Transferencia de calor

´ INVESTIGACION

REVISTA MEXICANA DE F´ ISICA 55 (1) 1–7

FEBRERO 2009

Transferencia energ´ tica en un modelo multicapa de tejido humano e sometido a irradiaci´ n electromagn´ tica de alta frecuencia o e
´ A.J. Garc´a-Collado ı Dpto. de C. Polit´ cnicas, Universidad Cat´ lica San Antonio, e o Guadalupe-Murcia, Espa˜ a, n e-mail: ajgarcia@pdi.ucam.edu G.J. Molina-Cuberos y M.J. N´ nez u˜Dpto. de F´sica, Facultad de Qu´micas, Universidad de Murcia, Murcia, Espa˜ a, ı ı n e-mail: gregomc@um.es, maripepa@um.es
Recibido el 31 de enero de 2008; aceptado el 6 de febrero de 2009 La forma en la que la energ´a es absorbida cuando la superficie de la piel es expuesta a una radiaci´ n electromagn´ tica, y las consecuencias ı o e f´sicas implicadas, son esencialmente los prop´ sitos de estetrabajo. En particular, se estudia la radiaci´ n electromagn´ tica de alta frecuencia. ı o o e Cuando esta radiaci´ n incide directamente sobre la superficie de la piel, la energ´a es transmitida hacia el interior de los tejidos, incrementando o ı su temperatura. Este proceso ha sido empleado de forma beneficiosa en muchos casos. A´ n hoy d´a, existe un desconocimiento te´ rico sobre u ı o estosefectos. Este estudio pretende tratar el tema desde su origen, y deja v´as de trabajo futuras para abordar a fondo el mismo. La piel es ı considerada como un sistema de m´ ltiples capas con distintas caracter´sticas cada una de ellas, cada capa es caracterizada por par´ metros u ı a de permitividad, conductividad, densidad y calor espec´fico. Dos tipos de piel son analizados: un tipo fibroso y un tipoadiposo, cada uno de ı ellos con diferentes grados de hidrataci´ n. En este estudio se muestra la evoluci´ n temporal no lineal de la temperatura de los tejidos y es o o tenida en cuenta la redistribuci´ n del calor ejercida por el propio cuerpo humano. o Descriptores: Radiofrecuencia; absorci´ n; diatermia; tejidos; modelo de transferencia de calor. o The way the energy is absorbed when skinsurface is being exposed to an electromagnetic radiation, and the physical consequences involved, are essentially the purposes of this study. In particular, we are dealing with High Frequency radiation. When it is directed toward the surface of the skin, energy is transmitted to its inner layers causing an increase of the temperature. This process has experimentally been proved to be beneficial in manycases. Yet theoretically there is still a slightly hollow basis about it. This study pretends to deal with that subject from its origin, and allows future study doors to tap in depth this theme. Skin tissue is actually a multilayer tissue with a different tissue in each layer. Each one of them is characterized by some parameters, such as permittivity, conductivity, density and specific heat. Twokinds of skin tissues will be analysed: a fibrous and a fatty one, each of both with a different skin humidity. In this study some parameters such as the non-linear temporal evolution of tissue temperature and the redistribution of heat them will be take into account. Keywords: Radio frequency; absorption; diathermy; tissues; bio-heat equation. PACS: 44.05.+e; 44.35.+c; 44.40.+a

1. Introducci´ n oEl estudio de los efectos que la radiaci´ n electromagn´ tica o e puede provocar en el ser humano es de gran actualidad y son numerosos los trabajos realizados en este campo [1-5]. Existe una gran preocupaci´ n social y cient´fica sobre el alcance de o ı dichos efectos y su influencia en el ser humano [6-9]. Entre los diversos efectos estudiados, se ha encontrado que la exposici´ n local de tejidohumano a radiaci´ n de alta frecueno o cia (HF: 3.0-30.0 MHz) provoca un aumento de temperatura que implica vasodilataci´ n, disminuci´ n de la velocidad de o o sedimentaci´ n de la sangre, desnaturalizaci´ n del col´ geno o o a o activaci´ n enzim´ tica, entre otros [10,11]. Estos efectos, o a bien determinados y convenientemente acondicionados, pueden ser orientados a tratamientos espec´ficos...