전극의 크기가 작아질 때 그 아래에서 나타나는 변화로 옳은 것은?

전류밀도는 단위면적당 전류량이므로 같은 전류를 흘려도 전극이 작을수록 그 아래의 전류밀도가 높아져 자극감이 강해지고 화상 위험도 커진다. 따라서 자극을 집중시키려는 쪽을 작은 전극으로, 분산시키려는 쪽을 큰 전극으로 둔다.

전극 크기와 전류밀도의 관계

이 문제는 전기치료에서 가장 기본이 되는 원리인 전류밀도(current density)를 묻습니다. 전류밀도는 단위 면적을 통과하는 전류의 양입니다. 같은 세기의 전류를 흘려도 그 전류가 지나가는 접촉면이 좁으면 좁은 면적에 전류가 몰리고, 면적이 넓으면 전류가 넓게 퍼집니다. 그래서 전극의 크기는 환자가 느끼는 자극의 세기, 자극이 닿는 조직의 범위, 피부 손상 위험을 한꺼번에 좌우하는 변수가 됩니다.

보기 4번이 정답입니다. 전극이 작아지면 같은 전류가 더 좁은 피부 면적을 통과하므로 전극 아래의 전류밀도가 높아집니다. 임상에서는 이 성질을 이용해 자극을 모으고 싶은 쪽에 작은 전극(능동전극, 활성전극)을 두고, 자극을 분산시켜 느낌을 줄이고 싶은 쪽에 큰 전극(분산전극)을 둡니다. 다만 전류밀도가 지나치게 높아지면 자극감이 불쾌해지고 화상 위험도 커지므로 전극 크기는 항상 전류 세기와 함께 생각해야 합니다.

전극 크기에 따른 편안함은 조직 조건에 따라서도 달라집니다. 한 컴퓨터 모델 연구에서는 같은 수준의 신경 흥분을 만들 때 지방층이 얇고 신경이 표면 가까이에 있으면 작은 전극(0.8×0.8cm)이 더 편안하고, 지방층이 두껍고 신경이 깊이 있으면 큰 전극(4.1×4.1cm)이 더 편안한 것으로 계산되었습니다.^[1]

보기별 해설

1번: 전기저항이 사라진다 — 전극 크기가 변해도 피부와 조직의 저항이 사라지지는 않습니다. 오히려 접촉면이 작아지면 같은 조직을 지나는 경로가 좁아져 접촉 저항이 커지는 쪽으로 작용합니다. 저항이 없어지는 상황은 임상에 존재하지 않습니다.

2번: 자극이 깊이 침투한다 — 전극 아래 전류밀도는 표면에서 가장 높고 깊어질수록 퍼지며 낮아집니다. 전극이 작을수록 자극은 표면에 집중되고, 깊은 조직까지 자극하려면 보통 전극 간격을 넓히거나 큰 전극과 충분한 전류를 사용합니다. 따라서 작은 전극이 자극을 깊게 보낸다는 설명은 맞지 않습니다.

3번: 극성이 반대로 바뀐다 — 극성은 장치에서 전극에 연결한 양극과 음극 설정 또는 파형의 종류가 정하는 것이며 전극의 크기와 무관합니다.

5번: 전류밀도가 낮아진다 — 전극이 커질 때 나타나는 변화입니다. 문제의 조건은 전극이 작아지는 경우이므로 방향이 정반대입니다.

임상 적용 관점

경피 신경전기자극(TENS)이나 신경근전기자극(NMES)을 적용할 때 통증이 한 곳에 몰려 느껴지거나 따끔거린다면 전극이 너무 작거나 일부 면적만 피부에 붙어 있지 않은지 확인합니다. 전극이 들뜨면 실제 접촉 면적이 줄어 전류밀도가 갑자기 올라가고, 환자는 찌르는 듯한 통증이나 화상을 입을 수 있습니다. 감각이 저하된 부위에서는 환자가 불편을 호소하지 못하므로 더욱 주의해야 합니다.

정리하면 전류밀도는 전류를 면적으로 나눈 값처럼 이해하면 되고, 전극이 작을수록 전류밀도는 높아집니다. 정답은 4번입니다.