Principio di funzionamento del Pace-Maker (stimolatore cardiaco)


Pubblicato da Raffo in Fisica

Lo stimolatore cardiaco è un dispositivo elettronico che ha lo scopo di far riprendere il battito cardiaco di un cuore che si è fermato o ha perso il suo ritmo.
Il cuore normalmente possiede un proprio “pace–maker” naturale costituito da un gruppo di cellule che all’inizio di ogni ciclo generano deboli impulsi elettrici alla frequenza di circa 60 – 80 al minuto. Gli impulsi di queste cellule provocano la contrazione delle fibre cardiache ed inducono l’inizio di ciascun battito cardiaco.
In alcune patologie cardiache, le cellule di questi “pace – maker” non riescono a funzionare correttamente ed il cuore perde il proprio ritmo o batte ad una frequenza saltellante. In questi casi, è necessario l’utilizzo di uno stimolatore cardiaco artificiale che stimola e controlla la frequenza del battito.

Dal punto di vista fisico, il “pace – maker” è costituito da un circuito RC alimentato da una batteria che all’inizio carica rapidamente il condensatore C tramite una piccola resistenza r con una costante di tempo capacitativa τ1 = rC.
Quando VC = V0, l’interruttore T (in pratica un transistor) si sposta e C si scarica più lentamente (rispetto alla carica) attraverso una resistenza R maggiore di quella usata per caricare il condensatore, quindi con una costante di tempo capacitativa τ2 = RC.
Durante la scarica di C, quando VC = V0 e-1 = 0.37 V (cioè dopo un tempo τ2 = RC), il circuito A si attiva e invia un breve impulso di stimolazione al cuore, contemporaneamente si ha il ritorno dell’interruttore T alla posizione iniziale in modo da caricare nuovamente C con τ1 = rC (curva di salita di VC al valore V0).

Per comprendere meglio il processo di carica e scarica di un condensatore si consiglia la lettura di questo articolo.

Quindi, la carica e scarica di C determina la frequenza degli impulsi prodotti dal circuito A. Tale frequenza è funzione dei valori di R e C.

Un “pacemaker” ha le dimensioni di un accendino ed una massa di circa 150 g e contiene delle pile di Litio–Iodio o Litio–Ag che assicurano un’autonomia di circa 7 – 8 anni.
Uno stimolatore cardiaco moderno interviene (produce impulsi) solo quando lo stimolatore naturale non funziona correttamente ed esso non impedisce al cuore di funzionare in autonomia quando batte in modo regolare.
Gli impulsi elettrici di un “pace – makersono del tutto simili a quelli naturali e se un cuore non è in grado di iniziare la pulsazione, gli impulsi del “pace – maker” inducono sia la stimolazione atriale che ventricolare, causando la contrazione e quindi facendo svolgere al cuore la normale funzione di pompa.

Gli impulsi sono applicati al cuore tramite un “elettrocatetere” introdotto attraverso la vena succlavia e condotto attraverso le cavità cardiache.

Gli elettrodi possono essere due (catodo ed anodo, entrambi nel cuore) o monopolari (catodo nel cuore ed anodo costituito dalla custodia metallica del “pace – maker”).

Il “pace–maker” è inserito sotto cute nella regione della clavicola. Nel caso di due elettrodi, uno arriva nel ventricolo destro e l’altro giunge all’atrio destro.
Nel caso di un solo elettrodo, esso è inserito fino a quando la sua punta arriva nel ventricolo destro.

I moderni “pace–maker” sono costituiti da micro–computers, in grado di variare la frequenza degli impulsi e quindi del ritmo cardiaco a seconda del grado di attività fisica. Per esempio, se il paziente sta salendo le scale o correndo, il “pace–maker” aumenta la frequenza degli impulsi inviati al cuore; finito lo sforzo, il “pace–maker” riporta il battito automaticamente ad un ritmo più lento.

Fonte: Fisica Biomedica “Scannicchio”


Autore

Raffo

Raffo

Ciao a tutti, mi chiamo Raffaele Cocomazzi e sono il cofondatore di BMScience. Sono appassionato di Scienza, Medicina, Chimica e Tecnologia. Diplomato presso l'ISIS "Luigi Di Maggio" di San Giovanni Rotondo (FG) con opzione Biotecnologie Sanitarie e studente di medicina presso l'Università degli Studi di Foggia. Se ti piacciono i miei contenuti lascia un commento ed aiutaci a diffonderli. Per contattarmi o maggiori informazioni seguimi su: Twitter o Facebook.




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