A villamos áram hatása az emberi szervezetre
2014.10.10 11:00
Ha az emberi test, vagy állat villamos áramkörbe kerül, áramütéses baleset következhet be. Az áramkörbe véletlenül vagy szándékosan többféle módon kerülhetünk. Ennek leggyakoribb előfordulási módjai:
- két, egymáshoz képest feszültség alatt lévő (aktív) üzemi vezetőt megérintünk,
- egy, a földhöz képest feszültség alatti üzemi (aktív) vezetőt érintünk meg,
- a talaj különböző potenciálú pontjait (feszültségtölcsér) lépés közben áthidaljuk,
- meghibásodás következtében (testzárlat miatt) feszültség alá került (egyébként feszültségmentes, inaktív) vezető részt érintünk meg.
1.1 A villamos áram élettani hatásai
Az emberi szervezet működését rendkívül bonyolult áramkörökön keresztül vezérli az agy. Idegrendszerünk villamos áram útján közvetíti a külső ingereket az agyba, amely a bioáramok közvetítésével adja ki parancsait.
Áramütés esetén a külső áram megzavarja a belső áramköri egyensúlyt. Az áramütés az izomra és az idegrendszerre gyakorolt közvetlen, vegyi bontó- és hőhatásával, valamint a villamos ív ultraibolya sugárzásával veszélyezteti a szervezetünket.
Normális életfunkció esetén az izomcsoportok tevékenységükben állandóan váltják egymást. Áramütés hatására kialakuló ingersorozat valamennyi izomcsoport egyidejű összehúzódását válthatja ki. Ez izomszakadással, esetleg csonttöréssel is járhat. Lényegesen veszélyesebb azonban a légző izmok görcsös összehúzódása, mert gátolja a szervezet oxigénellátását. Ezért a vérben megnő a szén-dioxid tartalom, amely fokozottan ingerli az agyi légzőközpontot, fulladásos halál állhat be.
Közvetlenül halált idézhet elő az áramnak a létfontosságú légzőközpontra és az érmozgató központra gyakorolt hatása. Az izmokra, idegekre gyakorolt hatás szempontjából a legveszélyesebb éppen az 50 periódusú váltakozó áram.
Végzetes következményekkel járhat a szív izomzatára gyakorolt hatás is. Az áramütés hatására a szívizomzat megbénul, vagy felborulhat az inger képzés és inger vezetés rendje, amely szívkamraremegést (kamrafibrillációt) okoz. Ekkor a szívkamrák igen gyorsan (percenként 300-400 szivattyúzást végeznek) húzódnak össze, ami miatt a kamra izomzat nem képes a vérellátást biztosítani; a vérkeringés gyorsan leáll.
Ha az áram közvetlenül az agyra hat, eszméletlenséget okoz, de mellékhatásként bénulás, egyensúlyi, hallási és egyéb zavarok is létre jöhetnek.
A légzést és a keringést az agyban több szinten elhelyezkedő idegközpontok irányítják. Az árambehatás ezek bénulását hozza létre, ekkor leáll a vérkeringés, illetve a légzés.
A klinikai halál a szív megállásakor következik be. Mivel az oxigén ellátás megszűnik, az agy és az idegsejtek azonnal bomlani kezdenek. Az élet klinikai jelei nem észlelhetők, de a szervezet sejtjei a saját tartalékai felhasználásával még életben maradnak. Az orvostudomány mai ismeretei szerint körülbelül 4-5 percen belül a sejtek bomlása még nem okoz maradandó agykárosodást.
Ebből az állapotból – az alapvető élettevékenységek külső pótlásával (újraélesztéssel) – a szervezet még életre kelthető. Ha ez az idő eltelt, a sejtbomlás már olyan károsodással jár, hogy a balesetes nem menthető meg, akkor bekövetkezik a biológiai halál.
A balesetet szenvedett újraélesztését – az áramkörből való kiszabadítását és a légutak megtisztítását követően – haladéktalanul el kell kezdeni. Kutatási eredmények bizonyítják, hogy a klinikai halál beállta után egy percen belül 80%, három percen belül 75%, négy percen belül 50%, öt percen túl pedig 10%-ban sikeres, károsodás nélküli újraélesztés valósítható meg.
Figyelem! Ez nem jelenti azt, hogy ezután semmi remény nincs az újraélesztésre. Az újraélesztést azonnal meg kell kezdeni és mindaddig folytatni kell, amíg a balesetes saját szívműködése, légzése meg nem indult, vagy az elsősegélynyújtáshoz orvos, (mentő) meg nem érkezik.
1.2 Az áramütéses balesetet befolyásoló tényezők
Ha az emberi test zárt áramkörbe kerül, akkor a rajta átfolyó áramerősség (Ie) elvileg Ohm törvénye alapján kiszámítható az érintési feszültség (Ué) az emberi test ellenállása (Re) és a föld ellenállás (Rt) adott értékeiből ()
A villamos áram élettani hatását befolyásoló tényezők a következők:
- a feszültség nagysága,
- az emberi szervezeten átfolyó áramerősség,
- az árambehatás időtartama,
- az emberi test ellenállása,
- az áram útja az emberi testben,
- az áram neme,
- a váltakozó áram frekvenciája,
- a balesetet szenvedett egyén testi és lelki állapota.
A feszültség hatása: A balesetesen átfolyó áram nagyságát közvetlenül az általa (áthidalt) megérintett pontok közötti feszültség határozza meg (érintési feszültség). A szabvány a megengedett érintési feszültség határértékére (UL) 50 Hz váltakozó áramnál 50 V, egyenáramnál 120 V értéket határoz meg.
A kisfeszültségű balesetekre (az áram nagyságrendje miatt) elsősorban az úgynevezett „szívhalál” (légzési és keringési, szívműködés), nagyfeszültségű áramütésre pedig az égési sérülés, vesekárosodás a jellemző.
Az áramerősség nagyságával kapcsolatosan a különböző kutatók megállapításai eltérőek.
Általában az
- érzetküszöb értékét 1 mA-ben,
- az elengedési határt 15 mA-ben fogadják el.
Ismert, hogy 20 mA felett légzési és keringési zavar, 50-150 mA között pedig szívkamraremegés, légzésbénulás lép fel.
Az időtartammal kapcsolatosan nyilvánvaló, hogy hosszabb idő alatt ugyanazon áramerősség nagyobb mértékben okoz károsodást. A kutatók többsége azonban a sérülés súlyosságára az emberi szervezeten áthaladó töltésmennyiséget tartja jellemzőnek Q=I · t, tehát az áram és az idő együttes hatását.
A szabvány a megengedett érintési feszültségnél nagyobb érték fellépése esetén áram – védőkapcsolásnál 0,2 s, egyébként 5 s kikapcsolási időt határoz meg.
Az emberi test ellenállása az emberi belső szövetek villamos ellenállásából és a testfelület érintkezési pontjainak átmeneti ellenállásából tevődik össze. Az emberi test igen sokféle vezetőképességű anyagból (bőr, izom, csont, stb.) áll. Az ép bőrfelület – különösen az ujjaink végét borító vastagabb szaruréteg – jó szigetelő (20-10 Ω/cm²). Ha a bőrfelület sérült (horzsolt, sebes, stb.) vagy feszültség hatására átüt (körülbelül) 100 V 1s alatt átüti a bőrt), akkor az ellenállás a belső részek ellenállására (néhány száz ohm) csökken ().
Az áram útja az emberi szervezetben azért jelentős, mert az életfontosságú szerveket – elsősorban a szívet és az agyi központokat – átjáró áramérték határozza meg a baleset súlyosságát. Gyakorlati tapasztalatok szerint a jobb kéztől a bal lábig vezető áramút a legveszélyesebb. ().
Az áram neme szintén fontos a baleset szempontjából.
Egyenáram esetén inkább a vegyi (például vér kolloid egyensúlyának megbomlása) és a hőhatás az ártalmasabb.
Váltakozó áramnál (elsősorban az 50 Hz ipari frekvencián) az idegrendszerre és a szívre kifejtett hatás okoz jóval nagyobb veszélyt.
Személyi tényezők is jelentősen kihatnak az áramütés mértékére.
Egészséges ember szervezete másként reagál ugyanolyan árambehatásra, mint a betegé. Bizonyos betegségeknél (magas vérnyomás, szervi szívbaj, alkoholizmus, stb.) érzékenyebb a szervezet az áram hatására.
Egyénenként változó hatást jelent a bőr adottsága (durva kéz, finom, vékony bőr, izzadásra való hajlam), ami az átmeneti ellenállás miatt jelentős lehet a kialakuló áram nagyságára.
Nők, gyermekek jóval érzékenyebben reagálnak ugyanakkora árambehatásra, mint a felnőtt férfiak.
Fontos tényező a hangulat, lelkiállapot. Ha valaki felkészül az áramütés lehetőségére, másként viseli, mintha teljesen váratlanul érné a baleset.
Fáradt, kimerült vagy ingerült, ideges emberen az áramütés hatása súlyosabb.