Electrobisturí
La unidad electro quirúrgica, también conocida como electrobisturí o bisturí caliente es un equipo electrónico capaz de transformar la energía eléctrica en calor con el fin de coagular, cortar o eliminar tejido blando, eligiendo para esto corrientes que se desarrollan en frecuencias por encima de los 200.000Hz ya que éstas no interfieren con los procesos nerviosos y sólo producen calor.
Está compuesta por una serie de unidades individuales que en conjunto conforman un circuito eléctrico: la corriente debe fluir desde un generador hasta un electrodo activo, a través del tejido, y volver al generador vía electrodo de dispersión inactivo.
Al ser el electrobisturí un aparato eléctrico, su uso no está libre de complicaciones. El mayor peligro es la quemadura eléctrica.
Este equipo consta de dos partes, una estéril y una no estéril. Lo estéril, sería el cable (partiendo desde el aparato) y el mango con la punta del electrobisturí. Lo que no es estéril es la plancha que va por debajo del paciente a la hora de utilizar el electrobisturí.
Las puntas, de carga positiva, pueden ser de tipo: Cuchillo (la más utilizada), Aguja (para zonas de menor tamaño) o punta bola (para coagular mucosas). Algunas suelen ser de teflón para que el tejido no quede adherido al quemarse. El mango puede ser a pedal o puede tener botones para operar el electrobisturí.
El botón amarillo, es el del corte. El botón azul, es el de coagulación.
La plancha es de carga negativa. Puede ser de metal, plomo o autoadhesiva descartable.
Se coloca cerca de donde se va a hacer la incisión antes de que se acomode al paciente en la camilla, quedando por debajo del antes de preparar el campo operatorio. Hay que tomar precauciones con respecto a pacientes con marcapasos, prótesis, uniones metálicas, entre otros.
En aplicaciones de odontología podemos encontrar dos tipos de instrumentos que se diferencian en la frecuencia portadora de su generador: Electrobisturís, con frecuencias hasta 3MHz y los Radio bisturís con frecuencias por encima de 3.5MHz.
En cuanto a las funciones que realizan, existen pocas diferencias. Todos realizan electro sección pura y combinada, así como electrocoagulación. Algunos incluyen toma bipolar y/u otra fulguración. Todos garantizan potencias eficaces entre 50W y 100W e incluyen entre sus accesorios todo lo necesario para funcionar inmediatamente, a excepción de un juego de pinzas bipolares que es opcional. Tan sólo un accesorio delata claramente el tipo de equipo.
El electrodo neutro que en el caso del radio bisturí toma el nombre de antena. La antena se encuentra forrada por un material aislante que impide la conducción eléctrica a través de ella pero que sí permite la recepción y emisión electromagnética.
Podemos afirmar que el funcionamiento del electrobisturí se basa en las tres siguientes afirmaciones:
- La radiación electromagnética aparece siempre que se produce una variación en la posición de los electrones de la materia.
- La radiación electromagnética es portadora de energía.
- La circulación de corriente eléctrica variable, por lo tanto, permite la radiación de energía.
Breve introducción teórica que permite explicar el funcionamiento de un bisturí electrónico.
Adoptando el modelo de Niels Bohrl (1913) podemos afirmar que la materia está compuesta por átomos con partículas mínimas elementales, el electrón, el protón y el neutrón que son a las que se deben todas sus propiedades. Estas partículas mínimas se agrupan siguiendo leyes, para formar estructuras más complejas, precisamente los átomos (figura 6).
figura 6
Los átomos se agrupan entre sí formando moléculas, que a su vez pueden agruparse en compuestos más complicados como, por ejemplo, la doble espiral del ADN (figura 7) que identifica el “genoma humano”
figura 7
Si tuviéramos un átomo aislado podríamos identificar dos partes bien diferenciadas, el núcleo y la corteza.
El núcleo está constituido por protones y neutrones y la corteza por electrones. Al núcleo se debe la identidad de la materia (Oro, Plata, Hidrógeno, etc.) y su ordenamiento en la Tabla Periódica de los Elementos (tabla que usamos en química), y a la corteza o “bandas” se deben sus propiedades químicas, eléctricas y magnéticas.
La corteza del átomo está formada por electrones que giran en ciertas órbitas alrededor del núcleo.
Estos pesan menos que la milésima parte de un protón, aunque ambos tienen la misma carga y signos opuestos. Dado que la masa de un neutrón es, aproximadamente igual, a la del protón, no es difícil con un sistema planetario en miniatura, con un enorme núcleo en su centro y unos minúsculos satélites eléctricos orbitando a su alrededor
figura 8
Estos electrones no pueden ocupar, en el espacio del átomo, cualquier lugar; sino unos determinados por la propia naturaleza de este. A estos lugares se los llama estados permitidos, son llamados orbitales y provocan que cada elemento de la naturaleza tenga su propia "huella dactilar": el espectro atómico. Todo ello nos permite intuir que la energía de un electrón está cuantificada. De hecho, la energía que posee un electrón se define con cuatro parámetros llamados "números cuánticos".
Un átomo con orbitales vacíos presenta un desequilibrio eléctrico ya que tendrá cargas positivas en el núcleo y “vacíos” en las órbitas o bandas. Esto le crea una cierta avidez en captar electrones errantes o ajenos. Potencialmente tenderá a subsanarlo manteniendo siempre llenos, en orden creciente, los más próximos al núcleo. Estos son los de menor energía. Cuando aplicamos un impulso extra al electrón, éste tiende a ocupar órbitas más elevadas. Si esta energía es suficiente, puede incluso abandonar el volumen de influencia del átomo y salir de él. A una cierta distancia del núcleo los orbitales posibles de energía desaparecen y se habla de un "continuo" de energía.
Las perturbaciones sufridas por los electrones son las causantes de las radiaciones electromagnéticas. Para explicar mejor este efecto, recuerde que los electrones son portadores de energía y además de girar alrededor del núcleo, lo hacen también alrededor de su propio eje, particularidad llamada espín y cuyas perturbaciones tienen mucha relación con las propiedades magnéticas de la materia.
Cuando un electrón pasa de un nivel de energía a otro lo hace absorbiendo o emitiendo una radiación electromagnética dada. Físicamente, para cambiar de nivel energético se acerca o aleja del núcleo, ocupando un lugar en otra banda u orbital. Usando los postulados introducidos por Einstein, a este paquete de energía radiada (quantum / cuanto de acción) lo llamaremos fotón. Esto quiere decir que, si el electrón pasa de un nivel energético superior a otro inferior, se liberará energía en forma de fotón. Podemos imaginarnos pues, una radiación, como una sucesión de fotones emitidos en todas las direcciones
figura 9
Un fotón tiene como característica fundamental una energía y una frecuencia determinadas que están relacionadas por la conocida expresión E= hf, siendo, E, la energía del fotón; f, la frecuencia y h, la constante de Planck.
Observamos que el fotón se emite, como energía discreta y única por un electrón, cuando salta de una energía mayor a una menor. Luego una radiación continua exige una emisión continua de fotones y por tanto un trasiego continuo de uno a otro nivel.
La radiación electromagnética. Se produce a consecuencia de las perturbaciones sufridas por los electrones.
Esta definición nos dice que si hacemos vibrar un átomo en su conjunto también se perturbarán los electrones y por tanto habrá emisión de fotones. Esta vibración radiaría fotones térmicos (calor) principalmente.
Lo mismo es aplicable a una vibración, o rotación, molecular y a una macromolecular.
Curiosamente las estructuras más complejas también tienen energías “cuánticas” características.
Cuando un electrón se encuentra en un “continuo” es decir, que no posee una energía cuantificada, lo podemos someter a perturbaciones por medio de campos eléctricos y magnéticos provocados, haciendo que se desplacen a lo largo de un hilo conductor y, por lo tanto, provocando la emisión de radiación.
Podemos afirmar que la radiación electromagnética es algo universal, común a todos los cuerpos radiantes y que se caracterizan por su energía fotónica, por su frecuencia y que siempre se produce por perturbaciones de carga, bien sea al desplazarla por un conductor, como en la corriente eléctrica, o por que salta de un nivel de energía a otro.
figura 10
En la figura 10 se puede observar el espectro de radiación electromagnética. La energía de los fotones de radiación se mide en e.v. (electrón-volt) que es una unidad, muy apropiada, para estas escalas de energía. Por otra parte, la velocidad de transmisión de estas radiaciones es siempre la misma, 300.000 km/segundo, sin importar su frecuencia o energía (velocidad de la luz).Ahora bien, supongamos un material conductor de la electricidad, por ejemplo, un cable de cobre.
Si se lo pone en contacto por uno de sus extremos con una sustancia con avidez de electrones (defecto de electrones), y por el otro extremo, con una sustancia con exceso de electrones, se producirá entre los mismos una diferencia de potencial eléctrico (que se mide en volt). El extremo deficitario capturará electrones del metal, dejando sus átomos proximales desequilibrados. Estos, a su vez, capturarán electrones de sus vecinos, y así sucesivamente.
El fenómeno es similar al de la difusión de la tinta en el agua, pero se produce a la velocidad de la luz. Estas capturas se van extendiendo hasta que se alcanza el otro extremo del cable. Allí, la sustancia con electrones en exceso cede algunos a los átomos desequilibrados que van apareciendo. El fenómeno es equivalente a considerar un flujo de electrones circulando de una a otra sustancia. A este flujo lo llamamos corriente eléctrica y se mide en ampere (A). Este proceso se repetirá hasta que las sustancias de los extremos alcancen un equilibrio relativo entre sí y la diferencia de potencial se anule.
Las sustancias de que hablamos bien pudieran ser las que constituyen una batería o una pila eléctrica común.
Como se sabe, la corriente eléctrica puede ser continua o alterna. La primera implica que el flujo de electrones va siempre en un mismo sentido, de un extremo al otro del conductor. Mientras que la corriente alterna implica un cambio de sentido del flujo, debido a un cambio de polaridad.
La corriente continua puede ser, constante o variable. La constante produce campos magnéticos estáticos y por ello se utiliza para activación de electroimanes, electroválvulas, etc.
La corriente continua constante no emite radiación alguna, sólo crea campos magnéticos estáticos en su entorno.
La corriente continua variable y la alterna sí producen emisión de radiación. Vemos que estas conclusiones se corresponden perfectamente con lo visto sobre radiación: Una variación en la distribución electrónica radiará energía.
Todas estas corrientes las podemos representar gráficamente, incluso cuando tienen formas de lo más complicadas. No obstante, se tienden a representar como ondas senoidales periódicas con el fin de facilitar la comprensión.
Se puede demostrar matemáticamente que cualquier tipo de onda, de cualquier forma y amplitud se puede considerar como una suma de ondas senoidales (series de Fourier).
figura 11
En la figura 11 se pueden ver representados dos de los parámetros característicos de una onda: longitud de onda y amplitud. Se ha elegido, la onda de vibración de una cuerda común, por ser un ejemplo muy intuitivo y didáctico, en donde se puede, de forma sencilla, ver las características de las ondas. Recordamos en este punto que las ondas tienen propiedades similares, sea cual sea su naturaleza. Los cuantos de vibración sonora son llamados fonones, por ejemplo.
Volviendo a las corrientes eléctricas, sabemos que estas se propagan por una sustancia en función de su resistencia. Por ser esta una propiedad de las sustancias que es fundamental para entender los principios de actuación del electrobisturí, vamos a extendernos un poco sobre ella.
La resistencia eléctrica es la propiedad de una sustancia que tiene relación directa con la disponibilidad de electrones sueltos o con poca energía de unión al núcleo (región del continuo), en los átomos considerados y se mide en OHM. Si están muy equilibrados y en orbitales muy profundos (cercanos al núcleo), la resistencia a la captura puede ser tan grande que podríamos hablar de auténtico aislante eléctrico. Esta propiedad también tiene relación con la temperatura, o sea, con la vibración de los átomos y con las dimensiones de la sustancia. Si la sección de paso del flujo de electrones disminuye o la distancia a recorrer por los mismos aumenta, entonces la resistencia crece.
Resumiendo, la resistencia de las sustancias puede ir de prácticamente desde cero ohm, llamados superconductores, a varios millones, llamados aislantes.
El cuerpo humano, que es nuestro objetivo, tiene una resistencia equivalente entre 5.000 y 10.000 ohm (tomando dos electrodos entre las manos, con la piel seca), pero este valor baja de forma importante en los tejidos húmedos de la boca (100 a 500 ohm) y drásticamente cuando hemos traspasado la piel; esto lo debemos de tener en cuenta siempre
figura 12
Aunque hemos hablado de aislantes no debemos de olvidar que hay diferencias de potencial para las que una sustancia deja de serlo. Incluso el aire, como sabemos puede convertirse en conductor cuando aplicamos miles de volt entre dos puntos cercanos (se produce un arco voltaico).
Para hacer circular un flujo de electrones debemos emplear una cierta cantidad de energía. Por el principio de la conservación de la energía, esta energía no puede desaparecer. Efectivamente, así se comprobó: la energía eléctrica se convertía en calorífica. Esta conversión es, cuantitativamente igual, al producto de la resistencia por el cuadrado de la intensidad (ley de Joule). Este concepto es muy importante para explicar la actuación del bisturí eléctrico sobre los tejidos vivos.
Las corrientes eléctricas y las diferencias de potencial desempeñan un papel vital en los sistemas nerviosos de los animales.
La conducción de los impulsos nerviosos es fundamentalmente un proceso eléctrico, aunque el mecanismo de conducción es mucho más complejo que en las sustancias sencillas tales como los metales.
A esta naturaleza de la transmisión del impulso se debe la gran sensibilidad del organismo a las corrientes eléctricas exteriores.
Corrientes del orden de 0.1 amperio, muy pequeñas para generar calentamientos importantes, interfieren con procesos nerviosos esenciales para funciones vitales tales como el latido cardíaco.
Corrientes más pequeñas, del orden de 0.01 amperio, producen acciones convulsivas en los músculos y mucho dolor. Con 0.02 amperio (20 miliamperios), por ejemplo, una persona no podría soltar un conductor y llegaría al shock. Vemos que grandes corrientes, pero también algunas tan pequeñas como 0.001 amperios, pueden producir fibrilación ventricular. Aquí se ve la importancia de disponer, en la consulta médica, de una instalación eléctrica segura y fiable que tenga incorporadas las medidas de seguridad más adecuadas para esta especialidad.
Los efectos de la corriente sobre las personas, es casi independiente de la frecuencia, hasta unos 1.000Hz, no importando si ésta es continua o alterna. Por debajo de este valor aparecen fenómenos térmicos, farádicos y electrolíticos, principalmente.
Para frecuencias por encima de las 350kHz, las corrientes no interfieren apreciablemente con los procesos nerviosos y sólo producen calor. Podemos entender así, cómo y por qué, las corrientes elegidas para la electrocirugía se desarrollan en frecuencias, por encima de los 500kHz (0.5MHz). A estas frecuencias la conducción eléctrica y la absorción orgánica de las ondas se hace más compleja.
A medida que la frecuencia aumenta, la energía tiende a ser radiada. Así aparecen dos mecanismos de producción de calor: por efecto Joule, debido a la resistencia eléctrica, y por absorción de radiación electromagnética, debido a las estructuras moleculares. Un efecto y otro tomarán más relevancia a medida que vayamos aumentando la frecuencia. En electrocirugía los dos efectos son importantes y se emplean frecuencias hasta 1MHz.
Para frecuencias entre 1MHz y 3MHz predomina el efecto electromagnético. En los llamados Radio bisturís, de 3.5MHz a 4MHz, sólo la componente radiada adquiere importancia.
Visto todo lo anterior no es difícil deducir que, si hacemos circular una corriente de gran frecuencia entre dos electrodos de, por ejemplo 100 centímetros cuadrados y colocados en buen contacto con la piel, y le damos la amplitud suficiente, se producirá una cierta cantidad de calor en la parte del organismo situada entre los mismos, debido a los efectos explicados. Supongamos que medimos la potencia eléctrica entregada, resultando ser de 70 watt (esa es la potencia que normalmente emite un ser humano en promedio en todo su cuerpo). Esto implica que una de las placas transferirá 70 watt en total o 0,7 watt por cada centímetro cuadrado
figura 13
(vea la figura 13). Esta densidad de energía no es suficiente para comprometer los tejidos vivos, pero si disminuimos la superficie de contacto a 1 mm cuadrado, por ejemplo, la densidad de energía subirá a 70/0.1 = 800 watt por centímetro cuadrado, lo que implica una cantidad importante.
Esta energía es suficiente como para evaporar o volatilizar 1 gramo de agua de los tejidos en contacto por cada dos segundo de emisión de energía. Esto nos da idea de lo que ocurre:
En el corte electro quirúrgico evaporamos el agua de los tejidos y sustancias en contacto, con tanta violencia que, literalmente, las células explotan. Además, la temperatura de contacto y el vapor sobrecalentado producido aseguran la esterilización del corte.
Estamos ante, lo que en electrocirugía se llama, corte puro.
Para obtener técnicamente estas condiciones, utilizaremos electrodos de contacto lo más cortantes y delgados posible; se genera una onda senoidal de alta frecuencia, por encima de 350kHz, llamada portadora, con una amplitud suficiente (alrededor de 1.000Vpp) para suministrar la energía que necesitamos. A esta onda se la llama: onda totalmente filtrada.
Si el efecto que queremos obtener es el de coagular los tejidos en contacto, debemos rebajar el calor transmitido a los tejidos con el fin de que tan sólo hiervan en sus propios líquidos y formen coágulo rápidamente.
Para dispersar la energía se usan electrodos de gran superficie de contacto (bolas y cilindros) y se realizan ligeros toques sobre los tejidos. Si a la onda generada para el corte puro se la modula con una semionda parcial senoidal, aumentando ligeramente la amplitud, obtendremos los efectos deseados.
En este caso estamos en lo que en electrocirugía se llama: coagulación. A esta onda se la llama: parcialmente rectificada.
Si deseamos obtener efectos intermedios entre el corte y la coagulación emplea una modulación que no rebaje tanto el calor transmitido. Conseguimos así una hemostasia en el corte muy importante.
A la onda la modularemos con una semionda completa senoidal, manteniendo los mismos parámetros que en el caso anterior. Estamos ante lo que en electrocirugía se llama corte combinado/ corte con coagulación. A esta onda se la conoce por completamente rectificada.
Si lo que pretendemos es la destrucción superficial de tejidos por deshidratación, también llamado desecación, podemos generar una modulación por onda amortiguada y gran amplitud, más de 2.500V, capaz de ionizar el aire y, por lo tanto, de crear arcos eléctricos entre el electrodo y los tejidos.
Este se aproximará a la zona a tratar y sin llegar a tocarla (se debe evitar contacto prolongado para evitar crear agujeros en los tejidos).
También podríamos obtener estos arcos de un generador eléctrico de chispas (spark gap generator).
A esta técnica en electrocirugía se llama fulguración. El electro desecación se pude obtener usando electrodos apropiados, y en los modos de coagulación eligiendo una potencia adecuada.
figura 14
Los aparatos que incluyen salida micro bipolar pueden realizar desecaciones sin chispas, lo que es ideal para ciertas aplicaciones (figura 14).
Diagrama en Bloques de un Electrobisturí
En la Figura 15 se puede ver un diagrama de bloques interno de este instrumento. La energía necesaria es tomada de la red eléctrica de 110V ó 220V y transformada por la Fuente de Alimentación interna. Este módulo se encarga de proveer energía a todos los demás bloques.
El Oscilador de RF se encarga de crear la onda portadora y el Oscilador de Coagulación, la señal moduladora. Estas dos ondas son mezcladas en el Modulador. Luego son ampliadas en el Amplificador de Potencia, para salir según selección, por la toma monopolar hacia el mango porta electrodos, o la toma bipolar, hacia la pinza electro coaguladora.
El circuito se cierra por la toma de neutro o antena para el monopolar y entre terminales de pinza para la bipolar. Siguiendo normas, estos equipos deben avisar con señal luminosa y acústica, la activación de los electrodos, con el fin de advertir a los operadores cercanos y evitar así accidentes.
figura 15
También deben disponer de un circuito de desconexión de emisión en caso de placa neutra desconectada, con el fin de evitar quemaduras. En el caso de electrodo tipo antena el problema se invierte, ya que aquí lo problemático es que se rompa el aislante y se produzcan con ello quemaduras de contacto.
Los modernos equipos de electrocirugía presentan un nivel de seguridad elevado. No obstante, se recomienda a los usuarios que sigan detenidamente las instrucciones del fabricante para evitar males mayores.
Una buena costumbre es hacer revisar el equipo todos los años por un técnico competente en la materia con emisión de informe escrito si procediera en donde se hiciera constar las potencias entregadas por el equipo, las derivas de corriente detectadas y el estado de electrodos.
En ediciones futuras continuaremos desarrollando este tema, explicando el funcionamiento de otros equipos de electromedicina y brindando proyectos completos para que monte el equipo de su preferencia.