UN MONITOR PARA DETERMINAR LA PROFUNDIDAD DE LA RELAJACIÓN MUSCULAR EN ANESTESIOLOGÍA

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1 UN MONITOR PARA DETERMINAR LA PROFUNDIDAD DE LA RELAJACIÓN MUSCULAR EN ANESTESIOLOGÍA L. Rodríguez, J. Folgueras, M.E. Cartaya, A. Ruiz, A.R. Fernández, M. Díaz, C. Domínguez, R. Benítez Instituto Central de Investigación Digital Calle 202 e/ 17 y 19 Siboney, La Habana, Cuba Tel.: (537) FAX: (537) lrodriguez@icid.edu.cu RESUMEN En este trabajo los autores presentan los resultados obtenidos en el diseño de un monitor de relajación muscular, destinado al campo de la Anestesiología, con el objetivo de determinar la profundidad de dicha relajación. Se presentan criterios de diseño y se describe la estructura del monitor, así como los resultados preliminares obtenidos. Palabras clave: anestesiología, relajación muscular, acelerómetro. A MONITOR FOR THE EVALUATION OF MUSCULAR RELAXATION IN ANESTHESIOLOGY ABSTRACT 1. INTRODUCCIÓN In this paper, the authors present a monitor for the determination of the depth of muscular relaxation in a patient under deep anesthesia. The architecture of the monitor, design criteria and preliminary results are presented and discussed. Keywords:Anesthesiologiy, muscular relaxation. Durante el curso de las intervenciones quirúrgicas que se desarrollan bajo el efecto de la anestesia profunda es frecuente administrarle al paciente un relajante muscular con el objetivo de que el campo operatorio se mantenga sin movimiento. Es importante para el anestesiólogo conocer en cada momento la profundidad real de la relajación pues le permitirá tomar las decisiones adecuadas, tales como intubar o extubar al paciente para el inicio o fin de la respiración artificial, administrar dosis adicionales de relajante teniendo en cuenta las características y curso de la intervención y determinar el momento adecuado para revertir el proceso desencadenado por el relajante [1]. El proceso de monitoreo se realiza evaluando la respuesta muscular del paciente a estímulos eléctricos que son de empleo cotidiano en el campo de la Anestesiología. La evaluación se puede realizar de forma visual o táctil en los monitores más simples, o realizando su cuantificación en aquellos más avanzados mediante el uso de algún sensor que informe sobre las características mecánicas de la contracción muscular, como pueden ser la fuerza o la aceleración [2]. 9

2 2. METODOLOGÍA La utilización de la medición de la aceleración se basa en medir la respuesta de algún músculo al ser excitado y contraerse. No obstante, es una práctica establecida emplear la contracción del dedo pulgar, producida por la contracción del músculo adductor del pulgar (adductor pollicis), bajo la acción de un estímulo eléctrico aplicado al nervio mediano. Entre las prestaciones fundamentales que debe cumplir este tipo de monitor se encuentran las siguientes: Cuantificar la respuesta mecánica del músculo mediante un sensor apropiado. Conservar un registro de las respuestas obtenidas durante el proceso de monitorización. Realizar la medición de la temperatura corporal del paciente en la zona estimulada, pues la respuesta mecánica es función de la temperatura. Generar los patrones de estímulos eléctricos necesarios con los parámetros requeridos. Generar los estímulos a corriente constante. Garantizar la seguridad del paciente y del operador a fin de evitar cualquier peligro de choque eléctrico. Los autores han desarrollado un monitor inteligente que dispone de las prestaciones de sus similares actuales dentro de este campo, utilizando para la cuantificación de la respuesta evocada el sensor ADXL05, un acelerómetro capacitivo integrado, de fuerza balanceada, apto para medir aceleración variable en el tiempo, típica de las vibraciones, así como aceleración constante como la producida por la fuerza de la gravedad. Los patrones de estímulos establecidos y utilizados comúnmente son: Simples (Single Twitch o ST): pulsos de 200 µs ó 300 µs de duración y período de 1s. Tren de Cuatro (Train of Four o TOF): cuatro pulsos de 200 µs ó 300 µs de duración con frecuencia 2 Hz formando paquetes con un período de 15 s. Doble Ráfaga (Double Burst): consistente en tres pulsos de 200 µs ó 300 µs y período de 20 ms y un intervalo sin pulsos de 0,75 s, seguido de dos pulsos con las mismas características de los tres primeros. Conteo Postetánico (Post Tetanic Count o PTC): cinco pulsos de estimulación tetánica con pulsos de 200 µs ó 300 µs de duración y período de 20 ms, seguidos por 16 estímulos simples (ST). 10

3 El monitor ha sido diseñado teniendo en cuenta, desde el punto de vista ergonómico, la premisa de dar al operador la posibilidad de tener a su alcance la función que necesita de la forma más simple posible. Con este objetivo se ha diseñado su interfaz haciendo uso de un teclado de membrana con efecto táctil y una pantalla gráfica de cristal liquido (LCD) con una resolución de 256 x 64 puntos. Durante el proceso de monitorización en la pantalla, se realiza la representación de la respuesta del paciente tanto de forma gráfica, a través de barras, como de forma numérica. Se visualiza además toda la información relacionada con el modo de trabajo activo en cada instante así como las indicaciones correspondientes para la activación asincrónica de cualquier otra acción que no sea la que se encuentra en curso en un momento dado. La arquitectura del monitor está basada en dos microcontroladores, PIC16C57 a 10 MHz, encargados de las operaciones siguientes: Atención al teclado. Cuantificación de la aceleración. Medición de la temperatura. Generación de los patrones de estímulos. Actualización del LCD. Almacenamiento de los datos en memoria interna. Transmisión de los datos almacenados en la memoria hacia una microcomputadora a través del puerto serie. En la Fig.1 se muestra el diagrama en bloques del monitor, que genera los estímulos a corriente constante, esencial para garantizar la reproducibilidad de los patrones y con ello la independencia de los mismos con las características del contacto electrodo-piel del paciente [3,4]. La fuente de corriente suministra hasta 80 ma sobre una resistencia de 4 kω, lo que satisface las necesidades habituales de la mayoría de los casos clínicos. La seguridad del paciente y del operador se garantizan siguiendo los requisitos establecidos por el estándar IEC : 1987 [5], así como con la protección necesaria para evitar el uso incorrecto de la estimulación tetánica en caso de ser repetida en un intervalo menor de cinco minutos. Para la alimentación se utiliza una batería interna que permite la operación autónoma durante varias horas, independientemente del sector industrial de alimentación eléctrica, al cual puede también conectarse mediante una fuente con aislamiento de 4 kv. La carga de la batería se monitorea continuamente y se emite una señal de aviso cuando alcanza valores inadecuados. El empleo de una memoria serie interna permite almacenar los datos correspondientes a varios pacientes, procesándolos fuera de línea en una computadora personal empleando el software desarrollado para éste propósito [6]. Ésta característica permite al anestesiólogo procesar los datos de cada paciente a posteriori, para estudiar su comportamiento y documentar la historia clínica. Especial importancia adquiere ésta característica cuando se trata de investigar un nuevo relajante muscular y su efecto sobre el cuerpo humano. 11

4 3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN Se realizaron pruebas repetidas a la fuente de alta tensión, el bloque más sensible a fallos catastróficos, acumulándose más de 3000 h de operación continua sin alteraciones de ningún tipo. Las características de la fuente de corriente se muestran en la Fig. 2, mientras que en la Fig. 3 se incluye la respuesta características de un paciente antes de administrar el relajante muscular. Fig. 1 Diagrama en bloques simplificado de la arquitectura del monitor de relajación muscular. La memoria serie interna permite almacenar la información correspondiente a varios pacientes. La alimentación de 9 V permite la operación autónoma durante varias horas. Memoria PIC16C57 (II) (10 MHz) PIC16C57 ( I ) (10 MHz) LCD Comunicación serie Alta tensión (360 V) Fuente de Corriente 80 ma/4 kω Teclado Sensores de aceleración y temperatura Electrodo s Batería baja Alimentación 9 V ó externa aislada 4 kv Fig.2. Dependencia de la intensidad de corriente del estímulo contra la tensión de ajuste interno, para diferentes valores de la resistencia del paciente. Obsérvese la linealidad de la curva para la gama de valores de resistencia (en Ohm) mostrados. Intensidad [ma] ,47 k 1,3 k 2,3 k 4 k Ajuste de Intensidad [V] 12

5 Puesto que la aceleración se emplea sólo para comparar entre si las distintas respuestas del paciente se hace innecesario medir su valor absoluto. La respuesta mostrada en la Fig. 3 demuestra la necesidad de aplicar lo que se conoce como un estímulo supramáximo (con una intensidad de corriente tal que reclute todas las fibras musculares, típicamente de 60 ma), con el fin de tener total certeza de que todas las fibras musculares han sido reclutadas y participan en la contracción. Fig. 3 Respuesta típica de un paciente sin aplicación de anestesia, antes de suministrarle el relajante muscular.. En el eje vertical se ha representado el valor de la aceleración A del dedo pulgar en mg, donde g es el valor de la aceleración de la gravedad. (Tomado de la referencia [2]). A Tiempo ( ms ) 12,3 ma 13,3 ma 13,8 ma La medición de temperatura se realiza empleando un resistor con coeficiente de temperatura negativo (termistor), con su curva de calibración almacenada en una tabla en la memoria de programa del microcontrolador I (vea la Fig. 1). Para la medición, el microcontrolador determina el tiempo de carga de un condensador a través de un resistor de valor conocido y a través del termistor, lo que permite determinar, de forma indirecta, el valor de la resistencia de éste último. El método permite determinar la temperatura, entre 20 C y 40 C con un error de 0,2 C. Las respuestas de los pacientes, obtenidas durante el proceso de monitorización a lo largo del acto quirúrgico, son almacenadas en la memoria serie interna y se transmiten secuencialmente al exterior mediante una salida RS232 cuando se solicita, lo que permite la comunicación con el puerto de la computadora, que puede así disponer de los datos para su procesamiento fuera de línea. Ésta información incluye el tipo de estímulo aplicado, el tiempo transcurrido desde el inicio del registro, las respuestas del paciente a cada estímulo, el valor de la temperatura y marcas que puede introducir el anestesiólogo para resaltar determinados eventos. Al emplear el modo de transmisión, el contenido de la memoria serie se envía a una microcomputadora mediante un cable RS232, donde se crea una imagen de los datos, de forma que pueden ser analizados fuera de línea. En la Fig. 4 se muestra el monitor, donde se pueden ver los elementos de la interfaz con el operador, específicamente la pantalla de cristal líquido y las teclas de presión. 13

6 Fig.4 El monitor RELAX M, con los elementos de interfaz con el operador. El monitor que se ha presentado está en la etapa de realizar pruebas clínicas y ensayos paramétricos detallados, aunque ya ha sido sometido a pruebas exhaustivas de sus principales bloques componentes. Las características y prestaciones del monitor son semejantes a las que ofrecen equipos similares de avanzada tecnología. 4. CONCLUSIONES Se ha diseñado un equipo inteligente para la monitorización del nivel de relajación muscular en pacientes bajo el efecto de relajantes musculares que cumple con las características y prestaciones mas avanzadas de sus similares a nivel internacional. El monitor permite determinar cuantitativamente la respuesta muscular al medir la aceleración del dedo pulgar, que ocurre al estimular el nervio mediano. AGRADECIMIENTOS REFERENCIAS Los autores desean dejar constancia de su agradecimiento a la Dra. Idoris Cordero, del Hospital Clínico Quirúrgico Hermanos Amejeiras, por sus observaciones relacionadas con la Anestesiología y los patrones de estímulos más utilizados. [1] J. Viby-Mogensen: Clinical experiences with Norcuron, Eds Agoston S., Excerpta Medica C.C.P. Series 11, 1983, pp [2] L. Rodríguez, J. Folgueras, C. Domínguez: Medición de la aceleración del dedo pulgar: Una aplicación médica, Universidad, Ciencia y Tecnología, vol. 2, 8, Dic.1998, pp [3] T. Pollmaecher, H. Steiert, W. Buzello: A constant current periferal nerve stimulator (NEUROSTIM T4), Br.J. Anaesth., v.58,1986,pp [4] M. Diaz, J. Folgueras: Fuente de impulsos a corriente constante para aplicaciones médicas, Ing. Electrónica, Automática y Comunicaciones, vol XIX, No.4, 1998, pp

7 [5] International Electrotechnical Commission, IEC :1987, Section 2.10, Specification for nerve and Muscle Stimulator, [6] A.R. Fornés, M.E. Cartaya, L. Rodríghuez, J. Folgueras: RELAX VIEW: "Un software para el análisis de la relajación muscular en la anestesia profunda", Ing. Electrónica, Automática y Comunicaciones, vol. XX, 4, 1999, pp