Equipos de Gastroenterología
Ingeniería Biomédica
26/10/2010
El aparato digestivo
• Tubo de 11 metros de largo, desde la boca hasta el ano.
– Cavidad bucal
– Esófago
– Estómago
– Intestino delgado
– Intestino Grueso
• Glándulas anejas
– Glándulas salivales
– Hígado
– Páncreas
– Glándulas gástricas
– Glándulas intestinales
Corazón
Hígado
Glándulas salivales
Páncreas
Hígado
Heces
Boca
Esófago
Estómago
Intestino delgado
Intestino grueso
Recto
Ano
Comida agua
Digestión
Secreción
Absorción
Función digestiva: Obtención de nutrientes a partir de los alimentos
Actividad motora
Sirve para reducir el tamaño de las partículas de alimento y mezclarlo con la saliva para facilitar la deglución
1. Masticación
Transporte y mezcla de los alimentos en el tubo digestivo
Conjunto de movimientos complejos que llevan el bolo hacia el esófago y evitan su paso a vias respiratorias. Tiene una fase voluntaria y fase involuntaria
2. Deglución
Vìas respiratorias
Esófago
3. Peristaltismo en el esófago (fase involuntaria)
Activid
ad
motora
Estructura de la pared del tubo digestivo
Esófago
• Tubo muscular de unos 30 cm que comunica la faringe con el estómago.
• Desciende por detrás de la tráquea y del corazón
• Atraviesa el diafragma por el hiato esofágico
• Tiene dos esfínteres, uno superior y otro inferior
Esófago: Histología
• Capa mucosa: epitelio plano pluriestratificado no queratinizado.
• Capa submucosa: tejido conjuntivo
• Capa muscular: cálulas musculares lisas perimetrales y longitudinales, responsables de movimientos peristálticos
• Capa adventicia de tejido conjuntivo
Estómago
• Parte dilatada del tubo digestivo donde se completa la digestión mecánica y continúa la digestión química.
• El bolo alimenticio se transforma en una papilla llamada quimo
• El esfinter pilórico regula el vaciado gástrico
Estómago: histología
Intestino delgado
• Ocurre la mayor parte de la digestión enzimática y casi toda la absorción.
• Es un tubo arrollado, de unos siete metros de longitud y de algo más de dos centímetros y medio de diámetro.
• El intestino delgado se subdivide en duodeno, yeyunoe íleon, que se continúa con el intestino grueso por medio de la válvula ileocecal.
Intestino delgado: histología
Absorción: intestino delgado
• Paso de sustancias desde el tubo digestivo hacia la sangre y la linfa.
• Diariamente se absorben 9 litros de agua que contienen 500 g de nutrientes.
• Los nutrientes penetran en los capilares sanguíneos y confluyen en la vena porta, que los lleva al hígado.
• Las grasas penetran en los vasos quilíferos y pasan a la red linfática
• Las vellosidades y microvellosidades intestinales proporcionan una superficie de absorción de 300 m2
Intestino grueso
• 1,5 m de longitud y 6,5 cm de diámetro
• En él se produce absorción de agua e iones inorgánicos, y formación y eliminación de heces fecales
• Contiene abundante flora bacteriana que fermenta residuos no digeridos, y sintetiza vitaminas K y B
Regulación del proceso digestivo
• Regulación nerviosa mediante el sistema nervioso entérico. Regula la actividad del músculo liso y de las glándulas que segregan en él.
• Fibras nerviosas simpáticas y parasimpáticas activa o inhiben la función digestiva.
• Regulación hormonal mediante hormonas tisulares: gastrina (estómago), secretina y colecistoquinina(intestino delgado)
¿Para qué sirve la actividad motora?
•progreso del alimento a lo largo del tubo
•almacenamiento del contenido
•trituración
•mezcla
•exposición del contenido para la absorción.
Control de la motilidad
• Sistema autónomo jerárquico
• Intervienen:
– Sistema Nervioso Central (SNC)
– Sistema Nervioso Entérico (SNE)
– Péptidos Hormonales
Control de la motilidad
• Primer nivel: Control miógeno
– Actividad eléctrica intrínseca de las células musculares lisas.
– Está determinado por el ritmo eléctrico basal.
• Segundo nivel: Control neurógeno
– Neuronas del plexo mentérico y SNC.
• Tercer nivel: Control Hormonal
– Endócrino y parácrino
Control Miógeno• Ritmo eléctrico basal
– Músculo liso intrínsecamente activo.
– Ciclo lento de actividad eléctrica continua.
– Se generan en diferentes grupos celulares a lo largo del tubo digestivo
– Se propaga a través de zonas de contacto intercelular de menor resistencia eléctrica.
Control Miógeno
Frecuencia REB
Esófago No se registran
Estómago proximal No se registran
Estómago distal 3 ondas por minuto
Duodeno 11 ondas por minuto
Íleon 8 ondas por minuto
Colon 3-6 ondas por minuto
Control Neurógeno
• Generación de potenciales de acción mediante neurotrasmisores que liberan las neuronas del SNE.
• Dos niveles:
– Superior: SNC
– Local: SNE
Control Neurógeno
• Sistema nervioso entérico
– Cerebro digestivo
– Controla la motilidad a través de programas que determinan los distintos patrones motores.
– Comportamiento equivalente al del cerebro
– Organizado en plexos
• Plexo mientérico
• Plexo submucoso
Control Neurógeno• Tipos de neuronas del SNE
Control de la motilidad
Ejemplo: Ondas peristálticas
• Ondas de contracción de la musculatura lisa.
• Empujan el bolo hacia el estómago.
Esófago
Peristáltasis
• Normal: – Aumento de presión de al menos 30mmHg a 5 cm y
10 cm del LES.– Velocidad de tránsito menor a 8 cm/s
• Simultaneo– Aumento de presión de al menos 30mmHg a 5 cm y
10 cm del LES.– Velocidad de tránsito mayor a 8 cm/s
• Inefectiva– Aumento de presión no alcanza 30mmHg a 5 cm y 10
cm del LES.
Estudios Motilidad Esofágica
• Manometría esofágica
• pHmetría esofágica
• Impedianciometría
• Métodos isotópicos
Manometría esofágica
• Registro simultáneo y a distintos niveles de las variaciones de presión que se producen en la luz esofágica.
• Dos opciones:
– Sistemas con bomba de infusión hidroneumocapilar. (Convencional.)
– Sistema con microtransductores incorporados a la sonda
Sistema convencional
Sistema convencional
Sistema convencional
Sondas
Sondas
Manometría convencional
• Ventajas– Precio
• Sondas baratas
– Versatilidad• Diferentes sondas para diferentes estudios
– Estabilidad a cambios de temperatura
• Desventajas– Fidelidad del registro determinada por
distensibilidad del sistema, dímetro exterior del catéter, flujo de perfusión.
Sistema microtransductores
• Microtransductores engastados en un tubo siliconado.
• No es necesario bomba de infusión
• Ventajas
– Menos fuentes de errores, medidas más confiables
– Se pueden hacer estudios de larga duración y en medio ambulatorio
Manometría esofágica
Manometría alta resolución
• Similar a manometría convencional.
• Mayor resolución espacial debido a microtransductores instalados a menos de 2cm. (Hasta 32 por sonda.)
• Elimina la necesidad de registros en retirada y facilita la colocación de la onda
Manometría alta resolución
pHmetría esofágica
• Medición de la duración y frecuencia de los episodios de reflujo esofágico.
• Monitorización continua.
• Sonda con sensores de pH adheridos.
• Registradores portátiles.
pHmetría 24 horasLa Phmetría de 24 horas es la técnica de elección para determinar la presencia de reflujo gastroesofágico,
La sonda o catéter se introduce a través de la nariz y se coloca el electrodo de medición de PH a 5 cm del Esfínter Esofágico Inferior.
El catéter se fija a la nariz y se conecta al equipo que es portátil.
El paciente puede irse a su casa con el equipo colocado.
Durante el estudio el paciente deberá indicar en el equipo, presionando los botones correspondientes, los momentos en los que se encuentra parado o recostado, los períodos de comida, algunos síntomas y otras actividades.
pHmetría 24 horas
pHmetría 24 horas
Sensores pH
• Características deseadas:
– Estabilidad
– Respuesta lineal
– Tiempo de respuesta corto
– Pequeño diámetro
– Facilidad para la esterilización o posibilidad de un solo uso
– Bajo costo
Sensores pH
• Sensores cristal
• Sensores antimonio
• Trasnsitores Ion-Selective FET
Sensores cristal
Sensores cristal• Funcionamiento
– Cuando se sumerge el electrodo de cristal en la solución acuosa, se intercambian iones de sodio del cristal con iones de hidrógeno que produce una diferencia de potencial en la membrana proporcional a la actividad de iones de hidrógeno.
– El potencial neto en la membrana es:
H
apH log
exteriorbinteriorbNETO ,,
Sensores cristal• Funcionamiento
– En condiciones de actividad de los iones de hidrógeno constante, los potenciales de borde cumplen la ecuación de Nernst:
Para 25ºC, 2,3RT/F =59 mV
Hb a
F
RTconst ln
pHF
RTconst
a
a
F
RTconst
interiorH
muestraH
NETO 3,2''ln'
,
,
R: Constante universal de los gases R = 8.314 472 J K−1 mol−1
T: Temperatura absolutaF: Constante de FaradayF = 9.648 533 99×104 C mol−1
Sensores cristal• Electrodo referencia
– Contacto eléctrico estable y de baja resistencia entre la muestra y el circuito de medida.
– Establece un potencial de referencia.
– Convierte corriente iónica en corriente electrónica
– El más usado es Ag/AgCl, cable de plata cubierto de cloruro de plata inmerso en una solución saturada con cloruro de plata.
ClAgeAgCl 0
Sensores cristal
Sensores cristal
Sensores de antimonio
• Tipo Metal/óxido de Metal.
• Potencial a través de la corrosión del metal.
• Vida útil limitada.
• Electrodo de referencia externo.
Sensores ISFET
Sensores ISFET
• Se reemplaza el gate de metal de los MOSFET por una membrana sensible al pH, que entra en contacto directo con la muestra.
• Nitrito de silicona, óxido de aluminio, óxido de tantalio.
22
dsTgdscdsds
VVVCAVQAVi
23,22
dsTgdsds
VpH
F
RTVVCAVi
Vds: voltaje de drainQc: carga en el canalC2: capacidad en la región del gate
Sensores ISFET
Sensores pH
Sensores pH
Sensores pH
Características
Cristal Antimonio ISFET
Respuesta lineal rápida Más baratos Baja impedancia de
salida
No necesita electrodo
externo
Diámetro externo
pequeño (1,5-2 mm)
Tamaño pequeño
Caros Vida útil limitada Necesita electrodo de
referencia externo
Diámetro externo
grande (2,5-3 mm)
Menos estables, menos
sensibles.
Dificultades para
encapsular.
Rígidos Tiempo de respuesta
más lento
No hay opciones
comerciales
Necesita electrodo de
referencia externo
Bravo pH
Impedanciometría
El Bolus conduce la electricidad&La corriente fluye entre los anillos de impedancia
Generadorde corriente
Impedanciometría
Impedanciometría
MultiChannel Intraluminal Impedance(MII)Impedancia Intraluminal Multicanal
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
Canal 5
Canal 6
ImpedanciometríaDeglusión Reflujo
Entrada Bolus
Movimiento del Bolus
Movimiento del Bolus
Entrada Bolus
Entrada Bolus
Entrada Bolus
Entada Bolus
Entrada Bolus Entrada Bolus
Entrada Bolus
Entrada Bolus
Entrada Bolus
Entrada Bolus
Entrada Bolus
Impedanciometría
• Esta técnica por sí sola no provee suficiente información.
• Se utiliza en combinación con manometría y pHmetría.
Impedanciometría
Impedanciometría
Impedanciometría
Comparación
Comparación
Estudios de imágenes
• Estudios radiológicos
– Con contraste: Sulfato de bario
• Endoscopía
– Utilización de fibra óptica para trasmisión de imágenes.
• Estudios Isotópicos
– 99mTc
Trastornos motores esofágicos
• Alteraciones en el cuerpo del esófago o en los esfínteres debido a alteraciones en el mecanismo de control muscular o neurohormonal.
• Síntomas
– Disfagia: dificultad para tragar
– Dolor retroesternal
– Regurgitaciones de alimentos
– Complicaciones pulmonares en forma de neumonías por aspiración
Clasificación de los TME
• Relajación inadecuada del EEI– Acalasia clásica– Alteraciones atípicas de la relajación del EEI– Relajaciones incompletas o cortas.
• Contracciones incoordinadas– Espasmo difuso esofágico
• Hipercontracción– Peristalsis esofágica sintomática– EEI hipertenso
• Hipocontracción– Motilidad esofágica ineficaz