Physiologische Auswirkungen von Elektrizität

Die meisten von uns haben irgendeine Form von elektrischem „Schock“ erlebt, bei dem Elektrizität in unserem Körper Schmerzen oder Traumata erleidet. Wenn wir Glück haben, beschränkt sich das Ausmaß dieser Erfahrung auf Kribbeln oder Schmerzensstöße aufgrund der statischen Elektrizität, die sich durch unseren Körper entlädt.

Wenn wir in der Nähe von Stromkreisen arbeiten, die Lasten mit hoher Leistung versorgen können, wird der Stromschlag zu einem viel ernsteren Problem und Schmerzen sind die am wenigsten signifikante Folge eines Stromschlags.

Da elektrischer Strom durch ein Material geleitet wird, führt jeder Widerstand (Widerstand) zum Strom zu einem Verlust von Energie, normalerweise in Form von Wärme. Dies ist die grundlegendste und am einfachsten verständliche Wirkung von Elektrizität auf lebendes Gewebe:Strom erwärmt es. Wenn die erzeugte Wärmemenge ausreicht, kann das Gewebe verbrannt werden.

Der Effekt ist physiologisch der gleiche wie der Schaden, der durch eine offene Flamme oder eine andere Hochtemperatur-Wärmequelle verursacht wird, außer dass Elektrizität die Fähigkeit besitzt, Gewebe tief unter der Haut eines Opfers zu verbrennen, sogar innere Organe zu verbrennen.

Wie elektrischer Strom das Nervensystem beeinflusst

Eine weitere Auswirkung von elektrischem Strom auf den Körper, die in Bezug auf die Gefährdung vielleicht die bedeutendste ist, betrifft das Nervensystem. Mit „Nervensystem“ meine ich das Netzwerk spezieller Zellen im Körper, genannt Nervenzellen oder Neuronen, die die Vielzahl von Signalen verarbeiten und weiterleiten, die für die Regulierung vieler Körperfunktionen verantwortlich sind.

Das Gehirn, das Rückenmark und die sensorischen/motorischen Organe im Körper funktionieren zusammen, um ihm zu ermöglichen, zu fühlen, sich zu bewegen, zu reagieren, zu denken und sich zu erinnern.

Nervenzellen kommunizieren miteinander, indem sie als „Wandler“ fungieren und als Reaktion auf die Eingabe bestimmter chemischer Verbindungen, die als Neurotransmitter bezeichnet werden, elektrische Signale (sehr kleine Spannungen und Ströme) erzeugen , und setzt diese Neurotransmitter frei, wenn sie durch elektrische Signale stimuliert werden.

Wenn elektrischer Strom ausreichender Stärke durch ein Lebewesen (menschlich oder anders) geleitet wird, wird dies dazu führen, dass die winzigen elektrischen Impulse, die normalerweise von den Neuronen erzeugt werden, außer Kraft gesetzt werden, das Nervensystem überlastet und verhindert wird, dass sowohl Reflex- als auch Willenssignale aktiviert werden können Muskeln. Muskeln, die durch einen externen (Schock-)Strom ausgelöst werden, ziehen sich unwillkürlich zusammen, und das Opfer kann nichts dagegen tun.

Dieses Problem ist besonders gefährlich, wenn das Opfer mit den Händen einen unter Spannung stehenden Leiter berührt. Die Unterarmmuskeln, die für das Beugen der Finger verantwortlich sind, sind tendenziell besser entwickelt als die Muskeln, die für die Streckung der Finger verantwortlich sind. Wenn also beide Muskelgruppen versuchen, sich aufgrund eines elektrischen Stroms, der durch den Arm der Person geleitet wird, zusammenzuziehen, gewinnen die „beugenden“ Muskeln und verkrampfen sich die Finger zur Faust.

Wenn der Leiter, der das Opfer mit Strom versorgt, auf seine Handfläche gerichtet ist, zwingt diese Zusammenpressung die Hand, den Draht fest zu greifen, wodurch die Situation durch einen ausgezeichneten Kontakt mit dem Draht verschlimmert wird. Das Opfer wird den Draht nicht mehr loslassen können.

Medizinisch wird dieser Zustand der unwillkürlichen Muskelkontraktion als Tetanus bezeichnet . Elektriker, die mit dieser Wirkung eines Stromschlags vertraut sind, bezeichnen ein immobilisiertes Opfer eines Stromschlags oft als „im Stromkreis eingefroren“. Schockinduzierter Tetanus kann nur unterbrochen werden, indem der Strom durch das Opfer gestoppt wird.

Selbst wenn der Strom gestoppt wird, kann das Opfer für eine Weile nicht die willentliche Kontrolle über seine Muskeln wiedererlangen, da die Neurotransmitter-Chemie durcheinander geraten ist. Dieses Prinzip wurde in „Elektroschocker“-Geräten wie dem Taser angewendet, bei denen ein Opfer kurzzeitig mit einem Hochspannungsimpuls zwischen zwei Elektroden geschockt wird.

Ein gut platzierter Schock bewirkt, dass das Opfer vorübergehend (einige Minuten) bewegungsunfähig wird.

Elektrischer Strom kann jedoch bei einem Schockopfer mehr als nur die Skelettmuskulatur beeinflussen. Der Zwerchfellmuskel, der die Lunge steuert, und das Herz – das ein Muskel an sich ist – können auch im Zustand von Tetanus durch elektrischen Strom „eingefroren“ werden.

Sogar Ströme, die zu niedrig sind, um Tetanus zu induzieren, können oft genug Nervenzellsignale durcheinanderbringen, sodass das Herz nicht richtig schlagen kann, was das Herz in einen Zustand versetzt, der als Fibrillation bekannt ist . Ein flimmerndes Herz flattert eher als dass es schlägt und ist nicht effektiv beim Pumpen von Blut zu lebenswichtigen Organen im Körper.

In jedem Fall wird der Tod durch Erstickung und/oder Herzstillstand mit Sicherheit die Folge eines ausreichend starken elektrischen Stroms durch den Körper sein. Ironischerweise verwendet medizinisches Personal einen starken elektrischen Stromstoß, der über die Brust eines Opfers angelegt wird, um ein flimmerndes Herz in ein normales Schlagmuster zu „starten“.

Dieses letzte Detail führt uns zu einer weiteren Gefahr eines Stromschlags, die für öffentliche Stromnetze typisch ist. Obwohl sich unsere anfängliche Untersuchung von Stromkreisen fast ausschließlich auf Gleichstrom konzentriert (Gleichstrom oder Elektrizität, die sich in einem Stromkreis in eine kontinuierliche Richtung bewegt), verwenden moderne Stromversorgungssysteme Wechselstrom oder Wechselstrom.

Die technischen Gründe für diese Bevorzugung von Wechselstrom gegenüber Gleichstrom in Stromversorgungssystemen sind für diese Diskussion irrelevant, aber die besonderen Gefahren jeder Art von elektrischer Energie sind für das Thema Sicherheit sehr wichtig.

Wie AC den Körper beeinflusst, hängt stark von der Häufigkeit ab. Niederfrequenz-Wechselstrom (50 bis 60 Hz) wird in US-amerikanischen (60 Hz) und europäischen (50 Hz) Haushalten verwendet; es kann gefährlicher sein als hochfrequenter Wechselstrom und ist 3- bis 5-mal gefährlicher als Gleichstrom derselben Spannung und Stromstärke. Niederfrequenter Wechselstrom erzeugt eine ausgedehnte Muskelkontraktion (Tetanie), die die Hand an der Stromquelle festfrieren kann, wodurch die Exposition verlängert wird. DC verursacht höchstwahrscheinlich eine einzelne krampfhafte Kontraktion, die das Opfer oft von der Quelle des Stroms wegzwingt.

Die alternierende Natur von AC hat eine größere Tendenz, die Schrittmacherneuronen des Herzens in einen Zustand des Flimmerns zu versetzen, während DC dazu neigt, das Herz einfach zum Stillstand zu bringen. Sobald der Schockstrom gestoppt ist, hat ein „eingefrorenes“ Herz eine bessere Chance, ein normales Schlagmuster wiederzuerlangen als ein flimmerndes Herz.

Aus diesem Grund funktioniert das „Defibrillieren“ von Geräten, die von Notfallmedizinern verwendet werden:Der von der Defibrillatoreinheit gelieferte Stromstoß ist Gleichstrom, der das Flimmern stoppt und dem Herzen eine Chance gibt, sich zu erholen.

In jedem Fall sind elektrische Ströme, die hoch genug sind, um unwillkürliche Muskelaktionen auszulösen, gefährlich und sollten unbedingt vermieden werden. Im nächsten Abschnitt werfen wir einen Blick darauf, wie solche Ströme normalerweise in den Körper ein- und austreten, und untersuchen die Vorsichtsmaßnahmen gegen solche Vorkommnisse.

RÜCKBLICK:

• Elektrischer Strom kann aufgrund der Verlustleistung über den elektrischen Widerstand des Körpers tiefe und schwere Verbrennungen im Körper hervorrufen.
• Tetanus ist der Zustand, bei dem sich die Muskeln aufgrund des Durchgangs von externem elektrischem Strom durch den Körper unwillkürlich zusammenziehen. Wenn eine unwillkürliche Kontraktion der Muskeln, die die Finger kontrollieren, dazu führt, dass ein Opfer einen stromführenden Leiter nicht loslassen kann, wird das Opfer als „im Stromkreis eingefroren“ bezeichnet.
• Zwerchfell (Lunge) und Herzmuskeln werden in ähnlicher Weise durch elektrischen Strom beeinflusst. Sogar Ströme, die zu klein sind, um Tetanus zu induzieren, können stark genug sein, um die Schrittmacherneuronen des Herzens zu stören, was dazu führt, dass das Herz flattert, anstatt stark zu schlagen.
• Gleichstrom (DC) verursacht eher Muskel-Tetanus als Wechselstrom (AC), wodurch es wahrscheinlicher ist, dass Gleichstrom ein Opfer in einem Schockszenario „einfriert“. Wechselstrom führt jedoch eher dazu, dass das Herz des Opfers flimmert, was für das Opfer ein gefährlicherer Zustand ist, nachdem der Schockstrom gestoppt wurde.