Działanie prądu elektrycznego na człowieka

Działanie prądu na człowieka 

W 1888 r. Amerykanin Harold Brown (1869-1932) na publicz­nych pokazach uśmiercania psów prądem przemiennym udowodnił, iż prąd przemienny jest bardziej niebezpieczny od prądu stałego. Stwierdził, że śmiertelne już jest napięcie 110 V o częstotliwości 60 Hz. Na zbudowanym w 1889 r. przez Thomasa Edisona krześle elektrycznym w USA, próbowano poprzez obserwacje wykonywa­nych wyroków uzyskać informacje o działaniu prądu elektrycznego na człowieka. Napięcie elektryczne stosowane w egzekucjach wy­nosiło ok. 2000 V w czasie rażenia do kilkudziesięciu sekund. Cykl mógł być powtarzany. Obserwacje tych makabrycznych praktyk egzekucyjnych nie wniosły wiele do elektropatologii.

Badania działania prądu rażeniowego na człowieka prowadził w Austrii Stefan Jellinek, który twierdził, że przyczyną śmierci spowodowanej przez prąd elektryczny jest zaprzestanie oddychania. W 1925 r. S. Jellinek wydał pierwszy podręcznik dla inżynierów i lekarzy o porażeniach prądem elektrycznym człowieka. Potwier­dził, że prąd stały jest mniej szkodliwy od przemiennego, a wartość śmiertelną napięcia przemiennego określił na 110 V. Jellinek był prekursorem badań porażeń przy urządzeniach elektrycznych i wy­konał pierwsze analizy o charakterze naukowym.

Strona tytułowa pierwszego podręcznika o wypadkach elektrycznych 
i ochronie przeciwporażeniowej z 1925 r.

Opublikowane przez Stefana Jellinka wnioski zakwestionował w USA Conrad Alvensleben (1874-1945), który za przyczynę zgonu powodowanego porażeniem prądem elektrycznym uważał zaburzenie koordynacji ruchu mięśnia sercowego. W latach 20. Alvensleben uporządkował stan wiedzy o działaniu prądu na człowie­ka i opracował pierwsze zasady ratowania porażonych i ich reani­macji. W 1936 r. na Uniwersytecie Kolumbijskim zespół w składzie: L. Ferris, B. King, P. Spence i H. Williams - przeprowadził badania na owcach stwierdzając, że przyczyną śmierci w wyniku poraże­nia prądem jest zjawisko migotania komór serca. W czasie fibryla- cji włókna mięśni serca przestają kurczyć się miarowo i wykonują nieregularne drgania. Powoduje to zatrzymanie krążenia, a w kon­sekwencji zanik czynności biologicznych w organizmie. W 1939 r. Carl Wiggers (1883-1963) wykazał, że zjawisko migotania komór serca może wystąpić tylko wówczas, gdy pobudzający impuls prądu rażeniowego wystąpi w pewnej określonej fazie pracy serca. Prze­prowadzone badania na różnych zwierzętach wykazały, że wartość progowa powodująca fibrylację komór serca zależy nie od napięcia rażenia, lecz od wartości natężenia prądu i czasu rażenia. L. Ferris opracował graficzną zależność między wartością natężenia prądu i czasem rażenia niezbędnym do wywołania fibrylacji określonym w liczbie pracy cykli serca. Z przeprowadzonych badań na zwie­rzętach wyznaczył zależność prądu wywołującego migotanie komór serca od ciężaru ciała i ciężaru serca. Wyniki Ferrisa w 1959 r. za­kwestionował William Kouwenhoven (1886-1975) na Uniwersyte­cie Hopkinsa w USA, uważając, że różny czas pracy serca owiec (0,45 s), psów (0,3 s), nie może stanowić podstawy do wnioskowa­nia o warunkach fibrylacji serca człowieka (0,75 s).

W 1963 r. Osypka w Brunszwiku doszedł do wniosku, że gra­niczny prąd rażeniowy ssaków w przybliżeniu zwiększa się od­wrotnie proporcjonalnie do czasu przepływu prądu. Określił jako wartość niebezpieczną iloczyn prądu rdzeniowego i czasu działania I·t =100 mAs. Osypka badał wpływ drogi przepływu prądu rażeniowego w ciele człowieka na skutki patologiczne. Wykorzystując wyniki tych badan i dalszych własnych badań na zwłokach U. Sam wprowadził aktualny dziś współczynnik prądu serca F. Współczyn­nik ten określa procent całkowitego prądu rażenia, który bezpośred­nio przepływa przez serce - zależnie od drogi rażenia.

Z końcem lat 50. E. Wagner w Erlangen badał wpływ gęstości prądu rażeniowego na zmiany patologiczne w skórze porażonych. Stwierdził, że gęstość prądu do 10 mA/mm² nie powoduje jeszcze żadnych zmian w skórze, natomiast powyżej 32 mA/mm² następu­je przebicie naskórka i powstają znamiona prądowe. Przekroczenie wartości 70 mA/mm² powoduje zwęglenie skóry. W latach 50. grupa niemieckich badaczy we Frankfurcie nad Menem pod przewodni­ctwem S. Koeppena bardzo szczegółowo przebadała porażonych od strony medycznej. Opisano wtedy zjawiska elektryczne występujące w sercu podczas rażenia prowadzące do jego fibrylacji. W 1963 r. A. Kiselev określił w kategoriach probalistycznych natężenia prądu wywołującego fibrylację serca u psów. W 1969 r. Gottfried Biegelmeier (1924-2007) z Wiednia wykonał bardzo dokładne pomiary i okre­ślił zależności czasowo-prądowe podczas rażenia prądem wpływają­ce na wystąpienie określonych skutków patologicznych u człowieka. Wartość graniczną prądu rażenia niebezpieczną dla życia człowieka ustalił na 30 mA. W 1975 r. S. Buntenkötter, J. Jacobsen oraz J. Reinhard wykonując badania na świniach określili wpływ drogi prądu i fazy serca na zjawisko migotania komór serca. Wpływ prądu raże­nia na fibrylację serca przebadał dokładnie H. Antoni na uniwersyte­cie w Freiburgu, korzystając z serca świni, które wagowo odpowiada ciężarowi serca człowieka i pracuje w podobnym rytmie. W 1980 r. G. Biegelmeier i W.R. Lee po analizie statystycznej wszystkich do­stępnych danych wykazali, że charakterystyka progowych wartości fibrylacji w funkcji czasu rażenia ma kształt rozciągniętej litery Z.

Podsumowaniem wykonanych badań oddziaływania prądu na człowieka było opracowanie raportu przez Międzynarodowy Komi­tet Elektrotechniki IEC w 1984 r. W raporcie tym przedstawiono charakterystykę czasowo-prądową oraz strefy skutków występu­jących w organizmie powodowane prądem rażeniowym. W strefie pierwszej nie występują żadne reakcje fizjologiczne. W strefie dru­giej oprócz skurczu mięśni nie występują szkodliwe reakcje organi­zmu. W strefie trzeciej występuje nasilenie zjawisk występujących w strefie drugiej oraz trudności w oddychaniu i nieregularna praca serca. W strefie czwartej istnieje zagrożenie wystąpienia fibrylacji komór sercowych.

Strefy czasowo-prądowe dla prądu przemiennego 50 Hz wg raportu IEC/TS 60479-1 ed 4.0 z 2005 r.

W 2002 r. na podstawie uaktualniających badań Gottfrieda Biegelmeiera i Dietera Kiebacka wydano specjalne opracowania IEC ESF Vienna - Electrical Safety stanowiące nowelizację dotychcza­sowych ustaleń. Dalsze badania przyczyniły się do kolejnej noweli­zacji raportu IEC wydanego w 2005 r. (IEC - Raport IEC/TS 60479-1 ed 4.0 Effects of current on human beings and liyestock - Part 1: General aspects). Jest to aktualna nowelizacja.

LITERATURA:

[1] Antoni H., Biegelmeier G., Kieback D.: Conventional threshold values oftolerable risiks for the appearance of ventricular fibrillation caused by electric shacks with altemating current 50/60 Hz and direct current repectively. ESF- TechnicalPubli- cation Series 2002 No 3E

[2] Biegelmeier G. et al.: Uber Messungen des elektrischen Widerstandes der Kórper lebender Mensschen in Zuzammenhang mit Normungsfragen bei den SchutzmaB- nahmen gegen elektrische Unfalle in Niederspannungsanlagen. Elektrotechnik und Maschinenbau 1979 nr 2

[3] Biegelmeier G., Mikisch J.: Uber den Einflufi der Haut auf die Kórperimpedanz des Menschen. Elektrotechnik md Maschinenbau 1980 Heft 9

[4] Biegelmeier G.: Neue Erkenntnisse der Elektropathologie. Elektrotechnik und In- formationstechnik 1989 Heft 1

[5] Biegielmeier G. et al.: Neues Wissen uber die Wirkungen des elektrischen Stroms auf Menschen und Nutztiere. VEO Journal 1995 nr 11

[6] Freiberger H.: Der elektrische Widerstand des menschlichen Kórpers gegen tech- nischen Gleich - und Wechselstrom. Berlin: Verlag Juliusz Springer 1934

[7] Gierlotka S.: Zmiany impedancji ciała człowieka pod wpływem napięcia i klimatu środowiska górniczego. Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, Seria Górnictwo z. 225 1995

[8] Gierlotka S.: Elektropatologia porażeń prądem elektrycznym. Wyd. Śląsk, Katowi­ce 2006

[9] Manojłow W.E.: Osnowy elektrobezpasnosti. Energoatomizdat Leningrad 1991

[10] Teresiak Z.: Podstawowe kryteria skuteczności ochrony przeciwporażeniowej - wczoraj, dziś, jutro. XIV Konferencja naukowo-techniczna „Bezpieczeństwo elektryczne”, Wrocław 2003

[11] IEC - Raport 479 - Part 1 - Draft February 2002: Effects of current on human beings and live stock. ESV - Yienna 2002

[12] IEC - Raport IEC/TS 60479-1 ed4.0 Effects of current on human beings and live- stock - Part 1: General aspects 2005