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19.6: La electricidad en el mundo

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    objetivos de aprendizaje

    • Identificar factores que determinan la letalidad de una descarga eléctrica

    Se conocen dos categorías de peligros eléctricos: peligros térmicos y riesgos de choque. Un peligro térmico es cuando la energía eléctrica excesiva causa efectos térmicos no deseados, como iniciar un incendio en la pared de una casa. Un peligro de choque ocurre cuando la corriente eléctrica pasa a través de una persona. Los choques varían en severidad desde dolorosos pero inofensivos hasta letales que paran el corazón.

    Peligros térmicos

    La energía eléctrica causa efectos de calentamiento no deseados siempre que la energía eléctrica se convierte en energía térmica a un ritmo más rápido de lo que puede disiparse de manera segura. Un ejemplo clásico de esto es el cortocircuito, mostrado en. Un cortocircuito es una trayectoria de baja resistencia entre los terminales de una fuente de voltaje. El aislamiento en los cables del aparato se ha desgastado, lo que permite que los dos cables entren en contacto. Tal contacto indeseado con un alto voltaje se llama cortocircuito. Dado que la resistencia del corto, r, es muy pequeña, la potencia disipada en el corto, P = V 2/r, es muy grande. Por ejemplo, si V es 120 V y r es 0.100 Ω, entonces la potencia es de 144 kW, mucho mayor que la utilizada por un electrodoméstico típico. La energía térmica entregada a este ritmo elevará muy rápidamente la temperatura de los materiales circundantes, fundiéndolos o quizás encendiéndolos.

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    Cortocircuito: Un cortocircuito es una trayectoria no deseada de baja resistencia a través de una fuente de voltaje. (a) El aislamiento desgastado en los cables de una tostadora les permite entrar en contacto con una baja resistencia r. Dado que P = V2/r, la potencia térmica se crea tan rápidamente que el cable se funde o quema. (b) Un esquema del cortocircuito.

    Se puede crear un peligro térmico incluso cuando un cortocircuito no está presente si los cables de un circuito están sobrecargados con demasiada corriente. La potencia disipada en los cables de alimentación es P = I 2 R w, donde R w es la resistencia de los cables y I la corriente que fluye a través de ellos. Si ya sea I o R w es demasiado grande, los cables se sobrecalientan. Los peligros térmicos pueden causar quemaduras moderadas a graves a quienes entran en contacto con el aparato o circuito afectado.

    Peligros de choque

    La descarga eléctrica ocurre al contacto de una parte del cuerpo con cualquier fuente de electricidad que cause una corriente suficiente a través de la piel, los músculos o el cabello. Por lo general, la expresión se usa para describir una exposición perjudicial a la electricidad.La corriente mínima que un humano puede sentir depende del tipo de corriente (CA o CC) y la frecuencia. Una persona puede sentir al menos 1 mA (rms) de corriente CA a 60 Hz y al menos 5 mA de corriente CC. La corriente puede, si es lo suficientemente alta, provocar daño tisular o fibrilación, lo que lleva a un paro cardíaco. 60 mA de CA (rms, 60 Hz) o 300-500 mA de CC pueden provocar fibrilación.La gravedad potencial del choque depende de las trayectorias a través del cuerpo que tomen las corrientes. Si se establece un circuito eléctrico por electrodos introducidos en el cuerpo, evitando la piel, entonces el potencial de letalidad es mucho mayor si se establece un circuito a través del corazón. Esto se conoce como microshock. Corrientes de solo 10 µA pueden ser suficientes para provocar fibrilación en este caso.

    Una posibilidad muy peligrosa es el efecto “no puedo dejar ir” ilustrado en. Los músculos que cierran los dedos son más fuertes que los que los abren, por lo que la mano se cierra involuntariamente alrededor del alambre impactándolo. Esto puede prolongar el choque indefinidamente. También puede ser un peligro para una persona que intenta rescatar a la víctima, porque la mano del rescatador puede cerrarse alrededor de la muñeca de la víctima. Por lo general, la mejor manera de ayudar a la víctima es darle al puño un duro golpe con un aislante o lanzarle un aislante al puño.

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    Choque Eléctrico y Contracciones Musculares: Una corriente eléctrica puede provocar contracciones musculares con efectos variables. a) La víctima es “arrojada” hacia atrás por contracciones musculares involuntarias que extienden las piernas y el torso. b) La víctima no puede soltar el alambre que está estimulando todos los músculos de la mano. Los que cierran los dedos son más fuertes que los que los abren.

    Factores en la letalidad de la descarga eléctrica

    La letalidad de una descarga eléctrica depende de varias variables:

    • Corriente: Cuanto mayor sea la corriente, más probable es que sea letal. Dado que la corriente es proporcional al voltaje cuando la resistencia es fija (ley de Ohm), la alta tensión es un riesgo indirecto para producir corrientes más altas.
    • Duración: Cuanto mayor sea la duración, más probable es que sea letal; los interruptores de seguridad pueden limitar el tiempo de flujo de corriente.
    • Vía: Si la corriente fluye a través del músculo cardíaco, es más probable que sea letal.
    • Voltaje muy alto (más de aproximadamente 600 voltios): Esto plantea un riesgo adicional más allá de la simple capacidad del alto voltaje para causar alta corriente a una resistencia fija. Un voltaje muy alto, suficiente para provocar quemaduras, provocará una ruptura dieléctrica en la piel, en realidad bajando la resistencia total del cuerpo y, en última instancia, provocando una corriente aún mayor que cuando se aplicó el voltaje por primera vez. El contacto con voltajes superiores a 600 voltios puede causar suficiente ardor en la piel para disminuir la resistencia total de una trayectoria a través del cuerpo a 500 ohmios o menos.
    • Frecuencia: La corriente eléctrica de muy alta frecuencia provoca quemaduras en los tejidos pero no penetra en el cuerpo lo suficiente como para provocar un paro cardíaco.

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    Advertencia de Alto Voltaje: Símbolo internacional de seguridad “Precaución, riesgo de descarga eléctrica” (ISO 3864), también conocido como símbolo de alto voltaje

    Conducción Nerviosa y Electrocardiogramas

    Los pulsos de voltaje a lo largo de una membrana celular, llamados potenciales de acción, nos permiten sentir el mundo, controlar partes de nuestro cuerpo y pensar.

    objetivos de aprendizaje

    • Explicar el propósito del electrocardiograma e identificar las funciones que realizan las corrientes eléctricas en el sistema nervioso

    Conducción Nerviosa y Electrocardiogramas

    Conducción Nerviosa

    Las corrientes eléctricas en el complejo sistema de nervios de nuestro cuerpo nos permiten sentir el mundo, controlar partes de nuestro cuerpo y pensar. Hay tres funciones principales de los nervios. En primer lugar, los nervios llevan mensajes desde nuestros órganos sensoriales al sistema nervioso central, que consiste en el cerebro y la médula espinal. Segundo, los nervios llevan mensajes desde el sistema nervioso central a los músculos y otros órganos. Tercero, los nervios transmiten y procesan señales dentro del sistema nervioso central.

    La conducción nerviosa es un término general para las señales eléctricas transportadas por las células nerviosas. Se crea un voltaje a través de la membrana celular de una neurona en su estado de reposo. Esta membrana separa fluidos eléctricamente neutros que tienen diferentes concentraciones de iones, siendo las variedades más importantes Na +, K + y Cl − (estos son iones de sodio, potasio y cloro). Los iones libres se difundirán de una región de alta concentración a una de baja concentración. La membrana celular es semipermeable, lo que significa que algunos iones pueden cruzarla mientras que otros no. En su estado de reposo, la membrana celular es permeable a K + y Cl −, e impermeable a Na +. La difusión de K + y Cl − crea así las capas de carga positiva y negativa en el exterior y el interior de la membrana, y la fuerza de Coulomb evita que los iones se difundan en su totalidad.

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    Creación de un Voltaje a Través de una Membrana Celular: La membrana semipermeable de una célula tiene diferentes concentraciones de iones por dentro y por fuera. La difusión mueve los iones K+ y Cl- en la dirección mostrada, hasta que la fuerza de Coulomb detiene la transferencia adicional. Esto da como resultado una capa de carga positiva en el exterior, una capa de carga negativa en el interior y, por lo tanto, un voltaje a través de la membrana celular. La membrana es normalmente impermeable al Na+.

    Una vez que la capa de carga se ha acumulado, la repulsión de cargas similares evita que más se muevan a través, y la atracción de cargas diferentes evita que más salgan de ambos lados. El resultado son dos capas de carga justo sobre la membrana, siendo la difusión equilibrada por la fuerza de Coulomb. Una pequeña fracción de las cargas se mueven y los fluidos permanecen neutros, mientras que se ha creado una separación de carga y un voltaje a través de la membrana. Las corrientes eléctricas a lo largo de la membrana celular son creadas por cualquier estímulo que cambie la permeabilidad de la membrana. Por lo tanto, la membrana se vuelve permeable temporalmente a Na +, que luego se precipita, impulsada tanto por la difusión como por la fuerza de Coulomb. Esta irrupción de Na+ primero neutraliza la membrana interna (llamada despolarización), y luego la hace ligeramente positiva. La despolarización hace que la membrana vuelva a ser impermeable al Na +, y el movimiento de K + devuelve rápidamente a la célula a su potencial de reposo, denominado repolarización. Esta secuencia de eventos da como resultado un pulso de voltaje, llamado el potencial de acción y se muestra en.

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    Los canales de voltaje son críticos en la generación de un potencial de acción: Arriba: la vista de un potencial de acción idealizado muestra sus diversas fases a medida que el potencial de acción pasa por un punto en una membrana celular. Abajo: Las grabaciones de potenciales de acción a menudo se distorsionan en comparación con la vista esquemática debido a las variaciones en las técnicas electrofisiológicas utilizadas para realizar la grabación.

    Solo pequeñas fracciones de los iones se mueven, de modo que la célula puede disparar cientos de veces sin agotar el exceso de concentraciones de Na+ y K+. Este es un ejemplo de transporte activo, en el que la energía celular se usa para mover iones a través de membranas contra gradientes de difusión y la fuerza de Coulomb. El potencial de acción es un pulso de voltaje en una ubicación en una membrana celular.

    ¿Cómo se transmite a lo largo de la membrana celular como impulso nervioso? Los cambios de voltaje y campos eléctricos afectan la permeabilidad de la membrana celular adyacente, de manera que allí se realiza el mismo proceso. La membrana adyacente se despolariza, afectando a la membrana más abajo, y así sucesivamente. Así, el potencial de acción estimulado en una ubicación desencadena un impulso nervioso que se mueve lentamente (aproximadamente 1 m/s) a lo largo de la membrana celular.

    Electrocardiogramas

    Así como los impulsos nerviosos se transmiten por despolarización y repolarización de una membrana adyacente, la despolarización que provoca la contracción muscular también puede estimular a las células musculares adyacentes a despolarizarse (disparar) y contraerse. Así, una onda de despolarización puede ser enviada a través del corazón, coordinando sus contracciones rítmicas y permitiéndole realizar su función vital de propulsar la sangre a través del sistema circulatorio. Un electrocardiograma (ECG) es un registro de los voltajes creados por la onda de despolarización (y posterior repolarización) en el corazón. Históricamente, los ECG se realizaron colocando electrodos en los brazos izquierdo y derecho y la pierna izquierda. El voltaje entre el brazo derecho y la pierna izquierda se denomina potencial de plomo II y es un indicador de la función del músculo cardíaco.

    muestra un ECG del potencial de la derivación II y una gráfica de otros eventos importantes durante el ciclo cardíaco. Las características principales están etiquetadas como P, Q, R, S y T. La onda P es generada por la despolarización y contracción de las aurículas a medida que bombean sangre hacia los ventrículos. El complejo QRS tiene una forma característica y lapso de tiempo, y es creado por la despolarización de los ventrículos a medida que bombean sangre al cuerpo. La señal QRS de plomo II también enmascara la repolarización de las aurículas. Finalmente, la onda T es generada por la repolarización de los ventrículos y es seguida por la onda P en el siguiente latido del corazón. La presión arterial varía con cada parte del latido del corazón, con la presión sistólica (máxima) que ocurre de cerca después del complejo QRS, lo que indica la contracción de los ventrículos.

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    Curva ECG: Curva de ECG normal sincronizada con otros eventos importantes durante el ciclo cardiaco.

    Actividad eléctrica en el corazón

    La energía eléctrica que estimula el corazón ocurre en el nódulo sinoauricular, el marcapasos del corazón, y es transmitida parcialmente por las fibras de Perkinje.

    objetivos de aprendizaje

    • Identificar parte del corazón que actúa como marcapasos

    Actividad eléctrica en el corazón

    El corazón humano proporciona circulación sanguínea continua a través del ciclo cardíaco y, como era de esperar, es uno de los órganos más vitales del cuerpo humano. El corazón se divide en cuatro cámaras principales: las dos cámaras superiores se llaman aurículas izquierda y derecha (aurícula singular) y dos cámaras inferiores se denominan ventrículos derecho e izquierdo. Como se puede observar en, hay una gruesa pared de músculo que separa el lado derecho y el lado izquierdo del corazón llamado tabique. Normalmente con cada latido el ventrículo derecho bombea la misma cantidad de sangre a los pulmones que el ventrículo izquierdo bombea hacia el cuerpo. Los médicos comúnmente se refieren a la aurícula derecha y al ventrículo derecho juntos como el corazón derecho y a la aurícula izquierda y al ventrículo izquierdo como el corazón izquierdo.

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    Estructura del corazón: Diagrama estructural de una sección coronal del corazón humano desde una vista anterior. Las dos cámaras más grandes son los ventrículos.

    La energía eléctrica que estimula el corazón ocurre en el nódulo sinoauricular, que produce un potencial definido y luego se descarga, enviando un impulso a través de las aurículas. En las aurículas la señal eléctrica se mueve de célula a célula (ver sección sobre conducción nerviosa y el electrocardiograma) mientras que en los ventrículos la señal es transportada por tejido especializado llamado las fibras de Purkinje que luego transmiten la carga eléctrica al miocardio. muestra la conducción cardíaca aislada sistema.

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    Sistema de Conducción del Corazón: Sistema de conducción cardíaca aislada, mostrando las fibras sinoatriales y Purkinje.

    El papel del nodo sinotrial como marcapasos

    El nódulo sinoauricular (también comúnmente deletreado nódulo sinuatrial) es el tejido generador de impulsos (marcapasos) ubicado en la aurícula derecha del corazón: es decir, generador de ritmo sinusal normal. Se trata de un grupo de células posicionadas en la pared de la aurícula derecha. Estas células son cardiomicetos especializados (células del músculo cardíaco).

    El nódulo sinoauricular (también comúnmente deletreado nódulo sinuatrial, abreviado nódulo SA) es el tejido generador de impulsos (marcapasos) ubicado en la aurícula derecha del corazón y, por lo tanto, el generador de ritmo sinusal normal. Se trata de un grupo de células posicionadas en la pared de la aurícula derecha. Si bien todas las células del corazón tienen la capacidad de generar los impulsos eléctricos (o potenciales de acción) que desencadenan la contracción cardíaca, el nódulo sinoauricular normalmente la inicia, simplemente porque genera impulsos ligeramente más rápidos que las otras áreas con potencial de marcapasos.

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    Tejido del nódulo sinoauricular: Micrografía de alto aumento del tejido del nódulo sinoauricular y una fibra nerviosa adyacente.

    Las células en el nódulo SA, ubicadas en la esquina superior derecha del corazón, normalmente se descargarán (crean potenciales de acción) a aproximadamente 60-100 latidos/minuto. Debido a que el nódulo sinoauricular es responsable del resto de la actividad eléctrica del corazón, a veces se le llama marcapasos primario. Si el nodo SA no funciona, o el impulso generado en el nodo SA se bloquea antes de que viaje por el sistema de conducción eléctrica, un grupo de células más abajo del corazón se convertirá en el marcapasos del corazón. Estas células forman el nódulo auriculoventricular (nodo AV), que es un área entre las aurículas y los ventrículos, dentro del tabique auricular. Si el nodo AV también falla, las fibras de Purkinje son capaces de actuar como marcapasos. La razón por la que las células de Purkinje normalmente no controlan la frecuencia cardíaca es que generan potenciales de acción a una frecuencia menor que los nodos AV o SA.

    Fibras de Purkinje

    Las fibras de Purkinje se localizan en las paredes ventriculares internas del corazón. Estas fibras consisten en cardiomiocitos especializados que son capaces de conducir potenciales de acción cardíaca de manera más rápida y eficiente que cualquier otra célula del corazón. Las fibras de Purkinje permiten que el sistema de conducción del corazón cree contracciones sincronizadas de sus ventrículos, y por lo tanto son esenciales para mantener un ritmo cardíaco consistente.

    Durante la porción de contracción ventricular del ciclo cardíaco, las fibras de Purkinje transportan el impulso de contracción desde la rama izquierda y derecha del haz hasta el miocardio de los ventrículos. Esto hace que el tejido muscular de los ventrículos se contraiga, permitiendo así una fuerza para expulsar sangre del corazón. La descarga auricular y ventricular a través de los árboles de Purkinje se asigna en un Electrocardiograma estándar como el complejo de Onda P y QRS, respectivamente.

    Las fibras de Purkinje también tienen la capacidad de disparar automáticamente a una velocidad de 15-40 latidos por minuto si se dejan a sus propios dispositivos. En contraste, el nodo SA fuera del control parasimpático puede disparar una frecuencia de casi 100 latidos por minuto. En definitiva, generan potenciales de acción, pero a un ritmo más lento que el ganglio sinoauricular y otros marcapasos ectópicos auriculares. De esta manera sirven como último recurso cuando otros marcapasos fallan.

    Puntos Clave

    • La energía eléctrica causa efectos de calentamiento no deseados siempre que la energía eléctrica se convierte en energía térmica a una velocidad más rápida de lo que puede disiparse de manera segura, como en el caso de un cortocircuito. Esto se conoce como un peligro térmico.
    • Un peligro de choque ocurre cuando la corriente eléctrica pasa a través de una persona. Si la corriente es lo suficientemente alta puede causar daño tisular o fibrilación, lo que puede llevar a un paro cardíaco.
    • La letalidad de una descarga eléctrica depende de muchas variables, incluyendo corriente, duración, vía y la presencia o ausencia de voltaje muy alto.
    • Los nervios llevan mensajes de nuestros órganos sensoriales al sistema nervioso central, del sistema nervioso central a los músculos, y dentro del propio sistema nervioso central.
    • Los efectos de la difusión y la fuerza de Coulomb actúan juntos para permitir que iones como Na+, K+ y Cl- creen un voltaje a través de las membranas celulares.
    • Un potencial de acción es un evento que altera la permeabilidad de una membrana celular debido a las corrientes eléctricas.
    • La despolarización que provoca la contracción muscular también puede estimular la contracción en las células musculares adyacentes. Una onda de despolarización a través del corazón es responsable de las contracciones rítmicas. Un electrocardiograma (ECG) es un registro de los voltajes en el corazón.
    • El corazón humano proporciona circulación sanguínea continua a través del ciclo cardíaco y, como era de esperar, es uno de los órganos más vitales del cuerpo humano.
    • El corazón se divide en cuatro cámaras principales: las dos cámaras superiores se llaman aurículas izquierda y derecha (aurícula singular) y dos cámaras inferiores se denominan ventrículos derecho e izquierdo. Ver para una ilustración. Existe un sistema de conducción que transporta impulsos a través del corazón.
    • La energía eléctrica que estimula el corazón ocurre en el nódulo sinoauricular, que produce un potencial definido y luego se descarga, enviando un impulso a través de las aurículas. Es así el generador del ritmo sinusal normal y funciona como marcapasos del corazón.
    • En las aurículas la señal eléctrica se mueve de célula a célula mientras que en los ventrículos la señal es transportada por tejido especializado llamado fibras de Purkinje.
    • Las fibras de Purkinje permiten que el sistema de conducción del corazón cree contracciones sincronizadas de sus ventrículos, y por lo tanto son esenciales para mantener un ritmo cardíaco consistente.

    Términos Clave

    • peligro de choque: un peligro eléctrico que plantea el riesgo de pasar corriente a través del cuerpo
    • peligro térmico: un peligro eléctrico causado por sobrecalentamiento (por ejemplo, en un elemento resistivo)
    • fibrilación: la contracción rápida, irregular y no sincronizada de las fibras musculares del corazón
    • difusión: la mezcla de las moléculas de un fluido debido a la agitación térmica aleatoria
    • electrocardiograma: La salida visual que produce un electrocardiógrafo
    • potencial de acción: Un cambio a corto plazo en el potencial eléctrico que viaja a lo largo de una célula como un nervio o una fibra muscular.
    • nódulo sinoauricular: un grupo de células musculares cardíacas especializadas (tejido) localizadas en la aurícula derecha del corazón, las cuales generan los impulsos que establecen el ritmo sinusal normal.
    • Fibras de Purkinje: células musculares cardíacas especializadas que son capaces de conducir potenciales musculares cardíacos de manera rápida y eficiente; esenciales para mantener un ritmo cardíaco constante.
    • miocardio: La mitad de las tres capas que forman la pared del corazón.

    LICENCIAS Y ATRIBUCIONES

    CONTENIDO CON LICENCIA CC, COMPARTIDO PREVIAMENTE

    CC CONTENIDO LICENCIADO, ATRIBUCIÓN ESPECÍFICA

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