Semblanza Histórica

El estudio y la investigación de las posibilidades que pueden ofrecer las aplicaciones de la corriente eléctrica sobre diferentes órganos y tejidos del cuerpo ha dado lugar al desarrollo de las corrientes de baja frecuencia, especialmente en sus efectos sobre la neurona motora periférica.

Las observaciones del «fenómeno eléctrico» se extienden a lo largo de más de 2.500 años y se atribuyen a Tales de Mileto (600 a.C.) quien observó que el ámbar, denominado «elektron» por los griegos, tenía la propiedad de atraer objetos como hilos o plumas, cuando se frotaba sobre la piel. En la antigüedad, los pueblos mediterráneos conocían la descarga eléctrica del pez torpedo; el propio Aristóteles llegó a utilizarla para curar un ataque de gota. Pero los avances más decisivos comienzan en el siglo XVII, con los trabajos de Otto Von Guericke (1602-1686) y otros muchos físicos.

La electrocinética se inicia con Luigi Galvani (1737-1798), primer investigador de las corrientes nerviosas. Galvani, que estudiaba el fenómeno de la contracción muscular de las patas de las ranas, observó la capacidad de la anguila eléctrica de emitir descargas eléctricas y poder cargar la botella de Leyden. En una experiencia, fechada el 20 de septiembre de 1786, emplea una horquilla con un diente de cobre y otro de hierro, con los cuales toca el nervio y el músculo de la pata de la rana. La pata se contrae a cada toque y Galvani queda convencido de que el hecho guarda relación con lo observado en la anguila eléctrica, e interpreta el fenómeno suponiendo que podría haber una electricidad propia e inherente a los tejidos vivos («electricidad animal»).

La obra de Galvani De viribus electricitatis in motu musculares comentarius, publicada en 1791, abrió el camino a las experiencias de otros científicos, como J. Muller (1801-1858), profesor de Fisiología en Berlín, quien estudió los factores que influyen en la actividad específica de cada tejido y que conducen al concepto de excitabilidad o sensibilidad del nervio. También investigó las acciones polares de la corriente galvánica.

El conde Alessandro Volta (1745-1827), repitiendo las experiencias de Galvani, rechaza la «electricidad animal» y afirma que el contacto de conductores diferentes pone el fluido eléctrico en movimiento («electricidad metálica»). En 1793, establece su «teoría de serie de tensiones» para los metales, que le conduce en 1800 al descubrimiento de la pila eléctrica. Volta es el descubridor de la corriente continua, a la que, dada su amistad y admiración por Galvani, designa como «electricidad galvánica». Más tarde, las experiencias de Faraday llevarán al descubrimiento de las corrientes inducidas, que recibirán la denominación de «corrientes farádicas».

En esa misma época publica Duchenne 1806-1875) sus experiencias en su obra Electrofisiología de los movimientos, que posteriormente amplía, sentando las bases de la localización de «puntos motores» para la electroestimulación transcutánea. Entre otros pioneros de la electroterapia, Remak (1850) descubre las distintas reacciones del músculo a los estímulos farádicos o galvánicos.

Sucesivamente aparecen investigadores que van completando los conocimientos de la electrofisiología, entre ellos Emile Du Bois Reymond (1818-1869), considerado como fundador de la moderna electrofisiología. Reymond estableció la Ley general de la excitación eléctrica, que, expresada en términos matemáticos, dice: «La excitación es función de la derivada de la densidad de corriente en relación al tiempo».

Pfleuger (1829-1910), discípulo de Reymond, tras una serie de observaciones relacionadas con la intensidad de la corriente, establece la Ley de las sacudidas, al mismo tiempo que Chauveau la denomina Ley de las acciones polares.

Con estos conocimientos, Erb (1840-1921) llega a observar las distintas reacciones, cuantitativas y cualitativas, que se aprecian en la musculatura en la aplicación de la corriente galvánica y farádica.

Avanzando en las experiencias electrofisiológicas, Hoorweg (1866-1952), con los conocimientos de sus predecesores y el desarrollo técnico alcanzado en la época, llega a establecer, en sus investigaciones, dos conceptos básicos en la excitación eléctrica neuromuscular: reobase y cronaxia.

En España, pueden considerarse como pioneros de la electrología médica: Ramón Capdevilla Massana, Antonio Coca Cirera, Eduardo Beltrán Rubio, Luis Cirera Salsé y Manuel Rodríguez Abella. Este último publica en 1895 su Manual práctico de electrología, en el que describe las aplicaciones de la electricidad en más de 200 afecciones.

Bauwens, en 1941, da un gran impulso al estudio neuromuscular al realizar aplicaciones clínicas utilizando aparatos electrónicos, con los que podía producir corrientes de parámetros previamente preparados, con la posibilidad de variar sus condiciones y características.

A partir de esta época, comienza un extraordinario desarrollo de los conocimientos y de la experiencia en electroestimulación en medicina y biología (tabla 10.1), que lleva aparejado la puesta a punto de aparatos de una gran precisión, con los cuales es posible obtener los parámetros más adecuados al caso clínico susceptible de tratamiento.

Actualmente, con los espectaculares avances de la investigación médica, de la electrónica y de la bioingeniería, y con el descubrimiento de nuevos materiales, se abre un nuevo campo de gran futuro en la utilización de microprocesadores implantados para neuroprótesis eléctricas.

Ejemplos de electroestimulación en aplicaciones biomédicas

- Restauración de la función muscular por lesiones nerviosas

- Mantenimiento  del tono muscular por lesiones nerviosas

- Reforzamiento muscular

- Tratamiento de la escoliosis idiopática

- Prótesis eléctricas (estimulación funcional)

- Estimulación diafragmática para control respiratorio

- Estimulación esfinteriana para control urinario

- Ayuda sensorial para la ceguera

- Iontoforesis – Prótesis cocleares

- Tratamiento del dolor

- Inhibición de alteraciones de la conducta

- Diagnóstico de la función de nervios periféricos

- Diagnóstico de la función muscular

- Diagnóstico funcional y cartografía del córtex cerebral

- Estimulación de córtex visual

- Marcapasos cardíacos automáticos

- Cicatrización de úlceras y heridas

- Electroquimioterapia

Conceptos de Electrología

Cuando se habla de electroestimulación, es necesario distinguir dos conceptos:

1. La electroestimulación que tiene por objetivo el efecto motor, para obtener unos datos informativos que nos van a orientar hacia un diagnóstico, o el aprovechamiento de ese mismo efecto dirigido a una terapéutica en patología con lesión motórica. De las aplicaciones con efecto motor primordial se deriva el electrodiagnóstico, la Electromiografía en varias de sus facetas y la estimulación neuromuscular.
2. La electroestimulación sobre los nervios sensibles, que en virtud de los parámetros utilizados para su obtención tiene unos efectos activos en las fibras nerviosas que transmiten las sensaciones nociceptivas. De las aplicaciones con efecto sensitivo, primordialmente, aparecen de forma sucesiva todas aquellas aplicaciones que, de un modo u otro, proporcionan analgesia.

También resulta necesario aclarar algunos términos que, con frecuencia, se utilizan en electroestimulación:

1. Electroestimulación transcutánea. Es aquella que se realiza a través de la piel, por medio de electrodos de contacto. Los electrodos son los elementos que se utilizan para suministrar a los tejidos biológicos los estímulos de tipo eléctrico producidos por un estimulador. Los electrodos pueden aplicarse directamente sobre la piel (electrodos de contacto) o insertarse en los tejidos (electrodos percutáneos). La mayoría de las aplicaciones realizadas en medicina física se efectúan mediante electrodos de contacto.
2. Estimulación eléctrica nerviosa transcutánea (transcutaneous electrical nerve stimulation-TENS). Es toda estimulación transcutánea de fibras nerviosas (sensibles, motoras y autónomas).
3. Estimulación eléctrica neuromuscular (neuromuscular electrical stimulation-NMES). En condiciones normales, toda estimulación transcutánea es neuromuscular, dado que el efecto motor deriva de la excitación de las fibras nerviosas motoras. Generalmente se emplea este término cuando se analiza la acción excitomotora o efecto motor; quedan excluidos los efectos sensibles y sensoriales.
4. Estimulación eléctrica muscular (muscular electrical stimulation-MES). La activación directa de las fibras musculares solamente resulta posible en el músculo denervado.
5. Estimulación eléctrica funcional (functional electrical stimulation-FES). Existen controversias con este concepto. La Asociación Americana de Terapia Física lo define como la utilización de la estimulación neuromuscular con finalidad de sustitución ortésica (suplencia de una función perdida). Otros autores hablan de estimulación funcional cuando, tras estimulación eléctrica, el movimiento evocado resulta útil para la realización de un gesto finalizado y efectuado en una situación real. Esta definición abre el abanico de posibilidades de la estimulación funcional.

Corrientes utilizadas en la electroestimulaión

En electroestimulación se emplean diferentes tipos de corrientes y, para completar nuestros conocimientos, debemos recordar que los mismos tipos de corriente reciben nombres diferentes según el área de influencia tecnológica que tengan, principalmente en Europa o en Estados Unidos.

Tradicionalmente, las corrientes utilizadas en electroestimulación vienen designándose como de baja frecuencia (0-1.000Hz) y de media frecuencia (1.000-10.000Hz). Sin embargo, desde una perspectiva electrónica, todas las corrientes utilizadas e electroestimulación se sitúan por debajo de la banda ELF («frecuencia extremadamente baja») del espectro electromagnético.

En el ámbito clínico-práctico, las corrientes utilizadas en electroestimulación pueden clasificarse en ininterrumpidas e interrumpidas.

Las corrientes ininterrumpidas son aquéllas en las que la corriente circula de forma mantenida o continua, con independencia de que la polaridad o sentido cambie o no a lo largo del tiempo, aunque su amplitud puede sufrir variaciones temporales. Si la corriente no cambia de polaridad, se denomina unidireccional, directa o monopolar. La más conocida y empleada en electroterapia es la corriente galvánica, que es continua y constante (fig.10.1, A). Cuando la polaridad cambia, las corrientes se denominan alternas, bipolares, bifásicas, bidireccionales o farádicas. Estas corrientes pueden ser simétricas o asimétricas y, al igual que las anteriores, pueden adoptar diferentes formas de onda o señal: sinusoidal, rectangular, triangular, etc. La corriente de la red doméstica es alterna, sinusoidal y simétrica, de una frecuencia de 60 Hz (fig. 10.1, B).

Las corrientes interrumpidas, que también pueden denominarse pulsadas, son aquellas que circulan durante períodos breves de tiempo den forma de pulsos (fig. 10.1, C). En electrónica, se denomina pulso a la variación de corta duración de la intensidad o tensión (amplitud), que obedece a una función de pulso. Una función de pulso es aquélla en la que existen intervalos de tiempo en los que la función vale cero, el pulso se produce cuando dicha función toma valores distintos de cero.

A continuación vamos a describir someramente las principales corrientes utilizadas en electroestimulación.

1. Corriente galvánica

Se trata de una corriente continua constante, también denominada directa (fig.10.1, A). Este tipo de corriente se utiliza fundamentalmente para galvanización e iontoforesis.

2. Corrientes diadinámicas

Utilizadas todavía en Europa, las corrientes diadinámicas o de Bernard derivan de la rectificación, de media onda o de onda completa, de la corriente alterna sinusoidal simétrica (fig. 10.2).

El rectificador de media onda es un dispositivo electrónico que, a partir de una tensión sinusoidal bipolar, suministra otra monopolar, en la que sólo aparece la fase positiva o negativa de la señal. Esta forma de rectificación origina un tipo de corriente diadinámica, denominada monofásica fija. El rectificador de onda completa proporciona, a partir de una tensión sinusoidal bifásica, otra tensión en la que aparece la fase positiva de la señal de entrada y la fase negativa invertida, de forma que también aparece como positiva. Esta rectificación origina la corriente llamada difásica fija.

A partir de las dos formas anteriores, mediante modulaciones de amplitud y/o duración, se obtienen otras formas de corrientes diadinámicas, las más frecuentes son la modulada en cortos períodos (alternancia de monofásica fija y difásica fija) y la modulada en largos períodos (modulación de amplitud de la difásica fija).

Estas corrientes suelen emplearse para obtener una acción analgésica, espasmolítica y trófica:

- Monofásica fija: estimulación de la circulación, acción trófica.

- Difásica fija: acción analgésica y espasmolítica.

- Cortos períodos: acción analgésica y trófica.

- Largos períodos: acción analgésica y espasmolítica.

A pesar de que han gozado de gran predicamento, actualmente todos sus efectos pueden lograrse con las señales producidas por los nuevos electroestimuladores, y de forma más tolerable para los pacientes, ya que este tipo de corrientes suministran un componente de corriente galvánica que produce efectos electroquímicos.

3. Corrientes pulsadas

En la actualidad, las corrientes son las más utilizadas, clínicamente, en estimulación neuromuscular.

Un pulso eléctrico representa un período finito de flujo de carga eléctrica. Los pulsos que se repiten con una frecuencia determinada se denominan corrientes pulsadas.

Los parámetros fundamentales que caracterizan los pulsos eléctricos y, por tanto, las corrientes pulsadas son:

- Forma de onda o señal.

- Polaridad.

- Parámetros temporales.

- Carga de fase/pulso.

- Modulación.

Forma de onda o señal

Los componentes internos de los circuitos eléctricos de los electroestimuladores modifican el flujo de corriente, lo que produce una forma de onda o señal específica para obtener una respuesta fisiológica deseada. Debido al gran progreso electrónico, se dispone de pulsos de formas muy variadas: rectangulares, triangulares, trapezoidales, sinusoidales, exponenciales, etc. (fig. 10.3).

El término amplitud suele utilizarse como sinónimo de intensidad o voltaje. Cuanto mayor sea la amplitud, mayor será el voltaje o la intensidad de corriente suministrada a los tejidos.

La velocidad de ascenso, subida en amplitud, tiempo o pendiente de subida es la velocidad a la que la señal alcanza su amplitud máxima o pico. La velocidad de descenso, caída en amplitud, tiempo o pendiente de caída es el tiempo en que una forma de onda va desde la amplitud pico a la línea isoeléctrica (0 V/0 A). Ambos tiempos suelen ser breves: oscilan de nanosegundos a milisegundos.

Según la velocidad de variación de la amplitud en el establecimiento o cese de cada pulso (pendiente), los pulsos se clasifican en rectangulares y progresivos. En los pulsos progresivos, se tarda un cierto tiempo en alcanzar el valor máximo, ya que la amplitud experimenta un ascenso progresivo, que viene determinado por su pendiente de establecimiento. Cuando la pendiente de establecimiento es rectilínea, los pulsos se denominan lineales (triangulares, trapezoidaes…). En todos los casos, el cese del pulso puede producirse bruscamente o también de forma progresiva.

La tasa de subida del pulso es fisiológicamente muy importante, por el fenómeno de acomodación de la fibra nerviosa. Debido a este fenómeno, una fibra nerviosa sometida a un nivel constante de despolarización disminuye o pierde su excitabilidad a la misma intensidad o amplitud. Para estimular el músculo sano inervado se prefieren pulsos rectangulares para minimizar dicho fenómeno.

Existen unas formas de onda particulares generadas por los equipos se alto voltaje. Se trata de un pulso de pico gemelo de corta duración (50 a 200 ms) y amplitudes pico de hasta 500V (fig. 10.4).

Polaridad 

La fase de un pulso se inicia cuando la señal parte de la línea isoeléctrica y finaliza cuando comienza a retornar a ella. Fisiológicamente, es otro de los parámetros importantes en electroestimulación.

Según la polaridad, los pulsos pueden clasificarse en monopolares o monofásicos y bipolares o bifásicos. En los monopolares, la amplitud siempre tiene valores del mismo signo, por lo que únicamente hay una fase para cada pulso; la corriente circula unidireccionalmente, con polaridad positiva o negativa. En los pulsos bipolares, la fase toma valores positivos y negativos; la corriente circula primero en un sentido y luego en sentido opuesto: hay fases positivas y negativas.

Los pulsos bipolares pueden ser simétricos o asimétricos. Si la forma en que la amplitud varía con respecto al tiempo, para la primera fase, es idéntica a la producida en la dirección opuesta, el pulso se llama simétrico. En caso contrario, se denomina asimétrico. En los pulsos asimétricos, cuando la carga de una fase (i x t) no es igual a la de la segunda fase (diferente área que delimita cada fase), el pulso se considera no balanceado o descompensado; en caso contrario, los pulsos son balanceados o compensados.

Parámetros Temporales

Existe una serie de parámetros con dependencia temporal que se utilizan para caracterizar los pulsos (fig.10.5).

La duración o tiempo de la fase es el tiempo transcurrido desde el inicio al final de una fase. La duración o tiempo del pulso es el tiempo transcurrido entre el comienzo y la finalización de todas las fases en un pulso individual. El intervalo entre fases en el tiempo trascurrido entre dos fases sucesivas de un pulso. El tiempo transcurrido entre dos pulsos sucesivos se denomina intervalo entre pulsos.

La frecuencia de una corriente pulsada viene dada por el número de pulsos por unidad de tiempo; se mide en pulsos/s (pps) = ciclos/s o hercios. La frecuencia es un parámetro fisiológico importante en electroestimulación neuromuscular, ya que el acortamiento y la recuperación de la fibra muscular son función de la frecuencia.

Carga fase de pulso 

Otro de los parámetros más importantes de las características cuantitativas de los pulsos eléctricos, con implicaciones neurofisiológicas, es la carga suministrada por un pulso individual o por la fase de un pulso. La carga de fase (q) se define como la cantidad de carga eléctrica que se suministra al los tejidos en cada pulso o con cada fase de cada pulso.

Cuando la carga neta es diferente de cero, existe un componente de corriente directa que suministra una carga eléctrica neta a los tejidos. Únicamente los pulsos monofásicos y los pulsos bifásicos asimétricos no balanceados poseen este componente de corriente continua, que puede ser de utilidad clínica o puede ser indeseable para una estimulación cómoda. La ausencia de este componente es característica de los pulsos bifásicos simétricos y se los asimétricos balanceados, en los que ambas fases se encuentran compensadas y se proporcionan fases de polaridad opuesta para conseguir la ausencia de componente galvánico y la producción de efectos electroquímicos.

Modulación

Los parámetros que caracterizan una forma de onda determinada pueden cambiar con el tiempo siguiendo un patrón determinado. Esta variación se denomina modulación y el patrón de evolución, señal moduladora. Básicamente, la modulación puede ser de dos tipos: modulación de las características de la fase o del pulso y modulación de corriente. Estas modulaciones no son excluyentes y ambos tipos pueden producirse simultáneamente.

Las modulaciones de la fase o del pulso consisten en aumentos o disminuciones automáticas o seriadas de los parámetros de la fase o del pulso (fig.10. 6). La duración, amplitud o frecuencia de los pulsos pueden programarse en muchos de los actuales electroestimuladores, para que aumenten o disminuyan siguiendo determinados patrones. El principal objetivo de esta modulación pretende disminuir el fenómeno de la acomodación nerviosa a la corriente.

Las modulaciones de corriente consisten en modificaciones de la totalidad de la corriente pulsada más que de los parámetros de cada pulso, aunque también puedan encontrarse modulados. En estos casos, se utiliza una señal pulsada como señal moduladora.

Las variaciones sistemáticas en el patrón de corrientes pulsadas constituyen modulaciones temporales, ya que la estimulación no se realiza de un modo continuo, sino interrumpido. Las dos formas de modulación de este tipo son las ráfagas de pulsos y la interrupción. La diferencia entre ellas radica en la frecuencia de la señal modulada, muy baja en el segundo tipo, para permitir la relajación muscular, ya que conceptualmente son idénticas.

Mediante la modulación en ráfagas (burst), se producen unas series finitas de pulsos o un intervalo finito de ciclos de corriente alterna, a una frecuencia específica durante un intervalo de tiempo determinado (fig. 10.7, A). Cada ráfaga viene a representar un pulso polifásico. El período de tiempo en el que se suministran las series finitas de pulsos o de ciclos de corriente alterna constituye la duración de la ráfaga. El período de tiempo entre ráfagas se denomina intervalo entre ráfagas. Ambos períodos son, generalmente, del orden de unos pocos milisegundos.

Un tipo de corriente disponible en algunos electroestimuladores se basa en este tipo de modulación: corriente rusa. La señal portadora en una corriente alterna sinusoidal simétrica de 2.500 Hz, modulada en ráfagas, con un intervalo entre ráfagas de 10 ms, a fin de permitir una frecuencia de 50 ráfagas por segundo (fig. 10.7, B).

En algunas aplicaciones, la corriente pulsada se produce sin ninguna interrupción durante todo el período de tratamiento. Dicho patrón de estimulación se describe frecuentemente con el término de «modo continuo» de estimulación. En otras muchas aplicaciones, es necesario suministrar la corriente de forma interrumpida durante unos pocos segundos o minutos, o durante un período mayor de tiempo, al que siguen períodos similares de ausencia de estimulación, antes de que la estimulación vuelva a comenzar. Esto es, los trenes o las series de ráfagas son intermitente o regularmente interrumpidas (fig. 10.8, A). Este tipo de modulación viene caracterizada por dos intervalos de tiempo, denominados «tiempo de paso o de estimulación» (tiempo on) y «tiempo de cese o de reposo» (tiempo off):

-         El tiempo de paso (on) es el tiempo durante el cual los trenes de pulsos o de corriente alterna o las series de ráfagas son emitidos o suministrados en la aplicación. Normalmente oscila entre 1 a 60 segundos.

-         El tiempo de cese (off) es el tiempo transcurrido entre trenes de pulsos, trenes de corriente alterna o una serie de ráfagas. Normalmente oscila entre 1 y 120 segundos.

Íntimamente relacionado con los patrones de estimulación interrumpida se encuentra otro parámetro denominado ciclo de trabajo (duty cicle) o ciclo paso-cese (on-off). El ciclo de trabajo de estimulación es la razón del tiempo de paso a la suma del tiempo de paso más el tiempo de cese, expresado como un porcentaje (fig. 10.8, B).

Por ejemplo, si el tiempo de paso es de 10 s y el de cese de 30 s, el ciclo de trabajo será del 25% (10:40). Para un tiempo de paso de 5 s y de cese de 30 s, el ciclo útil será del 14,2% (5:35). Y para un período de paso de 5 s y de cese de 10 s, el ciclo útil será del 33% (5:15).

Con frecuencia, el ciclo de trabajo se interpreta como la simple relación entre el tiempo de paso y el tiempo de cese. Tal es así que para la mayoría de aplicaciones se establecen los tiempos de paso y de cese, o la proporción entre el tiempo de paso y de cese, más que el ciclo de trabajo. Cuando, por ejemplo, para una aplicación se establece una proporción paso (on)/cese (off) de 1:2, significa que el tiempo de reposo debe ser doble al de estimulación.

La modulación en interrupción es necesaria cuando el objetivo de la estimulación es inducir la contracción muscular («electrogimnasia»), ya que durante el período de cese se permite una adecuada relajación muscular; de este modo se reduce la aparición de fenómenos de fatigabilidad muscular.

4. Corrientes interferenciales

Las corrientes interferenciales o nemectrodínicas se basan en un fenómeno de modulación de amplitud de la corriente alterna sinusoidal. Esta modulación se realiza por un fenómeno de interferencia entre dos corrientes sinusoidales de frecuencia media, producidas en dos circuitos. Una de estas ondas es la portadora, que presenta una frecuencia constante (generalmente 2.000-5.000 Hz), y la otra es la moduladora, con una frecuencia ajustable. Ambas ondas se encuentran fuera de fase, de forma que se produce una interferencia constructiva de ambas señales, con lo que sus amplitudes se suman algebraicamente (fig. 10.9).

La onda resultante e similar a una corriente alterna sinusoidal modulada en amplitud con pulsaciones o batimientos, cuya frecuencia es igual a la diferencia de frecuencia existente entre las ondas moduladora y portadora. Por ejemplo, si la frecuencia de la onda portadora es de 4.050 Hz, se obtiene un onda modulada con una frecuencia de batimiento de 50 Hz.