Defibrillatori: fibrillazione atriale e ventricolare, tipologie e scarica

Corso di Misure Meccaniche e Strumentazione Biomedica

Defibrillatori

1. Fibrillazione atriale e ventricolare
2. Tipologie di defibrillatori
   • A corrente alternata
   • A corrente continua
   • A corrente continua e forma d'onda trapezoidale
3. Effetto della corrente e dimensione delle palette
4. Impiego sincronizzato del defibrillatore
5. Defibrillatori impiantabili (ICD)

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Fibrillazione ventricolare

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Fibrillazione ventricolare

• La fibrillazione ventricolare è una condizione di emergenza caratterizzata da una incapacità dei ventricoli di contrarsi e quindi di esercitare l'azione di pompaggio sul sangue.
• Le fibre muscolari innervate attraverso la rete di Purkinje dal fascio di His, invece di contrarsi coordinatamente in fase, si contraggono disordinatamente ed indipendentemente una dall'altra: mentre alcune si depolarizzano altre si polarizzano eliminando in tal modo qualsiasi azione di pompaggio (arresto cardiocircolatorio).

Ritmo sinusale

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Fibrillazione ventricolare

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Fibrillazione ventricolare

• Ne deriva che, venendo a mancare la gittata cardiaca, vi è una drastica riduzione della pressione arteriosa. Segue un rapido deterioramento delle funzioni vitali dovute alla mancanza di ossigeno nel sangue, all'acidosi ed all'incremento dei rifiuti metabolici delle cellule in tutto il corpo.

100 90 80 Percentuale di successo ridotta del 7-10% al minuto 70 % di successo 60 50 40 30 20 10 O 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Tempo (minuti) Source : Guidelines 2000 for Cardiopulmonary Resuscitation and Emergency Cardiovacular Care. Circulation Aug. 22,

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• La fibrillazione ventricolare (FV) in generale non rientra da sola e pertanto, dopo qualche minuto, l'individuo colpito da tale grave irregolarità va incontro alla morte.
• La FV può insorgere improvvisamente in soggetti affetti da altre patologie cardiache, ma può essere anche indotta a causa di micro e macro shock elettrici o anche per stimolazione meccanica.

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Fibrillazione ventricolare

Shock NO RCP defibrillazione tardiva 0-2% sopravivenza

RCP precoce defibrillazione tardiva 2-8% sopravvivenza

RCP precoce defibrillazione intermedia 20% sopravvivenza

RCP defibrillazione ACLS precoci 30-50% sopravvivenza

0 2 4 6 8 10 Minuti

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Fibrillazione ventricolare e trattamento d'urgenza

In caso di FV si può intervenire con procedure meccaniche (rianimazione cardiopolmonare) Basic Life Support (BLS) altrimenti detto Rianimazione Cardio-Polmonare (RCP).

UPSTROKE DOVNSTROKE 1 1/2-2 IN. A B C OF STERNUM) EFFORT ARM (BACK) PISTON [ARMS) FULCRUM (HIP JOINTS)

1 RESISTANCE (LOVER HALF OF STERNUM)

COMPRESSION RELEASE

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Fibrillazione ventricolare

• Il modo più efficace che consenta con sicurezza di ripristinare il ritmo cardiaco normale in un cuore che sta fibrillando è quello di fare attraversare il cuore da un impulso di corrente di qualche decina di ampere ad elevata tensione (scarica energetica di 50 - 360 J, a seconda delle caratteristiche del paziente: età, peso, patologia, ... ).
• Questa procedura ha l'effetto di depolarizzare istantaneamente tutte le fibre muscolari e quindi di consentire che, essendo tutte nelle medesime condizioni, esse possano ripartire tutte con ordine (controllo del nodo seno-atriale) e quindi ripristinare il normale ritmo sinusale.

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Tracciati ECG in presenza di FV

Fibrillazione atriale

• La fibrillazione atriale è meno pericolosa della fibrillazione ventricolare in quanto la circolazione continua - se funzionano i ventricoli - e quindi c'è più tempo a disposizione per provvedere alla terapia.
• Si può trattare la fibrillazione atriale mediante ablazione chirurgica a radiofrequenza. Si sono infatti individuate nell'ambito della parete atriale delle zone responsabili dell'aritmia. Creando delle bruciature con cateteri a radiofrequenza, tali aree di instabilità possono essere neutralizzate.

Fibrillazione atriale

I ـال

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Tipologie di defibrillatori

• I defibrillatori possono essere a:
  • A corrente continua
  • A corrente alternata
• Possono utilizzare elettrodi:
  • Interni
  • Esterni

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Il primo defibrillatore

Claude Beck (Case Western University) nel 1947 propose il primo defibrillatore

ACSEASE INCREASE

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Tipologie di defibrillatori

Impiantabili

Semiautomatici

OPEN

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Defibrillatori a corrente alternata

• L'autotrasformatore AT fornisce una tensione alternata di valore efficace che può essere scelto variando la posizione della spazzola S. . Il trasformatore T è un trasformatore elevatore di tensione che fornisce attraverso l'interruttore I la corrente alle palette P1 e P2 che vengono applicate al torace del paziente in presenza di fibrillazione.
• La resistenza R1 ha il compito di limitare la corrente quando la resistenza tra le palette (resistenza toracica) è troppo bassa o quando le palette sono a contatto (cortocircuito).

T 1 · R AT 220 V ~ S Defib 2

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Palette F, e P2 TIMERCorso di Misure Meccaniche e Strumentazione Biomedica

Defibrillatori a corrente alternata

manico isolante

disco isolante

C Defibrilla

disco conduttore

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Posizione degli elettrodi

Sternum Apex

Anterior Posterior

1 Sternum-Apex (anterolateral) Placement

Anterior-Posterior Placement

Antero - posteriore Sterno - apice

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Posizione degli elettrodi

corretto Correct paddle position (Current passes through the ventricles)

scorretto La prossima volta ... prova a toglierli la camicia ! Incorrect paddle position (Current misses part of the ventricles)

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Isolamento del paziente

• Isolamento della parte applicata

A Charging Current Capacitor A

• Se l'operatore entra in contatto con il corpo del paziente in due punti diversi può essere attraversato da parte delle correnti di defibrillazione

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Defibrillatori a corrente alternata

• Le palette sono premute con forza sul torace e quindi il timer chiude il circuito per un tempo compreso tra 0.25 e 1 s facendo scorrere nel torace del paziente, tra le due palette, una corrente di 6-7 A con una ddp di 600 - 700 V efficaci.
• La defibrillazione in CA pone alcuni problemi che ne hanno impedito la diffusione:
  • non è efficace contro la fibrillazione atriale e anzi se si tenta di agire con un defibrilaltore in CA su quest'ultima si rischia di causare anche la fibrillazione ventricolare.
  • Inoltre, data la presenza di due trasformatori, il defibrillatore in c.a. è assai pesante e difficilmente trasportabile con rapidità.
  • Infine esso assorbe dalla linea una corrente di picco di circa 100A e non sempre tale intensità è disponibile, anche in un impianto ospedaliero.
• Per questo motivo la defibrillazione in corrente alternata è stata sostituita da quella in corrente continua (CC) che invece consente una efficace defibrillazione atriale e ventricolare con assorbimento di corrente limitatissimo (infatti molti defibrillatori in c.c. sono portatili, alimentati a batterie e con peso inferiore ai 5 kg).

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Defibrillatori a corrente continua

. Il funzionamento è il seguente: con il commutatore bipolare sottovuoto T pilotato dal relè R, in posizione di carica la corrente alternata prelevata da S, viene raddrizzata dal diodo D e va a caricare il condensatore C (tempo di carica = 5*R C).

. Il tempo di ricarica del defibrillatore sarà quindi > di 2*5*R C ed in generale si dovrà dimensionare il circuito affinché: 5*R C < 2 s.

D carica defribillazione el L,= 20 mH o R1 P 4 S C R O 4 P2 T L2- 20 mH RT= 50 Ohm C - 16 LF RL Defit

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Defibrillatori a corrente continua

• Il condensatore immagazzina l'energia (CV2)/2 che può essere regolata tramite S nel campo 50 - 600 J, quindi dopo che C si è caricato il commutatore T si pone in posizione di defibrillazione e l'energia di C viene scaricata tramite le palette P1 e P2 sulla resistenza toracica RT.
• Attraverso R- si sviluppa una scarica oscillatoria che può essere smorzata al valore critico dipendentemente dall'entità delle due induttanze L1 ed L2.
• L'ordine di grandezza della ddp di picco applicata tra le palette P1 e P2 è di 2000:3000 V, l'energia immagazzinata è di circa 500 - 600 J, la capacità C è circa 16 uF.
• Lo strumento ai capi del condensatore serve per segnalare la carica del condensatore e quindi dopo quanto tempo il defibrillatore è pronto per erogare una nuova scarica. Il tempo di carica per il condensatore C è pari a circa 5 volte la costante di tempo del circuito di carica RIC (t=RIC, circa 2 s)

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60 50 1 Scarica elettrica con smorzamento ottimale 40 AMPERE 30 20 10 2 4 6 10 12 14 16 18 MILLISECONDI

Andamento tipico di una scarica del tipo RLC

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Defibrillatori a corrente continua

• La presenza degli induttori La ed L2 è necessaria per limitare la corrente iniziale della scarica del condensatore senza dissiparla e quindi per limitare anche l'effetto Joule al contatto tra palette ed epidermide (rischio di ustioni).
• Se non vi fossero gli induttori la ddp disponibile ai capi del condensatore, che deve essere elevata per poter immagazzinare l'energia necessaria alla defibrillazione, verrebbe applicata direttamente al torace (RT= 50 2).

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Effetto della corrente di scarica

Allora se ad esempio occorrono 500 J si ha:

E=1cv2 2E V = C \16 109 =8000 Volt

• La corrente che attraversa il torace sarà allora pari a: 8000/50 = 160 A.
• La quantità di calore sviluppata vale: RI2 = 50*1602 = 0.35 kW = 800 calorie.
• E' evidente il pericolo di ustioni, per cui è necessario utilizzare palette con ampie superfici di contatto (~25 cm2) e ridurre i tempi di applicazione a: 4-7 ms

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