El blog de Moebius

1ago/111

Marcapasos, Pacemaker

Es un hecho bien conocido que cada latido del corazón se acompaña de una alteración eléctrica, la naturaleza de este trastorno, además, ha sido estudiado y comprendido con la ayuda de animales de sangre fría.

A finales del siglo XVIII y principios del interés XIX, existía una inmensa curiosidad con todos los fenómenos eléctricos, casi todas estaban basados en variaciones del estudio de la electricidad estática.

En Italia durante la década de 1780, Luigi Galvani observó que usando una unión de dos cables de diferente metal, por ejemplo cobre y zinc y el cuerpo cercenado de una rana y conectando un cable a la columna vertebral y tocando en la pata con otro, esta se contraía violentamente. Conforme utilizaba diferentes metales, observaba que las contracciones de las patas eran también diferentes. Durante los experimentos con patas de animales de sangre caliente comprobó que si los nervios estaban conectados a un cable de hierro y los pies estaban apoyados en el suelo durante una tormenta eléctrica, los músculos también se contraían con espasmos convulsivos.

Finalmente, gracias a este experimento fue capaz de ordenar los metales según su carga, gracias a las diferencias de cargas entre metales le fue posible recubrir un metal con otro, depositando el metal de mayor carga sobre el de menor.

A raíz de estos y otros experimentos similares, Galvani se convenció de que todos estos experimentos demostraban la existencia de cargas eléctricas en las formas biológicas y propuso una teoría amplia de la existencia de la electricidad animal, que publicó en 1791. Esta teoría no tardó en ser aceptado, pero Galvani no avanzó sobre ella cuando finalmente fue objeto de ataques, en gran parte por su compatriota Alessandro Volta.

Cuando Volta comenzó a estudiar la electricidad, pensó al principio que la teoría de Galvani no era correcta, el mismo experimento con diferentes metales colocados en su propia lengua y en la frente, inmediatamente la lengua se estremecía y le quedaba un gusto amargo en ella, que él interpretó como causada por el paso de un flujo eléctrico. Finalmente concibe que la electricidad era producida por el contacto de los dos metales diferentes y el líquido que podía ser tejido biológico húmedo.

Volta no tardó en demostrar que la colocación de dos metales en contacto directo no producían electricidad en si, pero si las dos piezas de metal estaban separadas por un conductor húmedo y estando en contacto entre ellas, entonces si se producía una fuerza electromotriz, que mas tarde se tomo como una unidad física denominándola Voltio en honor a su descubridor.

Él describió la construcción de una pila con piezas en forma de monedas de cobre, o mejor de plata y de otras de zinc intercaladas, separadas con pedazos de cuero o cartón embebidos en cualquier líquido tal como la salmuera, vinagre, lejía o cualquier sustancia ácida, contra mas conjuntos de dos metales separados por el elemento embebido mas alta era la fuerza electromotriz, todas las piezas eran apiladas unas encima de otras de ahí vino el nombre de pila al conjunto generador de corriente.

A principios de 1800, apareció un renovado interés por la acupuntura en Europa, que había sido introducido en Europa en la segunda mitad del siglo XVIII por los misioneros jesuitas. En 1825, Jean-Baptiste Sarlandie fue el primero en aplicar una corriente eléctrica a dos electrodos de metal que no eran mas que finas agujas de acupuntura, creando así la electro acupuntura para poder aplicar corrientes en puntos específicos en el cuerpo. La electro acupuntura pronto se convirtió en el método aceptado para la estimulacion de músculos, nervios u órganos debajo de la piel.

La electro acupuntura del corazón se intentó por primera vez por Krimer en 1828 sin éxito registrado.

Esta técnica fue abandonada durante varias décadas. Mientras tanto, W. Morton introdujo con éxito el uso del éter como anestésico en 1846.

El primer uso del éter como anestésico se conmemora en el Monumento al éter en el Jardín Público de Boston.

Con el tiempo, el cloroformo se encontró que era más adecuado a pesar del paro cardíaco que era una complicación frecuente de la anestesia del cloroformo. En 1871, Although Steiner en Alemania, anestesia caballos, perros, gatos y conejos para producir un paro cardíaco, informando con éxito de la aplicación de una corriente galvánica intermitente con una aguja percutánea en el corazón para evocar las contracciones rítmicas.

Hugo Von Ziemssen (1829 - 1902)

En 1882, Von Ziemssen describió el caso de una señora de 42 años de edad, de nombre Catherina Sarafin.

Tenía un defecto enorme después de la extirpación quirúrgica anterior izquierda de la pared torácica después de un encondroma o tumor óseo benigno . El corazón estaba cubierto por una delgada capa de piel y era visible y palpable. Von Ziemssen señaló que la aplicación de electrodos en el corazón para el estimulo rítmico era mayor que la de la frecuencia cardíaca espontánea, si era más lenta la estimulación se desencadenaba una frecuencia cardíaca irregular. También señaló, que el área más sensible para la estimulación fue en la región del surco auriculoventricular. Es interesante que esta observación se hizo más de una década antes de la descripción de Kent de la ubicación del nodo aurículoventricular y el haz de His, respectivamente.

En 1899, Prevost y Battelli demostró que las corrientes eléctricas podrían causar fibrilación ventricular, que a menudo podría ser revertido por un estímulo más poderoso de cualquiera de corriente alterna o continua. Robinvitch en una serie de informes de 1907 y 1909 confirmó este trabajo y diseñó el primer aparato eléctrico portátil para las ambulancias de reanimación. MacWilliam, en muchas publicaciones aclaró más la fisiopatología de la fibrilación ventricular y describe en ellos el deterioro de la función de bombeo del corazón mediante las taquiarritmias, así como bradarritmias.

En 1930 Albert S. Hyman. con su hermano que era ingeniero, desarrolló y patentó el "marcapasos artificial" operado por una manivela que hacia girar una magneto (generador de corriente) para suministrar la electricidad. El dispositivo fue utilizado con éxito en Nueva York con una cobertura de prensa, aunque no la aceptación por la comunidad médica.

En 1932, Albert Hyman desarrollado una máquina de electroestimulación controlada repetitiva de corazón y llamó a su dispositivo marcapasos artificial

Finalmente, el 6 de abril de 1930, recibió el subsidio de la Fundación Witkin para explorar la posibilidad de desarrollar una máquina práctica, para ser utilizado como un marcapasos artificial en animales de experimentación.

Este aparato llevaba un mecanismo de relojería que controlaba el generador de corriente continua, los impulsos eléctricos se dirigían hacia la aurícula derecha del paciente a través de un electrodo de aguja bipolar introducido a través del espacio intercostal. La estimulación se podía ajustar a un ritmo de 30, 60 ó 120 impulsos por minuto.

El marcapasos Hyman II

Una fotografía de otro modelo sin ninguna descripción. Era una unidad portátil con claridad lo que presumiblemente habían sido fabricados por Siemens, la empresa matriz de Adlanco, en su planta alemana. Durante mucho tiempo se supuso que esta unidad fue fabricada en la década de 1930 con el fin de probar el potencial para una explotación comercial.

Siemens había determinado que el marcapasos no cumplía con su función y todos los modelos reales construidos habían sido destruidos durante la Segunda Guerra Mundial. Curiosamente, en una copia de Popular Science de octubre de 1933 fue encontrado un artículo de una sola página sobre el marcapasos Hyman con una fotografía del hermano Charles Hyman, resucitando un hombre joven.

1949

En Toronto, Canadá, Wilfred Bigelow y John Callaghan desarrollan la idea del uso de la hipotermia como un procedimiento médico. Esto implica la reducción de la temperatura del cuerpo del paciente antes de una operación con el fin de reducir la cantidad de oxígeno que se necesita, por lo que las operaciones de corazón eran más seguras. El recalentamiento no obstante, restauraba la contracción cardíaca con la suficiente rapidez y así los cirujanos comenzaron los experimentos con estimulación del nodo sinoauricular.

Wilfred Bigelow escribió dos libros, Los corazones fríos y Misterios de la heparina. Siendo director de la Sociedad Audubon y la Conservación de la Naturaleza de Canadá.

El primer marcapasos cardíaco externo diseñado por John Hopps, Dr. Wilfred Bigelow and Dr. John Callaghan.

John Hopps fue un ingeniero eléctrico, reclutado en una base militar a tiempo parcial por el Consejo de Investigación Nacional de Canadá y diseñó lo que fue quizás el primer dispositivo electrónico construido específicamente como un marcapasos cardíaco. Se trataba de una unidad externa impulsada por tubos de vacío. Los impulsos eléctricos se transmiten a través de un catéter electrodo bipolar de las aurículas con un enfoque transvenoso. La estimulación auricular se lograba con facilidad y la frecuencia cardíaca podía ser controlado sin contracciones dolorosas de la pared del pecho.

Diferentes modelos diseñados por John Hopps

En el año1951 Paul Zoll, un cardiólogo de Boston, fue el que marcó el comienzo de la era moderna de la estimulación cardíaca clínica. Había leído el trabajo realizado por Callaghan, Bigelow y Hopps y desarrolló un marcapasos externo de mesa que se ha aplicado con éxito para el tratamiento de bloqueo cardiaco.

El Electrodyne marcapasos PM-65 , diseñado por Zoll, compuesto por un electrocardiograma para monitorear el ritmo cardíaco y un generador de impulsos eléctricos al ritmo del corazón. El generador de impulsos es una modificación del estimulador eléctrico utilizado en los laboratorios de fisiología. El aparato entregaba impulsos eléctricos de 2 ms de ancho y de 50 a 150 voltios corriente alterna a través de un par de electrodos de metal 3 cm X 2 cm atados al pecho del paciente directamente sobre el corazón. Los electrodos irritaban la piel y los pacientes encontraban las descargas eléctricas repetidas dolorosas. En cuanto al aparato era voluminoso y pesado y se llevaba en un carro. Sólo se podía llegar hasta la extensión total del cable y su conexión a red.

En el Hospital St. George de Londres, Aubrey Leatham y Davies Geoffrey desarrollaron un estimulador externo con el que resucitar a pacientes con bloqueo cardíaco y asistolia. Los primeros estudios sobre el uso de la estimulación externa de paro cardíaco acababa de ser informado por Paul Zoll en Boston, sin embargo, el marcapasos de Zoll fue siempre un sistema fijo, sin una capacidad de movimiento y podría provocar una "R sobre T" inducida por fibrilación ventricular. En St. George, Leatham y Davies pidieron desarrollar un nuevo circuito, que se publicó en 1956.

Este dispositivo de propulsión eléctrica estimulaba el corazón a través de la pared torácica, utilizando tensiones de 150 voltios y fue fabricado comercialmente por Firth-Cleveland en el Reino Unido. La versión comercial contenia varias modificaciones: permitiendo la duración asistólica, la sensibilidad de los controles para detectar el electrocardiograma, dos rangos de salida y una batería para su funcionamiento.

Earl E. Bakken y Hermundslie Palmer habían fundado Medtronic el 29 de abril de 1949 en un garaje en el noreste de Minneapolis. La compañía había llevado una existencia precaria como un servicio de reparación de equipos hospitalarios y de distribución de aparatos de otros fabricantes. Construían equipos personalizados de instrumentos estándar de laboratorio o de investigadores clínicos. Bakken relataba: "Nosotros nunca hicimos mucho dinero en la construcción, rara vez recuperábamos el costo de los prototipos, todo lo que hicimos, fue perdiendo dinero".

Bakken sacó la idea de Popular Electronics 04 1956, en el que recordó haber visto un circuito de un metrónomo electrónico, transistorizado. El circuito producía una serie de clics en un altavoz, la tasa de clics puedía ser ajustada para adaptarse a la música. El circuito de este oscilador de bloqueo había sido inventado en el Laboratorio de Radiación del MIT durante la Segunda Guerra Mundial.

Se limitó a modificar el circuito de dos transistores y lo puso, sin el altavoz, en una caja de aluminio de cuatro pulgadas cuadradas y una pulgada y media de grosor, con terminales e interruptores en el exterior. El circuito se alimentaba con una potente batería de 9.4 voltios miniatura de mercurio alojado dentro de la caja, tenía un interruptor de encendido-apagado y botones de control de la tasa del estímulo y la amplitud.

Bakken relata: Sin ningún tipo de expectativas grandiosas para el dispositivo, era moderadamente optimista de éxito sobre lo que eventualmente podría hacer por los pacientes

Al día siguiente volví al hospital para trabajar en otro proyecto cuando de pronto se me ocurrió pasar delante de la sala de recuperación y vi a uno de los pacientes del doctor C. Walton Lillehei. Debo haber hecho una doble mirada al ver por la puerta entreabierta. Había una niña que llevaba el prototipo que había entregado el día anterior, me quedé atónito. Rápidamente localizaron Lillehei y le pregunté qué estaba pasando. Dijo que no se permitía que un niño muriera debido a que no había utilizado la mejor tecnología disponible ".

Después de sólo 4 semanas de experimentación y trabajo, el primer marca pasos transistorizado ya estaba en servicio Una hazaña que es poco probable que se repita dado que todos los dispositivos tienen que pasar desde el inicio hasta su uso clínico por una normativa de pruebas.

Comenzamos con las diez primeras unidades, una versión mas refinada del prototipo original. La marca había sido ahuecado para que los niños fueran menos propensos a tocar los ajustes mientras una de luz de neón roja parpadeaba con cada estímulo. Además, dos asas de metal (tomadas de una vieja máquina de ECG) de esta simple manera con una banda se podría asegurar el marcapasos al cuerpo del enfermo. El marcapasos era portátil, ya que no dependía de cables para su alimentación, se le llamo 5800 porque fue hecho en 1958, su autonomía era de 1000 horas aproximadamente.

Tan pequeño y ligero que podía ser conectado y usado por el paciente, el marcapasos cardíaco Medtronic estimulaba la función ventricular en los casos de disociación aurículo-ventricular que son inducidos durante la operación quirúrgica de defectos septales, o que se producia de forma espontánea como en Stokes- El síndrome de Adams. El marcapasos estaba diseñado para aplicaciones internas con al menos un cable conectado directamente al miocardio para la estimulación temporal o con un parche bipolar para la estimulación prolongada. La salida del marcapasos elegida era de unos 2 ms de onda cuadrada, variable en amplitud 1 a 20 mA. El oscilador variable entre 60 a 180 pulsos por minuto.

El marcapasos Bakken es una de las primeras aplicaciones con éxito de la tecnología del transistor para poder iniciar el nuevo campo de la electrónica médica. En toda la historia de la medicina antes de 1957, nunca ha habido un dispositivo implantable, parcial o totalmente eléctrico. Sin embargo, era evidente que a largo plazo el ritmo de un dispositivo totalmente implantado tendría que ser de nuevo concebido para evitar la infección ascendente a través de los electrodos de estimulación que ocurría frecuentemente.

El Doctor Lillehei mismo señaló: "La cuestión de cuánto tiempo se puede mantener el estímulo parece estar relacionado con los materiales de los electrodos, el diseño y la técnica de implantación. La posibilidad de infección a lo largo del alambre existía, pero puede ser minimizada por un túnel del cable antes de llevarlo a través de la piel. La mayoría de los pacientes con bloqueo cardíaco post-operatorio recuperó el ritmo sinusal al cabo de unas semanas, pero un paciente se mantuvo con el dispositivo durante 15 meses.

Earl E. Bakken

Radiofrecuencia estimulación epicárdica

Poco después de la introducción de la estimulación cardíaca con electrodos externos y para evitar infecciones, se desarrolla un nuevo sistema de estimular el corazón por un acoplamiento inductivo por radio frecuencia a través de la piel, se introdujo en 1958 (técnica de Mauro). Después de varios años, la adición de una batería de litio de larga duración y la capacidad de programar los parámetros de estimulación concluyo con un marcapasos cardíaco implantable totalmente.

Glenn WWL, Mauro A, Longo E, Lavietes PH, MacKay FJ El marcapasos cardíaco por radiofrecuencia. Estimulación a distancia del corazón por radiofrecuencia. La aplicación clínica de un paciente con síndrome de Stoke-Adams.

Rune Elmqvist desarrolló el primer marcapasos implantable en 1958, trabajando bajo la dirección de Åke Senning , médico jefe de cirugía cardiaca en el Hospital Universitario Karolinska en Solna , Suecia .

Elmqvist inicialmente trabajó como médico pero más tarde trabajó como ingeniero y inventor .

En 1948, se desarrolla la primera impresora de inyección de tinta para un ECG él la llamó el mingograph mientras trabajaba en Elema-Schönander, una compañía que más tarde se convirtió en Siemens -Elema.

En 1960 fue nombrado Director de Desarrollo de Elema-Schönander. Los trabajos de Siemens-Elema se vendieron mas tarde a la empresa americana Pacesetter Systems en 1994, que posteriormente fue vendida a St. Jude Medical .

Dr. Åke Senning, Elmqvist en el centro y Crafoord, 1954.

Arne Larsson fue el primer humano en recibir un marcapasos implantado. Había sido hospitalizado con un bloqueo cardíaco completo y frecuentes ataques de Stokes-Adams los últimos 6 meses, tenía 20 a 30 ataques diarios y su pronóstico era malo. El tratamiento se maximiza con la efedrina, pentymal, atropina, isoprenalina, la cafeína, la digoxina y el whisky.

Para evitar la publicidad del evento , la implantación se llevó a cabo por la noche, cuando las salas de operaciones estaban vacías.

Senning relata: El 8 de octubre de 1958 implanto el primer marcapasos, pero sólo duró ocho horas posiblemente se había dañado el transistor de salida o la conexión con el catéter y yo no tenía repuesto, la otra unidad estaba en el laboratorio que implantaron la mañana siguiente. Senning luego concluye: "En la década de 1950 nunca hemos tenido ningún problema. La responsabilidad era del paciente y sus familiares que estaban felices si el paciente sobrevivia.."

El segundo marcapasos funcionado bien durante 1 semana antes de que de repente mostrara una disminución en el tamaño del estímulo ECG: lo que sugiere mal funcionamiento del generador de impulsos.

El circuito

El generador de impulsos impulsos entregada a una amplitud de 2 voltios y un ancho de pulso de 1,5 ms. El pulso se fija a una velocidad constante de 70 a 80 latidos por minuto. La energía utilizada se redujo al mínimo debido a que Elmqvist logró obtener los primeros transistores de silicio importados en Suecia. Estos eran más eficientes que los antiguos transistores de germanio. Con ellos Elmqvist diseñó un oscilador estable y eficaz y de un pequeñísimo consumo de potencia.

Otros investigadores siguieron una línea diferente de enfoque en el diseño autónomo de marcapasos implantables: El acoplamiento inductivo

Un par de electrodos (d) eran suturados al epicardio, estos electrodos estaban conectados a una bobina subcutánea. Otra bobina colocada exteriormente (b) pegada a la piel, estaba conectada al circuito (a) y a su alimentación, de esta manera era cambiable en caso de avería o para cambiar las pilas, sin necesidad de intervención.

El acoplamiento inductivo en marcapasos demostrado tener mucho éxito con varios cientos de los implantes y las tasas de supervivencia de más de 10 años. Estos dispositivos se utilizaron ampliamente en Birmingham durante muchos años, siendo fabricados por Lucas, más conocida por sus productos eléctricos del automóvil (hasta que fue absorbida por Bosch). Una desventaja particular de este dispositivo es que su eliminación (por ejemplo, para el baño) podría dar lugar a bradicardia y síncope. Se siguió utilizando hasta bien entrada la década de 1970 y varios pacientes con marcapasos de esta generación todavía tienen las bobinas implantadas con sus dispositivos originales.

Un nuevo conductor fue desarrollado en 1959 por Elema Schonander y la empresa

Telecom, Ericsson. Este se componía de cuatro bandas delgadas de acero inoxidable enrollado alrededor de un núcleo de poliéster trenzado y aislados con polietileno blando. Se ha estimado que podía resistir más de 184 millones de ciclos de flexión, por lo tanto, una duración de al menos 6 años. El electrodo unipolar de estimulación epicárdica era un disco de platino, de 8 mm de diámetro y aislados por la parte posterior. construyó el Elema 137 marcapasos en 1960 (Fig. 88). Células Rubén-Mallory zinc-óxido de mercurio se utilizan como fuente de alimentación, eliminando así la necesidad de una recarga periódica de los utilizados anteriormente de níquel-cadmio.

Rune Elmqvist construyó el Elema 137 en 1960, con baterías Rubén-Mallory zinc-óxido de mercurio como fuente de alimentación, eliminando así la necesidad de una recarga periódica de los utilizados anteriormente de níquel-cadmio.


Otros modelos fueron implantados con éxito similar en 1961 por Zoll y en 1962 por Kantrowitz. La técnica para la inserción de electrodos permanentes transvenoso de estimulación bipolar se desarrollaron en 1962 por Parsonnet. (En los EE.UU.) y por Ekstrom. (En Suecia).

Zoll Electrodine

Dispositivos de los años 60

1970 se mejora la fijación del sistema con tornillos de los electrodos. La batería de litio-yodo reemplazo a la de óxido de mercurio-zinc que se había utilizado hasta entonces. Esto dio lugar al aumento considerable de la longevidad del marcapasos

En 1972 un marcapasos de radioisótopos fabricados en Estados Unidos se implantó por Parsonnet. Estos marcapasos nucleares tenía una vida útil de 20 años, pero pasó de moda, debido principalmente a la necesidad del alto papeleo regulador de energía nuclear.

En principios de 1980 se desarrollaron electrodos liberadores de esteroides en la punta del electrodo, para disminuir la respuesta inflamatoria provocada por la presencia de un cuerpo extraño.

A partir del 2000 aparecieron los primeros marcapasos basados en microprocesadores. Estos se convirtieron en dispositivos muy complejos capaces de detectar y almacenar eventos utilizando varios algoritmos, modificando de sus parámetros de estimulación interna de acuerdo a las necesidades cambiantes del paciente de forma automática. El patrón de la tasa de respuesta también se ajusta automáticamente al nivel de actividad del paciente

Ya se que me dejo docenas de eventos importantes en la apasionante historia de los marcapasos, pero creo que sería tedioso para lectores sin formación médica, un último apunte, lo que verdaderamente cambió en la evolución de la electro medicina fue el descubrimiento del transistor en 1947, un descubrimiento científico que revolucionó toda la tecnología del mundo.

Maqueta en grande del primer transistor

El transistor fue inventado en los Laboratorios Bell de EE. UU. en diciembre de 1947 por John Bardeen, Walter Houser Brattain y William Bradford Shockley, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1956. Fue el sustituto de la válvula termoiónica de tres electrodos, o triodo.


 

¿Te gustó este artículo?

¡Suscríbete a nuestro feed RSS!

Comentarios (1) Trackbacks (0)
  1. Que interesante toda esta informacion, saber todo lo ocurrido para llegar hasta donde estamos ahora, gracias a todos estos ingenieros.


Leave a comment

Aún no hay trackbacks.