Fysiologische effecten van elektriciteit

De meesten van ons hebben een of andere vorm van elektrische "schok" ervaren, waarbij elektriciteit ervoor zorgt dat ons lichaam pijn of trauma ervaart. Als we geluk hebben, is de omvang van die ervaring beperkt tot tintelingen of schokken van pijn door de opbouw van statische elektriciteit die door ons lichaam wordt afgevoerd.

Wanneer we werken rond elektrische circuits die een hoog vermogen aan belastingen kunnen leveren, wordt elektrische schok een veel ernstiger probleem en is pijn het minst significante resultaat van schokken.

Aangezien elektrische stroom door een materiaal wordt geleid, resulteert elke oppositie tegen de stroom (weerstand) in een dissipatie van energie, meestal in de vorm van warmte. Dit is het meest basale en gemakkelijk te begrijpen effect van elektriciteit op levend weefsel:stroom doet het opwarmen. Als de hoeveelheid gegenereerde warmte voldoende is, kan het weefsel worden verbrand.

Het effect is fysiologisch hetzelfde als schade veroorzaakt door een open vlam of een andere hittebron van hoge temperatuur, behalve dat elektriciteit het vermogen heeft om weefsel ver onder de huid van een slachtoffer te verbranden, zelfs interne organen te verbranden.

Hoe elektrische stroom het zenuwstelsel beïnvloedt

Een ander effect van elektrische stroom op het lichaam, misschien wel het belangrijkste in termen van gevaar, betreft het zenuwstelsel. Met 'zenuwstelsel' bedoel ik het netwerk van speciale cellen in het lichaam, zenuwcellen of neuronen genaamd, die de veelheid aan signalen verwerken en geleiden die verantwoordelijk zijn voor de regulatie van veel lichaamsfuncties.

De hersenen, het ruggenmerg en de sensorische/motorische organen in het lichaam werken samen zodat het kan voelen, bewegen, reageren, denken en onthouden.

Zenuwcellen communiceren met elkaar door als "transducers" te werken en elektrische signalen (zeer kleine spanningen en stromen) te creëren als reactie op de invoer van bepaalde chemische verbindingen die neurotransmitters worden genoemd en het vrijgeven van deze neurotransmitters wanneer ze worden gestimuleerd door elektrische signalen.

Als elektrische stroom van voldoende grootte door een levend wezen (mens of ander) wordt geleid, zal het effect zijn dat de kleine elektrische impulsen die normaal door de neuronen worden gegenereerd, worden onderdrukt, waardoor het zenuwstelsel wordt overbelast en wordt voorkomen dat zowel reflex- als wilssignalen kunnen worden geactiveerd spieren. Spieren die worden geactiveerd door een externe (schok)stroom zullen onwillekeurig samentrekken en het slachtoffer kan er niets aan doen.

Dit probleem is vooral gevaarlijk als het slachtoffer met zijn of haar handen contact maakt met een onder spanning staande geleider. De onderarmspieren die verantwoordelijk zijn voor het buigen van vingers zijn meestal beter ontwikkeld dan die spieren die verantwoordelijk zijn voor het strekken van de vingers, en dus als beide sets spieren proberen samen te trekken vanwege een elektrische stroom die door de arm van de persoon wordt geleid, zullen de "buigende" spieren winnen, klemmend de vingers tot een vuist.

Als de geleider die stroom levert aan het slachtoffer naar de palm van zijn of haar hand kijkt, zal deze klemmende actie de hand dwingen de draad stevig vast te pakken, waardoor de situatie verslechtert door een uitstekend contact met de draad te verzekeren. Het slachtoffer zal de draad helemaal niet kunnen loslaten.

Medisch gezien wordt deze toestand van onwillekeurige spiercontractie tetanus genoemd . Elektriciens die bekend zijn met dit effect van elektrische schokken noemen een geïmmobiliseerd slachtoffer van een elektrische schok vaak "bevroren op het circuit". Door schokken veroorzaakte tetanus kan alleen worden onderbroken door de stroom door het slachtoffer te stoppen.

Zelfs wanneer de stroom wordt gestopt, kan het slachtoffer een tijdje niet de vrijwillige controle over zijn spieren terugkrijgen, omdat de chemie van de neurotransmitter in de war is gebracht. Dit principe is toegepast in "stun gun"-apparaten zoals tasers, die volgens het principe een slachtoffer tijdelijk een schok geven met een hoogspanningspuls die wordt afgegeven tussen twee elektroden.

Een goed geplaatste schok heeft tot gevolg dat het slachtoffer tijdelijk (enkele minuten) wordt geïmmobiliseerd.

Elektrische stroom kan echter meer beïnvloeden dan alleen skeletspieren bij een slachtoffer van een schok. De middenrifspier die de longen aanstuurt, en het hart, dat op zichzelf al een spier is, kan ook worden 'bevroren' in een staat van tetanus door elektrische stroom.

Zelfs stromen die te laag zijn om tetanus op te wekken, zijn vaak in staat om zenuwcelsignalen zo te vervormen dat het hart niet goed kan kloppen, waardoor het hart in een toestand komt die bekend staat als fibrillatie . Een fibrillerend hart fladdert in plaats van klopt, en is niet effectief in het pompen van bloed naar vitale organen in het lichaam.

In ieder geval zal de dood door verstikking en/of hartstilstand zeker het gevolg zijn van een voldoende sterke elektrische stroom door het lichaam. Ironisch genoeg gebruiken medisch personeel een sterke elektrische stroomstoot die over de borst van een slachtoffer wordt toegepast om een ​​fibrillerend hart te "starten" in een normaal hartslagpatroon.

Dat laatste detail leidt ons naar een ander gevaar van elektrische schokken, dit dat eigen is aan openbare elektriciteitssystemen. Hoewel onze eerste studie van elektrische circuits zich bijna uitsluitend zal richten op gelijkstroom (gelijkstroom, of elektriciteit die in een continue richting in een circuit beweegt), maken moderne voedingssystemen gebruik van wisselstroom of wisselstroom.

De technische redenen voor deze voorkeur voor wisselstroom boven gelijkstroom in voedingssystemen zijn niet relevant voor deze discussie, maar de speciale gevaren van elke soort elektrische stroom zijn erg belangrijk voor het onderwerp veiligheid.

Hoe AC het lichaam beïnvloedt, hangt grotendeels af van de frequentie. Laagfrequente (50 tot 60 Hz) wisselstroom wordt gebruikt in Amerikaanse (60 Hz) en Europese (50 Hz) huishoudens; het kan gevaarlijker zijn dan hoogfrequente wisselstroom en is 3 tot 5 keer gevaarlijker dan gelijkstroom met dezelfde spanning en stroomsterkte. Laagfrequente AC produceert uitgebreide spiercontractie (tetanie), waardoor de hand kan vastvriezen aan de bron van de stroom, waardoor de blootstelling wordt verlengd. Gelijkstroom veroorzaakt hoogstwaarschijnlijk een enkele krampachtige samentrekking, die het slachtoffer vaak wegduwt van de stroombron.

De afwisselende aard van AC heeft een grotere neiging om de pacemakerneuronen van het hart in een toestand van fibrillatie te brengen, terwijl DC de neiging heeft om het hart gewoon stil te laten staan. Zodra de schokstroom is gestopt, heeft een 'bevroren' hart een grotere kans om weer een normaal hartslagpatroon te krijgen dan een fibrillerend hart.

Dit is de reden waarom "defibrillatie"-apparatuur die wordt gebruikt door ambulancepersoneel werkt:de stroomstoot die wordt geleverd door de defibrillatoreenheid is gelijkstroom, die fibrillatie stopt en het hart de kans geeft om te herstellen.

In beide gevallen zijn elektrische stromen die hoog genoeg zijn om onwillekeurige spieractie te veroorzaken gevaarlijk en moeten ze koste wat kost worden vermeden. In het volgende gedeelte bekijken we hoe dergelijke stromen het lichaam doorgaans binnenkomen en verlaten, en onderzoeken we de voorzorgsmaatregelen tegen dergelijke gebeurtenissen.

BEOORDELING:

• Elektrische stroom kan diepe en ernstige brandwonden in het lichaam veroorzaken als gevolg van vermogensdissipatie over de elektrische weerstand van het lichaam.
• Tetanus is de aandoening waarbij spieren onvrijwillig samentrekken als gevolg van de doorgang van externe elektrische stroom door het lichaam. Wanneer onwillekeurige samentrekking van spieren die de vingers beheersen, ervoor zorgt dat een slachtoffer een onder spanning staande geleider niet kan loslaten, wordt het slachtoffer "bevroren op het circuit".
• Diafragma (long) en hartspieren worden op dezelfde manier beïnvloed door elektrische stroom. Zelfs stromen die te klein zijn om tetanus op te wekken, kunnen sterk genoeg zijn om de pacemakerneuronen van het hart te verstoren, waardoor het hart gaat fladderen in plaats van sterk te kloppen.
• Gelijkstroom (DC) veroorzaakt eerder spiertetanus dan wisselstroom (AC), waardoor DC meer kans heeft om een ​​slachtoffer te "bevriezen" in een schokscenario. Het is echter waarschijnlijker dat AC het hart van een slachtoffer doet fibrilleren, wat een gevaarlijker toestand is voor het slachtoffer nadat de schokkende stroom is gestopt.