Efecto Fisiológico de la Corriente Eléctrica

Para que circule corriente por el cuerpo humano deben existir al menos dos conexiones entre el cuerpo y una fuente de tensión externa. La mayor parte de los tejidos del cuerpo tienen un elevado porcentaje de agua, por lo que su resistencia eléctrica es baja y pueden considerarse como un buen conductor.

Impedancia del Cuerpo Humano

• La impedancia de la piel (epidermis) oscila entre 200 kΩ y 1 MΩ (con valores mínimos de 15 kΩ).
• La resistencia de los tejidos internos o de las capas internas de la piel (dermis) presenta valores menores de 500 Ω.

Factores que Determinan el Daño

Los efectos que provoca la corriente en el cuerpo dependen de varios factores:

1. Magnitud de la corriente que atraviesa el tejido.
2. Frecuencia de la corriente.
3. Tiempo de exposición a la corriente eléctrica.
4. Zona del cuerpo afectada (superficie o tejido interno).

La gravedad del daño dependerá fundamentalmente del órgano afectado.

Formas de Afectación Tisular

La corriente afecta al tejido de tres formas principales:

1. Excitación eléctrica de los tejidos excitables: Provoca sensaciones como “hormigueo” o “escozor”.
2. Incremento de la temperatura del tejido: Debido a la resistencia ($R$) que presenta y la energía disipada por el mismo.
3. Lesiones por quemaduras: Si el incremento de temperatura es elevado, puede provocar quemaduras.

Umbrales de Efectos Fisiológicos

Umbral o Nivel de Percepción

Es la intensidad mínima de corriente que el ser humano es capaz de detectar. Este valor varía en función del sujeto y de las condiciones de medida:

• Oscila entre 10 µA y 0.5 mA para valores eficaces de corriente alterna a 50 Hz.
• Oscila entre 2 mA y 10 mA para corriente continua.

Corriente de Pérdida del Control Motor

A niveles superiores de corriente, los nervios y músculos pueden excitarse, provocando contracciones que pueden llegar a ser dolorosas y ocasionando una pérdida del control motor. Los valores de corriente que producen esta pérdida oscilan entre 6 mA y 16 mA.

Parálisis Respiratoria, Dolor y Fatiga

A valores más elevados de corriente, entre 18 mA y 22 mA, aparecen contracciones involuntarias de los músculos respiratorios, provocando situaciones de asfixia si la corriente no se interrumpe. Las contracciones musculares involuntarias fuertes y la estimulación nerviosa pueden provocar dolores y causar fatiga si la exposición es prolongada.

Fibrilación Ventricular

Corrientes mayores originan la pérdida de sincronismo de las diferentes fibras que constituyen el músculo cardíaco. Una vez desincronizada la actividad ventricular, el proceso no se detiene aunque desaparezca la causa que lo provocó. El corazón deja de funcionar como bomba, ocasionando una parada en la circulación sanguínea y la muerte súbita si no se consigue la reversión inmediata. El nivel de corriente que puede producir fibrilación varía entre 75 mA y 400 mA.

Contracción del Miocardio Sostenida

El músculo entero del corazón se contrae. El corazón deja de latir mientras la corriente se aplica; cuando esta cesa, vuelve el ritmo normal. Este efecto oscila entre 1 A y 6 A.

Daños Físicos y Quemaduras

Cuando la corriente excede de 10 A, la resistencia que ofrece el cuerpo humano causa quemaduras, principalmente sobre la piel y en los puntos de entrada de la corriente, puesto que la potencia disipada es mayor donde la resistencia de la piel es elevada.

Tipos de Choque Eléctrico

Macroshock

Está relacionado con la circulación de corriente en la superficie corporal.

Microshock

Se refiere a aquellos casos en los que, al tener un catéter conectado al corazón, se aplican corrientes que producen fibrilación. El rango es de 80 a 600 µA, siendo el límite de seguridad de 10 µA.

Estrategias de Seguridad Eléctrica en Entornos Clínicos

Medidas para Aumentar la Seguridad

La seguridad se incrementa mediante:

• El control de las tomas de potencia o de corriente.
• La correcta conexión a tierra en el entorno del paciente.

Sistemas Aislados

Se requieren sistemas que aíslen eléctricamente la red eléctrica del paciente y, de esta forma, se rompa el bucle de corriente, minimizando los peligros de descarga por medio de un transformador.

Contacto de Toma de Tierra

La conexión a tierra del equipo en el enchufe de pared busca reducir el peligro de macroshock por toque accidental del equipo (chasis conectado a tierra).

Reducción del Riesgo de Microshock

Para reducir el riesgo de microshock es fundamental aislar eléctricamente al paciente para que no exista un camino de cierre de la corriente a tierra a través del sujeto. Esto se logra mediante:

1. Sistemas de aislamiento a la entrada de equipos de medida.
2. Utilizar equipos con entrada aislada y, al mismo tiempo, conectar todas las partes metálicas de los diversos aparatos y accesorios a tierra.

Los equipos alimentados a baterías también deben tener todas sus partes metálicas externas (chasis) unidas a tierra.

Causas de Fallos en Circuitos Eléctricos

Los fallos pueden deberse a:

1. Defecto o rotura del conductor de puesta a tierra.
2. Equipos conectados a diferentes potenciales de masas.
3. Acoplamiento capacitivo en sistemas de alimentación aislados.

Clasificación de los Equipos Biomédicos en Relación con la Seguridad

1. Según la Protección Utilizada

• Clase I: Equipos en los que la protección no se obtiene solo del aislamiento básico, sino que se incluyen precauciones auxiliares, disponiendo de una conexión permanente de las partes conductoras accesibles al conductor de tierra, para que no puedan estar a tensión elevada en caso de fallo de aislamiento.
• Clase II: Aquellos en los que la protección no recae solo sobre el aislamiento básico, sino que se dispone de un doble aislamiento o aislamiento reforzado, no existiendo provisión de una puesta a tierra de seguridad. Existen tres tipos generales: los que incorporan una cubierta aislante, los de cubierta metálica y los mixtos.
• Clase III: Aquellos equipos en los que la protección se basa en alimentar a tensiones muy bajas de seguridad, no generándose tensiones mayores que esta en el equipo.

2. Según el Nivel de Protección

• Tipos B: Son todos aquellos equipos de las clases I, II, III o con alimentación interna que proveen un adecuado grado de protección respecto a corrientes de fuga y fiabilidad de la conexión a tierra.
• Tipo BF: Aquellos de tipo B con la entrada o parte aplicada al paciente mediante circuitos flotantes. Incluye todos aquellos equipos que tengan una parte aplicada al paciente.
• Tipo CF: Aquellos equipos de las clases I, II o alimentados internamente que permiten un alto grado de protección en relación con corrientes de fuga y con entrada flotante. Incluye todos aquellos en los que se pueda establecer un camino directo al corazón del paciente.
• Tipo H: Aquellos de las clases I, II, III o alimentados internamente que proveen protección frente a descargas eléctricas comparable a la obtenida en los electrodomésticos.

Principios de Diseño y Precauciones

Tipos de Precauciones, Límites y Diseño

1. Principio de Aislamiento del Paciente: Tiene como objeto evitar que se pueda cerrar cualquier lazo de corriente a través del paciente, manteniéndolo completamente aislado.
2. Principio de Equipotencialidad: Tiene como objetivo que los equipos que pueden entrar en contacto con el paciente no puedan tener una diferencia de potencial entre masas superior a 40 mV en las zonas de cuidados o 500 mV en las áreas generales.

Cubiertas y Protecciones

Se deberá construir de forma que exista una protección adecuada contra el contacto accidental con las partes sometidas a tensión, sin necesidad de herramientas para acceder a ellas.

Puesta a Tierra y Equipotencialidad

• No utilizar extensiones del cable de alimentación, ya que se puede aumentar la resistencia del tercer electrodo.
• Las medidas de seguridad aseguran, en primer lugar, que no puedan existir diferencias de potencial entre los objetos que pueden entrar en contacto con el paciente y que estos no puedan entrar en contacto con ningún objeto puesto a masa o conductor.
• Se toman medidas para reducir las corrientes de fuga por debajo de 10 µA para disminuir el riesgo de microshock en el caso de que algún equipo perdiese la integridad de la masa o puesta a tierra.
• Es imperativo emplear un sistema de masas equipotenciales en todas las zonas donde haya pacientes susceptibles a la electricidad.

Corrientes de Fuga

Se definen varios tipos de corrientes de fuga:

• a) Corriente de fuga a tierra: Es la corriente que se mide a través del conductor de protección o puesta a tierra desde la red.
• b) Corriente de fugas del chasis: Es la que fluye del chasis a través de un camino conductor a tierra u otra parte del chasis, pero no por el conductor de protección.
• c) Corriente de fugas del paciente: Es la que fluye de una parte aplicada del equipo al paciente a través de aquel a tierra, o de otro conductor a través del paciente a un equipo flotante.
• d) Corriente auxiliar del paciente: Es la que fluye a través del paciente entre aparatos aplicados en funcionamiento normal sin intentar producir efectos fisiológicos.
• e) Corriente funcional del paciente: Es la que fluye a través del paciente entre aparatos aplicados en funcionamiento normal intentando conseguir un efecto fisiológico, como por ejemplo en el caso de utilización de un electrobisturí.

Instrumentación para Pruebas de Seguridad Eléctrica

Analizadores de Seguridad Eléctrica

Se utilizan para testear y comprobar los equipos de los servicios médicos. Estos equipos abarcan desde detectores de continuidad hasta detectores de aislamiento.

• Detectores de continuidad: Detectan posibles cortocircuitos entre cables al mismo tiempo que miden que exista un camino físico entre dos puntos de un equipo.
• Detectores de aislamiento: Se emplean para verificar el aislamiento de la alimentación de los equipos médicos, normalmente aislada de la red por medio de un transformador de aislamiento.
• Interruptores de fallo de puesta a tierra (GFCI/RCD): Sensa la diferencia entre las dos corrientes que circulan por los conductores e interrumpe la alimentación cuando esta diferencia, que se debe derivar a masa, supera un cierto rango.

Test de Seguridad de Equipos Electromédicos e Instalaciones

Consideraciones Generales

Los sistemas de comprobación deben considerar la seguridad de los pacientes y del resto de usuarios o personal que puede entrar en contacto con ellos.

Comprobación de Enchufes

Los enchufes deben tener una conexión adecuada y poseer los valores de tensión para los que se han diseñado. Deben constar de tres terminales (activo, neutro y masa).

Resistencia de Tierra

Consiste en hacer circular por el terminal de tierra una corriente elevada (1 A) y comprobar la tensión entre tierra y el neutro. La resistencia obtenida en cualquier caso debe ser inferior a 0.2 Ω.

Pruebas de Seguridad en Equipos

Resistencia Fin de Tierra – Chasis del Equipo

La resistencia entre la tierra del enchufe y el chasis del equipo o cualquier punto metálico externo no debe superar 0.15 Ω.

Corrientes de Fuga del Chasis

Las corrientes de fuga del chasis deben ser inferiores a 500 µA en equipos que no tengan contacto con los pacientes e inferiores a 100 µA en los que sí tengan contacto.