EFFETTI DELLA CORRENTE ELETTRICA SUL CORPO UMANO

LA CELLULA -1 Tutti i tessuti animali sono formati da cellule immerse in un liquido e a stretto contatto tra loro Ogni cellula è circondata da una membrana sottilissima che contiene al suo interno un liquido (citoplasma) La membrana cellulare separa quindi due liquidi, e gli ioni (K+, Na+, Cl-, ecc.) presenti nel corpo umano diffondono entro e fuori la cellula in maniera diversa, perché la membrana presenta una permeabilità selettiva

CIRCUITO EQUIVALENTE DELLA CELLULA Ciò determina una separazione di cariche che produce fra interno ed esterno della cellula una d.d.p , detta “potenziale di riposo” con l’interno della cellula negativo rispetto all’esterno. CIRCUITO EQUIVALENTE DELLA CELLULA C R V C CAPACITÀ DOVUTA ALLA SEPARAZIONE DELLE CARICHE DA PARTE DELLA MEMBRANA CELLULARE R RESISTENZA DOVUTA AL NON PERFETTO ISOLAMENTO DELLA MEMBRANA V POTENZIALE DI RIPOSO

IL POTENZIALE DI AZIONE -1 Se a una cellula eccitabile (come ad esempio una cellula nervosa) viene applicato un impulso esterno, di durata e ampiezza adeguate, attraverso la membrana avviene uno scambio di cariche, e il potenziale di riposo da negativo diventa positivo (potenziale di azione) per poi tornare, rimosso lo stimolo, al valore originario di riposo.

IL POTENZIALE DI AZIONE - 2 Lo stimolo eccita la cellula solo se di intensità sufficiente in relazione al tempo per cui permane In relazione al tempo di permanenza, è possibile determinare quale deve essere l’intensità minima dello stimolo che è in grado di eccitare una data cellula La cellula, una volta eccitata, per un certo tempo non risponde più a nessuno stimolo, poi risponde solo a stimoli più intensi di quello che ne ha prodotto la prima eccitazione, e solo dopo un certo tempo (periodo refrattario) riprende a rispondere a stimoli che hanno la stessa intensità dello stimolo primitivo

IL POTENZIALE DI AZIONE - 3 Se lo stimolo dura più del periodo refrattario, uno stimolo successivo di intensità pari a quella dello stimolo di eccitazione iniziale non produce una nuova eccitazione, perché la cellula si è adattata al nuovo stato ( il fenomeno si dice accomodazione) Per eccitare nuovamente la cellula bisogna applicare, per un tempo abbastanza lungo, un nuovo stimolo di intensità più elevata (questo spiega perché la corrente continua è meno pericolosa della corrente alternata)

L’ATTIVITÀ BIOLOGICA Il sistema nervoso dell’uomo è costituito da alcuni miliardi di unità funzionali unicellulari dette neuroni, che hanno il compito di trasmettere i segnali elettrici. Il cervello, attraverso i neuroni controlla il movimento dei nostri muscoli, compresi quelli involontari, come il cuore, e comunica con il mondo esterno attraverso questa attività elettrica. La trasmissione è reversibile: gli stimoli che noi percepiamo attraverso i cinque sensi vengono trasformati a loro volta dagli organi ricettori in segnali elettrici, trasmessi al sistema nervoso centrale attraverso i neuroni e quindi al cervello, che li decodifica.

LA SOGLIA DI SENSIBILITA’ -1 Poiché l’attività biologica è governata da un’attività elettrica, le le correnti dovute a cause esterne che si vanno a sommare alle piccolissime correnti fisiologiche interne alterano le funzioni dell’organismo, fino a produrre effetti anche letali La corrente alternata costituisce un susseguirsi di stimoli di durata inversamente proporzionale alla frequenza: all’aumentare della frequenza la durata dello stimolo diminuisce, e per eccitare la cellula occorre aumentare l’intensità dello stimolo stesso. Per questa ragione la pericolosità della corrente alternata diminuisce all’aumentare della frequenza (ad esempio con l’elettrobisturi si applicano al paziente correnti elevate, ma a frequenza di qualche megahertz)

SOGLIA DI SENSIBILITA’ - 2 La sensibilità alla corrente è fortemente soggettiva Si dice soglia di sensibilità il valore di corrente minimo che viene avvertito dal 50% delle persone che costituiscono il campione di prova La soglia di sensibilità è minima sulla lingua, dove il valore misurato è pari a circa 45 milionesimi di ampere Sui polpastrelli delle dita, i valori di soglia misurati sono di circa 0,5 mA in corrente alternata con frequenza tra i 50 e 100 Hz, e 2 mA in corrente continua. In zone del corpo meno sensibili la soglia di sensibilità raggiunge un valore di poco superiore alla decina di mA

EFFETTI FISIOPATOLOGICI DELLA CORRENTE ELETTRICA SUL CORPO UMANO -1 LA CORRENTE AGISCE DIRETTAMENTE SU: vasi sanguigni sangue cellule nervose PUÒ DETERMINARE ALTERAZIONI PERMANENTI AL SISTEMA CARDIACO, IN PARTICOLARE aritmie lesioni del miocardio

EFFETTI FISIOPATOLOGICI DELLA CORRENTE ELETTRICA SUL CORPO UMANO - 2 PUO’ DETERMINARE ALTERAZIONI NELL’ATTIVITA’ CEREBRALE E NEL SISTEMA NERVOSO CENTRALE. EFFETTI PIU’ FREQUENTI: tetanizzazione arresto della respirazione fibrillazione ventricolare ustioni

LA TETANIZZAZIONE -1

LA TETANIZZAZIONE - 2

LA TETANIZZAZIONE - 3 Anche la corrente continua se di sufficiente intensità e durata può produrre tetanizzazione, perché l’intensità dello stimolo non ostante il fenomeno dell’accomodazione, può provocare contrazioni ripetute (anche perché le bruciature, modificando la resistenza della pelle, possono provocare fluttuazioni di corrente) Il valore di corrente più elevato, in corrispondenza del quale si riesce ancora a lasciare la presa, è detto “corrente di rilascio” e varia da persona a persona La corrente di rilascio è più bassa per donne, bambini e persone di basso peso corporeo

LA TETANIZZAZIONE - 4 In corrente alternata la corrente di rilascio per 50 < f < 100 Hz è pari a circa 10 mA per le donne 15 mA per gli uomini mentre in corrente continua i limiti sono circa 100 mA per le donne 300 mA per gli uomini

ARRESTO DELLA RESPIRAZIONE Correnti di valore superiore ai limiti indicati per le corrente di rilascio producono nell’infortunato difficoltà di respirazione e segni di asfissia. Oltre alla contrazione dei muscoli addetti alla respirazione, il perdurare del passaggio di corrente può determinare la paralisi dei centri nervosi che regolano la funzione respiratoria, e l’infortunato può morire soffocato. E’ importante perciò praticare la respirazione artificiale (bocca a bocca) con la massima tempestività, entro i primi 3 o 4 minuti dall’infortunio, per scongiurare l’asfissia o lesioni cerebrali irreversibili

FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE -1 a. sn a. dx v. dx v. sn Il cuore è una pompa elettromeccanica a due tempi (quattro cavità) inserita su due circolazioni in parallelo, quella polmonare (atrio dx-ventricolo dx) e quella sistemica (atrio sn- ventricolo sn) che funzionano in sincronismo 1) sistole = contrazione = svuotamento 2) diastole = rilasciamento = riempimento

FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE - 2 Sistema di conduzione del cuore Nella parte superiore dell’atrio destro esiste un centro (il nodo senoatriale) che, come un vero e proprio generatore biologico, produce gli impulsi elettrici che comandano l’attività del cuore, Gli impulsi vengono applicati, per mezzo di appositi “conduttori” (fascio di His e fibre di Purkinje) al sistema meccanico muscolare (atri e ventricoli). In particolare vengono eccitate le fibre muscolari dei ventricoli (fibrille) che si contraggono e producono la sistole ventricolare, che spinge il sangue nel sistema arterioso. Sistema di conduzione del cuore 1 NODO SENO ATRIALE 2 NODO ATRIOVENTRICOLARE 3 FASCIO DI HIS

FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE - 3 Ad una frequenza di 60 battiti al minuto, il cuore si svuota, contraendosi in circa 0,20 s (sistole), e si riempie per il tempo restante, circa 0,80 s (diastole). All’attività del cuore corrisponde un campo elettrico, e una distribuzione di potenziale.

FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE - 4 Le tensioni tra punti esterni del corpo durante il ciclo cardiaco, rilevate con un millivoltmetro registratore, danno origine a un tracciato tipico dell’attività elettrica del cuore (elettrocardiogramma). A ogni contrazione corrisponde una pulsazione che si trasmette perifericamente (ad esempio al polso) e una pressione pulsante (massima e minima) che garantisce il flusso di sangue e l’ossigenazione dei tessuti. Se il generatore biologico di impulsi non è più in grado di assolvere la sua funzione, può essere sostituito con un generatore artificiale, il pacemaker

FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE - 5 Quando a causa di impulsi elettrici estranei che si aggiungono a quelli regolari del cuore, le fibrille ventricolari ricevono segnali eccessivi e irregolari, sovrastimolate in maniera caotica si contraggono disordinatamente, e in modo indipendente le une dalle altre. Il fenomeno si dice fibrillazione ventricolare, ed è generalmente irreversibile: la pressione arteriosa si azzera, il polso scompare e si ha l’arresto cardiaco.

FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE - 6 La fibrillazione ventricolare può essere arrestata applicando una una violenta scarica elettrica mediante il defibrillatore, che è un apparecchio che attraverso due elettrodi scarica un condensatore nella regione cardiaca Il soccorso deve essere immediato, entro tre minuti dal momento in cui cessa l’attività cardiaca, per evitare danni irreversibili al muscolo cardiaco e al tessuto cerebrale. Anche un pugno intenso sul torace può rappresentare un tentativo di trattare l’arresto cardiaco, così come il massaggio cardiaco e la respirazione bocca a bocca.

FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE - 7 L’istante del contatto nel ciclo cardiaco e il percorso della corrente hanno influenza sull’innesco della fibrillazione. Il percorso della corrente, oltre ad influire sulla quota parte di essa che interessa il cuore, individua anche la direzione del campo elettrico che agisce sul cuore (la probabilità di innesco della fibrillazione varia con la direzione del campo elettrico) PER CORRENTI ALTERNATE AL FINE DI VALUTARE L’INFLUENZA DEL PERCORSO DELLA CORRENTE SULLA PROBABILITA’ DI INNESCO DELLA FIBRILLAZIONE VIENE UTILIZZATO UN “FATTORE DI PERCORSO” (lo stesso valore di tensione, applicato a parti diverse del corpo, produce valori diversi di corrente, perché a percorsi diversi corrispondono valori diversi della resistenza del corpo umano)

FIBRILLAZIONE VENTRICOLARE - 9 Fattori di percorso per percorsi tipici Percorso Fattore di percorso Mani – piedi 1 Mano sn – piede sn 1 Mano sn – piede dx 1 Mano sn – piedi 1 Mano s n mano d 0,4 Mano sn – dorso 0,7 Mano sn – torace 1,5 1° PERCORSO PERICOLOSO Mano dx – piede sn 0,8 Mano dx– piede dx 0,8 Mano dx – piedi 0,8 Mano dx – dorso 0,3 Mano dx– torace 1,3 2° PERCORSO PERICOLOSO Regione glutea verso mano sn o dx o entrambe le mani 0,7

USTIONI - 1 Il passaggio di corrente in una resistenza produce sempre calore per effetto Joule e il corpo umano, in quanto conduttore, non si sottrae a questa regola L’aumento della temperatura del corpo è direttamente proporzionale alla durata del passaggio della corrente e al quadrato dell’intensità della corrente stessa La pelle, che è l’organo di resistenza maggiore, è il tessuto più esposto alle ustioni

USTIONI - 2 Densità di corrente dell’ordine di pochi mA per mm2 , per durate di qualche secondo, provocano già ustioni apprezzabili; oltre i 40 ÷ 50 mA per mm2 si ha la carbonizzazione dei tessuti in pochi secondi. Negli infortuni da contatto con l’alta tensione l’effetto termico è il più pericoloso . Le ustioni da folgorazione sono le più difficili da guarire e spesso la morte sopravviene per insufficienza renale. Le ustioni possono essere provocate anche dall’arco elettrico, o da temperature eccessive prodotte dagli apparecchi elettrici

LIMITI DI PERICOLOSITA’ DELLA CORRENTE ALTERNATA 15÷100 Hz - 1 Zone con cui l’IEC ha riassunto gli effetti principali prodotti dalla corrente alternata (15÷100 Hz) in funzione del tempo durante il quale fluisce attraverso il corpo umano Zona 1: assenza di reazioni fino alla soglia di percezione (dita della mano). Curva A: soglia di percezione. Zona 2: assenza di effetti fisiologici pericolosi fino alla soglia di tetanizzazione Curva B: soglia di tetanizzazione

LIMITI DI PERICOLOSITA’ DELLA CORRENTE ALTERNATA 15÷100 Hz - 2 Zona 3: Possono manifestarsi effetti fisiopatologici, in genere reversibili, come difficoltà nella respirazione, disturbi nella trasmissione e nella formazione di impulsi elettrici cardiaci, e arresto temporaneo del cuore ma senza fibrillazione ventricolare. Curva C1: soglia di fibrillazione ventricolare

LIMITI DI PERICOLOSITA’ DELLA CORRENTE ALTERNATA 15÷100 Hz - 3 La curva C1 rappresenta la soglia di fibrillazione ventricolare riferita al percorso mano sinistra – piedi. Per altri percorsi occorre tener conto dei fattori di percorso. Zona 4: probabile fibrillazione ventricolare, del 5% sotto la curva C2, del 50% sotto la curva C3, e oltre al di là della curva C3 In questa zona si producono anche: arresto cardiaco, arresto della respirazione, ustioni gravi.

LIMITI DI PERICOLOSITA’ DELLA CORRENTE ALTERNATA 15÷100 Hz - 4 La pericolosità della corrente alternata diminuisce all’aumentare della frequenza, perché per eccitare la cellula, quanto più lo stimolo è breve tanto più grande deve essere l’intensità. A frequenze molto elevate lo stimolo è così breve rispetto alla costante di tempo della membrana cellulare, che il passaggio di corrente non influisce sullo stato della cellula. La corrente ad alta frequenza tende a passare sull’esterno del corpo (effetto pelle) e in questo modo non interessa organi vitali. Naturalmente produce effetti termici che continuano ad essere pericolosi. A frequenza industriale la soglia di percezione è scarsamente influenzata dalla frequenza, e nella zona tra 10 e 100 Hz è praticamente piatta. Ne segue le frequenze industriali di 50 Hz (Europa), e di 60 Hz (USA e Giappone), sono tra le più pericolose. I vantaggi si manifestano all’aumentare della frequenza oltre i 1000 Hz

LIMITI DI PERICOLOSITA’ DELLA CORRENTE CONTINUA Zona 1: assenza di reazioni Zona 2: assenza di effetti fisiologici pericolosi Zona 3: abitualmente non si hanno danni organici. Si possono verificare disturbi reversibili nella formazione e trasmissione degli impulsi elettrici cardiaci Zona 4: probabile fibrillazione ventricolare e ustioni gravi

RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO - 1 Le Norme per la protezione contro i contatti elettrici invece che ai valori di corrente, fanno riferimento ai valori di tensioni pericolose, e questo perché tensione e corrente sono legate dalla legge di Ohm, attraverso la resistenza del corpo umano. Il circuito elettrico equivalente del corpo umano è quello di una impedenza capacitiva

RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO - 2 C è la capacità dell’organismo umano, dovuta essenzialmente alla pelle, dell’ordine di 30 000 pF R è la resistenza della pelle Ri è la resistenza interna del corpo umano RC = R+ Ri è la resistenza del corpo umano RC varia con le condizioni ambientali e dipende dalle condizioni fisiologiche

RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO - 3 FATTORI CHE INFLUENZANO LA RESISTENZA DEL CORPO UMANO La resistenza interna Ri dipende soprattutto dal tragitto della corrente e dalla superficie di contatto ma è la parte meno rilevante della resistenza del corpo umano, che in pratica coincide con la resistenza della pelle La resistenza della pelle R è somma della resistenza della pelle vera e propria e della resistenza di contatto elettrodo- pelle, che è quella maggiormente influenzata dalle condizioni ambientali L’umidità riduce la resistenza della pelle (il sudore in particolare la riduce del 50% perché è una soluzione di ioni conduttori), che diminuisce anche in presenza di ferite, abrasioni, ecc. , mentre aumenta in presenza di pelle dura, spessa e asciutta

RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO - 4 La resistenza della pelle inoltre diminuisce - all’aumentare della superficie di contatto (maggior rischio per chi opera in posizione distesa) - all’aumentare della pressione di contatto (impugnare saldamente apparecchi elettrici portatili aumenta il rischio di tetanizzazione) - all’aumentare della durata del contatto (a volte la carbonizzazione della pelle contrasta la diminuzione di resistenza) - all’aumentare della tensione di contatto Per tensioni superiori a 100 V la resistenza del corpo umano RC può essere confusa con resistenza interna Ri in quanto la resistenza R della pelle diventa trascurabile In DC e in AC a 50 Hz i valori della resistenza della pelle sono sostanzialmente gli stessi, ed RC coincide praticamente con R in quanto, come si è detto, C è trascurabile Alle alte frequenze invece RC si riduce alla sola resistenza interna Ri perchè la resistenza della pelle R è cortocircuitata dalla capacità C

RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO - 5 VALORI INDICATIVI DELLA RESISTENZA DEL CORPO UMANO RC TRA DUE MANI ASCIUTTE (CON AREA DEGLI ELETTRODI COMPRESA TRA 50 A 100 cm2) IN FUNZIONE DELLA TENSIONE APPLICATA VALORI DI RC CHE NON SONO SORPASSATI DAL RISPETTIVAMENTE DAL 5% , 50% e 95% DELLA POPOLAZIONE, AL VARIARE DI V TENSIONE (V) (5%) (50%) (95%) 25 1750 3250 6100 50 1450 2625 4375 75 1250 2200 3500 100 1200 1875 3200 125 1125 1625 2875 220 1000 1350 2125 700 750 1100 1550 1000 700 1050 1500

RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO - 6 Le maggiori variazioni di RC con la tensione si hanno per tensioni fino a 100 V e sono dovute alla resistenza della pelle R. In condizioni di pelle bagnata per tensioni fino a 50 V, la resistenza RC si riduce di circa il 25% con acqua normale e del 50% con soluzioni conduttrici rispetto ai valori della tabella.

RESISTENZA ELETTRICA DEL CORPO UMANO -7 CCNE HA Curva della resistenza RC in funzione della tensione (applicata fra due mani a frequenza 50 Hz) Il 50% del campione ha una resistenza inferiore alla curva verde il 5% una resistenza inferiore alla curva rossa

Per ulteriori approfondimenti sugli EFFETTI DELLA CORRENTE ELETTRICA SUL CORPO UMANO si puo’ fare riferimento alla Norma CEI 64 del gennaio 1999 fascicolo 4985 R