Efectos fisiológicos de la electricidad
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Electrólisis
El movimiento de iones de polaridades opuestas en direcciones opuestas a través de un medio se llama electrólisis y se puede hacer que pase corriente DC a través de los tejidos o fluidos corporales. Si se pasa una corriente continua a través de los tejidos corporales durante un período de minutos, comienza a producirse ulceración. Tales úlceras, aunque normalmente no son fatales, pueden ser dolorosas y tomar largos períodos para sanar.
Quemaduras
Cuando una corriente eléctrica pasa a través de cualquier sustancia que tenga resistencia eléctrica, se produce calor. La cantidad de calor depende de la potencia disipada (I2R). Que el calor produzca una quemadura o no depende de la densidad de corriente.
El tejido humano es capaz de transportar corriente eléctrica con bastante éxito. La piel normalmente tiene una resistencia eléctrica bastante alta, mientras que el tejido húmedo debajo de la piel tiene una resistencia mucho menor. Las quemaduras eléctricas a menudo producen sus efectos más marcados cerca de la piel, aunque es bastante común que se produzcan quemaduras eléctricas internas que, si no son fatales, pueden causar lesiones duraderas y dolorosas.
Calambres musculares
Cuando se aplica un estímulo eléctrico a un nervio motor o un músculo, el músculo hace exactamente lo que está diseñado para hacer en presencia de dicho estímulo, es decir, se contrae. La prolongada contracción involuntaria de los músculos (tétanos) causada por un estímulo eléctrico externo es responsable del fenómeno en el que una persona que sostiene un objeto eléctricamente vivo no puede soltarse.
Paro respiratorio
Los músculos entre las costillas (músculos intercostales) necesitan contraerse y relajarse repetidamente para facilitar la respiración. El tétanos prolongado de estos músculos puede evitar la respiración.
Paro cardíaco
El corazón es un órgano muscular, que necesita poder contraerse y relajarse repetidamente para realizar su función como una bomba para la sangre. El tétanos de la musculatura cardíaca impedirá el proceso de bombeo.
Fibrilación ventricular
Los ventrículos del corazón son las cámaras responsables de bombear sangre fuera del corazón. Cuando el corazón está en fibrilación ventricular, la musculatura de los ventrículos sufre contracciones irregulares y descoordinadas que no producen flujo sanguíneo neto. La condición resulta fatal si no se corrige en un espacio de tiempo muy corto.
La fibrilación ventricular puede desencadenarse por estímulos eléctricos muy pequeños. Puede ser suficiente una corriente tan baja como 70 mA que fluye de una mano a otra por el pecho, o 20 µA directamente a través del corazón. Es por esta razón que la mayoría de las muertes por descargas eléctricas son atribuibles a la aparición de fibrilación ventricular.
Efecto de la frecuencia sobre la estimulación neuromuscular
La cantidad de corriente requerida para estimular los músculos depende en cierta medida de la frecuencia. Con referencia a la figura 1, se puede ver que la corriente más pequeña requerida para evitar la liberación de un objeto eléctricamente vivo ocurre a una frecuencia de alrededor de 50 Hz. Por encima de 10 kHz, la respuesta neuromuscular a la corriente disminuye casi exponencialmente.
Figura 1. Corriente requerida para evitar la liberación de un objeto
Factores de protección natural
Muchas personas han recibido descargas eléctricas de potenciales de la red eléctrica y superiores y han vivido para contarlo. Parte de la razón de esto es la existencia de ciertos factores de protección natural.
Normalmente, una persona sujeta a un estímulo eléctrico inesperado está protegida en cierta medida por acciones reflejas automáticas e intencionales. La contracción automática de los músculos al recibir un estímulo eléctrico a menudo actúa para desconectar a la persona de la fuente del estímulo. Las reacciones intencionales de la persona que recibe el shock normalmente tienen el mismo propósito. Es importante darse cuenta de que un paciente en el entorno clínico que puede tener un equipo eléctrico conectado intencionalmente y también puede ser anestesiado está relativamente desprotegido por estos mecanismos.
Normalmente, una persona que está sujeta a una descarga eléctrica recibe la descarga a través de la piel, que tiene una alta resistencia eléctrica en comparación con los tejidos húmedos del cuerpo y, por lo tanto, sirve para reducir la cantidad de corriente que de otro modo fluiría. Una vez más, un paciente no necesariamente disfruta del mismo grado de protección. La resistencia de la piel puede haber disminuido intencionalmente para permitir que se realicen buenas conexiones de electrodos de monitorización o, en el caso de un paciente sometido a cirugía, puede que no haya piel presente en la ruta actual.
La ausencia de factores de protección natural como se describió anteriormente resalta la necesidad de estrictas especificaciones de seguridad eléctrica para equipos médicos eléctricos y de pruebas de rutina y regímenes de inspección destinados a verificar la seguridad eléctrica.
Corrientes de fuga
La mayoría de los regímenes de pruebas de seguridad para equipos eléctricos médicos implican la medición de ciertas "corrientes de fuga", porque su nivel puede ayudar a verificar si un equipo es o no eléctricamente seguro. En esta sección, se describen las diversas corrientes de fuga que comúnmente se pueden medir con probadores de seguridad de equipos médicos y se discute su importancia. Los métodos precisos de medición junto con los límites de seguridad aplicables se analizan más adelante en los párrafos 6.
Causas de las corrientes de fuga
Si algún conductor se eleva a un potencial superior al de la tierra, es probable que fluya algo de corriente desde ese conductor a la tierra. Esto es cierto incluso para los conductores que están bien aislados de la tierra, ya que no existe un aislamiento perfecto o una impedancia infinita. La cantidad de corriente que fluye depende de:
- El voltaje en el conductor.
- La reactancia capacitiva entre el conductor y la tierra.
- La resistencia entre el conductor y la tierra.
- Las corrientes que fluyen desde o entre conductores que están aislados de la tierra y entre sí se denominan corrientes de fuga, y normalmente son pequeñas. Sin embargo, dado que la cantidad de corriente requerida para producir efectos fisiológicos adversos también es pequeña, tales corrientes deben estar limitadas por el diseño del equipo a valores seguros.
Para equipos eléctricos médicos, se definen varias corrientes de fuga diferentes de acuerdo con los caminos que toman las corrientes.
Corriente de fuga a tierra
La corriente de fuga a tierra es la corriente que normalmente fluye en el conductor de tierra de un equipo protegido con conexión a tierra. En equipos eléctricos médicos, muy a menudo, la red eléctrica está conectada a un transformador que tiene una pantalla conectada a tierra. La mayor parte de la corriente de fuga a tierra encuentra su camino a tierra a través de la impedancia del aislamiento entre el primario del transformador y la pantalla de devanado, ya que este es el punto en el que la impedancia del aislamiento está en su punto más bajo (ver figura 2).
Figura 2. Ruta de corriente de fuga a tierra
En condiciones normales, una persona que está en contacto con el recinto metálico conectado a tierra del equipo y con otro objeto conectado a tierra no sufriría efectos adversos incluso si fluyera una corriente de fuga a tierra bastante grande. Esto se debe a que la impedancia a tierra del recinto es mucho más baja a través del conductor de tierra de protección que a través de la persona. Sin embargo, si el conductor de tierra de protección se abre en circuito, entonces la situación cambia. Ahora, si la impedancia entre el transformador primario y el gabinete es del mismo orden de magnitud que la impedancia entre el gabinete y la tierra a través de la persona, existe un riesgo de descarga eléctrica.
Es un requisito de seguridad fundamental que, en el caso de que ocurra una sola falla, como la conexión a tierra del circuito abierto, no debe existir ningún peligro. Está claro que para que este sea el caso en el ejemplo anterior, la impedancia entre la parte de la red (el primario del transformador, etc.) y el gabinete debe ser alta. Esto se evidenciaría cuando el equipo esté en condiciones normales por una baja corriente de fuga a tierra. En otras palabras, si la corriente de fuga a tierra es baja, se minimiza el riesgo de descarga eléctrica en caso de falla.
Corriente de fuga del recinto o corriente táctil
Los términos "corriente de fuga del gabinete" y "corriente táctil" deben considerarse sinónimos. El primer término se usa en la mayor parte de este texto. Los términos se analizan en relación con los métodos de prueba eléctrica en los párrafos 6.6 . La corriente de fuga del gabinete se define como la corriente que fluye desde una parte conductora expuesta del gabinete a tierra a través de un conductor que no sea el conductor de protección.
Si se conecta un conductor de tierra de protección al gabinete, no tiene mucho sentido intentar medir la corriente de fuga del gabinete desde otro punto de tierra protegido en el gabinete, ya que cualquier dispositivo de medición utilizado se acorta efectivamente por la baja resistencia de la tierra de protección. Del mismo modo, no tiene mucho sentido medir la corriente de fuga del recinto desde un punto de tierra protegido en el recinto con el circuito abierto de protección de tierra, ya que esto daría la misma lectura que la medición de la corriente de fuga a tierra como se describe anteriormente. Por estas razones, es habitual cuando se prueban equipos eléctricos médicos para medir la corriente de fuga de la carcasa desde puntos en la carcasa que no están destinados a ser puestos a tierra de forma protectora (ver figura 3). En muchos equipos, no existen tales puntos. Esto no es un problema.
Figura 3. Ruta de corriente de fuga del gabinete
Corriente de fuga del paciente
La corriente de fuga del paciente es la corriente de fuga que fluye a través de un paciente conectado a una parte o partes aplicadas. Puede fluir desde las partes aplicadas a través del paciente a tierra o desde una fuente externa de alto potencial a través del paciente y las partes aplicadas a tierra. Las figuras 4a y 4b ilustran los dos escenarios.
Figura 4a. Ruta de fuga del paciente desde el equipo
Figura 4b. Ruta de fuga del paciente al equipo
Corriente auxiliar del paciente
La corriente auxiliar del paciente se define como la corriente que normalmente fluye entre las partes de la parte aplicada a través del paciente, que no tiene la intención de producir un efecto fisiológico (ver figura 5).
Figura 5. Ruta de corriente auxiliar del paciente