Ανθρώπινο σώμα και ρεύμα! Όλες οι λεπτομέρειες. Μέρος 1ο…
Ποιες οι επιπτώσεις του ηλεκτρικού ρεύματος στο ανθρώπινο σώμα
και ποιοι οι παράγοντες επίδρασης;
Επιπτώσεις:
Η ηλεκτροπληξία είναι το παθοφυσιολογικό αποτέλεσμα ενός ηλεκτρικού ρεύματος που διέρχεται διαμέσου του ανθρώπινου σώματος.
Το ηλεκτρικό ρεύμα μπορεί να έχει τις εξής επιπτώσεις στο ανθρώπινο σώμα:
> Παρέμβαση στη λειτουργία του νευρoμυϊκού συστήματος, λόγω της τροποποίησης του δυναμικού ηρεμίας της κυτταρικής μεμβράνης.
> Εγκαύματα και πηκτική νέκρωση λόγω μετατροπής της ηλεκτρικής ενέργειας σε θερμική.
> Μηχανικό τραυματισμό αποτέλεσμα βίαιων μυϊκών συσπάσεων ή/και πτώσεων.
Η κατά κύριο λόγο ηλεκτρική φύση της μετάδοσης των νευρικών παλμών είναι υπεύθυνη για τη μεγάλη ευαισθησία του σώματος σε ηλεκτρικά ρεύματα που διοχετεύονται εξωτερικά. Ηλεκτρικά φορτία πολύ μικρά για να προκαλέσουν θερμική βλάβη μπορεί να προκαλέσουν αλλαγή στη διαμόρφωση των πρωτεϊνών και διάτρηση (electroporation) της ακεραιότητας των κυτταρικών μεμβρανών που είναι απειλητική για την ομαλή κυτταρική λειτουργία. Σε στιγμιαία επαφή με ρευματοφόρο αγωγό, προκαλείται κυτταρική βλάβη (θραύση και λύση κυττάρων) μη σχετιζόμενη με ελευθέρωση θερμότητας. Σε πιο παρατεταμένη επαφή προστίθεται το στοιχείο του θερμικού εγκαύματος. Τα αιμοφόρα αγγεία μπορεί να υποστούν θρόμβωση και απόφραξη, με αποτέλεσμα ιστική ισχαιμία και νέκρωση. Η μυϊκή καταστροφή μπορεί να οδηγήσει σε οξεία νεφρική ανεπάρκεια (λόγω απόφραξης των νεφρικών σωληναρίων από τη μυοσφαιρίνη που απελευθερώνεται). Κατάγματα οστών, ρήξη μυών και τενόντων μπορούν να προκληθούν λόγω των βίαιων μυϊκών συσπάσεων ή/και πτώσεων.
Άμεσες κλινικές συνέπειες επί ηλεκτροπληξίας:
> Εγκαύματα, ιστική καταστροφή
> Κακοήθεις καρδιακές αρρυθμίες, δομική μυοκαρδιακή βλάβη
> Βλάβες από το κεντρικό νευρικό σύστημα και τα περιφερικά νεύρα
> Βλάβες μυών, μυονέκρωση, ραβδομυόλυση, μυοσφαιρινουρία
> Κατάγματα οστών, ρήξη συνδέσμων, τενόντων
> Οξεία νεφρική ανεπάρκεια
Όψιμες κλινικές συνέπειες επί ηλεκτροπληξίας
> Νευρομυϊκά προβλήματα που μπορεί να οφείλονται σε μυϊκή ίνωση ή περιφερικές νευροπάθειες.
> Αισθητικοκινητικές νευροπάθειες, παραισθησίες, δυσαισθησίες, αντανακλαστική συμπαθητική δυστροφία (αλγοδυστροφία).
> Όψιμες νευρολογικές διαταραχές. Έχουν αναφερθεί παραπληγία και τετραπληγία μέχρι και 5 χρόνια (!) από την ηλεκτροπληξία.
> Διαταραχές προσωπικότητας.
> Δυσανεξία στο ψύχος.
> Καταρράκτης.
Παράγοντες:
Παράγοντες που καθορίζουν το είδος και την έκταση των βλαβών
> Το είδος και η έκταση των βλαβών επί ηλεκτροπληξίας εξαρτώνται από:
> Την ένταση του ρεύματος που διέρχεται από τους ιστούς, η οποία με τη σειρά της εξαρτάται από την τάση του ρεύματος και την αντίσταση του σώματος (I=V/R).
> Το είδος του ρεύματος (συνεχές / εναλλασσόμενο) και τη συχνότητα του ρεύματος (προκειμένου για εναλλασσόμενο).
> Τη διαδρομή του ρεύματος στο σώμα, η οποία εξαρτάται από το σημείο επαφής με την πηγή («σημείο εισόδου»), το σημείο επαφής με τη γείωση («σημείο εξόδου») και την επιμέρους αντίσταση των διαφόρων ιστών.
> Τη διάρκεια έκθεσης στο ρεύμα.
> Την ενδεχόμενη εκτίναξη και πρόκληση μηχανικής βλάβης.
> Τη γενικότερη κατάσταση υγείας του θύματος.
Ενδεικτικός πίνακας αντίστασης ανθρώπινου σώματος σε διάφορες συνθήκες…
Η ένταση του ηλεκτρικού ρεύματος
Εργαστηριακά πειράματα έχουν δείξει ότι λιγότερο από το 1% των ανθρώπων μπορούν να αισθανθούν εναλλασσόμενο ρεύμα έντασης 0,3 mA συχνότητας 50 Hz. Η μέση τιμή για το κατώφλι αντίληψης του ρεύματος είναι 1,1 mA στους άνδρες και 0,7 mA στις γυναίκες. Ρεύμα αύτης της έντασης δίνει μια αίσθηση «μυρμηγκιάσματος». Το κατώφλι αντίληψης για συνεχές ρεύμα κυμαίνεται από 2-10 mA. Αυτές οι τιμές μας δείχνουν τρία πράγματα:
> Το κατώφλι αντίληψης διαφέρει από άνθρωπο σε άνθρωπο.
> Οι γυναίκες είναι πιο ευαίσθητες στην αντίληψη του ρεύματος.
> Το ανθρώπινο σώμα είναι πιο ευαίσθητο στα εναλλασσόμενα σήματα από ότι στα συνεχή.
Ρεύμα έντασης 5 mA (0,005 Α) 50 Hz θεωρείται ως το μέγιστο που είναι ακίνδυνο, αν και το σοκ («τίναγμα») που προκαλεί μπορεί να είναι αρκετά ενοχλητικό.
Αν ένας άνθρωπος πιάσει με το χέρι του ένα ρευματοφόρο αγωγό οι μύες του χεριού διεγείρονται και συστέλλονται. Έτσι το άτομο αναγκάζεται να κρατήσει πιο σφικτά τον αγωγό παρόλο που υφίσταται ηλεκτροπληξία. Σε σχετικά χαμηλά επίπεδα έντασης ρεύματος το άτομο μπορεί να ελέγξει τους μύες του, υπερνικώντας το ρεύμα και έτσι να απαγκιστρωθεί από το ρευματοφόρο αγωγό. Τα επίπεδα αυτά εξαρτώνται από την μυϊκή μάζα. Έτσι στα 50 Hz για τους άνδρες είναι 10-16 mA, για τις γυναίκες 6-10 mA, ενώ για τα παιδιά 3-6 mA. Τα επίπεδα αυτά για συνεχές ρεύμα είναι, γενικά, περίπου 50 mA – 75mA.
Ένα ρεύμα έντασης 10 mA – 20 mA (0,01 Α – 0,02 Α) μέσα από το χέρι ή το πόδι είναι αρκετά επώδυνο και μπορεί να προκαλέσει ισχυρές μυϊκές συσπάσεις. Ρεύμα 20 mA (0,02 Α) μέσω του χεριού που κρατά ρευματοφόρο αγωγό καθιστά το άτομο πρακτικά ανίκανο να απαγκιστρωθεί από τον αγωγό λόγω της τετανικής σύσπασης που προκαλείται στους μύες του χεριού. Αν το θύμα δεν κρατά τον αγωγό, η ισχυρή μυϊκή σύσπαση συνήθως το εκτινάσσει μακριά με κίνδυνο μηχανικών κακώσεων. Ρεύματα της ίδιας έντασης μέσα από το στήθος μπορούν να προκαλέσουν κοιλιακή μαρμαρυγή (άτακτη σύσπαση των μυϊκών ινών των κοιλιών της καρδίας) εντός 30 δευτερολέπτων. Είναι αξιοσημείωτο ότι η διαφορά ανάμεσα σε ένα ρεύμα που γίνεται μόλις αντιληπτό και σε ένα που μπορεί να σκοτώσει είναι λιγότερο από 20 mA.
Ρεύμα έντασης 20 mA – 50 mA (0,02 Α – 0,05 Α) 50 Hz είναι εξαιρετικά επώδυνο και μπορεί, επιπλέον, να προκαλέσει παράλυση των αναπνευστικών μυών (αναπνευστική παύση).
Γενικά, εναλλασσόμενα ρεύματα της τάξης του 60 mA – 100 mA (0,06 A – 0,1 Α) 50 Hz που διέρχονται από το θώρακα ενήλικα, ενώ είναι πολύ μικρά για να προκαλέσουν ουσιαστική θέρμανση, μπορούν να αποβούν θανατηφόρα επειδή παρεμβαίνουν στο νευρικό σύστημα και κυρίως στην καρδιά και μπορούν να προκαλέσουν απειλητικές για τη ζωή καρδιακές αρρυθμίες σε λιγότερο από ένα δευτερόλεπτο. Απαιτούνται 300 mA – 500 mA (0,3 A – 0,5 Α) συνεχούς ρεύματος για να προκληθεί αντίστοιχο αποτέλεσμα.
Εάν ένα ρεύμα εφαρμοσθεί απευθείας στην καρδιά (μικροσόκ) μέσω π.χ. ενός καθετήρα ή ενός ηλεκτρόδιου, τότε αρκεί λιγότερο από 1 mA (AC ή DC) για να προκληθεί κοιλιακή μαρμαρυγή.
Τα πολύ μεγάλα ρεύματα (πάνω από 0,1 Α) είναι λιγότερο επικίνδυνα να προκαλέσουν θανατηφόρα κοιλιακή μαρμαρυγή, επειδή το μυοκάρδιο ακινητοποιείται σε μία θέση (καρδιακή ασυστολή) και μπορεί να επανέλθει αυτόματα. Αυτό βρίσκει εφαρμογή στους απινιδωτές όπως θα δούμε παρακάτω.
Ρεύμα 0,2 Α – 0,5 Α μπορεί να προκαλέσει πολύ σοβαρές βλάβες εν τω βάθει ιστών αν η επαφή είναι αρκετά παρατεταμένη ώστε να προκληθεί έγκαυμα.
Ρεύμα πάνω από 1 Α προκαλεί βλάβη σκελετικών μυών και περιφερικών νεύρων και καρδιοαναπνευστική ανακοπή.
Η τάση του ηλεκτρικού ρεύματος
Από τις παραμέτρους που περιγράφονται από το νόμο του Ohm, η τάση είναι αυτή που συνήθως είναι γνωστή και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως ένα μέτρο του μεγέθους της έκθεσης στο ρεύμα και κατά συνέπεια του μεγέθους της πιθανής βλάβης.
Η τάση είναι ένα μέτρο της διαφοράς του ηλεκτρικού δυναμικού μεταξύ δύο σημείων και καθορίζεται από την ηλεκτρική πηγή. Οι περισσότερες ηλεκτροπληξίες προέρχονται από πηγές σταθερής τάσης, δηλαδή η τάση δεν αλλάζει τιμή με το χρόνο, άσχετα από την ένταση του ρεύματος που διοχετεύεται στο σύστημα από την πηγή.
Για να ρέουν, λοιπόν, τα φορτία μέσα σε ένα αγωγό πρέπει να υπάρχει μια διαφορά δυναμικού μεταξύ δύοσημείων του αγωγού. Έτσι π.χ. τα πουλιά που κάθονται πάνω σε ηλεκτροφόρα σύρματα δε παθαίνουν ηλεκτροπληξία γιατί και τα δύο τους πόδια ακουμπάνε πάνω στο ίδιο σύρμα. Άρα, δεν υπάρχει ουσιαστική διαφορά δυναμικού μεταξύ των ποδιών τους και έτσι δε ρέει ρεύμα διαμέσου του σώματος του πουλιού. Θα μπορούσε κάποιος, λοιπόν, να σκεφτεί ότι είναι αδύνατο να πάθει ηλεκτροπληξία ακουμπώντας μονάχα σε ένα σύρμα ή σε ένα σημείο. Δυστυχώς, για τους ανθρώπους, τις περισσότερες φορές δεν ισχύει κάτι τέτοιο, επειδή πατάνε στο έδαφός και τα υποδήματα που συνήθως φοράνε δεν είναι από μονωτικό υλικό με αποτέλεσμα να «κλείνει» το ηλεκτρικό κύκλωμα, χρησιμοποιώντας τη γη ως αγωγό.
Οι βλάβες από ηλεκτροπληξία χωρίζονται παραδοσιακά σε χαμηλής και υψηλής τάσης, με τα 500 ή 1000 V να αποτελούν αυθαίρετα την πιο συνηθισμένη διαχωριστική γραμμή. Η χρήση υψηλών τάσεων καθιστά της μεταφοράς ισχύος πιο αποτελεσματική, όμως αυξάνει ταυτόχρονα τον κίνδυνο ηλεκτροπληξίας. Αν και τόσο οι βλάβες από υψηλές τάσεις όσο και αυτές από χαμηλές τάσεις μπορούν να προκαλέσουν σημαντική νοσηρότητα και θνησιμότητα, ο γενικός κανόνας λέει ότι όσο υψηλότερη η τάση τόσο μεγαλύτερη είναι η ιστική καταστροφή, εξαιτίας του μεγαλύτερου ρεύματος που διαρρέει το σώμα. Στις υψηλές τάσεις, οι βλάβες οφείλονται κυρίως στην θερμότητα και οι ιστολογικές μελέτες που έχουν γίνει σε τέτοιες περιπτώσεις δείχνουν πηκτική νέκρωση συμβατή με θερμική βλάβη. Πρέπει να σημειώσουμε ότι η ηλεκτρική ενέργεια που προέρχεται από υψηλή τάση μειώνει δραματικά την αντίσταση του σώματος γιατί λύει πολύ γρήγορα το ανθρώπινο δέρμα. Όταν το δέρμα διατρηθεί, το ρεύμα αυξάνει κατακόρυφα.
Γενικά πάντως, δεν μπορούμε να λάβουμε υπόψιν μόνο την τάση, γιατί πολύ χαμηλές τάσεις μπορεί να είναι επικίνδυνες σε ειδικές περιπτώσεις που θα εξετάσουμε στη συνέχεια, ενώ, αντίστροφα, πολύ υψηλές τάσεις μπορεί να είναι εντελώς ακίνδυνες. Για παράδειγμα η ηλεκτροστατική εκκένωση, που υφίσταται κανείς όταν περπατά πάνω σε χαλί και αγγίζει ύστερα κάποιο μεταλλικό αντικείμενο, μπορεί να αφορά χιλιάδες volts και να είναι αρκετά ενοχλητική, αλλά δεν έχει καμία σοβαρή επίπτωση στο ανθρώπινο σώμα.
