Electrología. Parte 1. Corrientes de Baja y Mediana Frecuencia. . 1

MANUALES DE FISIOTERAPIA

"ELECTROLOGIA"

Parte I

Fundamentos, Conceptos y

Aplicación Terapéutica de las Corrientes de

Frecuencia Baja y Media

Jaime Barrientos Tejada

San José, Costa Rica. 1998

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Capítulo I

INTRODUCCION

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El presente trabajo está dirigido a los colegas Fisioterapeutas - Kinesiólogos del país y, ojalá, a los latinoamericanos, para que encuentren en él aspectos básicos y prácticos, debidamente fundamentados por la teoría, para el uso de las corrientes eléctricas en evaluaciones electrofisiológicas y en la terapéutica. El motivo de su elaboración es para tratar de satisfacer, en alguna medida, la necesidad de bibliografía especializada en nuestro idioma; pues, en el ejercicio profesional y docente se puede advertir esta carencia, ya que la información actualizada está en otras lenguas, situación que se hace más ostensible para los estudiantes de la carrera. Dentro de la serie MANUALES DE FISIOTERAPIA, el presente trabajo sobre ELECTROLOGIA, ha sido dividido en dos partes. La Parte 1, está dedicada a los Fundamentos, Conceptos y Terapéutica con Corrientes Eléctricas de Frecuencia Baja y Media. La 2ª Parte se referirá a las Corrientes de Alta Frecuencia. A fin de introducir al lector en el estudio de la electricidad, como medio evaluativo y terapéutico, es necesario aludir algunos aspectos sobre su evolución y desarrollo. Las referencias más remotas sobre el uso de la Electricidad como medio terapéutico se remontan al principio de nuestra era. LICHT1 hace diversas referencias sobre la aplicación de “shocks” eléctricos, producidos por el pez torpedo negro, para tratar cefaleas, dolores artríticos y parálisis. FARNETI2 determina como hitos en el desarrollo de la electroterapia los trabajos de Galvani en 1789 y la obtención de la corriente alterna

1 Licht, S., Electromiografía y Electrodiagnóstico, , Ed. Jims, Barcelona, 1972. p. 5 2 Farneti, P. Terapia Fisica e Reabilitazione, Ed Wassermann, Milano, 1972, p. 71

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por Faraday en 1831. Considera que la primera mitad del siglo XIX es la época de oro de aplicación terapéutica de la electricidad, cuyo mayor exponente es Duchene de Boulogne. Desde el siglo XIX3 tanto la corriente directa pulsátil como la corriente alterna han sido empleadas, en impulsos aislados, para estimular nervios y músculos con la finalidad de reeducar la función motora, En décadas posteriores del siglo XIX hay un estancamiento, debido a la falta de tecnología. La posibilidad de controlar la duración de cada estímulo, tiene significativa importancia como lo demostró en 1904 Lapicque4, quien estableció la relación entre Intensidad y Tiempo, relación que constituye un elemento básico para el diagnóstico y la terapia. El avance tecnológico permitió crear dispositivos para ajustar periodos de “cierre y apertura” para el paso de la corriente directa o galvánica, dando así lugar a la generación de corriente directa pulsátil, creando modulaciones que dan lugar a las corrientes neofarádicas, a las 2-5 según Träbert, etc.; posteriormente, los dispositivos electrónicos permiten hacer que el flujo de la corriente directa tenga, alternadamente, una fase positiva y otra negativa, con lo cual nacen los impulsos bifásicos. En la primera mitad de este siglo se logra modificar el tiempo de duración y el flujo de electrones de una corriente alterna o farádica, con lo cual se obtienen las corrientes alternas rectificadas, con flujo unidireccional de los electrones, dando origen a las corrientes diadinámicas y sus derivaciones.

3 Crónicas de la Medicina 4 Licht, S. op cit, p. 11.

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Con estos dispositivos existe la posibilidad de modificar la frecuencia de pulsos y ciclos dentro de un amplio rango, con lo cual ha sido posible obtener diversas respuestas fisiológicas. Así, en 1929 el físico francés Bernard5 aplica con éxito las corrientes diadinámicas en el tratamiento del dolor (sic). Según SCHMID6 las corrientes diadinámicas son impulsos de corriente directa de forma sinusoidal a frecuencias de 50 y 100 Hz, la cuales se aplican mayormente con una corriente galvánica(sic). Este autor señala además que estas formas combinadas de corrientes son conocidas desde 1929, y se las llamó corrientes moduladas en tiempo. Sin embargo y como sucede con frecuencia en las ciencias biológicas, muchos descubrimientos son frutos de la casualidad. Así, por ejemplo, el cirujano dentista francés, BERNARD, en 19457,8, advirtió que sus pacientes, cuando eran tratados con su torno, percibían una sensación eléctrica pero sentían menos dolor. La curiosidad científica de este dentista (y/o físico) le permitió comprobar que uno de los cables eléctricos que activan su torno hacía contacto con la parte metálica y esta a su vez con los tejidos de la boca. Asimismo. demostró que el estímulo eléctrico que produce la corriente alterna (proveniente de la red doméstica, con 50 Hz), por uno de sus polos, excita las terminaciones nerviosas, lo que a su vez provoca elevación del umbral, con la consecuente analgesia. 5 Verhoeven, A.R.S., Corrientes Diadinámicas, 1986, Enraf Nonius, Delft, p. 2. 6 Schmid, F. Stimulatory Current Practice, 1982, Robert Bosch GmbH, Berlín. p. 19 7 Schmid. F. op cit. p. 19 8 Farneti, P. op cit, p.99.

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A estas corrientes las denominó Diadinámicas. Del griego día = a través, dinámica = fuerza. Gracias a estas explicaciones, dichas corrientes adquirieron gran popularidad y su uso se extendió por toda Europa, Canadá y América Latina, incluso con el denominativo de corrientes de Bernard. Extrañamente en los Estados Unidos han sido muy poco difundidas y usadas9. En 1957, TRÄBERT10 presenta un trabajo de investigación sobre el empleo de la corriente directa pulsátil, de forma rectangular, con duración de fase de 2 ms e intervalo de 5 ms (corriente 2-5), a la que denomina “Ultra-Reiz” (Ultra estimulación agresiva o Ultra estimulación). Los éxitos terapéuticos que obtuvo carecían del sustento científico. Es a fines de los años 80 y principios de los 90, que diversos investigadores en Europa, entre los que se destaca el fisioterapeuta holandés HOOGLAND11, le dan la validez y explicación científica necesarias, gracias a lo cual su empleo es retomado con mayor entusiasmo en Europa y América del Sur. En cuanto a las corrientes llamadas neofarádicas, no se pudo encontrar referencias. Tan solo los manuales de manejo o entrenamiento de algunos equipos12 proporcionan sus características. Esta forma de corriente, se emplea principalmente en la denominada Electro Estimulación Funcional. Consiste en una corriente directa pulsátil, ya sea forma rectangular o triangular, con duración de fase 1 ms y 19

9 Robinson y Snyder-Mackller, Clinical Electrophysiology, 1995, Willams & Wilkins, Batimore, p. 67. 10 Träbert, H. Ultra-Reszstrom, ein neues therapeutischer Phänomen, Electromedizin 2,7, Siemens Aktiengesellschaft, Erlangen, 1957 11 Hoogland, Rolf, Avances en Electroterapia, VIII Congreso Español de Fisioterapia, La Coruña, 1993. 12 Manual de manejo del Dynatron 436, Enraf Nonius, Delft, 1986.

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(20)ms de intervalo. Teoricamente puede ser empleada para buscar analgesia y relajación. El advenimiento de nuevas formas y frecuencias de corriente eléctrica, con “menor riesgo”, de producir daño tisular, han motivado para que las corrientes que tienen alto componente galvánico, como son las diadinámicas o las de Träbert, sean desdeñadas. Sin embargo, es necesario remarcar que el componente galvánico que contienen, hacen que sus características sean singulares y sus indicaciones sean también más precisas. A partir de la década de los 70 empiezan a ser introducidos en el mercado pequeños aparatos (portátiles) electrónicos, generadores de impulsos de muy corta duración de fase de micro segundos (ms, 1ms = 1000ms), que en un principio eran monofásicos y, a partir de los 80, aparecen aparatos generadores de impulsos bifásicos, de muy corta duración, con lo cual se elimina los efectos galvánicos. Estos equipos son comercializados con el nombre de TENS (Transcutaneous Electrical Nerve Stimulation), denominativo que se ha popularizado, pese a su imprecisión. Esta forma de impulsos ha sido objeto de millares de investigaciones, con lo cual sus beneficios han sido ampliamente demostrados. Este hecho, junto al desarrollo de la electrónica que permitió fabricar equipos muy pequeños y de costo bajo, han hecho que hoy en día su uso sea tan difundido y su campo de acción cada vez sea más amplio. En 1954 el físico austríaco NEMEC13 estableció que, cuando dos corrientes alterna sinusoidales de frecuencia media se interponen dan

13 citado por Dumoilin y De Bischop. , Reeducación con Corrientes Esxcitomotrices. Ed. Panamericana, Buenos Aires, 1974

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lugar a una nueva corriente de interferencia, cuya frecuencia puede ser modulada a baja frecuencia. Gracias a este descubrimiento se pudo disminuir la resistencia eléctrica de la piel, tratar directamente tejidos profundos, tener ciclos de muy corta duración, con lo cual la electroterapia amplía muchos más sus horizontes. Al mismo tiempo, el hecho de poder controlar los diversos elementos que caracterizan a la emsión de las corrientes eléctricas ha permitido descubri “nuevas” manifestaciones fisiológicas en respuesta a estos estímulos eléctricos, con lo cual se amplían las posibilidades terapéuticas para cada vez mayores campos de la patología. Tan diversa gama de posibilidades hace que las exigencias en la formación de los profesionales fisioterapeutas, responsables de su aplicación terapéutica, sean cada vez mayores en cuanto a la fundamentación científica (en los campos de la física y la biología), la determinación de objetivos y la técnicas de aplicación.

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Capítulo II

FUNDAMENTOS FISICOS

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I.1. Conceptos básicos sobre electricidad. En esta sección se abordarán solo algunos conceptos básicos indispensables relacionados a la estimulación eléctrica con fines terapéuticos, más que todo como un intento para uniformar el uso de conceptos y terminología en procura de conseguir su correcta aplicación clínica. Para la redacción e interpretación conceptual se ha tomado como documento básico la traducción libre del texto oficial de la American Physical Therapy Association (APTA)14, la obra de Gustafson15, de Robertson y Snyder Merckler16 así como la consulta de enciclopedias17,18,19, y diccionarios especializados20,21, junto a otros artículos que tienen menciones específicas orientadas al campo de la fisioterapia. Con todo ello, se brinda el siguiente resumen.

ORIGENES ATOMICOS DE LA ELECTRICIDAD

Hasta hoy no se conoce exactamente qué es la electricidad, menos aún qué masa o qué vida tiene. Sin embargo, se conoce que la electricidad tiene sus origines en la estructura atómica. Un átomo está constituido por una parte central pesada, llamado núcleo, rodeado de electrones, livianos. El núcleo tiene dos diferentes 14 APTA, Section on Clinical Electrophysiology, Electrotherapeutic Terminology in Physical Therapy, American Physcal Therapy Association, 1990, APTA, Virginia 15 Gustafson, Daniel R. Physics: Health and Human Body. Wadswoth Publishing Company, Belmont, California,1980 16 Robertson y Snyder-Merckler, op cit. 17 Enciclopedia Temática PEV, Tomo I, Thema, Barcelona, 1993 18 Enciclopedia Científica. Tomo: Atomos, Energía y Máquinas, Ed Clute, México D.F. 1992 19 Enciclopedia Universal Danae, Ed. Danae, Barcelona, 1977 20 Diccionario de Ciencias Médicas, Ed. Casa de la Cultura. La Habana, 1992 21 Diccionario de Física

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partículas subatómicas, los neutrones y protones (además existen otras partículas subatómicas). Ambos elementos tienen casi la misma masa. Los neutrones no tienen carga eléctrica. Los protones tienen carga positiva, y los electrones tienen carga negativa. La atracción eléctrica entre los electrones negativos y los protones positivos, mantiene a los electrones orbitando alrededor del núcleo. Figura 1

electrones (-) núcleo neutrones y protones

Figura 1. Representación esquemática de las cargas atómicas El átomo es electricamente neutro, pues las cargas positivas de los protones están perfectamente equilibradas con las cargas negativas de los neutrones. Sin embargo, los electrones no están muy firmemente unidos al átomo, especialmente los electrones de la periferia pueden desprenderse con facilidad. Cuando se desprende o libera un electrón, el átomo adquiere carga positiva neta. En cambio, el átomo que recibe al electrón liberado adquiere carga negativa neta.

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Los átomos cargados electricamente se llaman iones. Si los átomos tienen exceso de electrones, es decir carga negativa (-), se llaman aniones. Los átomos con menos electrones, o sea tiene carga positiva (+), se llaman cationes. Existen muchas formas de liberar electrones de los átomos. Por ejemplo, frotando entre sí dos materiales diferentes, no conductivos, atraerán de diversa manera a sus electrones. Esta la forma más simple de producir electricidad estática. Los electrones también pueden migrar de un átomo a otro por influencia química.

CONDUCTORES, AISLADORES Y SEMICONDUCTORES

El flujo de electrones en una sustancia depende de cuán firmemente estén unidos sus electrones. Así cuando los átomos de una sustancia tiene a sus electrones muy unidos, no tendrá electrones libres, no habrá corriente de electrones. Por tanto, la electricidad no se desplazará facilmente por esta sustancia. A estos materiales se les llama aisladores (cuerpos que oponen paso a la electricidad). Los materiales que tienen a sus átomos sueltos, conducen facilmente una corriente eléctrica, a estos materiales se les denomina conductores (susceptible de transmitir electricidad).

Los metales son los mejores conductores. La Plata en primer lugar, el Cobre está en segundo.

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Otros conductores importantes son los líquidos que tienen iones disueltos, como el agua salada. En estos líquidos la corriente eléctrica es transportada por los iones en vez de los electrones. Debido a que los iones son mucho más grandes y pesados que los electrones la velocidad de los impulsos eléctricos es mucho más lenta en los líquidos ionizados que en los metales. La conducción iónica es la forma más importante de conducción en los animales. Las señales nerviosas, se transmiten por conducción iónica. Las sales de sodio, potasio y otros componentes que se disocian en forma de iones, cuando se disuelven en los fluidos corporales, se llaman electrolitos, porque estos iones pueden llevar una corriente eléctrica. Existen pocos materiales que conducen debilmente la electricidad, pero son muy controlables. Estos son los semiconductores. Estos semiconductores se han convertido en la clave de la electrónica. El germanio y la silicona son los más importantes elementos semiconductores Los plásticos, el vidrio, la cerámica, son muy buenos aisladores, así como muchos elementos orgánicos químicos. Muchos materiales sintéticos y el algodón son excelentes aisladores, pero pueden acumular electricidad estática, lo que es muy peligroso, especialmente cuando se trabaja con gases o sustancias inflamables, o inclusive con personas.

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FUERZAS ELECTRICAS Siempre existe una fuerza entre dos objetos cargados electricamente. Es esta fuerza, la que causa adhesión estática, es también la fuerza que mantiene juntos a los átomos y moléculas. La dirección de estas fuerzas depende de sus cargas. La regla básica de las fuerzas eléctricas es que: cargas diferentes se atraen y cargas iguales se repelen.. Figura 2. + + + - - - - + Figura 2. Atracción y repulsión de las cargas

CARGA (Q) (carga eléctrica) No tiene un definición exacta y precisa, por lo cual es mejor tener un concepto.

Carga podría definirse como el exceso o deficiencia de electrones o iones. Otros la definen como: Cantidad de electricidad contenida en un condensador.

Carga es un concepto fundamental, como masa y tiempo.

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Un material eléctricamente neutra cuando pierde electrones (e-) adquiere una carga positiva (+). Una sustancia electricamente neutra cuando gana electrones (e-) adquiere una carga negativa (-). La carga corrientemente se expresa, en unidades del Sistema Internacional, en coulombios. El Coulombio (C), es la cantidad de carga eléctrica (1 C = 6,28 x 1018 electrones) que atraviesa la sección de un conductor en 1 segundo (s) cuando la corriente (I) se mantiene constante a 1 amperio (A). 1 C = 1 A/s. En los sistemas biológicos, estas cargas se expresan en cantidades mucho más pequeñas (por ej.: microcoulombio C = 10-6 C).

Densidad de carga. Es la carga eléctrica que atraviesa por la sección del(os) electrodo(s). La densidad de carga se expresa usualmente en C/cm2.

POLARIDAD.

Es la propiedad de tener dos cargas opuestas en los polos. En cualquier sistema no-biológico, los iones libres en un conductor fluyen de un área con exceso de electrones (polaridad negativa) a un área con deficiencia de electrones (polaridad positiva). Es la característica por la cual un objeto posee propiedades opuestas. Cátodo. Es el polo negativo de un circuito eléctrico. Anodo. Es el polo positivo de un circuito eléctrico.

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CORRIENTE (I). Es el flujo de partículas con carga (electrones o iones) que

se mueven a un punto específico en una dirección determinada.

La corriente se produce por una diferencia de potencial (V). La cantidad de este flujo se llama corriente eléctrica. En el uso terapéutico de la electricidad, la corriente que fluye por los tejidos se denomina fluido de iones. La corriente se mide en amperios (A) 1 A = 1 C/s , o algebraicamente I = Q/t También se define como: Circulación de electricidad de un punto a otro. Desplazamiento de electrones o iones.

VOLTAJE (V) o FUERZA ELECTROMOTRIZ (FEM). La diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos de un campo eléctrico, es la fuerza que causa el movimiento de partículas con carga. Esta diferencia de potencial se mide en voltios (V). Diferencia de potencial entre los dos extremos de un conductor. El voltaje está directamente relacionado a la energía requerida para mover una carga de un lugar a otro. Así para mover una pequeña carga Q del punto A al punto B, el cual está cerca de una gran carga positiva,

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ambas cargas se repelarán, por lo cual se debe suministrar energía. El voltaje V entre los puntos A y B se define como la energía E, por unidad de carga necesaria para mover del punto A al B V = E/Q Si se conocen la carga y el voltaje y se quiere encontrar la energía la fórmula será E = QV El voltio requiere 1 Julio de energía para mover 1 Coulombio de carga: El voltaje es un problema eléctrico muy similar al peso en mecánica. La energía necesaria para levantar algo es proporcional al peso del objeto que se va a levantar.

POTENCIA (P).

La potencia es el producto del voltaje por la corriente.

P = VI

Es igual al voltaje (V) o la diferencia de potencial entre dos puntos del fluido de la corriente (I).. La potencia se mide en watts (W). Ejemplo: Suponga que conecta un calentador eléctrico de 1.200 W y al mismo tiempo prende una ducha de 1.000W, en una instalación de 110V, que tiene un fusible de 15 A, qué sucederá?

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Ya que p = IV, la corriente puede encontrarse de I = p/V. tenemos que p = 1.200W + 1.000W = 2.200W.

Entonces I = 2.400W / 110V = 20A Por tanto, el fusible de 15A se fundirá.

RESISTENCIA (R).

Es la propiedad de un conductor que se caracteriza por la oposición que presenta al paso de partículas con carga. La resistencia de un conductor es directamente proporcional a la resistividad (p) y la longitud (L) del conductor, e inversamente proporcional a la superficie (A) de la sección del conductor. La resistencia del conductor aumenta en la medida que aumenta la temperatura del conductor.

La resistencia se mide en ohmios (O) 1 ohmio es la unidad de resistencia la cual permite que un amperio (1 A) fluya bajo una diferencia de potencial de un voltio (1 V). La resistencia es independiente de la frecuencia (ver debajo I y K). Oposición que los cuerpos presentan al flujo de la corriente.

LEY DE OHM. La diferencia de potencial (V) a través de un resistor puro es directamente proporcional al flujo de la corriente.

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V = IR CONDUCTANCIA (G). Es la propiedad que caracteriza a un conductor para

facilitar el movimiento de las partículas cargadas a través del mismo.

La conductancia es matematicamente equivalente a la resistencia recíproca del conductor. La conductancia se mide en mhos. Conductancia (G) medida de la aptitud de una material para conducir corriente eléctrica. Es inversa a la resistencia. Mho es la unidad de conductancia, inversa del Ohm. CAPACITANCIA (C) Es la capacidad de almacenar carga. La diferencia de potencial (V) entre las terminales de un capacitor es directamente proporcional a las cargas en el capacitor. Todos los sistemas capacitativos dependen de la frecuencia. Capacitancia se expresa en Faradio (F).

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La capacitancia de 1 F requiere 1 C de carga para incrementar el potencial a 1 V. La unidad práctica de capacitancia es el microfaradio (F = 1. 10-6F)

Propiedad que tienen dos conductores separados por un material aislante de almacenar electricidad. INDUCTANCIA (L). Es la medida de las variaciones de la corriente que puede

inducir una fuerza electromotriz (V) en un circuito. La inductancia se expresa en henries (H). La inductancia en un circuito es de 1 H si 1 V es inducido en ese circuito cuando la corriente cambia a una media de 1 A/s. La inductancia no es significativa en los sistemas biológicos.

La inductancia determina variaciones de corriente retrasadas respecto a las variaciones de voltaje. IMPEDANCIA (Z). Es la oposición al flujo de la corriente eléctrica

dependiente de la frecuencia. La impedancia se mide en ohm.

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En los sistemas biológicos, la impedancia describe el promedio de voltaje de la corriente más adecuadamente que la resistencia, porque la impedancia es una medida dependiente de la frecuencia que incluye los efectos de la capacitancia, inductancia y resistencia. Como la inductancia no es significativa en los sistemas biológicos, es mejor determinar la impedancia.

Oposición total ofrecida por un circuito al flujo de una corriente alterna.