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Verletzungen durch Elektrizität
Pathophysiologie der elektrischen Verletzungen
Traditionelle Lehre ist, dass die Schwere der Verletzung von den Kouwenhoven-Faktoren abhängt: Stromart (Gleichstrom [DC] oder Wechselstrom [AC]) Spannung und Stromstärke (Messungen der Stromstärke) Dauer der Exposition (eine längere Exposition erhöht die Verletzungsschwere) Widerstandsfähigkeit des Körpers Leitungsweg des Stroms (was den spezifischen Gewebeschaden bestimmt) Die elektrische Feldstärke, ein neueres Konzept, scheint die Schwere der Verletzung jedoch exakter vorauszusagen. Der Wechselstrom verändert häufig die Richtung; es ist der Strom, der in den elektrischen Steckdosen der Haushalte in den USA und in Europa bereitgestellt wird. Gleichstrom fließt konstant in die gleiche Richtung; es ist der durch Batterien bereitgestellte Strom. Defibrillatoren und Kardioverter liefern gewöhnlich Gleichstrom. Wie sich der Wechselstrom (AC) auf den Körper auswirkt, hängt großenteils von der Frequenz ab. Niederfrequenzwechselstrom (50–60 Hz) wird in den Haushalten der USA (60 Hz) und Europas (50 Hz) benutzt. Weil Niederfrequenzwechselstrom eine starke Muskelkontraktion (Tetanie) verursacht, die die Hand an der Stromquelle fixieren kann und dadurch die Zeit der Exposition erhöht, kann dieser gefährlicher sein als Hochfrequenzwechselstrom und ist 3- bis 5-mal gefährlicher als Gleichstrom mit derselben Spannung und Stromstärke. Exposition gegenüber Gleichstrom verursacht eher eine einzelne krampfartige Muskelkontraktion, die oftmals die betroffene Person von der Stromquelle wegstößt. 500 V) verursacht eher tiefe Verbrennungen , und Niederspannungsstrom (110–220 V) verursacht eine Muskeltetanie und das Fixieren an der Stromquelle. Die höchste Stromstärke, die zu einer Kontraktion der Armflexoren führt, aber noch das Lösen der Hand von der Stromquelle erlaubt, wird „Freilassstrom“ genannt. Der Freilassstrom variiert je nach Gewicht und Muskelmasse. Für einen Mann von durchschnittlich 70 kg ist der Freilassstrom ca. 75 Milliampere (mA) bei Gleichstrom und ungefähr 15 mA bei Wechselstrom. Wenn Niederspannungswechselstrom von 60 Hz auch nur für den Bruchteil einer Sekunde durch den Brustkorb fließt, kann er schon bei einer Stromstärke von 60–100 mA Kammerflimmern (VF) verursachen; bei Gleichstrom wären dafür etwa 300–500 mA nötig. Wenn der Strom einen direkten Weg zum Herzen findet (z. B. über einen Herzkatheter oder über Schrittmacherelektroden), kann Gewebeschäden aufgrund elektrischer Exposition wird hauptsächlich durch die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme verursacht, was zu einer thermischen Schädigung führt. Die Menge der abgeleiteten Hitzeenergie ist gleich Stromstärke2× Widerstand × Zeit; daher neigt für jede Stromart und Einwirkungszeit das Gewebe mit dem höchsten Widerstand dazu, die größten Schäden zu erleiden. Der Körperwiderstand (gemessen in Ohm/cm2) wird vorwiegend von der Haut geleistet, weil das gesamte innere Gewebe (mit Ausnahme der Knochen) geringen Widerstand besitzt. Hautdicke und Trockenheit erhöhen den Widerstand; trockene, gut verhornte, intakte Haut hat einen durchschnittlich Widerstand von 20.000–30.000 Ohm/cm2. Bei einer dicken schwieligen Handfläche oder Fußsohle kann der Widerstand 2–3 Millionen Ohm/cm2betragen; im Gegensatz dazu besitzt feuchte, dünne Haut einen Widerstand von ungefähr 500 Ohm/cm2. Der Widerstand bei zerstörter Haut (z. B. durch Schnitt, Abschürfung, Nadeleinstich) oder bei feuchten, schleimigen Membranen (z. B. in Mund, Rektum, Vagina) beträgt sogar nur 200–300 Ohm/cm2. Wenn der Hautwiderstand hoch ist, kann mehr elektrische Energie an die Haut abgeleitet werden, was zu großen Hautverbrennungen, jedoch weniger innere Schäden führt. Ist der Hautwiderstand gering, sind die Verbrennungen an der Haut weniger ausgedehnt oder gar nicht vorhanden, und mehr elektrische Energie wird an die inneren Strukturen abgeleitet. Daher sagt das Fehlen von äußeren Verbrennungen nichts über das Fehlen von elektrischen Verletzungen aus und die Schwere der äußeren Verbrennungen sagt nichts über die Schwere der elektrischen Verletzung voraus. Das Fehlen von äußeren Verbrennungen sagt nichts über das Fehlen von elektrischen Verletzungen aus und die Schwere der äußeren Verbrennungen sagt nichts über die Schwere der elektrischen Verletzung voraus. Der Schaden an innerem Gewebe hängt von dessen Widerstand und auch von der Stärke des Stroms ab (Strom pro Flächeneinheit; die Energie ist konzentrierter, wenn der gleiche Strom durch eine kleinere Fläche fließt). Zum Beispiel wenn elektrischer Strom in einen Arm fließt (vorwiegend durch Gewebe mit niedrigem Widerstand, z. B. Muskeln, Gefäße, Nerven), nimmt die Stromdichte an den Gelenken zu, da ein bedeutender Anteil der Querschnittsfläche der Gelenke aus Gewebe mit höherem Widerstand besteht (z. B. Knochen, Sehnen), wodurch die Fläche des Gewebes mit niedrigerem Widerstand verkleinert wird; daher ist der verursachte Schaden an Gewebe mit niedrigerem Widerstand am schlimmsten an den Gelenken. Der Weg des Stroms durch den Körper bestimmt, welche Strukturen verletzt werden. Da Wechselstrom fortwährend die Richtung ändert, sind die gewöhnlich benutzten Ausdrücke „Eintritt“ und „Austritt“ ungeeignet; die Ausdrücke „Quelle“ und „Erde“ sind präziser. Die Hand ist der häufigste Quellepunkt, gefolgt vom Kopf. Der Fuß ist der häufigste „Erdungspunkt“. Der Strom, der zwischen einem Arm und dem anderen Arm oder zwischen einem Arm und einem Fuß fließt, durchquert wahrscheinlich das Herz und verursacht möglicherweise Übersicht der Arrhythmien . Dieser Strom ist tendentiell gefährlicher als Strom, der von einem Fuß zum anderen fließt. Strom, der in den Kopf fließt, kann das zentrale Nervensystem schädigen. Die elektrische Feldstärke ist die Intensität der Elektrizität in dem Bereich, auf den sie angewendet wird. Zusammen mit den Kouwenhoven-Faktoren , bestimmt sie auch den Grad der Gewebeschädigung. Zum Beispiel ergeben 20.000 V (20 kV), von Kopf bis Fuß verteilt auf einen ca. 2 m großen Mann, eine elektrische Feldstärke von ungefähr 10 kV/m. Ähnlich ergeben 110 V, einwirkend auf nur 1 cm (z. B. quer über die Lippe eines Kleinkinds) eine ähnliche Feldstärke von 11 kV/m; dies ist der Grund, warum solch eine „Niederspannungs“verletzung die gleiche Schwere einer Gewebeverletzung hervorrufen kann wie einige Hochspannungsverletzungen, die auf eine größere Fläche einwirken. Umgekehrt kann man, wenn man an elektrische Spannung anstatt an elektrische Feldstärke denkt, geringe oder banale Verletzungen durch elektrischen Strom als Hochspannungsverletzungen einstufen. So enthält der Schlag, den man erhalten kann, wenn man im Winter quer über einen Teppich schlurft, Tausende von Volt, verursacht aber nur eine belanglose Verletzung. Der elektrische Feldeffekt kann eine Zellmembranschädigung (Elektroporation) verursachen, selbst wenn die Energie nicht ausreicht, um eine thermische Schädigung zu verursachen. Die Anwendung niedriger elektrischer Feldstärke erzeugt ein sofortiges unangenehmes Gefühl (man hat einen „Schlag“ erhalten), doch selten folgt daraus eine ernsthafte oder dauerhafte Verletzung. Die Anwendung von hoher elektrischer Feldstärke fügt innerem Gewebe thermischen oder elektrochemischen Schaden zu. Schaden kann beinhalten Hämolyse Eiweißkoagulation Koagulationsnekrosen von Muskeln und anderen Geweben Thrombose Dehydratation Muskel- und Sehnenausriss Verletzungen durch hohe elektrische Feldstärken können massive Ödeme hervorrufen, die dadurch, dass Blut in den Venen thrombosiert und die Muskeln anschwellen, zu einem Kompartmentsyndrom führen können. Starke Ödeme können weiterhin Hypovolämie und Hypotension verursachen. Die Zerstörung der Muskeln kann zur 