UNIDAD BIOELECTRÓNICA.

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1 UNIDAD BIOELECTRÓNICA. Arellano Pérez José Francisco, Barragán Pérez Juan Ernesto. INSTITUTO TECNOLOGICO DE CD. GUZMÁN. Cd. Guzmán, Jalisco México. Tel./Fax: ABSTRACTO En México el instrumental médico de hospitales y clínicas particulares es importado a un alto costo que paga la inversión realizada en investigación y desarrollo de este tipo de instrumentos en los países de origen. Es por ello, que la bioelectrónica es una herramienta complementaria en el sector médico, utilizada para facilitar y precisar los diagnósticos, permitiendo tratamientos mas adecuados. Es por ello el proyecto que tiene como fin medir las siguientes variables del cuerpo humano: Calor corporal, ph, frecuencia cardíaca y frecuencia fetal. Seguridad del paciente, de fácil mantenimiento y como su uso también, datos precisos de la variable. RESUMEN El ser humano es capaz es capaz de mantener su temperatura corporal dentro de una escala muy angosta de valores entre (35 4º C) y (42,8º C). Sin embargo, en condiciones ambientales extremas, con fiebre, tuberculosis, sarampión o con ejercicios vigorosos muy prolongados el organismo puede ser incapaz de regular su temperatura satisfactoria, lo que puede producir problemas de salud. Aproximadamente, la temperatura corporal interna se mantiene en un promedio de 37 C (98.6 F). Puede fluctuar entre 36 C y 37 C (97 F y 99 F). Además, varía durante el día. Durante las primeras horas de la mañana se registra el nivel más bajo de la temperatura (se produce la temperatura mínima). Por el otro lado, en la tarde, se produce el nivel más alto de la temperatura (temperatura máxima). Comúnmente, la temperatura interna se mide en la cavidad rectal y oral de nuestro cuerpo. Otras áreas incluyen la auditiva (timpánica), axilar, esofageal y estomacal. Dependiendo del ambiente/aire circulante, las temperaturas oral y axilar son aproximadamente 0.5 C (1.0 F) más baja que las temperaturas rectales. La temperatura corporal varía considerablemente bajo diferentes condiciones y entre individuos. Si la temperatura corporal excede de los 42 C puede llegar ha tener lesiones cerebrales, ocurriendo destrucción permanente en neuronas, aun cuando el individuo recupere su salud. Cuando la temperatura cae por debajo de lo normal, se produce un efecto llamado hipotérmia, disminuye aun más el metabolismo y vuelve a producirse un circulo vicioso, hasta que la temperatura baja tanto que el individuo muere, suele ocurrir cuando la temperatura corporal se encuentre entre 21 y 32 C. El diseño del sensor de temperatura se lleva a cabo con materiales fáciles de encontrar en el mercado. Gracias a la selección adecuada de los materiales para el sensor, esto lo hace un dispositivo muy sensible a la temperatura, el cual es perfecto para nuestra aplicación. El hombre tiene una temperatura constante que oscila entre los 36º y 37º c cuando es normar la resultante entre producción y pérdida de calor. La mayor fuente de calor es la que produce nuestro propio metabolismo, y más aún en la actividad física, con gran aumento si el ejercicio es muy intenso, aunque en ciertas condiciones el cuerpo puede también ganar calor a partir del medio (luz solar directa, calefactores, medios con agua caliente, etc.). Y la pérdida de calor se produce en los siguientes procesos físicos:

2 1. Conducción: cuando nuestro cuerpo esta en contacto con algo de menor temperatura - por ejemplo- agua aire, de lo contrario aumentaría. 2. Convección: por el movimiento del medio que está en contacto con la piel (agua, aire), ejemplo el viento producido por un ventilador. 3. Radiación: el cuerpo con exceso de temperatura emite ondas electromagnéticas de calor cuando la temperatura ambiental es más baja (de lo contrario aumentaría la temperatura corporal. 4. Evaporación: esta es la más importante y está en función de la transpiración. El sudor enfría la piel al evaporarse, es decir el paso de un estado líquido a uno gaseoso requiere la absorción de calorías; por lo tanto la transpiración sólo enfría la piel si se evapora, pero si hay elevada humedad ambiental el sudor no se evapora y no se enfría la superficie del cuerpo. A estos procesos físicos contribuyen dos factores fisiológicos que hacen a la regulación de la temperatura corporal: Las variaciones en el flujo sanguíneo a través de los pies (que determina la cantidad de calor transportado del centro a la superficie). a) La secreción del sudor (que provee el agua necesaria para refrescar la piel por evaporación). Por lo tanto el aumento del flujo sanguíneo en piel, aumenta la pérdida de calor por conducción, convección y radiación y cuando se produce más sudor también hay pérdida de calor si se acompaña de evaporación. b) Lo opuesto ocurriría cuando disminuye el flujo sanguíneo y la producción de sudor (no hay pérdida de calor). Generalmente la regulación es en cuanto al ajuste de la pérdida de calor, mientras que el aumento en la producción de calor está en función de acciones como tiritar (contracción muscular) o el ejercicio muscular voluntario cuanto se está expuesto al frío. c) Las variaciones en la pérdida y la ganancia de calor para mantener constante nuestra temperatura corporal esta controlada por centros de Termorregulación situados en aquella porción del cerebro llamado hipotálamo, es decir la regulación de la cantidad de flujo sanguíneo de la piel y de la producción del sudor que hacen a la pérdida o conservación de calor, esta controlado por centros hipotálamicos que son activados por cambios en la temperatura de la sangre y por impulsos de receptores térmicos de la piel y tal vez musculares, de las venas profundas de las piernas, abdomen y columna. d) Cuando se realiza una actividad física, se produce un aumento de los procesos metabólicos con incremento en la producción de calor, que como dijimos, puede aumentar enormemente respecto al estado térmico de reposo, con adaptación de los centros termorreguladores a un nivel más elevado de temperatura corporal, con aumento del flujo vascular cutáneo y de la transpiración, esto siempre que el ejercicio sea constante, con actividad física submáximas que no aumenten la intensidad. Quienes realizan un correcto entrenamiento toleran mejor las altas temperaturas al aumentar el volumen minuto/cardíaco que, permite una adecuada manutención de la irrigación del cerebro. Además vimos en la nota que se refería a calentamiento previo el beneficio que a los músculos activos le produce su aumento de temperatura.

3 Los tres líquidos sangre, saliva y orina ya nos ofrecen por sí tres afirmaciones diagnósticas básicas; la sangre es el reflejo de todas las enfermedades inmunológicas y la clave del pleomorfismo de Enderlein (Sanum), la saliva indica las enfermedades metabólicas, así como la micosis, y la orina representa los órganos excretorios y las posibles acidosis mesenquimales latentes presentes. Se dice que el cuerpo humano, esta compuesto de materia la cual es capaz de producir energía; esto da por enterado que posee propiedades físicas, químicas ó biológicas. Por cual se decidió diseñar un sistema de medición en donde intervienen propiedades como la temperatura y la actividad de los iones de hidrogeno de una sustancia, la variable a medir es el grado de PH de un fluido del cuerpo humano (orina, sangre, etc.) Este método de diagnóstico está especialmente indicado como control terapéutico de las enfermedades. El terapeuta podrá controlar con precisión si la terapia aplicada a la enfermedad en cuestión está correctamente encaminada. La mayor ventaja, para Usted y para el terapeuta, es que no tiene que esperar días y días hasta recibir los resultados. A los 5-10 minutos de la medición podrá disponer del resultado del diagnóstico y comenzar de inmediato con las medidas terapéuticas. Para comenzar se medirá el parámetro ph, el cual nos indicará la concentración de iones o la concentración de protones de los líquidos. Nuestro cuerpo está formado por 65-90% de agua. La conductividad de los líquidos se mide en Siemens. Vincent utiliza la resistencia eléctrica en Ohmios en relación recíproca a la conductividad. De este modo obtendremos un total de 9 valores de medición en correlación los unos con los otros. Por qué es importante el ph? El ph es una de las mediciones más comunes de laboratorio porque muchos procesos químicos dependen del ph. Con frecuencia, la velocidad o el ritmo de las reacciones químicas pueden ser alterados significativamente por el ph de la solución. La solubilidad de muchos agentes químicos en solución y su disponibilidad biológica dependen del ph. Usualmente la química fisiológica de los organismos vivos tiene límites muy específicos de ph. En nuestras vidas modernas, prácticamente se ha probado en algún momento el ph de todo lo que usamos, es decir, en algún punto se efectúa una medición del ph del agua del grifo con la que nos cepillamos los dientes, el papel sobre el que escribimos, los alimentos que comemos o las medicinas que tomamos, por citar los ejemplos más evidentes. CONCENTRACIONES -log [OH ] [OH ] [OH+] -log [OH+] ÁCIDOS FUERTES NEUTRALID AD

4 BASES FUERTES pueden traer consecuencias al feto durante su gestación. Las visitas de seguimiento deben realizarse a intervalos de 4 semana hasta la semana 32 de la gestación, de 2 semana hasta la 36 y después semanalmente hasta el parto. En cada consulta se miden el peso y la PA, así como el tamaño y forma del útero, para determinar si su crecimiento es el adecuado para la edad gestacional. Los tonos cardíacos fetales pueden detectarse a partir de la 10.ª a 12.ª semana. Las exploraciones en cada visita pueden llevarse a cabo por la enfermera y no requieren la visita médica salvo que se detecten anomalías. En la persona adulta tiene que ir regularmente para revisar su ritmo cardiaco y presión arterial para prevenir anomalías en su transcurso de su vida. Es importante realizar estas visitas al medico para gozar de una buena salud. Desde épocas muy anteriores a la nuestra han existido muchas enfermedades respecto al sistema circulatorio, en especial en la maquina que nos mantiene con vida (el corazón). El crecimiento de la ingeniería electrónica ha contribuido en el mejoramiento en del individuo humano, cabe mencionar su crecimiento en la biomedicina en la cual se han construido muchos y diferentes instrumentos para la mejor atención y rápido del paciente. Es por eso que sea diseñado un instrumento electrónico capaz de detectar las pulsaciones cardiacas del ser humano tanto de una persona adulta, como la del feto desde el vientre de la madre. La actividad eléctrica de las células del corazón del adulto como del feto. Este impulso es generado en un pequeño grupo de células conocido como nodo sinusal o nódulo de Keith-Flach. Cuando el impulso cardiaco atraviesa el corazón los potenciales eléctricos se propagan a los tejidos que le rodean, y una pequeña parte de ellos se extiende difusamente por todas partes hasta llegar a la superficie del cuerpo. Es muy importante que la mujer en su periodo de embarazo tenga que ir al medico para que por medios de estudios y auscultaciones le diagnostique el estado que se encuentra ella y él bebe (feto). Es difícil imaginar un instrumento científico más sencillo que es el estetoscopio pueda de ser de gran utilidad. Para poder detectar las pulsaciones cardiacas se selecciono el micrófono piezoeléctrico omnidireccional acoplado a un estetoscopio el cual se le elimino la sección del auricular para poder instalar el micrófono. EL CORAZÓN Es un órgano hueco y musculoso del tamaño de un puño, rodeado por el Pericardio. Situado entre los pulmones, encerrado en el centro del pecho, dividido en cuatro cavidades: dos Aurículas y dos Ventrículos. Entre la Aurícula y el Ventrículo derecho hay una válvula llamada tricúspide, entre Aurícula y Ventrículo izquierdos está la válvula mitral. Las gruesas paredes del corazón forman el Miocardio. Como una bomba, impulsa la sangre por todo el organismo. Realiza su trabajo en fases sucesivas. Primero se llenan las cámaras superiores o aurículas, luego se contraen, se abren las válvulas y la sangre entra en las cavidades inferiores o ventrículos. Cuando están llenos, los ventrículos se contraen e impulsan la sangre hacia las arterias. El corazón late unas setenta veces por minuto y bombea todos los días unos litros de sangre. El oír y contar pulsaciones del corazón fetal aseguran un buen diagnostico del desarrollo del embarazo. Con ello se pueden prevenir posibles anomalías que

5 El ciclo cardiaco consiste de periodos alternantes de SÍSTOLE (contracción y vaciado) y DIÁSTOLE (relajación y llenado). Las aurículas y los ventrículos presentan ciclos separados de sístole y diástole. La contracción ocurre como resultado de la propagación de la excitación a través del corazón, mientras que la relajación sigue la subsecuente repolarización de la musculatura cardiaca. Si consideramos un solo ciclo, se verá que ocurren tres eventos importantes: MECÁNICA DEL CICLO CARDIACO Seis factores generales determinan la cantidad de sangre que el corazón bombea por minuto (gasto cardiaco). Los seis son sumamente interdependientes. En las siguientes definiciones damos sólo algunos ejemplos de sus relaciones. Capacidad de contracción: la capacidad de las células musculares del corazón para contraerse; depende de otros factores, por ejemplo la... Precarga: la cantidad de sangre presente en la cámara de bombeo, o ventrículo izquierdo, antes de la contracción; que es afectada por la... Postcarga: las fuerzas que se oponen a la contracción una vez que ésta empieza; entre dichas fuerzas están a la resistencia al flujo sanguíneo en las arterias, que a su vez depende en parte de la frecuencia de los latidos del corazón, o... Frecuencia cardiaca: el número de latidos por minuto; éste influye en la cantidad de sangre que llega al músculo cardiaco mediante él... Flujo coronario: el flujo de sangre a través de las arterias coronarias hacia el músculo cardiaco en sí. Como el flujo coronario determina la cantidad de oxígeno que llega hasta las células musculares del corazón, influye sobre la capacidad de contracción de éstas, lo que a su vez influye sobre todos los demás factores. Sistema nervioso autónomo: parte del sistema nervioso que controla la musculatura involuntaria, como la del corazón; éste modula de diversas maneras los otros cinco factores La generación de ALTERACIONES ELÉCTRICAS registrables a medida que la onda de despolarización se propaga a través del corazón (ECG) La contracción del músculo cardiaco y la generación de CAMBIOS DE PRESIÓN y VOLUMEN dentro del corazón La GENERACION DE RUIDOS por la acción valvular y el flujo sanguíneo al contraerse el músculo cardiaco Dos sonidos se pueden escuchar durante el ciclo cardiaco cuando se escucha con un estetoscopio. EL primer sonido, es algo grave y relativamente largo se dice que suena como "lub". El segundo sonido es más agudo y corto: se dice que suena como "dup". Normalmente oiríamos "lub, dup, lub, dup, lub, dup..." El primer sonido se asocia con el cierre de las válvulas aurículoventriculares (las válvulas TRICUSPIDE Y MITRAL) El segundo sonido se asocia con el cierre de las válvulas SEMILUNARES (localizadas en la AORTA Y LA ARTERIA PULMONAR) Hagamos un recorrido por las cuatro cámaras del corazón: La primera de las cuatro cámaras, la AURICULA DERECHA, recibe sangre con poco oxígeno y cargada de bióxido de carbono. Esta sangre "usada" le llega a través de las dos venas cavas, la superior y

6 la inferior. De la aurícula derecha, la sangre fluye a través de la válvula tricúspide al VENTRICULO DERECHO. Esta es una cámara más grande y con una capa más gruesa de músculo. Todo esto durante la diástole auricular y ventricular. La despolarización de las aurículas provoca la contracción auricular, la cual manda más sangre al ventrículo. El volumen de sangre en el ventrículo al final de la diástole se llama volumen diastólico final que es de aproximadamente 135 ml. De la aurícula derecha, la sangre fluye a través de la válvula tricúspide al VENTRICULO DERECHO. Esta es una cámara más grande y con una capa más gruesa de músculo. Todo esto durante la diástole auricular y ventricular. La despolarización de las aurículas provoca la contracción auricular, la cual manda más sangre al ventrículo. El volumen de sangre en el ventrículo al final de la diástole se llama volumen diastólico final que es de aproximadamente 135 ml Hay un breve periodo entre el cierre de las válvulas aurículo-ventriculares y la apertura de las válvulas semilunares que el ventrículo permanece como una cámara cerrada. Puesto que todas las válvulas están cerradas, la sangre no puede entrar ni salir de él. A este intervalo se le llama contracción ventricular isovolumétrica. Cuando la presión ventricular excede la presión de la arteria pulmonar se inicia la eyección de sangre hacia la arteria pulmonar y a los pulmones. El ventrículo no se vacía completamente. El volumen de sangre que queda en él se llama volumen sistólico final y es de aproximadamente 65 ml El primer sonido se asocia con el cierre de las válvulas aurículoventriculares (las válvulas TRICUSPIDE Y MITRAL) El segundo sonido se asocia con el cierre de las válvulas SEMILUNARES (localizadas en la AORTA Y LA ARTERIA PULMONAR) Hagamos un recorrido por las cuatro cámaras del corazón: La primera de las cuatro cámaras, la AURICULA DERECHA, recibe sangre con poco oxígeno y cargada de bióxido de carbono. Esta sangre "usada" le llega a través de las dos venas cavas, la superior y la inferior. No sale más sangre del ventrículo durante el ciclo porque las válvulas semilunares están cerradas y las válvulas aurículo- ventriculares todavía no se abren. Por lo tanto, todas las válvulas están cerradas otra vez por un breve periodo conocido como relajación ventricular isovolumétrica. Cuatro venas pulmonares se abren en la AURICULA IZQUIERDA. De la aurícula izquierda, la sangre fluye a través de la válvula mitral al VENTRICULO IZQUIERDO. Esta cámara contiene el mismo volumen de sangre que el ventrículo derecho, pero su pared es tres veces más gruesa Esto se necesita porque con la contracción del ventrículo izquierdo la sangre es empujada hacia la aorta a través de la válvula semilunar aórtica, y de ahí hacia el circuito sistémico del cuerpo.

7 Veamos el siguiente esquema de lo que acabamos de describir: EVENTOS ELÉCTRICOS Y MECÁNICOS DEL CICLO CARDÍACO. Durante su funcionamiento normal, en el corazón se suceden una serie de eventos mecánicos y eléctricos productos de la activación de las fibras cardíacas que se traducen en cambios de la forma del corazón y en generación de pequeños potenciales intracardíacos. Estos eventos electro-mecánicos se repiten periódicamente dentro del denominado ciclo cardíaco, periodo en el cual el corazón pasa por las fases mecánicas de: sístole auricular, contracción ventricular isométrica, eyección ventricular, relajación ventricular isométrica y llenado ventricular. Durante este mismo tiempo el corazón también genera una onda de tensión eléctrica denominada señal de ECG o electrocardiograma la cual esta formada por las denominadas ondas P, Q, R, S y T, tal como se muestra en la figura 1. Esta señal se puede medir de forma no invasiva en la superficie corporal por un electrocardiógrafo. de la onda de QRS, y terminando con la onda de T. La onda de P representa la despolarización de los atrios y se asocia a su contracción. El complejo de la onda de QRS consiste en tres ondas. La primera desviación negativa es la onda de Q y es seguida por una desviación positiva llamada la onda de R. El complejo termina con una desviación negativa conocida como la onda S. El complejo de onda QRS denota la despolarización de los ventrículos y se asocia a su contracción. La repolarización atrial ocurre durante la despolarización de los ventrículos. Por esta razón, la forma de onda asociada a la repolarización atrial es imperceptible en un ECG. La última onda se llama la onda de T, y es representada generalmente por una desviación positiva. La onda de T indica la repolarización ventricular. La energía eléctrica también es generada por el músculo esquelético, y se puede considerar como un elemento artificial del músculo si se mueve su brazo mientras que se ejecuta el ECG. La secuencia de la onda P a la onda T representa un ciclo cardiaco y es típicamente pulsaciones por minuto en descanso. Algunas medidas de tiempo típicas para el ECG son: Intervalo P-R 0.12 a 0.20 segundos. Intervalo QRS menos que 0.1 segundos. Intervalo Q-T menos que 0.38 segundos. Si el resultado de su ECG no corresponde con los números anteriores, NO SE ALARME! Estos números representan promedios típicos y muchos corazones sanos tienen datos que están fuera de estos parámetros. El leer un ECG entrena y aporta considerables habilidades. Nota:!!!Este sensor no pretende ser utilizado en diagnósticos médicos!!! El electrocardiograma: El electrocardiograma (ECG) es un trazo gráfico de la actividad eléctrica del corazón. Un trazo típico consiste en una serie de formas de onda que ocurren en forma repetitiva. Estas formas de onda se originan de una línea original plana llamada la línea isoeléctrica. Cualquier desviación de la línea isoeléctrica denota actividad eléctrica. Las cinco desviaciones principales en un ECG normal son señaladas por las letras P, Q, R, S, y T. Un ciclo cardiaco es representado por un grupo de formas de onda que comienzan con la onda de P, seguido por el complejo