pentru aduli cu greutate mai mic sau pentru copii. Se apreciaz c energia iniial pentru defibrilare s fie de 3 J/Kg pentru electrozi externi i de 0.5 J/Kg pentru electrozi aplicai intern [ Pun -Medicin intern 1989 ] . Acest ultim tip de plasare a electrozilor se folosete la defibrilarea pacienilor n timpul operaiilor pe cord, iar electrozii sunt plasai direct pe muchiul cardiac . Energia din condensator este limitat la max 50 J. Din aceast cauz mufa defibrilatorului pentru electrozii interni este diferit de cea pentru cei externi .

Schema de principiu a unui defibrilator este prezentat n figura de mai jos:

Acest tip de und se numete LOWN i forma ei depinde de rezistena echivalenta ntre electrozi .

Comutatorul folosit de defibrilator este dublu i cupleaz armturile condensatorului concomitent la circuitul de ncrcare fie la electrozi . Acest comutator este de obicei un releu vidat, pentru evitarea formrii arcului electric la contacte . Condensatorul de nalttensiune este umplut cu ulei i se ncarc printr-o diod de la un transformator ridictor de tensiune . Tensiunea din primarul transformatorului este controlat cu ajutorul unui autotransformator. Electrozii de pacient sunt metalici i au o form plat cu diametrul de 10 cm avnd mnere izolante . Mnerele sunt astfel proiectate nct s mpiedice scurgerea gelului de contact spre mna operatorlui, punndu-i viaa n pericol .

Majoritatea defibrilatoarelor conin circuite de sincronizare a descrcrii cu unda R a ECG-ului . Acest regim de lucru permite realizarea cardioversiei . Termenul de cardioversie a fost introdus de Lown i colab. i se refer la restaurarea ritmului sinusal n tratamentul aritmiilor cardiace cu ajutorul ocului electric de curent continuu, sincronizat, aplicat transtoracic . Sincronizatorul asigur o ntrziere de 20 ms aproximativ ntre vrful undei R i declanarea impulsului de defibrilare, n vederea evitrii zonelor de vulnerabilitate atriali ventricular ( unda T ) . Unele defibrilatoare permit monitorizarea undei ECG prin electrozii de defibrilare. Exist variante de aparate de defibrilare potabile echipate cu baterii de alimentare rencrcabile . Verificarea bunei funcionri a defibrilatorului se poate face prin descrcarea pe o sarcin artificial .

Schema unei astfel de sarcini este redata in schema de mai jos:

n caz de bun funcionare becul cu neon trebuie s se aprind . Unele defibrilatoare au construit intern o asfel de sarcin de testare .

Existi alte tipuri de impulsuri de defibrilare .Energia furnizat pacientului este proporional cu suprafaa delimitat de axa timpului i curb .

O alt metod de reglare a energiei nmagazinat n condensator const n utilizarea unui circuit de control al ncrcrii . Sursa de nalt tensiune furnizeazla ieire o valoare constant.

Un circuit de comparare (A) controleaz sursa de nalt tensiune astfel nct n momentul n care tensiunea de pe condensator egaleaz valoarea prescris de poteniometrul P , ncrcarea condensatorului este ntrerupt . Schema unui circuit de descrcare sincron este prezentat n figura de mai jos: Circuitul se compune dintr-un amplificator ECG ( A) , un circuit de detecie a undei R i formare a impulsurilor de comand pentru tiristorul T . n cazul n care comutatorul S este pus pe poziia " instantaneu " , bobina de comand a releului de descrcare L va fi comandat prin apsarea butonului B . n cazul n care S va fi pe poziia " sincron " , comanda bobinei se va realiza doar n cazul n care s-a detectat unda R .

Schema bloc al unui defribilator este redata in figura de mai jos:

Semnificaia notaiilor este urmtoarea :

DR - detector de und R , FI -formator impulsuri , OSC -oscilatorul convertorului de nalt tensiuneCM -circuit de multiplicare , CF -circuit de formare , RT -redresor de nalt tensiune , CI -circuit de integrare , L - bobin , PA -circuit de inhibare plpire afiaj , Cd -condensator de defibrilare , CAN - convertor analog numeric , B1, B2 -butoane de start , stop , CID - circuit de comand ncrcare SA -sursa de alimentare , descrcare condensator , DEM -demodulator , CRP - circuit de comand releu pacient , T1, T2 - transformatoare de separaie,RP -releu pacient,R -redresor, C -comparator , RMS -repetor modulator sincron .

Semnalul ECG alimenteaz detectorul DR care extrage unda R din semnal. Blocul FI va genera un impuls TTL cu durata 240 ms sincron cu unda R. Acest semnal va comanda att modulul de afiare digital ct i circuitul de comanda a ncarcrii i descrcrii n regim sincronizat. Condensatorul de defibrilare Cd se ncarc de la redresorul de nalt tensiune RT pn la maximum 5 KV. Oscilatorul OSC alimenteaz redresorul cu un semnal de 1,5 KHz. Comparatorul C urmrete ncrcarea condensatorului Cd i controleaz funcionarea oscilatorului. Energia din condensator este citit de blocul RMS flotant i informaia este apoi transmisdemodulatorului DEM. Comanda ncrcrii i descrcrii condensatorului este datde blocul CID n modurile "Direct" i "Sincro". Descrcarea condensatorului Cd prin electrozi pe pacient se face prin nchiderea contactelor releului RP.

Amplasarea electrozilor la defibrilare se poate face n dou moduri: poziie anterolateral i poziie antero-posterioar anterolateral i poziie antero- posterioar

Cel mai adesea este folosit amplasarea antero-lateral (fig. a).n felul acesta curentul va trece de-a lungul axei longitudinale a inimii cuprinznd cea mai mare parte a masei musculare cardiace.Electrozii nu vor fi plasai pe stern sau n poziii apropiate unul de cellalt deoarece esutul osos are o impedani poate scdea eficacitatea ocului electric, iar plasarea apropiat duce la scurtcircuitarea traseului curentului fcnd defibrilarea ineficient. Fixarea toracic a electrozilor trebuie pregtit prin degresarea atent a pielii cu eter, pentru a reduce la minimum rezistena transcutanati prin aplicarea pe electrozi a unei paste bun conductoare de electricitate realiznd astfel un bun contact electric, un transfer de energie electric ct mai bun i o leziune cutanatminim. Realizarea defibrilrii se face dup ce s-a facut anestezierea pacientului n caz c acesta era contient.

Inima nu poate s-i ndeplineasc funcia de pomp n mod eficient numai dacprimete n mod regulat semnale de stimulare de la nodul Sino -Atrial . n cazul n care aceste impulsuri nu pot s ajung la ventricule funcionarea inimii va fi asigurat de impulsuri de frecven joas ( 30 -40 imp/min ) provenite de la nodul Atrio - Ventricular . Aceast afeciune poart numele de Bloc Sino-Atrial. .Cauzele acestui sindrom sunt multiple : congenital , de la operaii chirurgicale, afeciuni ischemice ale inimii , artrit reumatoid sau alte boli. Prezentarea clasic a Blocului cardiac este cunoscut sub numele de boalStokes - Adam , descrispentru prima oar n 1761 . Afeciunea se prezint printr-o bradicardie extrem ( ritm cardiac foarte lent ) sau tahicardie ventricular( rtim cardiac foarte rapid ) i are ca rezultat pierderea funciei de pompare a ventriculelor, iar pacientul i pierde contiina n cazul n care circulaia cerebral nu este realizat. Atacurile sunt de scurt durat de obicei, iar pacientul redevine contient dup aproximativ 1 min .

Stimulatoare de ritm cardiac

Aritmii cardiace datorate blocului SA

Tratamentul Blocului Atrio -Ventricular se face prin utilizarea unui stimulator de ritm ( pacemaker ) care este de obicei implantabil . Acest dispozitiv va suplinii impulsurile nodului Sino -Atrial i va restabili funcia de pompare a inimii . Exist dou tipuri de stimulatoare cardiace :

-cu frecven constant , independent de activitatea intrinsec a inimii -necompetitive ( evit competiia pe una din cile de mai jos ) sau demand, sunt inhibate de impulsurile de depolarizare intrinseci ale inimii , funcioneazi n absena activitii intrinseci .

Pentru evitarea confuziilor n legtur cu funcionarea diferitelor stimulatoare a fost propus un cod de 3 litere cu urmatoarea semnificatie:

Codurile folosite sunt : V - ventricul , A - atriu , D - camer dubl ( V + A ) , I - inhibat , T - triggerat , O - fr contact .

Urmtoarele funcii sunt valabile : AAT - stimulator triggerat de depolarizarea atrial care d impuls de susinere atriului , VOO -stimulator ventricular asincron , VVI -stimulator ventricular demand inhibat de depolarizarea ventricular ,VVT - stimulator tiggerat de depolarizarea ventriculari care d impus de susinere ventriculului , DVI - stimulator care comad ambele camere secvenial i este inhibat de depolarizarea ventricular . Stimulul produs de pacemaker poate fi unipolar sau bipolar .

Se definesc ca surse de curent redus si factor de umplere mic utilizate la inducerea contractiilor musculare in muschiul cardiac. Pulsurile de curent pot fi injectate fie la suprafata cordului (epicard), fie in muschiul inimii (miocard), fie in cavitatea cardiaca (endocard); Se utilizeaza cand functia naturala de stimulare ritmica inceteaza.

Stimularea bipolar se face cu ajutorul a doi electrozi la captul unui cateter introdus printr-o ven pn n camera inimii sau prin doi electrozi suturai n peretele extern alventriculelor . n stimularea bipolar trombociii se ataeaz de anod, crescnd riscul de formare al trombilor . n aceste condiii este de preferat simularea unipolar care presupune plasarea anodului n organism departe de inim. Acest fapt va determina apariia unui semnal mare la suprafaa corpului uor de detectat n vederea urmririi bunei funcionri a pacemaker -ului . Totui stimulatoarele unipolare sunt influienate n funcionare prin interferene electro -magnetice . Au fost construite stimulatoare care revin la o frecven fix n cazul n care nivelul de interferen este prea mare . Impulsul de stimilare are n general aplitudinea de 5 V i durata de 1 ms . Pacemaker-ul este implantat n organism mpreun cu sursa lui de energie.

Stimulatoare asincrone de ritm cardiac

Produc o stimulare uniforma, independenta de necesarul organismului stimulatoare cu rata cardiaca fixa. Cele mai simple stimulatoare nu se mai folosesc in mod curent. Generarea stimulului este declansata de un circuit oscilator; Pentru generatoarele de pulsuri de tensiune constanta, pulsurile de tensiune au nivele de 5..5.5V si durate de 500us..600us; Pentru generatoarele de pulsuri de curent pulsurile au 8..10mA pe durate de 1..1.2ms. Frecventa de declansare e de 70..90 pulsuri/minut. Consum energetic: 35uW. Neglijand descarcarea bateriei, o baterie de 2000mAh ar tine 20 de ani.

Circuitul de iesire:

Cablurile de electrod. Caracteristici:

Conductivitate marita; Rezistenta mecanica la torsionari frecvente datorate contractiilor muschiului cardiac; Izolare electrica buna; In mod curent se construiesc spiralat pentru a reduce efectele torsionarilor si sunt invelite in materiale compatibile biologic;

Stimulatoare unipolare:

Un singur electrod in contact cu muschiul cardiac; Se genereaza pulsuri negative; Electrodul de masa este localizat in alte parte a corpului.

Stimulatoare bipolare:

Doi electrozi in contact cu muschiul cardiac; Stimulul este aplicat diferential.

Electrozii de contact:

Proiectarea circuitelor stimulatorului trebuie fcut cu grij pentru a diminua consumulde energie . n mod curent sunt folosite trei tipuri de baterii : 1 . Bateria mercur - zinc are o capacitate nominal de 1000 mAh la 20 C din care se pot utiliza cca . 600 mAh la temperatura corpului . Se folosesc 5 celule nseriate avnd o durat de operare de max . 3 ani . 2 . Bateriile litiu-ion au o capacitate de 4000 mAh i sunt larg rspndite n prezent . Acest tip de celule nu degaj gaze i pot fi nchise ermetic . Durata maxim de operare a lor este limitat de rezistena intern care crete treptat n timp . Se apreciaz cdurata maxim poate ajunge la 10 ani . 3 . Bateriile nucleare folosesc plotoniu 238 i se bazeaz pe nclzirea de termocuple ca efect al iradierii lor cu raze i X . Se estimeaz o duratde operare de peste 10 ani , dar preul lor este mare. Pentru fabricarea bateriilor nucleare se poate utiliza i prometiu 147 care va emite radiaii . Electronii vor genera perechi electron-gol ntr-o structur semiconductoare producnd astfel direct electricitate . Durata lor de operare ajunge la 5 -7 ani . S-au luat msuri de precauie extreme la realizarea acestor baterii pentru a reduce la ninimum riscul emisiei radioactive .

O alt problem important este ncapsularea pacemaker-ului care trebuie fcut cu un material biocompatibil . Nici o izolaie din palstic sau epoxidic nu este perfect impenetrabilfluidelor biologice din organism. Pentru evitarea coroziunii, circuitul electronic este nchis ermetic .

Se compun din elementele unui generator asincron si o bucla de reactie care sesizeaza ritmul natural cardiac; Ciruitul timer genereaza o rata constanta 60..80 pulsuri/minut; Dupa fiecare puls generat, circuitul timer este resetat; Detectarea ritmului normal inhiba generatorul;

Stimulul generat de nodul SA declanseaza generatorul;Circuitele de intarziere simuleaza intarzierea propagarii stimulului de la nodul SA la nodul AV (120ms);

Circuitul de intarziere de 500ms simuleaza perioada refractara;Circuitul de iesire comanda direct contractia ventriculara;Permite nodului SA sa controleze contractiile inlesnind autoreglajul

fiziologic;

n figura urmatoare este prezentat schema bloc a unui stimulator cardiac sincron:

Acest tip de pacemaker folosete un singur electrod att pentru sesizarea complexului normal QRS ct i pentru stimulare . Filtrul band sesizeaz unda R normal cu durat ntre 18 -30 ms . Ctigul amplificatorului trebuie redus n perioada refractar pentru a mpiedica reciclarea eronat a impulsului la mai puin de 300 ms fa de QRS sesizat ( ex . declanat de o und T asemntoare unui QRS ) . Dublorul de tensiune din etajul final realizeaz un impuls " economic " de stimulare cu amplitudinea de 5 V i durata sub 1 ms de la o baterie de numai 2,8 V .

Se definete " pragul de captur " energia minim necesar pentru obinerea depolarizrii ventriculare. Acest prag de captur depinde de tipul de electrod folosit, de amplasarea lui i de excitabilitatea cordului . n timp pragul de excitabilitate se modific dup curba de mai jos:

n aceste condiii se prevede o amplitudine a impulsului de 2 -4 ori mai mare fa de pragul de stimulare pentru a preveni efectele scderii n timp a excitabilitii inimii . Ultimele studii au artat c stimulii cu durat mai mic( 0,5 -0,6 ms ) , amplitudine 5 V /10 mA pe o rezisten tipic ntre electrozi de 500 pemit utilizarea unei baterii Li - I care asigur obinerea iniiala unor impulsuri de 5,4 V ajungnd n timp la 3,3 V pe o durat sigur de 14 ani . Blocul de Test asigur testarea extern cu ajutorul unui magnet : se verific banda de captur n regim asincron la 100 bti /min i nivelul de descrcare al bateriei ( sub 13 bti /min trebuie nlocuite bateriile ) .

Stimulatoare de ritm cardiac cu reactie

Simuleaza functionarea nodului SA si a cailor de transmisie dintr-un organism fiziologic normal; Senzorul este folosit pentru convertirea unor marimi fiziologice in semnal de intrare; Generatorul de puls va avea o rata de iesire variabila in functie de raspunsul algoritmului de control la marimea generate de sensor.

Localizare peacemaker in corp: