Electrodos de biopotencial Se emplean para medir potenciales y corrientes emanados del cuerpo. Sirven como interfaz entre el cuerpo y los sistemas de instrumentación. Realizan la transducción de corrientes iónicas en el cuerpo a electrónicas en el sistema de medición.

Interfaz electrodo-electrolito C: Átomos metálicos e-: Electrones en el metal C+: Cationes A-: Aniones

Interfaz electrodo-electrolito Para que se dé el intercambio de carga tienen que ocurrir reacciones químicas dadas por: n es la valencia de C y m la de A

Potencial de semicelda Surge cuando en un área localizada alrededor del electrodo éste entra en contacto con el electrolito. Está determinado por el metal, la concentración de iones y la temperatura. Se establece una separación de cargas en la interfaz.

Potencial de semicelda Para medirlo se requiere introducir otro electrodo en la solución (otro potencial de semicelda). Existirían muchas combinaciones de pares de electrodos para medir un potencial de semicelda. Se fija como referencia el electrodo de Hidrógeno (Con 0V por convención).

Potencial de semicelda

Potencial de semicelda

Polarización Cuando fluye corriente por la interfaz electrodo electrolito el potencial de semicelda se altera. Este fenómeno se conoce como polarización del electrodo. La diferencia entre el potencial de semicelda original y el alterado se llama sobrevoltaje.

Mecanismos generadores de polarización y sobrevoltaje Existe tres mecanismos que son aditivos, por tanto, el sobrevoltaje está dado por: Vp: Sobrevoltaje total Vr: Sobrevoltaje óhmico Vp: Sobrevoltaje por concentración Vr: Sobrevoltaje de activación

Mecanismos generadores de polarización y sobrevoltaje Sobrevoltaje óhmico: Debido a la resistencia del electrolito Sobrevoltaje por concentración: Debido a las diferencias de concentración de iones en la vecindad del electrodo. Sobrevoltaje de activación: Debido a las diferencias de las energías de barrera en la reacción que gobierna el intercambio de iones

Potencial de soluciones iónicas Solución 1 Solución 2 A- C+ Membrana semipermeable

Potencial de soluciones iónicas Ecuación de Nernst ai: Actividad del ión: Disponibilidad de que la especie i entre en reacción. Es aproximadamente igual a la concentración

Modelo del potencial de semicelda E: Potencial de semicelda E0: Potencial de semicelda estándar n: valencia del material del electrodo acn+: Actividad del catión Cn+

Potencial de juntura líquido Potencial entre dos soluciones con diferentes iones. µ+, µ-: movilidades de los iones a’, a’’: Actividades de las soluciones

Electrodos polarizables y no polarizables Esta clasificación se debe al comportamiento de los electrodos al paso de la corriente. 1. Electrodos perfectamente polarizables: Cuando no hay cruce de cargas en la interfaz 2. Electrodos perfectamente no polarizables: Cuando hay libre cruce de cargas (no tienen sobrevoltajes)

Electrodos polarizables y no polarizables No se fabrican en la realidad pero se encuentran electrodos con características similares Los electrodos de materiales nobles (platino) se asemejan a los polarizables. Tienen un gran efecto capacitivo

Electrodos polarizables y no polarizables Electrodo de plata-cloruro de plata: Se aproxima a un no polarizable Ag Capa Superficial AgCl Electrolito Con iones Cl- Cable Aislamiento

Electrodo de Ag/AgCl Representado por dos ecuaciones: La tasa de precipitación y retorno es la constante Ks (producto solubilidad)

Electrodo de Ag/AgCl En condiciones de equilibrio aCl-≈1 en fluidos biológicos y Ks≈10-10, por tanto, aAg+ es del orden de Ks y su actividad en los fluidos biológicos será muy pequeña.

Electrodo de Ag/AgCl Potencial de semicelda

Electrodo de Ag/AgCl Construcción 1

Electrodo de Ag/AgCl Construcción 2: Cápsula Cable Ag Comprimido AgCl Ag

Funcionamiento y modelos circuitales de los electrodos El modelo requiere elementos no lineales Las características son sensibles al paso de corrientes a través del electrodo Se comporta diferente para altas y bajas corrientes Dependen de la forma de onda Dependen de la frecuencia

Funcionamiento y modelos circuitales de los electrodos Rd y Cd: Asociados a la interfaz electrodo-electrolito Rs: Resistencia del electrolito Ehc: Potencial de semicelda

Funcionamiento y modelos circuitales de los electrodos La impedancia equivalente de este circuito es:

Funcionamiento y modelos circuitales de los electrodos Respuesta en frecuencia:

Interfaz electrodo-piel Para medir biopotenciales en la superficie corporal se debe considerar, además de la interfaz electrodo-electrolito, la contribución de la piel. El electrolito es una pasta o gel que contiene iones de Cl- como principal anión. La interfaz electrodo-gel es una interfaz electrodo-electrolito

Interfaz electrodo-piel Estructura de la piel

Interfaz electrodo-piel Estructura de la piel Gel Electrodo Epidermis Dermis y capa subcutánea Glándulas y conductos sudoríparos

Interfaz electrodo-piel La influencia del estrato córneo se puede minimizar frotando la piel hasta causar eritema. Este proceso hace que se minimice Ese, Ce y Re Cuando se minimiza el efecto del estrato córneo se logra mayor estabilidad de la señal

Artefacto por movimiento Cuando se emplean electrodos polarizables en contacto con un electrolito se forma una doble capa de cargas en la interfaz. Si se mueve el electrodo, se genera un desplazamiento de cargas que poduce una variación del potencial de semicelda hasta que se restablece el equilibrio

Artefacto por movimiento Si se está midiendo una diferencia de potencial entre dos electrodos y uno se mueve aparece un ruido en la señal medida. El ruido se conoce como artefacto por movimiento y puede ser una interferencia seria en la medición de biopotenciales

Artefacto por movimiento El artefacto por movimiento es mínimo en los electrodos no polarizables El artefacto por movimiento tiene una mayor influencia en bajas frecuencias.