Повреждающее действие электрического тока

Особенности электрического тока как повреждающего фактора

Человек может подвергаться действию технического или природного (молния) электричества.

Электрический ток отличается рядом особенностей, которые определяют его опасность как повреждающего фактора: 1) электрический ток незрим, не имеет ни запаха, ни цвета, действует бесшумно; 2) не обнаруживается органами чувств до начала его действия на организм; 3) электрическая энергия обладает способностью превращаться в другие виды энергии, ток вызывает механические, химические, термические поражения, а также оказывает биологический эффект; 4) электрический ток может оказывать повреждающее действие не только при контакте, но и через предметы, которые человек держит в руках и даже на расстоянии; разрядом через воздух и через землю (например, при падении провода высоковольтной сети на землю); 5) ток повреждает ткани не только в месте его входа и выхода, но и на всем пути прохождения через тело человека.

Электротравма (Э.) - травма, вызванная воздействием на организм электрического тока, характеризующаяся нарушением анатомических соотношений и функций тканей и органов, проявляющаяся местной и общей реакцией организма.

Степень воздействия электрического тока на организм и тяжесть поражения им определяются: 1) физическими параметрами тока; 2) состоянием организма в момент поражения; 3) особенностями окружающей среды.

Роль физических параметров электрического тока

Изменения в организме при действии электрического тока зависят от напряжения и силы тока, вида тока (переменный или постоянный), времени действия, путей распространения тока по организму.

С увеличением напряжения и силы тока его повреждающее действие повышается. Сила тока, проходящего через организм, зависит от массы тела и сопротивления тканей. Сопротивление кожи в различных участках тела может колебаться от 10000 до 2000000 ом; сопротивление внутренних органов колеблется в пределах 100 - 3000000 ом; наибольшим сопротивлением обладают кости. Степень сопротивления тела человека также зависит и от целостности и увлажнения кожи, в частности, за счет потоотделения. Хорошая проводимость воды, высокая влажность воздуха играют важную роль в несчастных случаях. Предметы, не проводящие ток, смоченные водой, приобретают способность проводить ток.

На величину сопротивления тела человека оказывает влияние ЦНС, изменяя степень кровенаполнения органов и тканей, секрецию потовых желез и др.

Известны определенные участки тела с необычной (большой) прово­димостью - электрорецепторы. У человека это тыльная часть кисти, шея, ви­сок, спина, плечо. Главным проводником тока служат, как доказано, мышеч­ные массы с питающей их капиллярной сетью.

В общем, последствия действия электрического тока на организм опре­деляются не абсолютными величинами его напряжения и сопротивления тка­ней, а их соотношением, в зависимости от которого находится сила тока, проходящего через организм человека.

Влияние переменного и постоянного тока не однозначно. Наиболее опасен переменный ток низкой частоты - 40-60 Гц. С увеличением частоты повреждающее действие тока понижается. Токи высокой частоты даже при высоком напряжении не опасны и применяются с лечебной целью (УВЧ, токи Тесла, дАрсонваль, диатермия и др.). Переменный ток напряжения до 500 В более опасен, чем постоянный ток того же напряжения. При напряжении в 500 В повреждающее действие переменного и постоянного тока примерно одинаково; при напряжении выше 500 В постоянный ток становится более опасным, чем переменный.

Повреждающее действие тока в значительной степени определяется продолжительностью его действия; с увеличением времени оно усиливается. Так, например, прохождение тока высокого напряжения и большой силы в течение 0,1 сек. и менее не всегда вызывает смерть. В то же время действие тока такой же силы и напряжения в течение 1 сек. всегда приводит к летальному исходу. Таким образом, предельно допустимые величины токов зависят от времени воздействия на человека.

Важное значение для исхода поражения имеют пути распространения тока - «петли тока». Самое опасное для организма прохождение тока через головной мозг и сердце (в начале диастолы). Наиболее вероятные пути: нижняя петля (от ноги к ноге) - наименее опасная: верхняя петля (от руки к руке) - более опасна; самая опасная - полная петля (обе руки и обе ноги). В последнем случае ток проходит через сердце.

Летальный исход может наступить при всех видах петель, т.к. электрический ток, проходя через организм, раздражает все рецепторы, лежащие на его пути. Считают, что ток действует на все системы и органы, но больше всего страдают нервная и сердечно-сосудистая системы.

Значение реактивности организма

Последствия Э в значительной степени зависят от функционального состояния организма, его чувствительности к электрическому току, которая определяется рядом факторов, основные из которых состояние регуляторных систем - нервной и эндокринной. Во многих случаях решающую роль при поражении электрическим током играет фактор внимания, подготовленности, ожидания удара электрическим током.

Так, известно, что электрики нередко берутся за провода, чтобы убедиться в наличии в них тока и переносят эту манипуляцию без последствий. В то же время случайное прикосновение и неожиданное воздействие тока может вызвать у тех же людей тяжелые повреждения, вплоть до смертельного исхода.

Механизм этого явления полностью не изучен, полагают, что при неожиданном поражении электротоком возникает психический шок, который снижает устойчивость организма. Возможно, имеет значение и формирование оборонительной доминанты при «подготовленности» к действию тока, которая подавляет его эффект. Высказывается предположение, что фактор внимания усиливает кровообращение в ЦНС, увеличивает потребление кислорода, что в свою очередь приводит к увеличению числа электронов в процессах биохимических реакций

Подобные объяснения правомерны в основном при поражении током напряжением 220-380 В, при больших его значениях фактор внимания вряд ли может иметь существенное значение.

Тяжесть повреждающего действия электрического тока на организм во многом определяется функциональным состоянием нервной системы. Известно, что наркоз, глубокое, близкое к наркозу алкогольное опьянение, состояние «гипнотического сна» предохраняют человека и животного от действия электротока, понижают чувствительность к нему. Повышение возбудимости нервной системы при скармливании кроликам тиреоидина повышает чувствительность животного к электротоку. Резко возрастает чувствительность к электрическому току при тиреотоксикозе, гиперфункции щитовидной железы, при утомлении, истощении, отеках, повышенной гидрофильности тканей, психической и болевой травме, сердечно-сосудистой недостаточности, кровопотере.

Роль окружающей среды при электротравме

Поражение электрическим током происходит в определенных условиях внешней среды, которые оказывают существенное влияние на тяжесть и исход Э. Так, отчетливо повышается опасность электрического тока при пере-гревании организма, сопровождающемся усиленным потоотделением.

Уменьшение резистентности к Э. при перегревании, видимо, связано с повышением возбудимости вазомоторного и дыхательного центров. У пере­гретых животных смерть от Э. наступает чаще от первичной остановки сердца. С другой стороны, охлаждение (при t° среды - 10°С) уменьшает опасность электрических поражений. Установлено повышение порога действия электрического тока при гипотермии и резкое его понижение при гипертермии. Летом Э протекает тяжелее, электротравматизм повышается. В странах с жарким и влажным климатом, в северных широтах с частыми туманами и выпадением большого количества осадков поражения электрическим током возникают чаще и протекают тяжелее.

Определенное влияние на тяжесть и исход Э оказывает и уровень атмосферного давления. Так, при повышении атмосферного давления в подводных условиях и в барокамере устойчивость животных к Э. бóльшая. Это связывается с повышением парциального давления кислорода во вдыхаемом воздухе, увеличением запаса кислорода в организме. С другой стороны, при понижении атмосферного давления (и понижении парциального давления кислорода с развитием гипоксии) достоверно повышается опасность Э. В последнем случае имеет значение и повышение электропроводности воздуха.

Метеорологические факторы могут увеличивать или уменьшать проводимость электротока в организме. Имеет значение обстановка и состояние помещения, в которых возникает Э. В подвалах с сырым земляным полом сопротивление значительно меньше, следовательно выше вероятность прохождения тока большей силы через организм.

Кожаная, резиновая, шерстяная и шелковая одежда - хороший изолятор.

Все вышесказанное свидетельствует о том, что практически трудно назвать абсолютно опасные и абсолютно безопасные величины тока, ибо тяжесть поражения определяется множеством факторов и их сочетанием и взаимодействием. Большинство авторов считает, что безусловно смертельными, являются токи силой выше 0,1-0,5 А.

Механизм действия электрического тока

Электрический ток оказывает на организм специфическое и неспецифическое действие. Специфическое действие тока проявляется в биологическом, электрохимическом, электротермическом и электро-механическом эффектах, обусловленных перераспределением ионов (вибрационное действие).

Биологическое действие тока заключается в его воздействии на возбудимые ткани и в первую очередь на нервную систему и органы внутренней секреции. Происходит выброс в большом количестве катехоламинов (адреналина, норадреналина), изменяются соматические и висцеральные функции организма; происходит возбуждение скелетной и гладкой мускулатуры, возникают тонические судороги скелетных и гладких мышц. Биологическое действие распространяется на калий-натриевый градиент клеток и мембранные потенциалы, влияет на возникновение процесса возбуждения и другие явления в клетке.

Электрохимическое (электролитическое) действие тока проявляется в том, что ток, преодолев сопротивление кожных покровов, пронизывая ткани, вызывает электролиз, нарушение ионного равновесия в клетках, изменяет трансмембранный потенциал. Изменение распределения ионов существенно меняет функциональное состояние клеток. Происходит передвижение и белковых молекул, в результате чего кислота отнимает воду и наступает коагуляция белков (коагуляционный некроз), а в участках щелочной реакции про­исходит набухание коллоидов и возникает колликвационный некроз тканей.

Электротермическое действие тока обусловлено переходом электрической энергии при прохождении через ткани организма в тепловую с выделением большого количества тепла. В результате возникают поражения кожи - знаки тока (электрометки) - участки коагуляции эпидермиса - круглой или овальной формы, серовато-белого цвета, твердой консистенции, окаймленные валикообразным возвышением, западением в центре. Иногда электрометки представляют собой ссадины, поверхностные раны с обугленными краями. Иногда - очаги разрушения, идущие в глубину «электрометки на протяжении», наподобие огнестрельной раны, в которой ткани размозжены, оторваны. Нередко очаг разрушения представляет собой как бы отпрепарированный участок тела (препарирующее действие тока). Знаки тока обнаруживаются в 70-75%. Могут быть ожоги кожных покровов всех степеней вплоть до обугливания, расплавления костной ткани с выделением фосфорнокислого кальция и образования т.н. костных («жемчужных») бус.

Встречаются: ходы тока в кости, расщепление ногтевой бугристости концевых фаланг, вздутие, искривление костей, секвестрация, образование «костных жемчужин», спонтанная ампутация костных отрезков, остеопороз, декальцинация.

Электромеханическое (динамическое) действие тока может осуществляться двумя путями: посредством прямого перехода электроэнергии в механическую и действием образующегося пара и газа. Происходит расслоение тканей, даже отрыв частей тела, образование ран типа резаных, переломы костей, вывихи суставов, травмы черепа, сотрясения мозга и т.д. Совместное действие тепловой и механической энергии оказывает взрывоподобный эффект, повышенное давление воздушных масс может отбросить человека в сторону.

Неспецифическое действие тока - это действие, обусловленное другими видами энергии, в которые преобразуется электричество вне организма. Так, от раскаленных металлических проводников, от вольтовой дуги (400°С) от горения одежды, взрыва газа возникают термические ожоги. В результате излучения вольтовой дугой световых, ультрафиолетовых, инфракрасных лучей могут возникнуть ожог роговицы, конъюнктивиты, атрофия зрительного нерва; от сильного звука при взрыве - повреждение органа слуха; при падении с высоты - переломы костей, вывихи, ушибы, повреждение внутренних органов, компрессионные и отрывные переломы костей из-за судорожного сокращения мышц в момент Э идр.

Электрический ток, действуя на организм, вызывает местные и общие изменения. Однако разделение является условным, т.к. «местные» явления в большинстве случаев сопровождаются выраженными общими изменениями.

Различают ранние изменения, наступающие в момент прохождения тока и в первые 2-3 часа после Э, а также поздние, проявляющиеся через несколько дней, месяцев. Электрический ток действует непосредственно на поврежденные им клетки и ткани и опосредованно, раздражая лежащие на его пути рецепторы и обусловливая рефлекторные реакции, выходящие далеко за пределы его приложения (бииррадиация). Наряду с грубыми анатомическими нарушениями, электрический ток вызывает изменения в клеточных структурах на молекулярном и субклеточном уровнях. Полагают, что в патогенезе Э имеют значение не только ионизация атомов и молекул, но и изменения электрического потенциала органов и тканей.

В зависимости от условий электрический ток может вести весь патологический процесс до конца (смерть) и может выступать только как пусковой фактор (например, пребывание пострадавшего в состоянии шока уже после отключения цепи).

Местные явления

Местные явления проявляются, главным образом, в электроожогах. Различают контактные электроожоги, возникающие от выделения тепла при прохождении тока через ткани, оказывающие сопротивление электрическому току, и неспецифические (термические) ожоги, возникающие при воздействии пламени вольтовой дуги (рис. 1).

Рис. 1. Контактная электротравма при нарушении изоляции электрического утюга (220 В). Знаки тока: 1 - до лечения; 2 - в период лечения; 3 - по­сле заживления; 4. Контактная электротравма (220 В). Знаки тока на предплечье, 5. Знаки тока при электротравме от вилки провода (220 В). 6. Контактная электротравма лица и волосистой части головы с поражением кости. 7. Ожог электрической дугой лица, шеи и верхней конечности при ремонте электроустановки под напряжением 380 В.

(Из наблюдений Центрального института травматологии и ортопедии МЗ РФ)

Электрические ожоги обладают рядом особенностей, отличающих их от термических ожогов: они возникают обычно в местах входа тока и напоминают форму проводника, пришедшего в соприкосновение с телом. Соответственно в местах входа тока может наблюдаться импрегнация метала в кожу. Разрушение металла и проникновение в кожу мельчайших его частиц происходит под влиянием механического и химического действия тока. При этом кожа приобретает в зависимости от вида проводника различную окраску: зеленоватую - при контакте с латунью; серо-желто-коричневую - при контакте со свинцом. Для электроожогов характерна малая болезненность или вообще отсутствие боли, которая сильно выражена при термических ожогах, что объясняется анестезирующим действием тока (парабиоз нервных рецепторов и проводников). Течение неосложненных местных изменений своеобразно. Процесс распада и отторжения не ограничивается явно пораженными участками, а идет дальше, в 2-3 раза превышая первоначальные границы. Заживление происходит значительно лучше, чем при термических ожогах, раны не склонны к нагноению, хотя иногда и осложняются профузным кровотечением вследствие нарушенного состояния сосудистых стенок. В таком случае появляется опасность летального исхода у выздоравливающего человека. Вскоре после действия тока (иногда через 2-3 недели) может развиваться некроз кожи и мышц, захватывающий и кость. Некротизированная ткань быстро мумифицируется и отделяется от здоровой ткани демаркационной линией. В некоторых случаях ситуация усугубляется развивающимся протеолизом и всасыванием продуктов распада собственных тканей организма. При значительном поражении мышц и осложнении инфекцией имеется угроза травматической интоксикации (как при раздавливании тканей). Глубокий электроожог с проникновением в полость черепа может сопровождаться воспалительными изменениями в оболочках мозга и локальными поражениями ЦНС.

Поздние местные осложнения - грубые рубцовые деформации с развитием контрактур.

Общие явления

При Э. общие явления проявляются в изменениях психики, нарушении деятельности центральной и периферической нервной, сердечно-сосудистой, дыхательной систем, внутренних органов, проницаемости сосудов, изменениях крови, судорожным синдромом. Субъективные изменения могут быть различными: ощущение зуда в кончиках пальцев в месте прикосновения к проводнику, жгучая боль, толчок, дрожь. Возникает судорожное сокращение мышц.

Ток, допускающий разжатие руки, взявшейся за провод, - «отпускающий». Нередко судорожное сокращение мышц «приковывает» пострадавшего к источнику тока. «Приковывающий» эффект делает невозможным самостоятельное освобождение от источника тока, что значительно увеличивает время его действия и отягощает Э. Если «приковывание» происходит при захвате за провода высокого напряжения, кожа на руках чернеет, «слезает» («перчатка смерти»), сознание затемненное, сопровождается большей частью моторным возбуждением. Около 80% пострадавших теряют сознание; большая часть из них приходит в себя после отключения от сети без каких-либо специальных мероприятий. Длительная потеря сознания (несколько часов и даже суток) наблюдается обычно при прохождении тока через головной мозг.

У перенесших Э. могут наблюдаться разнообразные расстройства: бледность кожных покровов, синюшность губ, холодный пот, вялость, апатия, адинамия, чувство разбитости, усталости, тяжесть во всем теле, общее угнетение или возбуждение, ретроградная амнезия, возможна истерия, повышение внутричерепного давления и давления цереброспинальной жидкости, головная боль, светобоязнь и др. Возможны субарахноидальные кровоизлияния, очаговые поражения головного и спинного мозга, посттравматическая энцефалопатия, паркинсонизм, острая мозжечковая атаксия, нарушение проводимости спинного мозга. Встречаются (при поражении не очень высоким напряжением) спинноатрофические процессы, связанные с кровоизлияниями в спинной мозг - атрофия мышц, нарушения чувствительности с вазомоторными и трофическими расстройствами, иногда тазовые расстройства. Нарушения в деятельности центральной нервной системы могут быть связаны с непосредственным прохождением тока, нарушениями кровообращения и дыхания, а также с сильным психотравматическим воздействием.

При несмертельных Э. независимо от того, по какой петле проходит ток, электрокардиографически устанавливается наличие преходящей коронарной недостаточности; возможно возникновение инфаркта миокарда с последующим развитием фибрилляции; и просто болевые явления в области сердца (коронарные боли). Поэтому человек, перенесший электротравму, даже, если он чувствует себя хорошо, не может быть оставлен без наблюдения, отпущен домой, а должен быть госпитализирован минимум на трое суток, поскольку его следует считать тяжелобольным.

В периферической крови - лейкоцитоз, изменения лейкоцитарной формулы, появление патологических форм клеток. Могут наблюдаться расстройства дыхания, травматическая эмфизема и отек легких, явления функциональной недостаточности печени, поражения кишечника, почек, мочевого пузыря, отеки, водянка суставов. Возможно бесплодие у женщин; выпадение волос или гипертрихоз на пострадавшей конечности. Со стороны органов чувств - вестибулярные расстройства (упорные головокружения), невроретиниты, хореоретиниты, неврит зрительного нерва, катаракты.

Отечественные и зарубежные клиницисты отмечают, что системное поражение при Э. с обширными ожогами протекает легче, чем без ожогов. Это объясняется тем, что обугливание тканей как бы создает значительное препятствие для проникновения тока или даже совсем не пропускает его за пределы ожога; при больших разрушениях все экстеро- и интерорецепторы, близкие к участку поражения, мгновенно погибают (сгорают) и в результате рефлекторный компонент выпадает.

При прохождении электротока большой силы может наступить смерть в ближайшие 2-3 мин. после травмы, но внезапная смерть может наступить и после некоторого периода совершенно хорошего субъективного и объективного состояния.

Причины смерти при электротравме

Смерть при Э может наступить от: а) первичной остановки сердца (сердечная форма смерти); б) первичной остановки дыхания (дыхательная форма смерти); в) одновременной остановки сердца и дыхания (смешанная форма смерти); г) электротравматического шока.

Сердечная форма смерти может быть обусловлена: а) необратимой фибрилляцией сердца; б) спазмом коронарных артерий; в) поражением сосу-додвигательного центра; г) повышением тонуса блуждающего нерва.

Экспериментальные исследования показали, что сердце «уязвимо» для электротока только в состоянии его рефрактерности, которая на ЭКГ приходится на зубец «Т».

При сердечной форме смерти цвет кожных покровов у пострадавшего белый, т.к. кровь быстро останавливается, отдача кислорода тканям не происходит, и нормальное содержание редуцированного гемоглобина не изменяет окраски кожи. Опасность электрофибрилляции состоит в том, что у человека она спонтанно не проходит (в большинстве случаев) и нужны специфические сверхсрочные средства для ее снятия.

У мелких животных (мыши, крысы, морские свинки, кролики, кошки и даже обезьяны макаки) фибрилляция сердца носит обратимый характер. У крупных животных, сравнимых по весу с весом человека (собаки, овцы, свиньи, телята), фибрилляция сердца спонтанно не прекращается.

Дыхательная форма смерти при Э. может иметь различные патогенетические механизмы: а) торможение или паралич дыхательного центра; б) судорожное сокращение дыхательных мышц, спазм голосовой щели; в) спазм позвоночных артерий, питающих дыхательный центр; г) электрическая асфиксия - нарушение проходимости дыхательных путей вследствие ларингоспазма. При первичной остановке дыхания появляется синюшность кожных покровов, связанная с накоплением восстановленного гемоглобина.

При одновременной остановке сердца и дыхания отмечается, как и при сердечной форме смерти, бледность кожных покровов. Поражение дыхательного и сосудодвигательного центров при Э. обусловлено как непосредственным повреждением нервных клеток в результате деполяризации их мембран и коагуляции цитоплазмы, так и рефлекторным влиянием со стороны вовлекаемых в процесс экстеро- и интерорецепторов.

Электротравматический шок. Э, как и любая другая травма шокогенна, что ведет к фазным нейрогенным сдвигам в организме. Картина шока возникает при кратковременном прикосновении к токоведущему предмету человека, если не развивается фибрилляция и не останавливается дыхание. При более длительном прохождении тока шок возникает за счет резкого болевого раздражения рецепторов, нервных стволов, болезненных судорог мышц и спазма сосудов (ишемическая боль). Изменения функций при электрическом шоке протекают двухфазно. Первая (эректильная) фаза характеризуется возбуждением ЦНС, повышением артериального и венозного давления, одышкой, судорогами, которые могут продолжаться и после выключения тока. Судороги касаются и поперечнополосатой, и гладкой мускулатуры, поэтому возможно непроизвольное мочеиспускание и дефекация. В некоторых случаях (если ток проходит через головной мозг) судороги напоминают приступ эпилепсии.

Фаза возбуждения особенно резко выражена и продолжительна при действии тока небольшой силы. При действии тока большой силы (100 мА и выше) эта фаза кратковременна и преобладает вторая фаза торпидная - торможение ЦНС, резкое снижение кровяного давления, торможение дыхания, угнетение всех жизненных функций вплоть до потери сознания и состояния «мнимой смерти», когда останавливается дыхание, прекращаются сокращения сердца, исчезают рефлексы. Мнимая смерть может затем перейти в смерть истинную, биологическую.

Патогенез мнимой смерти до конца не выяснен. При мнимой смерти жизнь продолжается, но интенсивность ее проявлений ничтожна. Особенность мнимой смерти — возможность возврата к жизни человека, казавшегося мертвым, при использовании соответствующих лечебных мероприятий. Полагают, что электрический ток вызывает резкое запредельное торможение нервной системы, которое носит охранительный характер и делает возможным существование при минимальном потреблении кислорода. Большинство исследователей отождествляют состояние мнимой и клинической смерти. Однако ряд авторов дифференцируют эти понятия, считая, что при мнимой смерти основные системы, обеспечивающие жизнь - кровообращение и дыхание, функционируют, но на минимальном уровне (человек жив, но производит впечатление мертвого), в то время как при клинической смерти обе системы не функционируют.