Transcript Preuzmi fajl

DEJSTVO ELEKTRIČNE STRUJE PRI PROTICANJU
KROZ ORGANIZAM




Električna energija predstavlja najrasprostranjeniji vid energije koji
čovečanstvo koristi
- električna energija se lako transformiše u druge vidove energije
- prenos, distribucija i korišćenje električne energije se vrše jednostavno
- proizvodnja električne energije se vrši na mestima gde postoje uslovi
- korišćenjem hidroelektrana i drugih obnovljivih izvora za proizvodnju
električne energije ne zagađuje se čovekova okolina
- prednosti prenosa električne energije
- ekonomičnost korišćenja električne energije
- korišćenje električne energije spada među najbezbednije vidove
korišćenja energije
U određenim okolnostima, električna energija može ugroziti
čovekov život i zdravlje
Električni (strujni) udar kao rezultat dodira dela električne
instalacije koji nije na odgovarajući način zaštićen
Kod povreda od električne energije za ishod je jako bitan tretman
povređenog u prvih nekoliko minuta do 1 sata




Fizičko dejstvo električne struje kroz provodnu sredinu se sastoji iz
- toplotnog dejstva
- elektrohemijskog dejstva
- elektrodinamičkog dejstva
Pri proticanju električne struje kroz živi organizam, pored fizičkog
dejstva javlja se i fiziološko dejstvo
Prema intenzitetu dejstva struje na organizam:
- proticanje struje bez ikakvih posledica
- ozleđivanje usled proticanja struje
- smrtni ishod usled proticanja struje
Štetno dejstvo električnog udara:
- reflektorno dejstvo
- termičke ozlede
- povrede usled pada prouzrokovane električnim udarom
- konjuktivitis oka prouzrokovan električnim lukom
1. BIOELEKTRIČNE POJAVE U OGRANIZMU

Bioelektrične pojave su električne pojave koje se javljaju u
normalnoj živoj ćeliji i koje su preduslov funkcionisanja nervnih i
mišićnih organa
1.1 Akcioni potencijali (akcione struje)

Svaku ćeliju živog organizma čine
- membrana
- protoplazma (H2O, proteini, masti, šećeri, nukleinske kiseline, K+, Na+)
- jedro
Slika 1: Uprošćena predstava ćelije živog organizma
Slika 2: Ćelijska membrana




Ćelijska membrana
- razmena materije i energije
- određuje oblik ćelije
- sastoji se od dugačkih molekula u obliku niti od lipoida (1) i proteina (2)
- debljina ćelijske membrane je 80 Å
- na ćelijskoj membrani postoje pore širine 7-10 Å
Ćelije su razdvojene međućelijskim prostorom širine 110-150 Å koji
je ispunjen međućelijskom tečnošću
U samoj ćeliji i međućelijskom prostoru se nalaze brojni joni
Ćelijska membrana je selektivan dinamički sistem



Pasivan prolazak materija kroz membranu
- rastvorene materije prolaze na principu osmotskog pritiska usled
razlika u koncentraciji rastvora sa obe strane membrane
- joni sa većim naelektrisanjem prolaze teže od onih sa manjim
- anjoni prolaze lakše od katjona ka unutrašnjosti ćelije, katjoni koji
ostaju na površini membrane stvaraju površinsko opterećenje membrane
- potencijal membrane (potencijal mirovanja) iznosi 10-100 mV
- joni prolaze kroz membranu pokretani i razlikom potencijala
Aktivna transport materija kroz membranu
- odvija se protiv gradijenta koncentracije i protiv elektrohemijskog
gradijenta
- koristi se energija ćelijskog disanja
- otrovi nastali oksidacijom se eliminišu iz ćelije da ne bi usporavali
proces aktivnog transporta
Kod ekscitabilnih (nadražljivih) ćelija javlja se fenomen prostiranja
električnih pojava na ćelijskim membranama. Potencijali, odnosno
struje koje nastaju usled ovih pojave nazivaju akcioni potencijali,
odnosno akcione struje





U normalnom stanju membrane ekscitabilnih ćelija su polarizovane,
spolja su pozitivne a sa unutrašnje strane su negativne –
membranski potencijal ili potencijal mirovanja koji nastaje zbog:
- različite koncentracije jona sa obe strane ćelijske membrane
- različite propustljivosti ćelijske membrane za jone (K+, Na+)
Razlika u koncentraciji jona Na+ i K+ je posledica aktivnog
transporta Na+ van ćelije i transporta K+ u ćeliju (natrijumska
pumpa), razlika u koncentraciji jona prouzrokuje pasivan transport
U stanju mirovanja ćelijska membrana mnogo više propušta K+
jone, zbog toga spoljna strana postaje pozitivna a unutrašnja
negativna (kalijumov potencijal)
Ako se ekscitabilna membrana stimuliše nekim nadražajem, dolazi
do veće propustljivosti membrane za Na+ nego za K+ (aktivacija
membrane), zbog koncentracijskog gradijenta Na+ ulazi u ćeliju,
ćelija postaje sa unutrašnje strane pozitivna a sa spoljne negativna
(suprotan ili natrijumov potencijal)
Suprotan potencijal usporava dalju difuziju što smanjuje
propustljivost membrane (inaktivacija membrane)
aktivan transport
pasivan transport
Na+
K+
+ + + + +
+ + + + +
membrana
- - - - - -
- - - - - -
protoplazma
K+
Slika 3: Formiranje kalijumovog potencijala u stanju mirovanja ćelije
aktivan transport
pasivan transport
K+
Na+
- - - - - -
- - - - - -
membrana
+ + + + +
K+
+ + + + +
protoplazma
Na+
Slika 4: Formiranje natrijumovog potencijala kada je ćelija stimulisana nadražajem
1 – šiljati impuls
2 – oscilacija pri
inaktivaciji
3 – naknadni
potencijal
4 – stanje
mirovanja
Slika 5: Uprošćeni dijagram akcionog potencijala debelog nervnog vlakna
Slika 6: Proces difuzije kalijuma, odnosno natrijuma u toku pojave akcionog potencijala
1.2 Električne pojave u nervnim ćelijama


Živčani ili nervni sistem čoveka:
- centralni nervni sistem
- periferni nervni sistem
Prema svrsi nervi mogu biti:
- centripetalni ili senzibilni
- centrifugalni ili motorni
Slika 7: Nervna ćelija (neuron) jednog motornog živca

Sinapse – mesta na kojima se dodiruju dva ili više neurona






Nervna aktivnost:
- funkcionalno povezivanje pojedinih delova tela i koordinacija funkcija
- odnos i reakcija organizma prema spoljašnjoj okolini
Podela nervnog sistema prema ulozi:
- senzorički
- centralni
- efektorni (motorički)
Na početku senzoričkog dela naleze se receptori koji nadražaje
pretvaraju u receptorske ili generatorske potencijale (100mV)
Na receptore deluje:
- mehanička energija
- termička energija
- hemijska energija
- svetlosna energija
Intenzitet receptorskog potencijala je srazmeran logaritmu
intenziteta stimulansa (registracija stimulansa u velikom opsegu)
Ako receptorski potencijal dostigne prag nadražaja (10-15 mV),
dolazi do odašiljana impulsa iz receptora preko senzoričkog živca



Rad receptora za opažanje pritiska:
- pri deformaciji membrane neurona usled spoljašnjeg pritiska dolazi do
povećanja propustljivosti ćelijske membrane za jone Na+
- usled difuzije Na+ kroz membranu nastaje akcioni potencijal
- usled lokalnog strujnog kruga dolazi do pomeranja zone aktivacije
Impulsi nastaju u receptorima ili u ćelijama centralnog nervnog
sistema, uloga nerava je da ih prenose
Prenošenje akcionog potencijala kroz nerv (0.5-120 m/s)
Slika 8: Mehanizam provođenja impulsa kroz nervno vlakno

Osobine nervnih vlakana
- nervna vlakna reaguju kada se dostigne prag nadražaja, veličina
akcionog potencijala na mestu nadražaja i u toku prenošenja impulsa
biće uvek ista (zakon “sve ili ništa”)
- za vreme postojanja akcionog potencijala taj živac je nepodložan
nadražaju (refrakternost, apsolutna i relativna)
- gradacija intenziteta signala se vrši na osnovu broja nervnih vlakana
koje prenose signal (prostorna sumacija) ili na osnovu frekvencije
impulsa (vremenska sumacija, frekvencija slanja impulsa iznosi od
nekoliko impulsa do preko 1000 impulsa u sekundi)
- ukoliko jedan nadražaj nije bio dovoljan da pobudi receptor, sledeći
nadražaj se sumira sa prethodnim
1.2 Mišićne ćelije





Mišične ćelije omogućavaju skupljanje (kontrakciju) pod dejstvom
nadražaja i opuštanje (relaksaciju) po prestanku nadražaja (koji se
vrši preko motornog živca ili direktno)
Izolovani skeletni mišić reaguje na kratkotrajan nadražaj mišićnim
trzajem koji traje oko 0.1 s, proces se može podeliti u 4 etape:
- period latencije (od 0.001 s do preko 0.1 s ako je mišić opterećen)
- period kontrakcije (skupljanje) mišića
- faza relaksacije (povratak u prethodno stanje)
- faza oporavka (povratak u stanje mirovanja)
Izolovano mišićno vlakno se pokorava zakonu “sve ili ništa”,
reaguje kada se dostigne prag nadražaja, međutim, skeletni mišić
se ne pokorava ovom zakonu
Period nepodražljivosti (refrakternosti) nakon prethodnog
podražaja kod skeletnih mišića traje 0.003 s, ukoliko dođe do novog
podražaja posle ovog perioda doći će do sumacije
Ukoliko deluje više kratkih impulsa u toku vremenu kraćem od
trajanja kontrakcije, dolazi do stapanja pojedinačnih kontrakcija u
zajedničku maksimalnu kontrakciju – fiziološki tetanus





I za vreme mirovanja u mišićne ćelije skeletnih mišića stižu nervni
impulsi koji su male frekvencije i ne izazivaju kontrakciju već samo
mišićnu napetost – mišićni tonus
Intenzitet kontrakcije mišića se može povećati:
- frekvencijom impulsa
- angažovanjem većeg broja mišičnih vlakana
Nakon nadražaja mesto nadražaja postaje elektronegativno u
odnosu na ostale delove mišića, nadražaj se širi kroz mišić u obliku
talasa (kao i kod nervnih ćelija)
Prenos signala sa živca na mišić se odvija preko motornih pločica
koje vrše ulogu neuromuskularne sinapse
Kada nervni impuls stigne do motorne pločice izaziva ispuštanje
acetilkolina koji izaziva povećanje propustljivost membrane za Na+
jone i stvaranje akcionog potencija u mišićnoj ćeliji
2. ELEKTRIČNI UDAR


Električna energija može da izazove električni udar na dva načina:
- dejstvom tehničke električne struje
- dejstvom struje usled atmosferskog pražnjenja
Dejstvo tehničke električne struje na organizam zavisi od
intenziteta struje (napona), frekvencije i vremenskog perioda za koji
protiče struja
2.1 Dejstvo jednosmerne struje



Proticanje jednosmerne struje kroz organizam izaziva kontrakciju
mišića samo u trenutku uključenja i isključenja
Ukoliko se električno stanje ne menja (stalan potencijal između
pojedinih tačaka), dolazi do razmene jona i promene koncentracije
jona u pojedinim tkivima
Ukoliko je veliki intenzitet struje kroz tkivo, dolazi do oslobađanja
toplote usled “Džulovog efekta”, zagrevanja i oštećenja tkiva



Oštećenja pojedinih tkiva i organa
- oštećenja krvnih žila (kidanje vlakana, pucanje zidova krvnih sudova)
- lokalna smrt (nekroza) tkiva usled termičkog oštećenja ćelija
- hemoliza krvi (razaranje crvenih krvnih zrnaca)
- nagomilavanje tekućina u tkivima pluća i žarišta koja dovode do
zapaljenja
- nagomilane tekućine u centralnom nernom sistemu i sitna krvarenja
- oštećenje centralnog nervnog sistema izaziva gubitak svesti, grčeve,
uzrujanost, smetenost i amneziju
- jake struje kroz mozak mogu da izazovu nagli prekid rada vitalnih
organa i smrt
- oštećenja perifernih nerava
Gustina struje može biti veća u tkivima sa manjim električnim
otporom ili malim poprečnim presekom (na primer u zglobovima)
Do kontakta tela čoveka sa provodnikom pod naponom dolazi
preko kože i zbog toga se javljaju oštećenja kože u vidu
- električnog belega (sasušeno tkivo u obliku kratera)
- opekotina od I-IV stepena pa sve do ugljenisanja
- isprekidana oštećenja u predelu znojnih žljezda
2.2 Dejstvo naizmenične struje



Naizmenične struje mogu da izazovu ista termička oštećenja kao i
jednosmerna struja, posebni efekti pri proticanju naizmeničnih
struja javljaju se zbog pobuđivanja mišićnih i nervnih vlakana
Kod jednosmerne struje dolazi do kontrakcije mišića
- pri prekidanju struje (katodni ili anodni otvor kola)
- pri uspostaljanju struje (katodni ili anodni zatvor kola)
Slični efekti mogu da se uoče i u slučaju prostoperiodične struje,
do kontrakcije mišića dolazi kada se dostigne prag nadražaja
Slika 9: Prag nadražaja kod naizmenične struje

U jednoj periodi prostoperiodične struje:
- dve kontrakcije usled nadražaja anodnog zatvora (1) i otvora (2)
- dve kontrakcije usled nadražaja katodnog zatvora (3) i otvora (4)
Slika 10: Nadražaji kod naizmenenične struje koji izazivaju kontrakcije mišića
Slika 11: Nadražaji kod superpozicije naizmenenične i jednosmerne struje


Pri dejstvu naizmenične struje industrijske učestanosti dolazi do
stalne kontrakcije mišića usled stapanja pojedinačnih kontrakcija
(tetanička kontrakcija ili tetanus):
- potpuni tetanus (kod mišića sa sporim kontrakcijama)
- nepotpuni tetanus (kod mišića sa bržim kontrakcijama)
Osetljivost organizma na struje različitih frekvencija
- električna energija se koristi pri onoj frekvenciji koja je sa stanovišta
dejstva na ljudski organizam najopasnija
- pri višim frekvencijama mišić zbog sopstvenog vremena nadražljivosti
ne može da prati promene struje
- vrlo niske frekvencije izazivaju samo delimične kontrakcije mišića
Slika 12: Struja nadražaja u funkciji frekvencije




Pri hvatanju provodnika šakom može doći do tetaničke kontrakcije
mišića šake
Maksimalna otpuštajuća struja
Minimalna neotpuštajuća struja
Ove struje stanja organizma, od pola i drugih individualnih faktora,
(srednje otpuštajuće struje: za muškarce 15 mA, za žene 11 mA)
Slika 11: Kumulativna kriva verovatnoće otpuštajuće struje za muškarce



Eksperimentalno određivanje otpuštajućih struja
Kontrakcije skeletnih mišića mogu i da odbace čoveka od elektrode
Naizmenična struja može da izazove oštećenja, smetnje i zastoj u
radu srca
2.3 Uticaj strujnog udara na rad srca




Srce se sastoji iz desne venske i leve arterijske polovine, svaka
polovina ima pretkomoru i komoru između kojih su otvori sa
zaliscima, zalisci postoje i na arterijskim ušćima
Arterije odvode krv iz srca a vene dovode
Veliki optok krvi: leva komora, aorta, organi, donja i gornja šuplja
vena, desna pretkomora
Mali optok krvi: desna komora, plućna arterija, pluća, 4 plućne
vene, leva pretkomora
Slika 13: Šematski rad „desnog srca”







Ishrana srca: srce snabdevaju dve koronarne arterije, a vensku krv
skuplja vena sinus koronarijus
Osnovne faze srčanog rada:
- kontrakcija pretkomore (sistola atrija)
- kontrakcija komore (sistola ventrikula)
- relaksacija komore (dijastola ventrikula)
Srčanim radom diriguju dva antagonistička dela nernog sistema
- simpatikus koji ubrzava rad srca
- parasimpatikus koji usporava rad srca
Impuls koji izaziva ritmičke kontrakcije srčanog mišiča nastaje u
živčanim strukturama u samom srcu (aktivni centar automatizacije
srčanog rada)
Normalno ovu funkciju obavlja centar koji se naziva sinusni čvor (u
blizini desne pretkomore), uzrok nastanka impulsa je ritmička
promena propustljivosti membrane za jone Na+
Postoji izvesno kašnjenje u prostiranju impulsa da se prvo
kontrakcijom pretkomore komora napuni krvlju a zatim da se
kontrakcijom komore pumpa krv
Nadraživanje srca se može vršiti veštački preko električnih impulsa

Pri nadraživanju mišićnih vlakana skeletnih mišića važi zakon “sve
ili ništa”, ali ovaj zakon ne važi za ceo mišić, kod srca je ova
osobina izražena na celom srčanom mišiću
Slika 14: Kontrakcija skeletnog i srčanog mišića za različite nadražaje



Refrakterno vreme (vreme nepodraživosti nakon nadražaja) za
srčani mišić je jednako vremenu kontrakcije, zato je nadraživanje
srčanom mišiča za vreme sistole (kontrakcije) bez efekta
Ukoliko je doveden strujni impuls za vreme dijastole (relaksacije)
nastaće ekstrasistola, tj. sistola pre nego što bi ona nastala prema
normalnom srčanom ritmu
Nakon ekstrasistole nastaje period duži od intervala između dve
sistole koji se naziva kompenzatorna pauza
Slika 15: Kompenzatorna pauza (1, 2, 3 i 4 trenuci delavanja spoljašnjeg impulsa

Električni impulsi nastali u srcu mogu se snimiti pomoću
elektrokardiografa
Slika 16: Tipičan kardiogram čovečjeg srca
P – podražaj pretkomore
QRS – podražaj komore
ST – prelaz
QT – vreme sistole
komore
T – repolarizacija
komore
U – početak dijastole
komore



Prilikom kratkotrajnog strujnog udara u vremenu srčanog ciklusa
do trenutka T (repolarizacija komore) može nastati ventrikularna
fibrilacija (treperenje zidova komore) koja izaziva smrt
Značajno je odrediti vrednosti i vreme trajanje struja koje mogu da
izazovu fibrilaciju
Verovatnoća da će doći do ventrikularne fibrilacije se može odrediti
na osnovu vremena trajanja repolarizacije komore d1 (oko 1/25 do
1/30 od ukupnog trajanja srčanog ciklusa), vremena srčanog rada
koji nije opasan d2 i trajanja strujnog udara d3, d3≤ d2
P (B C )  1  P (A B )  1 
d2  d3
d1  d 2

d1  d 3
d1  d 2
Slika 17: Određivanje verovatnoće da će doći do fibrilacije srca

Ako se zameni vreme opasnog perioda rada srca d1=(d1+ d2)/25 i
ako se zna da je prosečna frekvencija rada srca 70 otkucaja u
minuti:
P (BC ) 
0.0344  d 3
0.86



PRIMER: Ako je trajanje strujnog udara d3=0.1 s dobija se
P(AB)=0.1563, što znači da će samo 1 od ukupno 1/P(AB)=6.4
strujna udara da izazove fibrilaciju
Do ventrikularne fibrilacije dolazi ako je intenzitet struje dovoljno
veliki da se dostigne prag fibrilacije, ako je struja manja izazvaće
samo pojavu ekstrasistole
Zavisnost minimalne struje koja izaziva fibrilaciju u funkciji
vremena
Slika 18: Minimalna fibrilaciona struja u funkciji broja srčanih perioda


Granične fibrilacione struje zavise od
- osobine refraktornosti srčanog mišića
- pojave sumacije smetnji
Osetljivost na strujni udar zavisi od konstitucije, pola, psihičkog
stanja, telesne težine, itd.
Slika 19: Zavisnost minimalnog praga fibrilacione struje i srednje vrednosti praga
fibrilacionih struja od telesne težine
Slika 20: Odnosi između praga osetljivosti, praga kontrakcije i praga fibrilacije

Dejstvo jednosmerne struje na rad srca
- jednosmerne struje od 80-300 mA mogu da izazovu nagli zastoj srca
koji je povratan
- pri uspostavljanju jednosmerne struje javlja se grč, prag kontrakcije je
80 mA