ENERGIA ELÉCTRICA

EFEITOS DA ELECTRICIDADE
ENGENHARIA BIOMÉDICA
ANO LECTIVO DE 2010-2011
FRANCISCO SAMPAIO
RESUMO












Energia eléctrica
Introdução histórica
Alguns conceitos em electricidade
Alguns mitos sobre acidentes eléctricos
Efeitos fisiológicos da corrente
Factores que influenciam os efeitos fisiológicos
Orgãos alvo da corrente eléctrica
Relâmpago
Breves noções sobre tratamento
Prognóstico
Campos eléctricos gerados no organismo
Aplicações da corrente eléctrica
PALAVRAS CHAVE
electricidade; magnetismo; electrostática;
electrodinâmica; corrente eléctrica; corrente contínua;
corrente alternada; electrocussão; electroterapia;
magnetoterapia; intensidade; potencial; resistência;
resistividade; conductibilidade; contutores; isoladores;
semi-condutores; efeito de Oersted; efeito de Joule
ENERGIA ELÉCTRICA
1.
Efeitos fisiológicos da corrente eléctrica
2.
Estudo dos campos eléctricos e
magnéticos gerados no organismo
3.
Aplicações terapêuticas da electricidade e
do magnetismo
INTRODUÇÃO HISTÓRICA
(Electricidade)





Séc. VI a.c. - Thales de Mileto
(referência ao âmbar)
1186 - Alexander Neckam
(primeira referência escrita ao magnetismo)
1269 - Pierre de Maricourt (Peregrinus)
(como construir uma máquina usando magnete natural)
1543 - George Bauer (m)
(sumariza as propriedades do âmbar)
1551 - Girolano Cardano (m)
(trabalho sobre a natureza das propriedades atractivas)
 1543 - Nicolaus Copernico (“terra move-se”)
 1583 - Giordano Bruno ( defende a teoria heliocentrica)
INTRODUÇÃO HISTÓRICA
(Electricidade)






1600 - William Gilbert (m)
( “De magnete” e usa o termo “vim electricam”)
1646 - Thomas Browne (m)
(electricidade)
1671 - Otto von Guerike
(primeira máquina electrostática)
(aperfeiçoada por Hanksbee, Bose, Wimshurst, Holltz, Van der Graaf)
1720 - Stephen Gray
(propriedade da matéria; corpos condutores e não condutores)
1733 - Charles du Fay
( electricidade - vítrea e resinosa; electrização - contacto e influência)
1759 - Symmer
(electricidade positiva e negativa)
INTRODUÇÃO HISTÓRICA
(Electricidade)






1745 - von Kleist (Camin) von Munchenbroek (Leyden)
– dispositivo – ”garrafa de Leyden” (condensador)
1746 - Abbé Nollet
– Hotel des Invalides “electrificar” doentes com “paralisias”
1751 - Pivati
– Tenta introduzir medicamentos através da aplicação da electricidade
1753 - Samuel Quelmalz (escola alemã)
– “Observations on the Medical Powers of Electricity)
– Defende a combinação da electricidade com a “boa prática médica”
1759 - John Wesley (escola inglesa)
– “The Desidratum”
– Terapêutica de várias doenças pela electricidade (até 1781 publica cinco edições)
1782 - Masas de Cazelles (escola francesa)
– “ Memoire sur l’Electricité Médicale”
– Utiliza o termo “electrização”
INTRODUÇÃO HISTÓRICA
(Electricidade)





1790 - Galvani
electricidade animal
1800 - Volta
corrente contínua (“galvânica”)
1819 - Oersted
efeito magnético da corrente
1820 - Ampère
leis do electromagnetismo
1831 - Faraday
fenómeno da indução; corrente alternada (“farádica”)
INTRODUÇÃO HISTÓRICA
(Electrocussão)

1879, França

1881, E.U.A. (Samuel Smith)

1890, E.U.A. – cadeira eléctrica (William Kemmeler)

1867 George Beard e Alphonse Rockwell*
– (“A Practical Treatise on the Medical and Surgical Uses of Electricity”)
* cadeira eléctrica (Joseph Guillotin)
INTRODUÇÃO HISTÓRICA
(Electroterapia)

Scribonius Largus (46 d.c.)
“Compositiones Medicae”

Duchene de Boulogne (1855)
“De L’electrization localisée et son
application à la physiologie, la pathologie et
la thérapeutique”
ALGUNS CONCEITOS EM
ELECTRICIDADE

Electricidade

Corrente eléctrica
ALGUNS CONCEITOS EM
ELECTRICIDADE

Corrente Contínua (DC)
ALGUNS CONCEITOS EM
ELECTRICIDADE

Corrente Alterna (AC)
ALGUNS CONCEITOS EM
ELECTRICIDADE

Potencial (Volt)
 Intensidade (Ampére)
 Resistência (Ohm)
ALGUNS CONCEITOS

1ª Lei de Ohm
V=R.I

2ª Lei de Ohm
R=
l
s

Lei de Joule
W = R . I2.t
ALGUNS MITOS SOBRE OS
ACIDENTES ELÉCTRICOS

Os acidentes eléctricos são raros.
 A voltagem é o determinante mais
importante da lesão.
 A alta voltagem é mais mortal que a baixa
voltagem.
 A extensão da lesão superficial determina a
gravidade da situação.
 A electricidade mata por lesão cardíaca.
ALGUNS DADOS EPIDEMIOLÓGICOS








1000 mortes ano devido à corrente eléctrica
Acidentes de trabalho (2ª/3ª causa de morte)
5 a 10% das admissões nas unidades de queimados
Relâmpagos causam 50 a 300 mortes/ano
Mortalidade de 5 a 15%
Alta voltagem (acidentes de trabalho – indústria eléctrica e
construção civil)
Baixa voltagem (acidentes domésticos – ½ crianças)
Baixa voltagem representa 50 a 80% das causas de morte
por corrente eléctrica.
EFEITOS FISIOLÓGICOS DA
CORRENTE ELÉCTRICA

Percepção
 Contracção muscular
 Asfixia
 Paragem respiratória
 Fibrilhação ventricular
 Queimadura
1) PERCEPÇÃO

Limiar de percepção
 Factores (área de contacto, grau de humidade da
pele, características fisiológicas do indivíduo, tipo
de corrente)
 C. Contínua (calor) C. Alterna (formigueiro)
 Grande variabilidade (0,1 e 2 mA)


Sexo masculino 1,1
Sexo feminino 0,7
2) CONTRACÇÃO
Contracção/Relaxamento – tetanização (40
a 100 Hz)
 Entre 2 e 10 mA
 Limiares diferentes com C.C e C.A.
 “tetanização” (“corrente de não largar” – 10
mA)
 “esticão”

3) ASFIXIA

Contracção tetânica dos músculos
respiratórios (diafragma, intercostais)
 Factor tempo (3 a 4 minutos) e intensidade
(10 a 50 mA)
 Possibilidade de recuperação espontânea
4) PARAGEM RESPIRATÓRIA

Factores trajecto e intensidade (50 mA)
 Irreversível
5) FIBRILHAÇÃO VENTRICULAR

Causa mais frequente de morte
 Factores intensidade (acima de 50 mA) e
tempo (mínimo de 0.2 s)
6) QUEIMADURA

Calor por efeito de Joule (electrotérmica) ou
arco eléctrico (térmica)
 Directo ou indirecto (roupas)
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Intensidade
 Tempo
 Resistência
 Voltagem
 Tipo de corrente
 Trajecto da corrente
 Tipo de contacto
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Intensidade
mA
0,1 – 2
Limiar da sensação
2 – 10
Contracçao
10
Corrente de “não largar”
10 – 50
Asfixia
acima 50
Fibrilhação
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Tempo

Factor determinante (quantidade de electricidade)
Q=I.t
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Resistência

Grande variabilidade (espessura e humidade)
100
Mucosas
1000
Pele húmida
100 000
Pele seca
1 000 000
Pele com calosidade
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS


Acidente com corrente alterna de 120 v
– Pele seca 120/100000
1 mA (nível percepção)
– Pele húmida 120/100
120 mA (nível fibrilhação)
Diferentes tecidos
(nervos/vasos/músculos/pele/tendões/gordura/osso)
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Voltagem


Alta voltagem (acima de 1000 v)
Baixa voltagem (abaixo de 1000 v)
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Tipos de corrente

Contínua
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Tipos de corrente

Alterna (Frequência)
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Trajecto da corrente
Trajecto da corrente
Mão esquerda – pé esquerdo ou
nos dois pés
Duas mãos – dois pés
Mão esquerda – mão direita
Mão direita – pé esquerdo, pé direito
ou os dois pés
Costas – mão direita
Costas – mão esquerda
Peito – mão direita
Peito – mão esquerda
Nádega – mão esuqerda, mão direita
ou as duas mãos
Factor de corrente no coração
1,0
1,0
0,4
0,8
0,3
0,7
1,3
1,5
0,7
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Tipo de contacto

Unipolar
FACTORES QUE INFLUENCIAM OS EFEITOS
FISIOLÓGICOS

Tipo de contacto

Bipolar
ORGÃOS ALVO

CORAÇÃO



Pulmão


Fibrilhação ventricular
Assistolia; taquicardia sinusal; extasistoles
ventriculares; fibrilhação auricular; bloqueios de
ramo; enfarte miocárdio
Paragem respiratória
Rim

Insuficiência renal (hemoglobinúria, mioglobinúria)
ORGÃOS ALVO

Sistema nervoso





Imediatas/tardias (até 3 anos)
Lesões corticais (encefalopatia; hemiplegia; afasia)
Lesões medulares (tetraparésia; paraparésia)
Lesões nervos periféricos (m. directo –queimadura;
m. indirecto – compressão)
Sistema nervoso autónomo (algoneurodistofia)
ORGÃOS ALVO

Sistema vascular


Pele


Tromboses venosa/arterial (amputações)
Queimadura
Outros

Cataratas
TRATAMENTO

Afastamento da corrente
 Reanimação cardio-respiratória
 Manutenção volémia (soros)
 Manutenção débito urinário
(furosemida/manitol)
 Avaliação extensão lesão
 Desbridamento tecidos necrosados
PROGNÓSTICO

Mortalidade
 Morbilidade





Sequelas cutâneas
Sequelas neurológicas
Sequelas psicológicas
Cataratas
Amputações
RELÂMPAGO

Corrente contínua







Voltagem: 3 000 000 – 200 000 000 V
Intensidade: 2000 – 3000 A
Duração:
1 a 100 ms
“Direct strike”
“Flashover”
“Side flash”
“Stride potencial”
ENERGIA ELÉCTRICA
1.
Efeitos fisiológicos da corrente eléctrica
2.
Estudo dos campos eléctricos e
magnéticos gerados no organismo
3.
Aplicações terapêuticas da electricidade e
do magnetismo
CAMPOS ELÉCTRICOS E MAGNÉTICOS GERADOS
NO ORGANISMO

EMG
 ECG
 EEG
 ERG
 EOG
 MCG
 MEG
:
:
:
:
:
:
:
Electomiograma
Electrocardiograma
Electroencefalograma
Electroretinograma
Electroculograma
Magnetocardiograma
Magnetoencefalograma
ELECTROTERAPIA
Utilização
da
energia
eléctrica,
directamente sobre o organismo humano,
com objectivos terapêuticos
ELECTROTERAPIA

Acção analgésica (TENS)

Acção excito-motora

Introdução de substâncias através da pele
(iontoforese)
IONTOFORESE
DEFINIÇÃO
“introdução de medicamentos através da pele, por
ionização, mediante aplicação de uma corrente eléctrica
contínua”
• medicamentos ?
• ionização?
• corrente contínua?
“técnica não invasiva que usa habitualmente corrente
contínua de baixa intensidade (5 mA), para de forma
controlada aumentar a penetração através da pele”
FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

corrente contínua determina efeitos polares

iões são repelidos por eléctrodos de igual sinal

a ionização permite a algumas moléculas ultrapassar a
barreira da pele
MODELOS EXPERIMENTAIS

Chatzky (modelo vegetal)
iodeto de potássio

Labatut (modelo animal “in vitro”)
cloreto de lítio

Leduc (modelo animal “in vivo”)
cianeto de potássio e sulfato de estricnina
MODELOS EXPERIMENTAIS

Chatzky (modelo vegetal)
iodeto de potássio
MODELOS EXPERIMENTAIS

Labatut (modelo animal “in vitro”)
cloreto de lítio
MODELOS EXPERIMENTAIS

Leduc (modelo animal “in vivo”)
cianeto de potássio e sulfato de estricnina
REFERÊNCIA HISTÓRICA


1747 - Pivati
1883 - Fabre - Palapart
1900 - Leduc

1936 - Ishihashi (hiperidrose)

“Effect of drugs on the sweat glands by cataphoresis an effective method for
supression of local sweating”
J. Orient Med. 25: 101; 1936

1959 - Gibson e Cooke (fibrose quística)
“A test for concentration of electrolytes in sweat in cystic fibrosis of the
pancreas utilising pilocarpine by ionthoporesis”
Pediatrics 23: 545-549; 1959
TERAPÊUTICA TRANSDÉRMICA
PENETRAÇÃO DOS FÁRMACOS
 estrato córneo
 folículos pilosos e glândulas sebáceas
 glândulas sudoríparas
TERAPÊUTICA TRANSDÉRMICA
VANTAGENS
 Ultrapassar o tracto gastro-intestinal, diminui:
– Irritação gástrica
– Variações de absorção
– Acções enzimáticas
– Metabolização (efeito de primeira passagem hepática)

Administração de forma mais constante, permite:
– Evitar os picos de concentração
– Utilização de fármacos de semi-vida curta
– Suspensão terapêutica mais rápida

Comodidade posológica
TERAPÊUTICA TRANSDÉRMICA
FORMAS DE MELHORAR A ABSORÇÃO
 Substâncias que aumentem a absorção
 Outras formas de energia:
– Iontoforese
– Fonoforese
– Electroporation – (100-1000 V/cm2; seg – mseg)
* Iontoforese reversa
PRINCÍPIOS BIOFÍSICOS

Leis de Faraday
– Maior tempo de aplicação
– Maior amplitude da corrente

Factores limitativos
– Dose máxima (1 a 80 -100 mA/min)
– Densidade da corrente (0,5 mA/cm2 – cátodo; 1 mA/cm2 – ânodo)

Mecanismos de penetração
– Difusão passiva
– Electrorrepulsão
– Electrosmose
– Permeabilidade
.
EFEITOS DA CORRENTE
CONTÍNUA
POLARES
INTERPOLARES
A DISTÂNCIA
EFEITOS POLARES
POLO POSITIVO
- repulsão de iões +
- atracção de iões negativos (anaforese)
- libertação de oxigénio
- reacção ácida (ácido clorídrico) – “coagulação dos tecidos”
- redução da excitabilidade neuronal
- vasoconstrição
POLO NEGATIVO
- repulsão de iões - atracção de iões positivos (cataforese)
- libertação de hidrogénio
- reacção alcalina (hidróxido de sódio) - “liquefacção dos tecidos”
- aumento da excitabilidade neuronal
- vasodilatação
I
EFEITOS INTERPOLARES (ex: banho galvânico)
-
efeitos térmicos pouco significativos
acção vasomotora
diminuição da estase
reabsorção de edemas
EFEITOS A DISTÂNCIA
- libertação de ACTH (?)
- libertação de endorfinas (?)
EQUIPAMENTO





gerador de corrente contínua
cabos de conexão
electrodos (activo e dispersivo)
material acoplador (esponja, feltro, etc.)
solução ( solvente + soluto ionizável)
FACTORES INTERVENIENTES

Factores operacionais
– 1. composição da solução
– 2. propriedades físico-químicas
– 3. condições experimentais

Factores biológicos
– variabilidade intra e interindividual
– fluxo sanguíneo regional
– pH da pele
– condições da pele
FACTORES INTERVENIENTES

1. composição da solução
-

2. propriedades físico-químicas
-

concentração
pH
força iónica
presença de co-iões
tamanho da molécula
carga
polaridade
peso molecular
3. condições experimentais
-
densidade da corrente
duração do tratamento
tipos (material) de eléctrodos
polaridade dos eléctrodos
DOSIMETRIA






nome da substância
polaridade
concentração da solução
volume da solução
área dos eléctrodos (activo e dispersivo)
dosagem
ex: ácido acético / - / 4%/ 6cc/ A - 8cm2, D – 4 cm2/ 80 mA. min (4mA/20 min)
INDICAÇÕES

por fármaco

por patologia
* vários níveis de evidência científica
CONTRA - INDICAÇÕES

Absolutas
– Alergia
– Toxicidade

Relativas
– Lesões cutâneas
– Alterações da sensibilidade
– Implantes electrónicos
– Material inflamável
TENS
CLASSIFICAÇÃO
PARÂMETROS

INTENSIDADE

DURAÇÃO

FORMA

POLARIDADE

FREQUÊNCIA
TENS
(Transcutaneos Electrical Nerve Stimulation)
PRINCÍPIO
- Utilização da corrente eléctrica com o objectivo de
provocar analgesia
- Teoria “ Gate Control “ (estimulação dos receptores
não nociceptivos - A-beta - inibição medular)
- Libertação de endorfinas