Человек подвергается действию технического или природного (молния) электричества. Удар молнии оказывает кратковременное действие по типу электрического тока, но чрезвычайно высокого напряжения (до миллиона вольт), приводящего к параличу дыхания и остановке сердца; при этом возможны ожоги и отрывы тканей и частей тела. Контакт с источниками постоянного и переменного тока имеет место в промышленности (трехфазный ток с напряжением 380 В и частотой 50 Гц), коммунальном хозяйстве, быту (напряжение 127–220 В, частотой 50–70 Гц) в транспорте. Увеличение количества сложной электромедицинской аппаратуры в реанимационных, операционных (электронож, электрокоагулятор, дефибриллятор), медицинских лабораториях увеличивает электротравматизм в медицине. При несоблюдении правил техники безопасности может произойти электротравма — нарушение анатомических соотношений и функций тканей и органов, сопровождающееся местной и общей реакцией организма в ответ на действие тока. Смертельные исходы от электротравм возникают в 10–15 раз чаще, чем при других видах травм.
Электроэнергия обладает способностью легко превращаться в другие виды энергии, поэтому она может вызвать механические, химические и термические повреждения. Особенностью действия тока является то, что он повреждает ткани не только на месте его приложения, но и на всем пути его прохождения через тело человека. Более того, электричество может поразить не только при соприкосновении, но и косвенно, а также на расстоянии через дуговой контакт и шаговое напряжение.
Факторами, определяющими тяжесть поражения и исход электротравмы, являются:
- физические параметры тока — его сила и напряжение;
- сопротивление тканей организма;
- путь прохождения тока по телу человека;
- исходное состояние организма в момент прохождения тока;
- время контакта с токоведущими источниками.
Сила тока. Прежде всего, тяжесть электротравмы зависит от силы тока, поэтому токи различной силы в зависимости от интенсивности действия делятся на три категории.
К первой категории относятся условно-патогенные токи силой от 0,5 до 20 мА. Пороговой величиной силы тока для человека является ток в 1–2 мА — при этом возникает ощущение действия тока. Увеличение силы тока за пределы порога ощущения сопровождается усилением реакции мышц; затем возникают судороги в конечностях и при достижении силы тока 15–25 мА судороги становятся настолько сильными, что человек не в состоянии самостоятельно отключиться от токоведущего предмета («неотпускающий» ток). При этом в пальцах и кистях рук возникают сильные боли. Однако при кратковременном действии и благоприятном направлении эта категория тока патогенного эффекта может и не вызывать.
Ко второй категории относятся патогенные токисилой от 20 до 80 мА. Токи этой группы также являются «неотпускающими». Длительный контакт приводит к сильным болям, затруднению дыхания вплоть до электрической асфиксии, может развиться трепетание желудочков сердца.
Токи силой от 80 мА и выше являютсяабсолютно патогенными, так как вызывают фибрилляцию сердца и паралич дыхания, сопровождающиеся 100 %-ной летальностью. Следует отметить, что при одной и той же силе переменный ток более опасен, чем постоянный.
Напряжение. Патогенное воздействие электрического тока тем сильнее, чем выше его напряжение. Напряжение до 40 В не вызывает выраженного эффекта. Однако при однополюсном касании, когда последовательно с телом пострадавшего в электрической цепи оказываются включенными сопротивления обуви, одежды, части оборудования, пола и других предметов — это суммарное сопротивление оказывается настолько велико, что напряжение установки в итоге становится во много раз больше исходного поражающего напряжения. Условно-патогенным считается напряжение до 100 В, ток свыше 220 В ток считается уже безусловно патогенными, как правило, приводит к летальному исходу. Невысокое напряжение тока вызывает зачастую фибрилляцию сердца, тогда как токи высокого напряжения (свыше 1 000 В) приводят к летальному исходу от нарушения дыхания и термических ожогов. Постоянный ток менее опасен, чем переменный только до напряжения в 500 В. При напряжении в 500 В опасность обоих родов тока уравнивается, а при напряжении более 500 В опаснее становится постоянный ток. При высоком напряжении электроток может поразить человека на расстоянии, через дуговой контакт: ионизация воздуха создает контакт человека с токоведущими установками. Опасность поражения возрастает в сырую погоду. При сверхвысоких напряжениях электрическая дуга может достигать длины 35 см.
Сопротивление. Ткани обладают реактивным емкостным сопротивлением (в основном мембраны клеток) и активным омическим (жидкостные среды). При этом величина емкостного сопротивления обратно пропорциональна частоте пропускаемого тока, поэтому она высока для постоянного тока и незначительна для переменного. По мере увеличения частоты сопротивление снижается и наименьшим оно является для УВЧ (100 000 Гц) — УВЧ беспрепятственно проходит через мембраны клеток, оказывая лишь глубокое прогревание тканей. По степени сопротивления ткани распределяются следующим образом: наибольшим сопротивлением току обладает наружный эпидермальный слой кожи (до 2 000 Ом); далее по убывающей — сухожилия, кости, нервы, мышцы, поскольку эти ткани состоят из плотных веществ. Наименьшим сопротивлением, и таким образом наилучшей электропроводностью, обладают спинномозговая жидкость, за ней сыворотка, далее цельная кровь и лимфа, так как эти жидкости содержат преимущественно растворы электролитов. Имеет значение площадь контакта тела с токоведущим предметом: чем она больше, тем значительнее опасность тока. Общее сопротивление тела человека (импеданс) при сухой неповрежденной коже составляет в среднем от 40 000 до 100 000 Ом.
Таким образом, электроток, преодолев сопротивление кожи и подкожной клетчатки, проходит в ткани параллельными пучками по путям наименьшего сопротивления — вдоль потоков тканевой жидкости, кровеносных и лимфатических сосудов, оболочек и нервных стволов. Через неповрежденную кожу ток проходит главным образом по каналам потовых и сальных желез — потому сухая огрубевшая кожа является плохим проводником, тогда как тонкая нежная и особенно увлажненная кожа хорошо проводит электрический ток. Сопротивление кожи зависит от силы и напряжения проходящего через нее тока. При увеличении этих параметров тока наступает пробой верхнего рогового слоя — ток скачкообразно возрастает и в дальнейшем организм ведет себя по типу омического сопротивления. Наиболее уязвимым местом является область лица и ладоней, стойкими к действию тока — поясничная область и голеностопные суставы. Сопротивление может меняться в зависимости от состояния нервной системы — например, боль снижает его. Пролиферация ткани, опухолевый процесс приводят к возрастанию сопротивления за счет увеличения количества клеток, их мембран и таким образом увеличения емкостного сопротивления ткани. Если же происходят альтерация ткани, воспаление в ткани, то сопротивление ее снижается.
Направление распространения тока. Электрический ток, распространяясь по тканям человека от места входа к месту выхода, образует так называемую петлю тока. Менее опасной является нижняя петля (от ноги к ноге) — при этом возникают ограниченные судороги скелетной мускулатуры, боль, возможны ожоги — но это не приводит, как правило, к смерти, поскольку в этой области нет жизненно важных органов и тканей. Более опасной представляется верхняя петля (от руки к руке), так как в этом случае ток проходит через область сердца, нарушая функцию автоматизма, возбудимости и проводимости сердечной мышцы, что влечет за собой нарушение ритма вплоть до фибрилляции, которая у человека спонтанно не проходит. Нарушение работы сердца может возникнуть и как результат рефлекторного нарушения венечного кровообращения или повышения тонуса блуждающего нерва. При прохождении тока через верхние конечности, наряду с нарушениями функции сердца, возникают спазм голосовой щели, а также спазм дыхательной мускулатуры, что резко затрудняет и в конечном итоге прекращает дыхание.
Наиболее опасен восходящий постоянный ток (анод ниже, катод выше): это связано с возбуждающим действием катода на синусовый узел и подавляющим возбуждение верхушки сердца действием анода. Исходящее при этом из синусового узла возбуждение сталкивается с нарастающим торможением проводимости, что приводит к возникновению фибрилляции желудочков.
Смертельным, как правило, является прохождение тока через ствол мозга — при этом наступает мгновенная смерть от паралича дыхательного и сердечно-сосудистого центров. Направление тока через голову нарушает ионное равновесие и способность к возбуждению нервной ткани, возникает паралич дыхания и электрошок. Однако, воспроизводимый мощным электрическим стимулом, электрошок находит свое использование в психиатрии, способствуя разрыву патологических связей между нервными клетками. В то же время, применение электросна вызывает синхронизацию ритмов и навязывание медленного ритма.
Исходное состояние организма и возраст пострадавшего в момент поражения. Наиболее чувствительны к току дети и старики, а также лица, страдающие эндокринными и хроническими заболеваниями. Электротравма, возникающая на фоне повышенного обмена веществ, тиреотоксикоза, перегревания, кровопотери, легкого и умеренного алкогольного опьянения, протекает более тяжело. Истощение, переутомление, сердечно-сосудистые и инфекционные заболевания увеличивают опасность поражения током.
Снижается тяжесть поражения электротоком, если он действует на человека в состоянии наркоза, глубокого алкогольного опьянения или сна, что связано, по-видимому, с торможением ЦНС. Повышается устойчивость организма к повреждающему действию тока при охлаждении, гипероксии и при состоянии эмоционального напряжения при ожидании действия тока.
Время действия тока. С увеличением времени прохождения через тело, эффект действия электрического тока возрастает. Однако, если время контакта меньше 0,01 секунды (время разряда дефибриллятора), это не приводит к патогенному действию даже при напряжении в 1 000 В и значительной силе тока. Однако электротравма в течение 1 секунды при таком же напряжении неизбежно смертельна. Следует отметить, что реакция организма на действие тока не зависит от действия одного какого-либо фактора, а слагается в результате суммарного влияния всех вышеуказанных факторов в различных их сочетаниях.
Патогенез электротравмы заключается в комбинации биологического, электрохимического, электротермического и электромеханического действий
Биологическое действие. Электроток является раздражителем для всех возбудимых тканей, потому при своем прохождении через тело человека он вызывает возбуждение нервных рецепторов и проводников, скелетной и гладкой мускулатуры, железистых тканей — вследствие этого наблюдаются тонические судороги скелетной мускулатуры, которые могут привести к остановке дыхания, отрывным переломам, вывихам, спазму голосовых связок. Электротравма челюстно-лицевой области может привести к повреждению глазного яблока и отрыву ушных раковин. Тоническое сокращение гладкой мускулатуры вызывает повышение артериального давления, непроизвольное мочеиспускание и дефекацию. Воздействие на нервную систему и органы внутренней секреции приводит к выбросу стрессорных гормонов и изменяет многие соматические и висцеральные функции организма. Действие тока на сердечную мышцу вызывает нарушение ритма работы сердца. На клеточном уровне изменяются K/Na градиент клеток и мембранный потенциал. Биологическое действие особенно выражено у низкочастотного переменного тока.
Электрохимическое действие тока проявляется в электролизе (распаде молекул на ионы и их движение к противоположно заряженным электродам), в результате которого происходит поляризация клеточных мембран — на одних участках тканей скапливаются положительно заряженные ионы (у анода возникает кислая реакция), у катода скапливаются отрицательно заряженные ионы (возникает щелочная реакция), что существенно меняет функциональное состояние клеток. Движутся не только ионы, но и белковые молекулы, поэтому в области ацидоза кислореагирующие вещества отнимают воду и наступает коагуляция белков, а в участках щелочной реакции происходит набухание коллоидов и возникает колликвационный (влажный) некроз тканей. В процессе электролиза образуются и накапливаются токсические и газообразные продукты.
Тепловое действие электротока. Усиление движения заряженных частиц под действием тока приводит к переходу электрической энергии в тепловую, что проявляется ожогами кожного покрова и гибелью подлежащих тканей. Кожа и кости, оказывающие току значительное сопротивление, поражаются больше, чем другие ткани, поэтому ожоги чаще возникают на месте входа и выхода тока, а расплавление костного вещества в костях ведет к образованию своеобразных вздутий — «жемчужных бус». Различают контактные электрические ожоги, возникающие от выделения тепла при прохождении через ткани и оказывающие сопротивление электротоку, и неспецифические термические ожоги при воздействии пламени вольтовой дуги. После ожогов возможны грубые рубцовые деформации с развитием контрактур. Для электроожогов характерны замедленное образование грануляционной ткани и медленная эпителизация.
Механическое действие тока большой силы и высокого напряжения проявляется в расслоении тканей и даже отрыве частей тела, так как токи высокого напряжения обладают огромной механической энергией, что вызывает взрывоподобный эффект.
Особенностью действия постоянного тока является выраженный ионизирующий эффект, сопровождающийся нарушением обмена веществ, токсемией, газообразованием и, зачастую, некрозом тканей. Возбуждающее действие — кратковременно: при замыкании под катодом и при размыкании под анодом. Длительное действие вызывает стойкую рекомбинацию ионов, в результате чего возникают катодическая и анодическая депрессии, что клинически сопровождается парезами и параличами. Тепловое действие постоянного тока достаточно выражено и проявляется в виде меток и ожогов, так как емкостное сопротивление кожи для постоянного тока велико и ток проходит только пробив кожу (пробой кожи наступает уже при напряжении в 30 В).
Особенностью действия переменного тока является биологический возбуждающий эффект низкочастотного тока (50–100 Гц), проявляющийся в течение всего времени экспозиции в виде судорожных сокращений мышц. Это связано с тем, что данная частота совпадает с оптимумом частот нервно-мышечной системы, она же является наиболее опасной для возникновения фибрилляции сердца. По эффекту остановки дыхания наиболее опасной является частота 200 Гц. Высокочастотные токи и УВЧ не обладают возбуждающим действием вообще, так как их частота превышает оптимум частот для нервно-мышечных синапсов человеческого организма. Электролитическое действие присуще низкочастотному току, но выражено слабо, однако приводит к изменению мембранного потенциала и проницаемости. При частоте в 1 000 Гц смещения ионов становятся малыми, что не оказывает повреждающего действия. Тепловой эффект выражен в основном в глубоко лежащих тканях, так как переменный ток проходит через кожу свободно. Однако при длительном контакте могут наблюдаться нарушение активности ферментов, утомление, тахикардия, аритмии сердца и изменения со стороны ЦНС.
Таким образом, электрический ток, проходя через живое тело, вызывает местные и общие изменения.
Местные изменения — знаки тока, ожоги, по краям которых имеется ветвистый рисунок красного цвета, свидетельствующий о параличе кровеносных сосудов. Воздействие лучистой энергии при электротравме может привести к поражению глаз.
Общие реакции — быстрая потеря сознания, судороги, остановка дыхания, снижение артериального давления, аритмии вплоть до фибрилляции сердца и прекращения сердечной деятельности.
Остановка дыхания обусловлена: повреждением дыхательного центра, его гипоксией в результате фибрилляции желудочков, резким сужением питающих продолговатый мозг сосудов.
Остановка сердца может произойти в результате фибрилляции желудочков, раздражения блуждающего нерва и сильного сужения коронарных сосудов.
При несмертельной электротравме происходят временная потеря сознания, кратковременная остановка дыхания, повышение артериального давления. После травмы остаются головокружение, головная боль, светобоязнь, тошнота. Артериальное давление часто понижено, дыхание поверхностное, пульс учащен.