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
LA CELLULA
-2
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
esterno
della cellula
interno
della cellula
C
R
V
CAPACITÀ DOVUTA ALLA SEPARAZIONE DELLE CARICHE DA PARTE DELLA
MEMBRANA CELLULARE
RESISTENZA DOVUTA AL NON PERFETTO ISOLAMENTO DELLA MEMBRANA
POTENZIALE DI RIPOSO
IL POTENZIALE DI AZIONE
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.
-1
V
t
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
Uno stimolo elettrico di intensità e
durata adatta applicato a una fibra
nervosa da luogo a un potenziale
di azione che si propaga fino al
muscolo che si contrae e ritorna
allo stato di riposo
Se,
terminato
il
periodo
refrattario, al primo stimolo se ne
aggiunge un secondo prima che
il muscolo sia tornato allo stato di
riposo, i due effetti possono
sommarsi
LA TETANIZZAZIONE
-2
Più stimoli, che si susseguno in
maniera regolare, contraggono il
muscolo ripetutamente in modo
progressivo (contrazione tetanica)
Se la frequenza degli stimoli sorpassa un
certo limite gli effetti si fondono (tetano
fuso) e si determina uno stato di
contrazione permanente. Ciò è quello che
può accadere in conseguenza del
passaggio di una corrente alternata
attraverso il corpo umano. L’infortunato può
rimanere attaccato alla parte in tensione e
si possono avere: svenimenti, asfissia,
collasso.
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
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
50 < f < 100 Hz è
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
a. dx
-1
a. sn
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
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).
Sistema di conduzione del cuore
1 NODO SENO ATRIALE
2 NODO ATRIOVENTRICOLARE
3 FASCIO DI HIS
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.
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
V
P
T
Q
S
t
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
Mani – piedi
Mano sn – piede sn
Mano sn – piede dx
Mano sn – piedi
Mano s n mano d
Mano sn – dorso
Mano sn – torace
Mano dx – piede sn
Mano dx– piede dx
Mano dx – piedi
Mano dx – dorso
Mano dx– torace
Regione glutea verso
mano sn o dx o entrambe le mani
Fattore di percorso
1
1
1
1
0,4
0,7
1,5
0,8
0,8
0,8
0,3
1,3
0,7
1° PERCORSO PERICOLOSO
2° PERCORSO PERICOLOSO
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
t
(ms)
10000
A
B
C1 C2 C3
2000
4
1000
2
Zona 1: assenza di reazioni fino
alla soglia di percezione (dita
della mano).
Curva A: soglia di percezione.
500
3
1
100
20
10
0,5
10 20
100
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
500 1000 2000
Zona 2: assenza di effetti
fisiologici pericolosi fino alla
mA soglia di tetanizzazione
Curva B: soglia di tetanizzazione
LIMITI DI PERICOLOSITA’ DELLA CORRENTE
ALTERNATA 15÷100 Hz
-2
t
(ms)
10000
A
B
C1 C2 C3
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.
2000
4
1000
2
500
3
1
100
20
10
0,5
10 20
100
500 1000 2000
mA
Curva C1: soglia di
fibrillazione ventricolare
LIMITI DI PERICOLOSITA’ DELLA CORRENTE
ALTERNATA 15÷100 Hz
-3
t
(ms)
10000
A
B
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.
C1 C2 C3
2000
4
1000
2
500
3
1
100
20
10
0,5
10 20
100
500 1000 2000
mA
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
t
(ms)
Zona 1: assenza di reazioni
10000
Zona 2: assenza di effetti
fisiologici pericolosi
3
2000
4
1000
500
1
Zona 3: abitualmente non si
hanno danni organici. Si
possono verificare disturbi
reversibili nella formazione e
trasmissione degli impulsi
elettrici cardiaci
2
200
100
20
10
2
10
50
100
200
500
mA
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
ENTRATA
C
C è la capacità dell’organismo
umano, dovuta essenzialmente alla
pelle, dell’ordine di 30 000 pF
R
R è la resistenza della pelle
Ri è la resistenza interna del corpo
umano
RC = R+ Ri è la resistenza del corpo
umano
Ri
C
RC varia con le condizioni ambientali
e dipende dalle condizioni
fisiologiche
R
USCITA
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)
25
50
75
100
125
220
700
1000
(5%)
1750
1450
1250
1200
1125
1000
750
700
(50%)
3250
2625
2200
1875
1625
1350
1100
1050
(95%)
6100
4375
3500
3200
2875
2125
1550
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)
Rc
5500
5%
50%
95%
Il 50% del
campione ha una
resistenza inferiore
alla curva verde
il 5% una
resistenza inferiore
alla curva rossa
3000
500
100
800
V
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