INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE BIOTECNOLOGIA

Metrologa

Phonocardiography, Nerve Potencial, Blood Flow

Stephany Peafort Flores

Profesor Darinel Venegas Anaya

6MV1

Mxico D.F, Septiembre 22 de 2011

Fonocardiografa (Phonocardiography)

Es el registro de los sonidos cardiacos desarrollada para mejorar los resultados obtenidos con el estetoscopio acstico tradicional. Mediante el fonocardiograma, las ondas sonoras procedentes del latido cardaco pueden ser captadas, registradas, medidas y representadas grficamente usando la instrumentacin adecuada. Permite documentar la temporizacin, intensidad relativa, frecuencia, calidad, tono, timbre y localizacin precisa de las diferentes componentes del sonido cardaco, de una forma objetiva y repetible. Origen del Sonido Cardiaco Los fenmenos acsticos, normalmente advertibles, estn producidos bien por la contraccin de la musculatura cardiaca, y por el cierre de las vlvulas de los orificios auriculoventriculares y arteriales. En la fase sistlica se distingue un componente muscular y uno valvular; en la fase diastlica acta un componente arterial y valvular. La contraccin auricular, habitualmente no produce fenmenos acsticos advertibles. Cada sstole cardiaca produce dos tonos: el primero correspondiente a la contraccin de los ventrculos, que al generar el empuje del contenido sanguneo sobre las vlvulas que comunican las aurculas con los ventrculos producen un pandeo al cierre de las mismas, y el segundo al cierre de las vlvulas semilunares de los orificios arteriales artico y pulmonar. Los tonos se escuchan en determinados puntos del trax, llamados focos de auscultacin; el foco mitral, sobre la regin del latido de la punta (y en el que se tiene en cuenta principalmente la actividad del ventrculo izquierdo); el foco pulmonar, en el segundo espacio intercostal izquierdo, en las proximidades del esternn (en el que se advierte la actividad de la vlvula pulmonar y en parte la de la artica); y el foco artico, en el extremo esternal del segundo espacio intercostal derecho (en el que se advierte la actividad artica). A estos focos se une habitualmente la auscultacin sobre el centrum cordis (en el extremo esternal del cuarto y tercer espacio intercostal izquierdo); existen adems otros puntos de auscultacin externos a la superficie de proyeccin cardiaca, que pueden estar en todas las regiones del trax.

Figura 1 Focos de Auscultacin La contraccin de los ventrculos es simultnea, por lo que existir una fusin de los fenmenos acsticos en un solo primer tono e igualmente simultneo es el cierre de las vlvulas arteriales, por lo que se ausculta un solo segundo tono. Sobre los focos de la punta (mitral, tricspide) el primer tono es autctono, el segundo se transmite a la base, debindose esto al cierre de las vlvulas de los orificios arteriales; en los focos de la base (artica, pulmonar), los tonos son de origen local. El primer tono tiene un componente debido a la contraccin miocrdica, acsticamente menor, que es ms un rumor que un tono, debido a la irregularidad de las vibraciones producidas por las fibras musculares que se contraen y a un componente valvular para el cierre de las vlvulas auriculoventriculares (tricspide y mitral), que producen vibraciones regulares y, por tanto, un verdadero tono. Este tono se advierte en correspondencia de los focos de auscultacin de la parte inferior del corazn (mitral, tricspide y centrum cordis); ms hacia arriba, hacia la base, se auscultarn los tonos debidos a la actividad arterial (focos de auscultacin artico y pulmonar), y donde el primer tono se debe a la rpida expansin de la pared arterial que vibra bajo el impulso imprevisto de la onda

esfgmica, consecutiva a la sstole ventricular, y el segundo tono, que es debido a la expansin de la onda esfgmica contra las cspides valvulares sigmoideas, que simultneamente se ponen en tensin y, por tanto, vibran. El lquido (sangre), que corre con una cierta presin en un sistema de cavidades y de tubos comunicantes entre s, pero no con el exterior, puede sufrir variaciones de velocidad y de cantidad a lo largo de su recorrido; estas variaciones le pueden imprimir una mayor velocidad o un enlentecimiento, una va distinta a la normal y una progresin modificada, todas ellas circunstancias que pueden, a su vez, producir fenmenos acsticos. La difusin de los ruidos circulatorios suele ser siguiendo la direccin de la corriente sangunea o bien el curso de los huesos, que son ptimos conductores de las vibraciones. Medida Principal / Rango de Parmetro El primer ruido dura cerca de 0.15 segundos y su frecuencia es de 25 a 45Hz; es suave cuando la frecuencia cardiaca es baja, debido a que los ventrculos se llenan bien con sangre y las valvas de las vlvulas auriculoventriculares flotan juntas antes de la sstole. El segundo ruido dura cerca de 0.12 segundos, con una frecuencia de 50 a 75Hz; es fuerte y claro cuando la presin diastlica en la aorta o en la arteria pulmonar est elevada, haciendo que las vlvulas respectivas se cierren de manera brusca al final de la sstole. El tercer ruido tiene una duracin de 0.1 segundo. Rango de Frecuencia de Seal: La Seal Fonocardiogrfica Durante el ciclo cardaco el corazn vibra en su totalidad, provocando una onda acstica que se propaga a travs de la pared torcica. La componente principal de la onda acstica es el ritmo cardaco, pero adems cada estructura del corazn mismo tiene una constitucin particular con sus propias caractersticas biomecnicas: frecuencias naturales, elasticidad, amortiguamiento e impedancias mecnica y acstica. Esto hace que, tanto la vibracin del corazn, como la onda acstica que produce, abarquen un amplio espectro de frecuencias, que puede ir desde 1 Hz o menos hasta superar los 1500 Hz. La amplitud de la seal acstica est en torno a los 80 dB. El instrumento utilizado clsicamente para captar los sonidos cardacos es el estetoscopio o fonendoscopio, que tiene por objeto transmitir los sonidos cardacos con la menor distorsin y prdida de amplitud posible. Consta de una campana y de un diafragma, que pueden ser intercambiados de forma reversible. El diafragma y la campana tienen diferentes propiedades acsticas, lo que permite compensar la relativa insensibilidad del odo humano a bajas frecuencias. As, el estetoscopio de campana sigue la curva fonocardiogrfica de media frecuencia y, por tanto, es superior para auscultar los soplos dbiles de media y baja intensidad de la estenosis mitral.

Figura 2 Estetoscopio El estetoscopio de membrana elimina las bajas frecuencias y recoge selectivamente las altas frecuencias, aproximndose a la curva logartmica del audiograma humano. Por ello, la membrana es mucho ms til que la campana en la auscultacin de la base, particularmente en los soplos diastlicos de regurgitacin de alta frecuencia y en el desdoblamiento de los tonos cardiacos. La auscultacin del corazn normal descubre en general slo dos ruidos: el R1 (dumb), que es es una vibracin amplia y aparece 0.02 sg. despus de comenzar el complejo QRS en el ECG de superficie, y el R2 (tub), que es ms breve y agudo, y coincide con el final de la onda T. La separacin sistlica de ambos ruidos es normalmente de unos dos tercios de su separacin diastlica. La gnesis de cada sonido es la siguiente: R1 se debe al movimiento de la sangre durante la sstole ventricular, al cierre de las valvulas mitral y tricspide y a la apertura posterior de las vlvulas pulmonar y artica; R2 se debe a la deceleracin y flujo reverso de sangre en aorta y arteria pulmonar, por cierre de arteria aorta y pulmonar y apertura de tricspide y mitral. Por otra parte, los soplos cardacos se deben a turbulencias resultantes de estenosis valvular (se impide el flujo a travs de la vlvula) o regurgitacin valvular (existencia de un flujo de vuelta tras el cierre valvular). Mtodo o Sensor utilizado en Fonocardiografa Los sensores utilizados para adquirir la seal FCG son, normalmente, estetoscopios electrnicos con salida de seal elctrica, o sensores piezoelctricos de contacto que son sensibles al desplazamiento o aceleracin de la superficie de la piel. Se necesita un transductor que transforme la onda acstica en una seal elctrica proporcional. Para ello se utiliza un micrfono piezoelctrico. Dado que la seal elctrica obtenida suele tener amplitud muy baja, se realiza una etapa preamplificadora seguida de un filtrado activo para adecuar la seal en su espectro de frecuencia entre 10 100Hz respectivamente, y as de esta forma puede ser registrada y grabada. En cuanto al dispositivo de registro de la seal, este suele ser un ordenador PC, normalmente porttil, que recibe la seal por la entrada de audio de este o mediante una tarjeta de adquisicin, esto utilizado para evitar la distorsin provocada por la entrada de audio del PC o cuando se necesita adquirir ms de un canal.

Figura 4 Diagrama de Bloques para la obtencin de una seal fonocardiogrfica Micrfono Piezoelctrico TSD108 Es un transductor de sonidos fisiolgicos propio del BIOPAC SYSTEMS MP150. Puede usarse para escuchar los sonidos en la toma de la presin sangunea, sonidos cardiacos y una variedad de seales acsticas. Este transductor acstico es un disco cermico piezoelctrico recubierto de un cilindro metlico hermtico, que facilita la asepsia. Los micrfonos piezoelctricos se basan en la capacidad que tienen los cristales piezoelctricos de generar cargas elctricas al ser sometidos a presin. Especificaciones tcnicas del TSD108. El TSD108 no requiere calibracin. Respuesta en Frecuencia de 10Hz a 3500Hz. Recubrimiento en acero esterilizable. Ruido de 5V rms (500-3500Hz). Salida mxima de 2V (p-p). Peso 9 gramos. Dimensiones: 29mm de dimetro, 6mm grueso. Cable: 3 metros de longitud, apantallado con conector DB9. Adecuador de Seal Su funcin es adecuar la tensin de salida entregada por el micrfono piezoelctrico TSD108, evitando las componentes DC y la superposicin de las seales en modo comn; ya que esta etapa acopla directamente al preamplificador (Amplificador de Instrumentacin INA114AP).

Figura 5 Filtro Pasivo Pasa Banda de 10Hz a 100Hz El filtro Pasa Banda diseado tiene una frecuencia de corte inferior de 10Hz y una frecuencia de corte superior de 100Hz, este rango de frecuencias determina el ancho de banda , conocidos estos valores se calcula la frecuencia resonante ; lo cual determina un factor de calidad, que indica un filtro Pasa Banda de Banda Ancha.

Figura 6 Diagrama de Bode Filtro Pasa Banda Preamplificador En esta etapa se utiliza el amplificador de instrumentacin INA114AP, con una ganancia fija. A esta etapa acopla directamente la etapa de adecuador de seal.

Figura 7 Circuito Preamplificador

Filtro Pasa Banda El circuito de la Figura 9, es un filtro activo Pasa Banda Butterworth de 80dB/dcada (dos filtros activos Pasa-Baja y Pasa-Altas Butterworth de 80dB/dcada, conectados en cascada), con una frecuencia de corte inferior de 10Hz y una superior de 100Hz. El filtrado se realiza en el circuito RC y el amplificador operacional (TL084CN) se utiliza como amplificador de ganancia unitaria. A la etapa de filtrado Pasa Banda se acopla dos seguidores de tensin en serie con condensadores de desacoplo de corriente DC conectados a jack mono, como salida al BIOPAC MP150 y a la tarjeta del PC respectivamente.

Figura 9 Circuito Filtro Pasa Banda 80dB/dec Filtro Pasa Banda (10Hz-100Hz) El rango de frecuencias comprendidas entre y sirven para determinar el ancho de banda y la frecuencia resonante con una selectividad de filtro Pasa Banda que lo sita dentro de los filtros Pasa Banda de Banda Ancha. El filtro de Banda Ancha obtenido mediante los filtros Pasa Bajas y Pasa Altas conectados en cascada tienen las siguientes caractersticas: La La frecuencia frecuencia de de corte inferior, corte superior, fh, fl, est determinada slo por est definida exclusivamente por el el filtro filtro pasa pasa altas. bajas.

La ganancia tendr su valor mximo en la frecuencia resonante fr, y su valor ser el mismo que la ganancia banda de paso de cualquiera de los filtros anteriores .

Figura 10 Diagrama de Bode Filtro Pasa Banda (10-100 Hz) Procedimiento de Diseo Filtro Pasa Bajas de 100Hz (80dB/dec)

Procedimiento de Diseo Filtro Pasa Altas de 10Hz (80dB/dec) La tensin proveniente del Filtro Activo Pasa Banda de 80 dB/dec debe ser atenuada para que no exista saturacin de la seal en el Amplificador que posee una ganancia fija preestablecida. En la Figura 11, se muestra la etapa de control de volumen creada con un arreglo de resistencias y un potencimetro (R23 de 1KW) relacionados entre s como un divisor de tensin, de la siguiente manera:

Dado que, R23 puede tomar valores entre 0 y 1KW, se pueden hallar dos topes de volumen Vcmn y Vcmx.

Figura 11 Control de Volumen Amplificador Esta etapa se diseo utilizando un amplificador de instrumentacin INA114AP, igual al utilizado en la etapa de preamplificacin, posee una ganancia fija de:

Lo cual nos da una ganancia total de: 2501* 0.4*7.1=7102, acoplando las dos etapas (preamplificador y amplificador). La etapa de control de volumen ofrece una ganancia variable debido a la atenuacin que ejerce sobre la seal que proviene del preamplificador. Esta atenuacin cumple un papel importante en la auscultacin de los pacientes, relacionada con la intensidad de Sonido Cardiaco que se hace ms dbil en personas de edad avanzada. La salida del amplificador esta conectada al condensador C9 que sirve para el desacoplo de las corrientes Dc. El terminal negativo de C9 en serie con el Jack estereo de referenciados a tierra forman la salida a los audfonos.

Figura 12 Amplificador para audfonos

Flujo Sanguneo (Blood Flow)El flujo sanguneo es la cantidad de sangre que atraviesa la seccin de un punto dado de la circulacin en un perodo determinado. Normalmente se expresa en mililitros por minuto o litros por minuto, se abrevia Q. Medida Principal / Rango de Parmetro El flujo sanguneo global de la circulacin de un adulto en reposo es de unos 5000 ml min-1, cantidad que se considera igual al gasto cardaco porque es la cantidad que bombea el corazn en la aorta en cada minuto. Corresponde al resultado de multiplicar el volumen de eyeccin que el ventrculo expulsa en cada latido (unos 70 ml) por la frecuencia cardaca (unos 70 latidos por minuto). El gasto cardaco disminuye en posicin sentado y de pie frente a su valor en decbito, por el contrario, aumenta de manera importante con el ejercicio, con el aumento de la temperatura corporal y en los estados de ansiedad. Este aumento se produce sobre todo por el aumento de la frecuencia cardaca ms que por el del volumen sistlico. Mtodos para medir el flujo sanguneo Histricamente la medida del flujo sanguneo no fue cosa fcil y esto explica que el flujo sanguneo se utilice menos que otros parmetros cardiovasculares, como la presin arterial, ms fciles de medir. Clsicamente, el flujo se ha medido aplicando el principio de Fick a la diluccin de un indicador qumico o trmico. Esta situacin est cambiando con la introduccin de los medidores electromagnticos y los de ultrasonidos mediante efecto Doppler que permiten medir el flujo sin abrir el vaso sanguneo y con las tcnicas de imagen con marcadores para medir el flujo en un determinado territorio. El flujo sanguneo puede ser medido canulando un vaso; sin embargo, esto tiene limitaciones obvias. Varios dispositivos se han desarrollado para medir el flujo en los vasos sanguneos sin abrirlos. Los flujmetros electromagnticos se basan en el principio de que el voltaje se genera en un conductor que se mueve a travs de un campo magntico y la magnitud del voltaje es proporcional a la velocidad del movimiento. Debido a que la sangre es un conductor, se coloca un imn alrededor del vaso, y el voltaje, que es proporcional al volumen del flujo, se mide con un electrodo adecuadamente colocado sobre la superficie del vaso. La velocidad del flujo sanguneo puede medirse con los flujmetros Doppler. Se envan ondas ultrasnicas al interior del vaso diagonalmente desde un cristal, y las ondas reflejadas de los eritrocitos y leucocitos son recogidas por un segundo cristal abajo del flujo. La frecuencia de las ondas reflejadas es ms elevada por una cantidad que es proporcional a la velocidad del flujo hacia el segundo cristal debido al efecto Doppler. Los mtodos indirectos usados para medir el flujo sanguneo de varios rganos en los seres humanos incluyen diversas adaptaciones, dependiendo del flujo del rgano a medir. Se ha obtenido una cantidad de datos sobre el flujo en las extremidades por medio de la pletismografa. El antebrazo, por ejemplo, es introducido a una cmara de agua hermticamente cerrada (pletismgrafo). Los cambios en el volumen del antebrazo, que reflejan los cambios en la cantidad de sangre y en el lquido intersticial que contiene, desplazan el agua y este desplazamiento es medido con un registrador de volumen.

Potenciales Nerviosos (Nerve Potencial)La tcnica utilizada para la medicin de los potenciales de accin de clulas auto excitables, aplicado a impulsos nervisos y en este caso a neuronas, es la de patch clamp (en espaol, fijacin de membrana o pinzamiento de membrana). Esta es una tcnica electrofisiolgica, que permite el estudio de canales inicos simples o mltiples en clulas. La tcnica puede aplicarse a una amplia variedad de clulas, pero es especialmente til en el estudio de clulas excitables como neuronas, cardiomiocitos, fibras musculares y clulas beta pancreticas. Tambin puede aplicarse en el estudio de canales inicos bacterianos en esferoplastos gigantes especialmente preparados. La tcnica de patch clamp es un refinamiento de la fijacin de voltaje. Este descubrimiento permiti registrar por primera vez las corrientes de los canales inicos simples, demostrando su participacin en procesos celulares fundamentales tales como la conduccin del potencial de accin.

Mtodo de medicin dePatch Clamp Este dispositivo se denomina as porque controla el potencial de la membrana (es decir el voltaje) en cualquier nivel que el experimentador desee. El potencial de la membrana, Vm se mide con un microelectrodo colocado en el interior de la clula (electrodo de registro) y se compara electrnicamente con el voltaje que se quiere mantener gracias a un amplificador y con comando de voltaje. A continuacin, el circuito de control pasa una corriente retrgrada a la clula a travs de otro electrodo intracelular. Si el Vm es diferente del potencial comando, el amplificador de pinzamiento enva una corriente al axn a travs del segundo electrodo. Este circuito de retroalimentacin mantiene el potencial de membrana al nivel deseado an cuando se generen cambios en la permeabilidad. Adems, el dispositivo permite medir la corriente necesaria para mantener la clula a un potencial dado. Con esta tcnica se puede observar como influye el potencial de membrana en el flujo de corrientes inicas a travs de la membrana. En la actualidad el mtodo de control de voltaje se sigue utilizando para estudiar las corrientes inicas en las neuronas y en otras clulas. En este caso, la tcnica se denomina "Patch Clamp" (control en parche) y se ha sofisticado de tal manera que permite medir las corrientes inicas a travs de un nico canal inico.

Figura 13 Mtodo medicin de potencial de accin de neurona (impulso nervioso)

Referencias Documentales

http://www.iqb.es/diccio/m/metodos/clamp.htm http://fluidos.eia.edu.co/hidraulica/articuloses/flujoentuberias/flujosanguineo/flujosanguineo.html http://www.dalcame.com/fono.htm http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1613343/pdf/annsurg01298-0077.pdf

Fechas de consulta: 22, 23 y 24 de Septiembre de 2011