Il principio di funzionamento del defibrillatore cardiaco si rifà all’utilizzo del trasformatore di tensione e dei circuiti RC, il cui elemento base è un condensatore di capacità elevata (0.1 mF).
In un attacco cardiaco, le fasce muscolari del cuore sono sottoposte a contrazioni scorrelate (fibrillazione cardiaca) che causano un arresto del pompaggio del cuore. Per evitare la morte del paziente, il cuore deve essere “defibrillato”. Infatti, il passaggio improvviso e di breve durata di corrente attraverso il cuore permette, a volte, di ripristinare il battito cardiaco normale.
Ciò si ottiene con due piastre metalliche (elettrodi) di qualche centimetro di diametro, rivestite di gel conduttivo e poste sul petto del paziente.
I manici degli elettrodi sono in materiale isolante (es. plastica) per evitare che l’operatore subisca uno shock elettrico.
Lo schema di principio di un defibrillatore è costituito da un trasformatore di tensione che eleva la tensione ad alcune migliaia di Volt e da un circuito RC di scarica con un τ = RC di qualche ms.
1° tipo di defibrillatore
La tensione alternata, è resa continua da un diodo raddrizzatore (D), che carica un condensatore (C) di elevata capacità (0.1 mF).
Spostando l’interruttore, il C si scarica in qualche ms attraverso gli elettrodi applicati sul petto del paziente e quindi, attraverso le fibre del cuore, passa un impulso di corrente dell’ordine di 10 A per una durata di qualche ms.
Questo impulso di corrente fa contrarre contemporaneamente tutte le fibre muscolari cardiache, le quali, depolarizzandosi contemporaneamente, fanno riprendere il normale battito cardiaco.
Il processo di scarica del condensatore segue la legge esponenziale:
dove la resistenza R è di circa 50 Ω ed è data dal corpo del paziente tra i due elettrodi.
2° tipo di defibrillatore
Il secondo tipo di defibrillatore presenta in serie al condensatore C, un’induttanza L per limitare la corrente di scarica (defibrillatore di tipo RLC) in quanto una corrente di scarica alta potrebbe danneggiare la muscolatura ventricolare.
3° tipo di defibrillatore
Un terzo tipo di defibrillatore ha la capacità C molto elevata (circa 1 mF) in modo da avere un tempo di scarica molto lungo (~ 10 ms).
Ciò ha lo scopo di controllare l’energia ceduta al paziente ed eventualmente interrompere la scarica (defibrillatore a troncamento di scarica).
I defibrillatori hanno la possibilità di regolare l’energia di scarica. Valori tipici sono dell’ordine di 100 J, che si riducono a 50 J nel caso di interventi chirurgici a cuore aperto.
Un altro tipo di defibrillatore molto usato oggi in ambiente non clinico è detto a doppio impulso.
In questo tipo vengono erogati due impulsi distanziati di qualche ms:
- il 1° impulso defibrilla tutte le cellule eccitabili, ma non ha effetto sulle cellule che in quel momento si trovano nello stato refrattario (cioè non eccitabili);
- il 2° impulso defibrilla le cellule che erano nello stato refrattario al momento del 1° impulso e che ora sono diventate eccitabili.
Fonte: Fisica biomedica.