6-2. Elektryczność statyczna i energia elektryczna

Przepływ prądu elektrycznego bezpośrednio przez mięsień sercowy człowieka może spowodować zatrzymanie obiegu krwi wskutek wystąpienia fibrylacji (migotania) komór sercowych. Podczas fibrylacji komór sercowych ulega zmianie przebieg elektrokardiogramu i następuje spadek ciśnienia krwi (6-2. slajd 6 ).

6-2. slajd 6

W zasadzie fibrylacja może nastąpić jedynie przy zaistnieniu bodźca elektrycznego w fazie względnej refrakcji pracy serca, odpowiadającej załomkowi T przebiegu EKG. Czas trwania tej fazy wynosi według różnych autorów 5 ÷ 90 ms, a nawet do 150 ms. Jeżeli przepływ prądu przez serce rozpoczyna się w przedziale czasu między końcem fazy T a początkiem załomka Q , to może on wywołać tylko tzw. skurcz dodatkowy.

Podczas fibrylacji komór sercowych zamiast miarowych okresowych skurczów komór serca (60 ÷ 70 na min) pojawiają się niemiarowe nieokresowe skurcze o częstotliwości 6 ÷10 Hz (400 ÷ 600 na min). Jednocześnie ciśnienie krwi gwałtownie maleje i przepływ krwi może zostać zatrzymany, co może spowodować w pierwszej kolejności niedotlenienie mózgu, a po czasie około 10 s - utratę przytomności. Jeżeli proces ten trwa dłużej, to po dalszych 20 s nastąpi zatrzymanie oddychania i początek śmierci klinicznej. Rażonego człowieka można jeszcze uratować, jeżeli udzieli mu się skutecznej pomocy przed upływem 3÷5 min, tzn. przed upływem czasu, jaki bez dopływu tlenu może przeżyć kora mózgowa. Fibrylacja komór sercowych może ustąpić pod wpływem bardzo silnego bodźca elektrycznego. Urządzenia służące do tego celu zwane są defibrylatorami.

Prowadzone od wielu lat liczne badania na ludziach i zwierzętach oraz dokonywane analizy wypadków elektrycznych pozwoliły na dość dokładne scharakteryzowanie wartości prądów wywołujących fibrylację komór sercowych. Badania te wykazały, że wartości prądu fibrylacyjnego zależą głównie od następujących czynników i okoliczności:

• drogi przepływu prądu przez ciało,
• masy ciała,
• czasu trwania przepływu,
• rodzaju prądu: przy prądzie stałym - od kierunku jego przepływu, a przy przemiennym - od częstotliwości.

Najgroźniejsze drogi rażenia ze względu na możliwość wystąpienia fibrylacji to te, którymi duża część prądu przepływa przez serce. Są to kolejno: lewa ręka - pierś, pierś - prawa ręka, lewa ręka - nogi, prawa ręka - nogi i ręka - ręka. Ustalono, że im mniejsza masa ciała człowieka, tym mniejsze są wartości prądów wywołujących fibrylację komór sercowych.

Wpływ czasu trwania rażenia (droga rażenia lewa ręka - stopy lub dowolna stopa) na wartość prądu fibrylacyjnego o częstotliwości około 50-100 Hz, a także na wartości prądów przemiennych wywołujących inne skutki, przedstawiono na 6-2. slajd 7. 

6-2. slajd 7

W poszczególnych strefach czasowo-prądowych reakcje organizmu są następujące:

• strefa A C-1 : nie występują żadne reakcje patologiczne . Wartość progowa prądu odczuwania, przy której z małym prawdopodobieństwem występuje odczuwanie przepływu prądu przez większość mężczyzn, wynosi 0,5 mA (prosta a , dla kobiet wartość ta wynosi 0,3 mA);
• strefa A C-2 : w miarę wzrostu wartości prądu występuje: mrowienie w palcach i drętwienie, skurcze włókien mięśniowych i uczucie bólu ( I > 3 mA). Im wyższa wartość prądu rażeniowego i dłuższy czas jego przepływu, tym liczniejsze włókna mięśni dłoni ulegają skurczowi. Przy tężcowym skurczu mięśni dłoni porażony nie jest już zdolny sam rozewrzeć palców. Wartość progowa prądu samouwolnienia , przy której jest to jeszcze praktycznie możliwe, wynosi 10 mA (dla kobiet - 6 mA);
• strefa A C-3: występuje nasilenie bólu, wzrost ciśnienia krwi oraz skurcze tężcowe mięśni poprzecznie prążkowanych i skurcze mięśni oddechowych (mięśni płuc - powyżej 20 mA, dla kobiet - 15 mA), co może wywołać niedotlenienie organizmu, trudności z oddychaniem, zwiększenie ilości dwutlenku węgla we krwi i zakwaszenie tkanek, skutkiem czego może być sinica skóry i błon śluzowych.
• Zwykle są to odwracalne skutki fizjologiczne - bez uszkodzeń organizmu. Pojawiają się także odwracalne zakłócenia w pracy serca (fibrylacja lub przejściowa blokada). W skrajnych przypadkach mogą występować skurcze naczyń wieńcowych i w rezultacie zawał mięśnia sercowego. Krzywa c 1 oznacza graniczne wartości prądów niefibrylacyjnych;
• strefa A C-4.1: obserwuje się te same skutki rażenia, co w strefie AC-3, nasilające się wraz ze wzrostem natężenia prądu i czasu jego przepływu. Prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór sercowych wzrasta do około 5% - krzywa c 2 , 50% - krzywa c 3 i ponad 50% - w obszarze powyżej krzywej c 3. 

Wartości prądów odczuwania, samouwolnienia i wywołujących migotanie komór serca zależą od częstotliwości - najmniejsze wartości występują przy częstotliwości około 50 Hz, wzrastają dla niższych i wyższych. Przykładowo dla częstotliwości 1000 Hz wartości tych prądów są większe: dla reakcji odczuwania - 1,6 razy, samouwolnienia - 2,1 oraz fibrylacji -14-krotnie.

W urządzeniach elektronicznych, zarówno powszechnego użytku, jak i przemysłowych, jest wiele obwodów elektrycznych, w których płyną prądy niesinusoidalne także w postaci jednokierunkowych impulsów o różnym kształcie. W przypadku rażenia takim prądem mogą wystąpić skutki jak wyżej omawiane.

Wartości prądów stałych wywołujące wyżej wymienione skutki są mniejsze niż w przypadku prądów częstotliwości 50 Hz. Wyraźnie odczuwalne reakcje organizmu następują dopiero wtedy, kiedy obwód przepływu prądu stałego zostanie przerwany (otwarty) i bezpośrednio po tym, ponownie zamknięty. Na 6-2. slajd 8 przedstawiono strefy czasowo-prądowe reakcji organizmu człowieka przy porażeniu prądem stałym drogą rażenia: lewa ręka - stopy lub dowolna stopa. Reakcje organizmu są następujące:

• strefa DC-1 nie występują żadne, odczuwalne przez zmysły i układ nerwowy reakcje. Długotrwały przepływ prądu stałego, przy braku odczuwania tego przepływu, może być przyczyną ciężkich zatruć organizmu, gdyż na skutek elektrolizy może nastąpić rozkład płynów ustrojowych. W artość progową prądu odczuwania równą 2 mA (dla kobiet 1,5 mA) wyznaczono dokonując wyłączania i załączania obwodu rażeniowego;
• strefa D C -2 : skutki rażenia takie same, jak w poprzedniej strefie; dodatkowo występuje reakcja odczuwania przy załączaniu i wyłączaniu obwodu rażeniowego. Wartość progowa prądu samouwolnienia wynosi I = 30 mA (dla kobiet 20 mA). Przy tych wartościach prądów rażeniowych samodzielne uwolnienie się od elektrod mimo bolesnych skurczów mięśni rąk jeszcze jest możliwe;
• strefa DC-3 : wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia takich skurczów mięśni rąk, które uniemożliwią samouwolnienie się rażonego. Mogą pojawiać się odwracalne zakłócenia w pracy serca ;
• strefa D C -4.1 : występują podobne skutki przepływu prądu jak w strefie DC-3. Oprócz tego wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia fibrylacji komór sercowych (krzywa c 2 - 5% i c 3 - 50%) oraz utraty przytomności i wystąpienia oparzeń skóry. Wartości prądów stałych wywołujących fibrylację komór sercowych są dla długotrwałych rażeń 2-4-krotnie większe od wartości prądów fibrylacyjnych o częstotliwości 50 Hz.

6-2. slajd 8

Skutki termicznego oddziaływania prądu elektrycznego na skórę człowieka zależą głównie od gęstości prądu i czasu przepływu . Przy gęstości prądu od 20 do 50 mA/mm 2 po czasie trwania rażenia rzędu kilkudziesięciu sekund tworzą się wokół elektrody pęcherze oparzeniowe. Przy większych gęstościach prądu i dłuższym czasie jego przepływu może wystąpić zwęglenie skóry, martwica skóry, mięśni, nerwów, a także naczyń krwionośnych. Przy dużych wartościach prądu elektrycznego oparzenia mogą być tak głębokie, że tkanki skóry (a nawet kości) mogą ulec zwęgleniu.