Colorado, Osmani
Portela, Alejandro Ernesto
Folgueras, José
El MSc. Osmani Colorado Lorenzo es Investigador Agregado en el Instituto Central de Investigación Digital, calle 202 # 1704 entre 17 y 19, Siboney, 11600, La Habana, Cuba, teléfono 537-2717632, extensión 1248 a 1250, fax 537- 2736378, correo electrónico colorado@icid.cu..
El MSc. Alejandro Ernesto Portela Otaño es Investigador Agregado y Jefe del Departamento de Equipos Médicos 1 en el mismo Instituto, mismos teléfono y fax, correo electrónico aportela@icid.cu.
El Dr. José Folgueras Méndez es Investigador Titular en el mismo Instituto, mismos teléfono y fax, correo electrónico jfolgueras@icid.cu.
Resumen:
El valor de impedancia transtorácica para la desfibrilación se emplea en algunos algoritmos de compensación de impedancia para "personalizar" la descarga a cada paciente. El límite superior reportado para la impedancia puede ser sobrepasado si no se emplea gel conductor como interfaz entre las paletas y la piel. Los objetivos del presente trabajo son determinar un valor máximo medido de la impedancia que garantice la descarga aún cuando no se emplee gel conductor y establecer una comparación entre paletas para adultos y pediátricas, con y sin el empleo de gel conductor. Se midió la impedancia a un grupo de 27 voluntarios, encontrándose que el cociente del valor medido con las paletas pediátricas fue de 1,95 ± 0,61 veces el valor medido con paletas para adultos, cuando no se empleó gel como interfaz. La influencia del gel fue significativamente mayor para el caso de los hombres y en particular de los sujetos hirsutos. Similar resultado se obtuvo para la medición con gel al reducir el área de las paletas en 3,7 veces mediante el uso de un adaptador pediátrico. Se estimó un nuevo umbral de 400 Ω como límite superior para la detección de un paciente. Los resultados medidos sugieren que la ausencia de gel empleando las paletas pediátricas, equivale a la reducción, en casi cuatro veces, del área efectiva de las paletas para adultos.
Palabras clave: Compensación de impedancia/ Desfibrilación/ Impedancia transtorácica.
]]> TRANSTHORACIC IMPEDANCE THRESHOLD FOR PATIENT DETECTION DURING DEFIBRILLATIONSummary:
The value of transthoracic impedance for defibrillation is commonly employed by impedance compensation algorithms in order to "tailor" the discharge for each patient. The upper limit reported for the impedance may be exceeded if no conductive gel is used as an interface between paddles and skin. The present work is aimed to determining a maximum acceptable value when measured on a patient so that it can guarantee the discharge even if no gel is used and also to make a comparison between adult and pediatric paddles applying gel or not. The impedance of 27 volunteers was measured applying gel or not, finding that the value measured with pediatric paddles was 1,95 ± 0,61 times greater than the value measured with pediatric paddles, when no gel was applied. The influence of applying gel was significantly greater in men and particularly in hirsute individuals. A similar result was achieved when reducing the area of pediatric paddles 3,7 times by employing a pediatric adapter. Following these results, a top 400 Ω value was selected for patient detection. Results suggest that applying no gel to pediatric paddles is equivalent to the reduction in nearly four times of the adult paddle area.
Key words: Defibrillation/ Impedance Compensation/ Transthoracic Impedance.
Manuscrito finalizado en La Habana Cuba el 2007/06/04, recibido el 2007/08/04.
I. INTRODUCCIÓN
Como es conocido, los desfibriladores se fundamentan en un principio básico: almacenar en uno o más condensadores la energía necesaria, para descargar sobre el paciente la energía seleccionada por el operador. En la última década se ha impuesto en los desfibriladores externos, el empleo de la forma de onda exponencial bifásica truncada, modificada por un método o algoritmo de compensación de impedancia
La compensación de impedancia permite que la energía almacenada en el condensador durante la preparación de la carga sea tal que al paciente se le entregue, durante la descarga, justamente el valor de energía seleccionado por el operador del desfibrilador. Estos algoritmos establecen límites de corriente y duración para aplicar una descarga precisa, pero lo que es más importante, con mayor probabilidad de efectividad en la terapia. En otras palabras, el algoritmo se encarga de que la carga y la descarga para el paciente bajo tratamiento se preparen “a la orden”, sin importar su edad, sexo o complexión física.
Los autores de este trabajo han desarrollado un algoritmo de compensación de impedancia que se emplea en un moderno y eficaz desfibrilador-monitor bifásico en cuyo diseño y producción han participado [1 - 3].
En ese algoritmo, como en otros para la misma aplicación, las paletas deben estar colocadas sobre el tórax del paciente para que pueda determinarse el valor de la impedancia y realizar su compensación cuando el operador seleccione la energía a descargar. En la Fig. 1 se muestra un esquema simplificado del procedimiento.
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Los pasos 1 y 2 pueden estar invertidos en orden, en dependencia del tipo de tratamiento de que se trate. Sin embargo, es necesario ejecutar el paso 3 para realizar la compensación de impedancia. En el paso 4 se ordena el comienzo de la carga en el condensador y en el 5 se produce su descarga sobre el tórax del paciente.
Más aún, la secuencia de la descarga puede ser la mostrada en la Fig. 2, donde se ordena la carga sin estar las paletas en contacto con el tórax.
En estos casos puede suceder que la impedancia medida sea de un valor elevado, usualmente porque no se ha empleado alguna interfaz adecuada entre las paletas y la piel del paciente (gel conductor no salino, apósitos de gasa humedecidos en agua) o porque sencillamente no existe tal interfaz, lo que aumenta notablemente el valor medido de la impedancia.
La compensación de impedancia se aplica a poblaciones con distribuciones típicas de impedancia transtorácica, cuyo valor suele estar en el intervalo comprendido entre 25 Ω y 180 Ω [4,5].
No obstante ser bien conocido que la ausencia de una interfaz adecuada produce quemaduras en la piel del paciente cuando se produce la descarga, ocurre en ocasiones que tal interfaz no se emplea en lo absoluto y entonces es necesario identificar el valor de impedancia máximo que se tomará como indicio de que las paletas están haciendo contacto con la piel del paciente, por lo que se hace necesario determinar este valor para garantizar la descarga al paciente.
Es práctica común en los desfibriladores que emplean electrodos desechables para la desfibrilación, la adición de una medida de seguridad relacionada con la impedancia transtorácica que inhibe la carga del desfibrilador. Para los desfibriladores automáticos esta medida implica además que no se realice ni siquiera el análisis del ritmo cardíaco que precede la posible carga del equipo. Para ambos casos resulta simple el cumplimiento del paso 3 de la Fig1.
Es en el caso de la aplicación de las descargas mediante las paletas donde la omisión de este paso tiene mayor ocurrencia. No obstante este hecho, las paletas metálicas siguen siendo el electrodo mas empleado en el ambiente hospitalario y se han publicado varios trabajos donde se presentan las ventajas de las paletas respecto a la disminución de la impedancia de contacto y el aumento de la efectividad de la descarga [8-10]. Por tanto, es de interés determinar, cuando se emplean paletas, a qué valor de impedancia se le asignará la denominación de "carga en el aire". En este caso, la descarga no se aplica considerando la verdadera impedancia del paciente, sino suponiendo un cierto valor de impedancia que garantice que el paciente reciba una descarga adecuada.
II. DESARROLLO 1.
]]> Materiales y métodosSe determinó el valor de la impedancia transtorácica en un grupo de 27 pacientes, 11 hombres y 16 mujeres, con edades entre 19 y 62 años, (σ = ± 13,2 anos) obteniendo previamente su consentimiento informado.
El sistema de medición de impedancia emplea una intensidad de corriente constante de 200 μAp-p y una frecuencia de 52 kHz. El sistema de medición toma 8 muestras y calcula automáticamente el valor promedio de la impedancia transtorácica del paciente bajo medición [6]. El procedimiento es rápido y toma menos de 1 segundo obtener el valor final, con una precisión de ± 3,2 Ω, sin atención especial por parte del operador.
Se emplearon paletas con electrodos metálicos y forma elíptica, con área de 56 cm2 y un adaptador pediátrico con área de 15 cm2 [7], para un valor de la relación entre las áreas de aproximadamente 3,7 veces.
Para las mediciones, los pacientes se colocaron en posición decúbito supino, situando las paletas en la conocida posición anterior-anterior (AA o anterior-apical). El valor de la impedancia transtorácica se determinó con las paletas para adultos, con y sin gel conductor como interfaz entre el electrodo metálico de la paleta y la piel del paciente. Se realizó también una medición con estas mismas condiciones empleando el adaptador pediátrico pues, al tener menor área, podría representar la ausencia de gel como interfaz en las paletas para adultos.
Se hicieron cuatro pruebas independientes a cada sujeto, sin preparación previa alguna de la piel. Para cada caso se realizaron cinco mediciones sucesivas por el operador y el promedio de estas fue tomado como el resultado del sujeto en cada prueba. El proceder fue repetido de igual modo y por el mismo operador, para disminuir la influencia de los errores asociados con la colocación y la presión de las paletas sobre el tórax. Se realizaron las pruebas sin gel para ambos tipos de paletas y, posteriormente, las dos que utilizaban gel en la superficie de los electrodos, para garantizar la ausencia de restos de gel que afectaran el valor de la impedancia, debido a la posible humectación de las zonas de la piel donde se colocaban los electrodos.
Se realizó el análisis estadístico de la muestra por el test de Anderson Darling con un intervalo de confianza (CI) de 95% y, cuando fue posible, se determinó el grado de correlación estadística y el coeficiente de asimetría del valor de impedancia medido con las condiciones abordadas en este trabajo, empleando el paquete de software MiniTab y Microsoft Excel.
2. Resultados
Los resultados de los 27 pacientes fueron procesados estadísticamente y se obtuvieron las dependencias entre los parámetros de interés, algunas de las cuales se presentan a continuación.
En la Tabla I, se presenta la media de las cuatro mediciones realizadas a la muestra con su desviación estándar. Para el caso en que se emplearon las paletas de adultos ZADULT con gel conductor en ellas, la media del valor de impedancia medido para la muestra coincide con lo reportado en la literatura (82,5 Ω) [5,6].
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El valor promedio de impedancia determinado para la muestra se incrementó casi dos veces (1,95) si no se emplea gel conductor, resultado que coincide con el promedio de la medición que empleó el adaptador pediátrico. Sin embargo el coeficiente de correlación (Pearson) para ambas condiciones varía notablemente, reflejando una correlación fuerte (r = 0,95) para el valor de impedancia medido al cambiar el área del electrodo, mientras que para la relación con el valor sin aplicar gel en las paletas, resultó muy débil (r = 0,22).
El valor de la desviación estándar para los dos electrodos es apreciablemente mayor cuando no se emplea gel en la medición, posiblemente debido a que aumenta la dependencia del valor de impedancia con las características, estado de la piel y en particular del estrato córneo. La mayor dispersión en el valor de impedancia de la muestra al no emplear gel, se evidencia en las Fig. 3 y Fig. 4 para paletas para adultos y en las Fig. 5 y Fig. 6. para paletas pediátricas. Obsérvese que siempre se produce una mayor dispersión en los valores medidos cuando no se emplea gel. Este resultado fue corroborado al determinar el coeficiente de asimetría que caracteriza la distribución de la muestra respecto a su media, para el cual se obtuvo un valor muy pequeño y con tendencia al decremento respecto a la media, para el caso de las paletas de adultos (–0,11) comparado con el resultado (0,92) al no emplear el gel.
Cuando se utilizaron los electrodos pediátricos sin gel se encontraron tres casos con valores de impedancia superiores a 400 Ω, que es el límite superior de medición del sistema empleado. Estos fueron hombres con edades de 26, 31 y 55 años, con la característica común de ser individuos hirsutos. Este elemento no constituyó un criterio de exclusión debido a que en las mediciones con paletas de adultos los valores fueron registrados dentro de la gama de medición del sistema.
El comportamiento del valor de impedancia con el sexo, se presenta en la Tabla II, evidenciando un pequeño incremento para las mujeres respecto a los hombres, con paletas de adulto y pediátricas cuando se empleó gel. Esta diferencia se invirtió y creció de modo significativo, para cualquiera de los dos tipos de electrodos cuando no se aplicó gel.
3. Discusión de los resultados
Se encuentra ampliamente documentado en la literatura y existe la opinión general entre los distintos investigadores, que los valores de impedancia transtorácica para la desfibrilación oscilan entre 25 y 180 Ω [4, 5]. Los resultados del presente trabajo permiten evaluar la variación de la impedancia cuando no se aplica gel conductor en las paletas, evidenciando que los valores medidos pueden ser sensiblemente mayores que los correspondientes al propio paciente. Esto hace posible establecer un límite de impedancia para considerar la presencia de un paciente, aun cuando no se haya aplicado gel en la interfaz de su piel con las paletas.
Entre los resultados presentados, se muestra el cociente entre la impedancia con y sin gel que resultó ser, como promedio, un valor cercano a dos (1,95 ± 0,61). De estos resultados es posible estimar que los valores de impedancia cuando no se aplique gel no deben superar los 400 Ω. Por lo tanto, en los algoritmos de compensación de impedancia se puede aceptar como "carga al aire" todos aquellos casos en que este valor sea sobrepasado. Es importante señalar que, aunque es evidente la relación del valor de impedancia de un mismo individuo con o sin gel, el factor de correlación obtenido (r = 0,22) al evaluar ambas mediciones no permite realizar predicciones sobre el valor que alcanzará la impedancia de un mismo individuo al no emplear gel en su medición.
Los resultados de este trabajo sugieren un cambio importante en la relación y la magnitud del valor de impedancia respecto al sexo, cuando no se emplea gel. Las mujeres registraron como promedio 5 Ω más de impedancia que los hombres cuando se aplicó gel a las paletas, lo que coincide con resultados previos de otros trabajos [5,12]. Esta diferencia entre los dos sexos se invirtió e incrementó a casi 30 Ω, cuando no se empleó gel. Este hecho puede estar relacionado con la mayor presencia de vellos en la zona del tórax masculino, y por tanto, la reducción del área efectiva del electrodo que queda en contacto con la piel [11]. Al excluir de la muestra de los hombres, los tres individuos con hirsutismo, la diferencia se reduce a 5 Ω y, aun así, continúa siendo mayor para los hombres. Para los tres sujetos hirsutos el aumento del valor de impedancia al no emplear gel, varió entre 2,5 y 3,5 veces con relación al valor medido al aplicarlo.
Otro de los resultados de mayor interés del trabajo está relacionado con la similitud entre el efecto de no aplicar gel y la reducción del área de los electrodos. Los resultados indican que de no usarse el gel, el promedio de impedancia se duplica, lo que coincide en magnitud con el resultado registrado al medir a estos individuos con las paletas pediátricas. De lo anterior se deduce que la ausencia de gel equivaldría a una reducción de casi cuatro veces el área del electrodo que se emplea, simulado en este caso con el empleo de un adaptador pediátrico.
III. CONCLUSIONES
1. Se determinó un valor límite de 400 Ω para el valor medido de la impedancia transtorácica para el cual se puede considerar que las paletas han sido colocadas sobre un paciente, teniendo en cuenta la posibilidad de que no se aplique gel entre paletas y piel.
2. Al no aplicar gel, la impedancia medida en un paciente aumenta en una magnitud equivalente a la reducción de casi cuatro veces el área de los electrodos.
]]> IV. REFERENCIAS1. Portela A.E. et al., "Energy adjustment method based on transthoracic impedance for a biphasic defibrillator", Proceedings of the 25th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, Cancun, Mexico, 2003, ISBN: 0-7803-7790-7, pp.155- 158. [ Links ]
2. Portela A.E., "Investigación, propuesta y evaluación de un método de compensación de impedancia para la desfibrilación", Tesis de Maestría, ISPJAE, La Habana, octubre 2005. [ Links ]
3. Folgueras J. et al., "Un desfibrilador bifásico cubano portátil: Características y resultados", Bioingeniería y Física Medica Cubana, vol. 7, No. 2, 2006, pp 4- 10. [ Links ]
4. Specht M., "Clinical Studies On Biphasic Defibrillation", Institut fur Biomedizinische Technik, Universitat Karlsruhe, pp- 1-15, Feb. 2000. [ Links ]
5. Folgueras J. et al., "Medición de la impedancia transtorácica para aplicaciones en desfibrilación", Universidad Ciencia y Tecnología, Venezuela, vol. 6, 24, 2002, pp. 203-208. [ Links ]
6. Colorado O. et al., “Un sistema eficaz para determinar la impedancia transtorácica en la desfibrilación”, Ing. Electrónica, Automática y Comunicaciones, Vol. XXVII, No. 1, 2006, pp 42-45. [ Links ]
7. Gómez M. et al., “Adaptador intercambiable para desfibrilación en pacientes pediátricos”, Vol. 8, No. 2, 2007. Bioingeniería y Física Médica Cubana, vol. 8, No. 2. (en prensa). [ Links ]
8. Persse DE et al., “Effect of application of force to selfadhesive defibrillator pads on transthoracic electrical impedance and countershock success.” Ann Emerg Med. 1999 Aug; 34(2):129-33. [ Links ]
9. Drury N.E. et al., “Evidence-based guidelines for the use of defibrillation pads.” Resuscitation. 2001 Dec; 51(3):283-6. [ Links ]
10. Dodd T.E. et al., ”External defibrillation in the left lateral position--a comparison of manual paddles with self-adhesive pads.” Resuscitation.2004 Dec; 63(3):283-6. [ Links ]
11. Bissing J.W. et al., “Effect of shaving the chest of hirsute subjects on transthoracic impedance to self-adhesive defibrillation electrode pads”, Am. J. Cardiol., vol. 86, 5, pp.587-589, A-10, 2000. [ Links ]
12. McAdams E.T. et al. “Factors affecting electrode–gelskin interface impedance in electrical impedance tomography”, Medical & Biological Engineering and Computing,”, vol 34, pp. 397-408, Nov. 1996: Review. [ Links ] ]]>