Entre un punto de la piel provisto de glándulas sudoríparas y otro deprivado o con poca concentración de ellas es posible obtener un cambio transitorio de impedancia y de tensión como respuesta o variaciones de temperatura, riego sanguíneo, emoción o “psiquismo” e inervación periférica. Estas variaciones eléctricas cutáneas son más netas y correlacionables ante cambios emocionales y por ello se las engloba usualmente bajo el término “respuesta o reflejo psicogalvanica/o”. Los cambios de temperatura, riego sanguíneo e inervación periférica pueden generar el fenómeno electrodérmico (F.E.) si son rápidos, pero este no es el caso normalmente; más bien, tales cambios modifican las condiciones basales sobre las que desarrollan las variaciones resistivas y tensionales como respuesta a una variación emocional.
La resistencia cutánea (C.C.) pueda variar desde 50KΩ en condiciones normales hasta 1MΩ sin inervación simpática.
Sabemos que entre dos puntos cualesquiera de la piel existe cierta impedancia que nunca es nula; sin embargo, entre dos puntas cualesquiera de la piel no siempre se encontrara una diferencia de potencial sino solo si uno de ellos contiene alta concentración de glándulas sudoríparas y el otro nula o muy baja concentración. El tipo de respuesta obtenido es de muy baja frecuencia, .01 a 5Hz y solo se puede poner en evidencia utilizando un amplificador de C.C. o uno de C.A. de constante de tiempo>5seg y filtrando por encima de 5Hz a fin que no interfieran otros potenciales biológicas, tales como los cardiacos, o potenciales espurios como los 50 o 60 Hz de línea. La variación transitoria de la resistencia cutánea o de su inversa, la conductancia, ante un estímulo emocional o sensorial fue descubierta por A. Fere en 1888 quien comprobó un rápido decrecimiento de la resistencia cutánea de un paciente histérico cada vez que le aplicaba estímulos auditivos y visuales. Este fenómeno se conoce como “fenómeno exosomatico” o, más comúnmente, Respuesta Resistiva Cutánea (RRC). La variación del potencial cutáneo ante un estímulo sensorial o emocional fue descubierto por Iván R. Tarchanof, fisiólogo ruso, en 1890. Actualmente este fenómeno se denomina :respuesta endosomatica” o, más comúnmente, Respuesta Eléctrica Cutánea (REC).
Las regiones sudoríparas de la piel se denominan “activas” y las regiones deprivadas o poco suplidas en glándulas sudoríparas se denominan “inactivas” por medio de la abrasión o penetración (con aguja, p. ej.) hasta por debajo de la capa basal (o germinativa).
Origen del Fenómeno Electrodérmico
Las glándulas sudoríparas, están inervadas por la porción simpática del Sistema Nervioso Vegetativo (compuesto por una porción parasimpática, dedicada al mantenimiento de las funciones vitales, y una porción simpática, dedicada a excitar los mecanismos de defensa o alerta). Que la secreción sudorípara está regulada solo por el sistema simpático se desprende del hecho que la denervación simpática (o sea, la sección de aquellos axones que pertenecen al sistema simpático) abole la secreción en la zona denervada ante cualquier tipo de estímulo; por supuesto, este hecho suprime también el fenómeno electrodérmico. Por otra parte, el bloqueo de la acción de la acetilcolina (que es el mediador químico entre las terminaciones de las fibras nerviosas simpáticas y las glándulas sudoríparas), por medio de la tropina y de otras drogas anticolinérgicas, suprimen tanto la secreción sudorípara como el fenómeno electrodérmico.
La generación de un potencial cutáneo transitorio superficial durante el estímulo secretorio podría deberse al desarrollo de una diferencia de potencial entre el glomérulo de la glándula y la porción más superficial del conducto excretor de la misma. Sin embargo, la abrasión de la superficie epidérmica hasta un estrato relativamente superficial como es la capa de células granulosas, suprime el fenómeno. Algunos investigadores creen que quizás sea más bien la combinación del líquido secretorio (que es un electrolito complejo) con las cepas superficiales de la epidermis lo que genere el cambio transitorio del potencial. Cabe mencionar aquí que cuando se aplica un electrodo sobre zona activa y otro sobre una zona inactiva, en condiciones de reposo, se establece una diferencia de potencial o Potencial de Reposo, negativo hacia la zona activa, que oscila entre unos pocos y 60mV. Durante el desarrollo del fenómeno electrodérmico, la zona activa desarrolla en general un potencial bifásico con respecto a la zona inactiva, el primero negativo y el segundo positivo, dando cierta fuerza a la hipótesis de la generación de potenciales celulares activos (potenciales de membrana) “en fase”, (ya que el registro extracelular de un potencial de membrana también adopta una configuración bifásica.
Respecto del cambio transitorio resistivo, el cual es siempre decreciente, se hace sencillo admitir que la impregnación electrolítica de las cepas superficiales de la epidermis disminuye el componente resistivo del modelo eléctrico tisular.
Rangos Eléctricos Típicos
La respuesta resistiva o conductiva consta de un decrecimiento transitorio el cual origina una onda monofásica. La respuesta galvánica es casi siempre bifásica con una primera fase negativa y una segunda positiva, aunque a veces es monofásica (negativa) y más raramente trifásica. La frecuencia más rápida implicada en ese fenómeno es de 5Hz y corresponde al flanco de ataque e la respuesta resistiva (el flanco declinante de esta es más lento). La frecuencia más lenta implicada es de unos .01Hz.
La variación resistiva para un flujo de corriente de 10μA o menor, oscila entre 100 y 5000Ω (depende mucho de los electrodos y de la dirección de la corriente excitante) y cabalga sobre una resistencia basal de entre 10 7 50 KΩ. Estos valores se obtienen, desde ya, para una corriente excitante continua, pero son menores para frecuencias que superan los 50Hz y sobre todo los 100 Hz.
Los valores de los cambios de conductancia (RCC) obtenidos con generadores de tensión continua contante, se correlacionan con los valores de los cambios de resistencia, pero son críticamente dependientes de la superficie de los electrodos empleados, a diferencia de lo que ocurre cuando se miden estos últimos. Por ello la RCC siempre se expresa en mho/cm². Además, dichos valores también dependen de la conductancia basal (o de reposo) cutáneas. La conductancia basal puede extenderse entre .1x10¯³ mho/cm² y .002x10¯³ mho/cm² cuando se mide con un generador de tensión contante que no provoque una densidad de corriente mayor que 10μA/cm² (admitida como la máxima adecuada para este tipo de medición).
La RCC en un caso típico que se emplea un electrodo de 1cm² es del orden de 10¯² a 10¯³ mho/cm². La forma de onda es similar a la de la RRC.
Los valores obtenidos para la Respuesta Eléctrica Cutánea (REC) van de .3 a unos 6mV.
Circuito Equivalente Conformado
Los elementos R1, R2, C1 y Eh se conforman entre cada electrodo y el electrolito situado sobre la piel (recordar que la mera perspiracion insensible de la piel es suficiente para generar el electrolito). EL valor de R1 decrece con el tamaño del electrodo; es una resistencia pura debida al líquido electrolítico y es la que se mide cuando se aplica un probador con C.C. La resistencia R2 decrece con el tamaño del electrodo, la densidad de corriente y la frecuencia utilizada. El componente capacitivo C1 incrementa con la superficie del electrodo; de aquí que la reactancia capacitiva decrezca con la misma. Desde ya, la reactancia disminuirá con la frecuencia empleada. Eh es el potencia de hemipila generado y depende del material del electrodo, del tipo de electrolito y de la temperatura.
La epidermis y la dermis se pueden representar en conjunto por un sistema paralelo (R3, R4) – C2, un generador de tensión variable Efe y un potenciales básico Eo. R3 representa la resistencia variable del F.E.; R4 representa la resistencia variable del F.E.; R4 representa la resistencia basal eelectrolitica de las cepas mencionadas; C2 representa la capacitancia presentada por todo tejido que, en este caso, estará integrada por: una placa constituida por las membranas celulares y el líquido tisular (recordar que todo electrolito sometido a un campo eléctrico genera una película iónica asimilable a la placa de un capacitor); el dieléctrico estará constituido por, al menos dos capas diferenciadas, una encima de la otra:
a) La zona de estrato corneo subyacente al electrodo y
b) Las membranas celulares y el resto del electrolito tisular no polarizado, subyacentes al electrodo, pertenecientes al resto de la epidermis y a la dermis.
Efe es el potencial variable del F.E.y Eo es el potencial básico generado contantemente por la zona sudorípara.
En los tejidos y electrolitos profundos situados entre ambas zonas electrodicas se genera un modelo tal como el C3 – R5 – R6 que se adapta muy bien a los datos experimentales obtenidos por métodos impedanciales con distintas frecuencias.
Según este modelo, queda claro que el aumento de la secreción sudorípara, al hacer más conductoras a la capa cornea y al resto de la epidermis disminuirá la resistencia (o aumentara la conductancia) de estas últimas. Esta variación resistiva puede dar cuenta, asi mismo, de parte de la variación tensional (REC), pero, como la REC es normalmente bifásica y en ocasiones incluso polifásica (como si actuara algún mecanismo resonante), es necesario postular un generador oscilante Efe, que como dijimos, estaría situado en las glándulas sudoríparas.
Medición de RRC
La medición de la Respuesta Resistiva Cutánea del F.E., debe hacerse mediante un generador de intensidad constante a fin que la variación de resistencia (R) se traduzca en una variación lineal de la tensión (e). El circuito más elemental, a fin de asegurar una I constante, el resistor R debe ser unas 100 a 1000 veces mayor que la mayor Resistencia Basal Cutánea (R.B.C.) pasible de encontrar con los electrodos y técnica utilizados. Como la mayor R.B.C. encontrada en estas mediciones es 50KΩ y la máxima I excitadora debe ser 10μA, resulta que R. puede llegar a asumir un valor de 50MΩ lo que impone una tensión excitadora de 500V. Esta tensión, así como otras altas tensiones (por encima de 200V), aparte de peligrosas, pueden desestabilizar las mediciones por un mecanismo poco estudiado pero que probablemente yazca en las interfaces electrodos- tejido.
La impedancia de carga admisible va desde casi 0 a más de 300KΩ para los operacionales actuales. La bajísima impedancia de salida de estos amplificadores permite que se apliquen al paciente tensiones menores que 6V para obtener la RRC.
Desde 1974 para obtener RRC a partir de una batería alcalina común de 9V. La “impedancia equivalente” presentada por este diseño es 500MΩ y mantiene una corriente constante de output para cargas de 0 a 1.5MΩ. La corriente aplicada al paciente puede ser ajustada mediante la polarización impuesta a la base del transistor. La señal en tensión (e) debe ser extraída de los puntos 1 y 2 por medio de un amplificador de Zin > 5MΩ, o sea unas 1000 veces mayor que la RBC (Ro en la figura).
La tensión (e) estará dada por: e= I(Ro + ΔR)
como: I= E/R cuando R>>Ro + ΔR (R~ 500MΩ)
resulta: e= E/R . Ro + E/R . ΔR
Entonces, la tensión e consistirá en una tensión basal relativamente grande, E/R. Ro más otra tensión pequeña, E/R. ΔR que corresponderá a la RRC. Un resistor de 1KΩ, en serie con el paciente, al ser chutado permitirá calibrar el registrador en OHMS.
Este circuito, aunque confiable, implica la aplicación de una C.C. unidireccional que polarizara cualquier interfaz electrodo-piel al cabo de unos 2 minutos de uso; la tensión de polarización puede ser tan grande como 300-400mV y puede presentar inestabilidad (como “rumble”) que tome inciertas las mediciones efectuadas luego del lapso mencionado.
Para largas mediciones de la RRC, se utilizaran técnicas de C.A. y C.C. pulsante a muy bajas frecuencias (1 a 5Hz). La intensidad máxima utilizada no debe ser mayor que 10μA. El pulso debe tener la menor duración posible a fin de evitar la polarización electrodica y ser compatible con una buena medición. Si, además, es eliminada posteriormente la tensión correspondiente a la RBC por medio de una adecuada constante de tiempo del input del amplificador, se obtendrá un óptimo registro de la RRC.
Algunos investigadores utilizan, además, láminas de plata o Ag/AgCl. La interfaz debe ser humedecida con una pasta de NaCl .3% (.01M) en almidón. La concentración NaCl indicada (.3%) y se ha comprobado que no influye en la magnitud de la RRC al cambiar la dirección de la corriente. Finalmente en forma inversa a lo que ocurre para medir RCC, observamos que la variación e, que refleja la RRC, es independiente del nivel de la RBC.
Medición de RCC
Para hacer un registro fiel de la conductividad cutánea se requiere un generador de tensión constante de muy baja impedancia de output, en serie con un pequeño resistor del cual obtener una muestra de tensión; esta estará entonces linealmente relacionada con el cambio de conductividad asociado a la RCC.
La intensidad que circulara por el circuito será I= E(Go +ΔG), donde Go es la conductancia basal y ΔG la variación de conductancia debida al F.E. La tensión o medida entre los puntos 1 y 2 será: e= I.R= R.E. (Go+ΔG) donde la porción R.E.Go, constante, será mucho mayor que la porción R.E. ΔG. El resistor R se elige de un valor entre 10 y 100Ω, es decir, mucho menor que 1/Go.
Se ha demostrado (Eldelberg y Col. 1960) que para obtener mediciones estables y confiables, la corriente total no debe superar 10μA y la densidad de corriente en la interfaz electrodo-piel 10μA/cm².
Como las conductancias totales (Go+ΔG) zona activa- zona inactiva del ser humano varian entre.1x10¯³ mho/cm² y .002x10¯³ mho/cm² (recordamos que G se expresa, en estos estudios, en mho por centímetro cuadrado de interfaz electrodo-piel), surge que para electrodos de 1cm² las tensiones que originan 10μA oscilaran entre .2 y 5V; por lo tanto, debe incluirse un micro amperímetro en serie con el sistema generador-paciente con el fin de no sobrepasar el límite de intensidad. Estos hechos expresan también que el rando de la tensión e, que refleja la RCC, es dependiente de la conductancia basal, Go.
Tal como la medición de la RRC, es conveniente utilizar una técnica estimuladora por pulsos de baja frecuencia (1 a 5Hz) con el objeto de evitar o disminuir todo lo posible la polarización electrodica. Para ello, se puede utilizar como generador de pulsos el circuito y adosarlo en forma directa al input del operacional. La salida del operacional debe tener Zsal<10Ω.
Utilización del Puente de Wheatstone
A fin de eliminar el potencial de reposo subyacente a toda medición de RRC y de RCC y permitir un adecuado registro de las tensiones mucho menores debidas a la variación de resistencia y conductancia, se puede utilizar uno de los métodos siguientes: a) tensión equivalente de rechazo, b) capacitor de acople, c) puente de Wheatstone.
El método del puente de Wheatstone es muy sencillo, deja la información del nivel del potencial de reposo y, además permite utilizar un amplificador acoplado en C.C.
Un lado del puente se constituye con el sujeto y el resistor en serie.
La magnitud de este resistor depende del tipo de medición a efectuar (RRC o RCC); debe ser mayor que 100 veces R0 para RRC y entre 5 y 100 para RCC. La otra rama del puente consiste en un potenciómetro, P, cuyo valor se elige para que por el circule aproximadamente la misma intensidad que por el sujeto y la resistencia en serie. La tensión que aparezca como consecuencia del F.E. debe ser tomada por un amplificador diferencial; esta tensión estará relacionada linealmente con las variaciones de resistencia o de conductancia si se han elegido correctamente los valores de R o r.
Amplificación
Es altamente deseable utilizar en todos los casos un amplificador diferencial, ya que la interferencia de 50Hz de línea es muy insidiosa. Es conveniente entonces llevar a tierra el sujeto pues asi se obtendrá una fuerte reducción de la misma en su origen. Asimismo, es necesario proveer alimentaciones separadas para el generador de pulsos y para el amplificador diferencial a fin de evitar el tránsito de los pulsos hacia la entrada del amplificador a través de la fuente.
La respuesta en frecuencia del sistema amplificador-registrador puede ir desde 0 a 5Hz cuando se desea registrar todo el potencial de reposos o cuando se utiliza un puente de Wheatstone, o desde .01- .03 a 5Hz cuando se desea suprimir dicho potencial y registrar solo los cambios debidos al F.E. El valor .01Hz de baja frecuencia corresponden a una constante de tiempo de 6.5 segundos; algunos investigadores recomiendan una respuesta en baja componente sinusoidal encontrada en gran cantidad de registro fue .03Hz (para 70% de amplitud). La frecuencia superior estatuida se basa en el análisis del registro que muestra que el mayor “rise time” encontrado para las RRC y RCC es de aproximadamente .1seg entre 10 y 90% de la amplitud.
La impedancia de entrada de los amplificadores diferenciales utilizados para RRC debe ser bien alta: > o = 5MΩ; para RCC puede ser menor (hasta 10KΩ).
Elección Entre Corriente Constante y Tensión Constante
El método de estimulación por corriente constante (RRC) es el más utilizado (quizás por ser técnicamente más fácil de implementar y por ofrecer señales más fuertes).
La estimulación por corriente constante (RRC) provee una señal 10 veces mayor que la lograda con tensión constante (RRC).
Como las glándulas sudoríparas se hallan dispuestas paralelas entre si y perpendiculares a la superficie cutánea, el método conductivo sería el más adecuado para relacionar linealmente la RCC con el número de glándulas activadas ya que el advenimiento de actividad secretoria fuera del área electrodica no cambiara el flujo de corriente debajo de esta última.
El cambio conductivo (RCC) es relativamente independiente del nivel conductivo basal (G0); en cambio, el cambio resistivo (RCC) es directamente proporcional al nivel resistivo de reposo (Ro).
Con el método conductivo debe asegurarse que no se sobrepase la máxima densidad de corriente en la interface electro-piel (10μA/cm²) ante una disminución imprevista de la conductividad basal (Go).
Con el método de corriente constante, si la RBC fuera muy elevada, aparecerá una diferencia de potencial muy grande entre electrodos la cual ocasionara una reducción artificial la dicha RBC.
El método conductivo no permite utilizar el mismo par de electrodos para extraer otras informaciones bioelectricas ya que entre ellos existe, prácticamente, un cortocircuito. Es posible extraer simultáneamente con la RRC el ECG del sujeto; para ello solo se necesita que el canal ECG posea un filtro de paso alto en 5Hz (-3dB) el cual bloqueara también la C.C. proveniente del generador de pulsos.
Medición del F.E. por Impedancia (RIC)
Las experiencias realizadas desde 1930 han probado que las frecuencias útiles para estos efectos son las menores que 100Hz: con una onda sinusoidal de 60Hz se obtiene una respuesta mitad que con C.C. La menor frecuencia utilizada ha sido 5Hz y la forma de onda ha sido casi invariablemente sinusoidal.
Parece no existir una comparación de efectividad entre estimulación por corriente constante y por tensión constante y tampoco se han evaluado suficientemente los componentes resistivo y capacitivo del cambio observado durante el F.E.
Medición de la REC
La medición del potencial electro generado entre un sitio inactivo y otro activo puede lograrse fácilmente hoy día gracias a los amplificadores diferenciales de alta Zin.
El potencial REC es de unos pocos mili voltios y por lo tanto es conveniente acoplar el Amplificador en C.A., con una constante de tiempo > o = a 6.5seg; esta asegura una respuesta en baja frecuencia de unos .01Hz.
La impedancia de entrada del amplificador debe ser > o = a 2MΩ para electrodos de 1cm². La interfaz electrodo-piel se humedecerá con solución NaCl .3%, concentración que no parece afectar los potenciales de la REC. Luego de aplicados los electrodos sobre los sitios elegidos, el potencial de reposo derivara lentamente durante unos 15 minutos; este fenómeno se cree debido a la hidratación de las capas superiores de la epidermis pero se está investigando si está relacionado con un nivel de “alerta” o de “stress” del sujeto.
Se mencionó anteriormente que la REC tiene normalmente 2 fases. En algunos casos se agrega una tercera fase negativa y, a veces, se obtiene una respuesta polifásica. Estas fases son afectadas por la temperatura de las zonas activas en especial las 2 primeras. La segunda fase, positiva, se anula, o casi, con temperaturas de 20°C o menores, reaparece con 30°C y aumenta luego de los 40°C. La primera fase, negativa, aumenta a partir de 20°C. La estandarización se logra fácilmente haciendo marcas con un generador de función escalón de 1mV; esta función también servirá para verificar la constante de tiempo del sistema.
Aplicación
El fenómeno electrodérmico se produce invariablemente ante cualquier tipo de estímulo que afecte la esfera emocional: miedo, sorpresa, conflicto mental, dolor, estímulos sensoriales esperados o inesperados. Es por ello que las aplicaciones son innumerables.
Este fenómeno se ha utilizado en medios policiales como “detector de mentiras” ya que cualquier conflicto mental originado por las preguntas del inquisidor se traducirá fielmente en el grafico. Sin embargo, no puede ser tomado como prueba a los fines penales pues por muchas razones (sociales, morales, sentimentales, etc.) tanto la mentira, cuanto la ocultación e incluso la verdad, pueden dar el mismo tipo de registro.
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