Efectul Joule-Lenz in Medicina
Student:Totan Nicolae Alin Grupa:1031 B
Introducere
Efectul termin, denumit și efectul Joule-Lenz, este reprezentat de fenomenul disipării căldurii într -un conductor atunci când acesta este traversat de un curent electric. Acest fenomen este datorat interacțiunii sarcinilor purtatore de curent, electronii, cu atomii conductorului, ce opun rezistență înaintării sarcinilor. Din interacțiunea lor, electronii cedează energie cinetică atomilor, marind astfel agitația termică în masa conductrului. Cu alte cuvinte, căldura degajata într -un interval de timp, când un conductor este traversat de un curent electric, de intensitate I, este proporțională cu pătratul intensității curentului electric, cu rezistența electrica și cu intervalul de timp considerat.
Legea se poate exprima: Q=I2*R*t
Q - cîldură degajată , [J]
I - intensitatea curentului electric [A]
R – rezistivitate electrică[Ohm]
t – timp [s]
In medicina Efectul Joule-Lenz este prezent la interventia a mai multor aparate :
Defibrilatorul Cardiac Defibrilarea este o tehnica de restabilire a ritmului cardiac normal
prin aplicarea unui impuls de înalta tensiune si timp scurt miocardului. Defibrilatorul foloseste
curentul de descarcare a unui condensator între
doi electrozi aplicati pe toracele pacientului .
Când este necesara
corectarea unor aritmii, socul electric este sincronizat cu unda R, tehnica numindu-se cardioversie.
La închiderea contactului 1, C se încarca pâna la U C de la un redresor de înalta tensiune, apoi 1 se deschide. La o comanda (manuala
sau sincronizata) contactele 2a si 2b
se închid, ceea ce descarca C pe
electrozii E D. Energia condensatorului este E C = (1/2)CU C2 . Forma de unda Lown a curentului de defibrilare depinde de parametrii electrici ai circuitului (C, L, Rin , R p ).(fig1)
(fig1)Principiul Defribilatorului cardiac explicat mai sus
Fibrilaţia ventriculară este rezultatul depolarizărilor necontrolate localizate în muşchiul cardiac. Acest proces afectează activitatea de pompare a sângelui de către inimă. Deoarece în această situaţie după 3 minute se produc distrugeri ireparabile ale creierului şi moartea, este obligatorie intervenţia de urgenţă în vederea restabilirii funcţiei cardiace. Instalarea fibrilaţiei ventriculare apare datorită unor medicamente, tromboză coronariană, dereglări electrolitice sau electroşocuri la curenţi de frecvenţa reţelei. Tratamentul acestei afecţiuni se face prin depolarizarea în totalitate şi sincron a muşchiului cardiac . În urma depolarizări, nodurile Sino-Atrial şi Atrio Ventricular trebuie să îşi reia funcţia de pacemaker şi să restabilească ritmul normal al inimii . Metoda cea mai sigurăşi mai eficace de a opri fibrilaţia ventriculară constă în a trece un puls de curent de scurtă durată prin ventricule . Acest lucru poate fi realizat fie pri n aplicarea electrozilor direct pe inimă, fie cel mai adesea prin plasarea electrozilor pe pieptul pacientului
Defibrilarea se defineste ca fiind procesul electric de transmitere a unui curent prin electrozi spre muschiul cardiac al pacientului in scopul restabilirii ritmului cardiac. Acest curent se poate aplica;
direct pe muschiul cardiac – curenti de valoare mica, metode chirurgical invazive; transtoracic – metode neinvazive care necesita in schimb curenti relativ
mari.
(fig2)
Electrochirugie cu bisturiu electronic Funcţia de bisturiu electronic este realizată de curenţi de înaltă frecvenţă, care distrug ţesuturile prin efect termic local. T ăierea (electrotomia), coagularea, cauterizarea şi uscarea se obţin folosind frecvenţe de 250 kHz…4 MHz, care dezvoltă o energie termic ă W dată de forma locală a legii JouleLenz:
W=tJ
2
.
În formula de mai sus J este densitatea de curent,
- rezistivitatea
ţesutului şi t - timpul. Principiul electrochirurgiei este prezentat în Figura 3, în care: (a) sistem monopolar cu electrod neutru; (b) sistem monopolar f ăr ă electrod neutru; (c) coagulare bipolar ă. În figur ă, 1 este ţesutul, 2 - electrodul activ, 3 - electrodul neutru, 4 - piesă auxiliar ă
având comutatorul modului de lucru, 5 - capacitate
parazită, 6 - generator de înaltă frecvenţă, 7 -
vas de sânge, 8 - pensetă bipolar ă.
Electrodul activ este realizat din cauciuc conductor sau o ţel inoxidabil şi el poate avea formă de cuţit, scalpel, sfer ă, ac sau buclă. Practic, încălzirea lichidului celular produce un şir de microexplozii care determină tăierea
ţesutului. Adâncimea şi durata tăierii depind de puterea
semnalului, iar coagularea de puterea şi gradul de modula ţie al semnalului de coagulare.
(fig3) Electrochirurgie
Figura 4 prezintă semnalele folosite: (a) t ăiere f ăr ă coagulare ( f =350 kHz); (b) tăiere cu grad variabil de coagulare; (c) coagulare monopolar ă; (d) coagulare bipolar ă ( f =700 kHz).
(fig4)Semnale pentru electrochirurgie
Aparatele de electrochirurgie pot fi de putere mic ă (< 50 W), medie
(50…150 W) sau mare (150…400 W). Un astfel de aparat de producţie indigenă este prezentat în Figura 5
(fig5)Aparat pentru microelectrochirurgie
Electrocardiograma
Electrocardiograma reprezinta activitatea de contractie si relaxare a inimii si poate fi inregistrata relativ usor cu ajutorul unor electrozi plasasti la suprafata corpului pe membre si pe piept.
Bibliografie:
Hariton Costin-Electronica medicala
Alimpie Ignea-Compatibilitatea electromagnetica in medicina