13/2/2006: Sicurezze elettriche
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Scuola di Specializzazione in Fisica Sanitaria a.a.2005/2006 Corso di Informatica e Statistica Medica Sicurezze Elettriche 13/2/2005 Apparecchiature elettriche La stragrande maggioranza degli apparati utilizzati in medicina sono alimentate dalla corrente elettrica La usuale corrente a 220 V (50-60 Hz) è erogata su 4 fili (3 fasi con d.d.p. tra loro di 380 V) e un neutro a potenziale zero (220 V con un filo) Tutti gli apparecchi dell’impianto, in parallelo, portano a una diminuzione della R totale P = R i2 = V2 / R per evitare il rischio di incendio si inserisce sul filo di fase un fusibile che blocchi il flusso di corrente cavo di fase connesso alla rete Sicurezze terra neutro In caso di dispersione il circuito ha sempre un contatto con il valore zero! Nel contatore c’è un salvavita a lamina bimetallica costituito con materiali di differente resistività (che si flettono in modo diverso) Se i>imax, la corrente si interrompe Correnti elettriche nel corpo umano Tutto il corpo umano, che è costituito in buona parte da soluzioni elettrolitiche, è un buon conduttore di corrente elettrica Il potenziale d’azione si propaga lungo gli assoni per trasferire lo stimolo di contrazione di un muscolo Liberazione dalle terminazioni nervose di mediatore chimico (acetilcolina) che depolarizza la membrana della fibra muscolare Questa a sua volta induce la contrazione meccanica della fibra muscolare Stimolo elettrico Una simile azione può essere svolta da uno stimolo elettrico applicato dall’esterno Lo stimolo elettrico provoca una successiva contrazione meccanica delle cellule muscolari La contrazione meccanica avviene con un certo ritardo ed è indipendente dall’intensità dello stimolo iniziale Stimoli ripetuti L’applicazione di più stimoli in rapida successione incrementa la contrazione meccanica di quantità sempre minori Finché gli ultimi ne mantengono la contrazione ad un valore pressoché costante Questo tipo di risposta muscolare alla stimolazione elettrica è chiamata tetano Shock elettrico Una differenza di potenziale tra due punti del corpo umano comporta anomale concentrazioni di ioni e loro improvvise migrazioni Corrente si distribuisce in tutto il corpo (macroshock) Corrente (tramite un catetere intracardiaco - defibrillatore) fluisce nel cuore (microschock) Percezione L’entità dello shock elettrico dipende dall’intensità della carica immessa nel corpo ossia dalla corrente elettrica i che circola attraverso il corpo Esiste un valore di soglia dell’intensità di corrente al di sotto della quale i suoi effetti non vengono percepiti La probabilità di percezione (al 90%) è differente per la corrente alternata (3 mA) e per quella continua (7 mA) Valore di rilascio Esiste un valore di rilascio al di sotto del quale il contatto elettrico può essere interrotto autonomamente dal soggetto corrente efficace corrente continua La tetanizzazione provoca paralisi della respirazione, dell’attività cerebrale, lesioni agli organi del senso o ustioni Ustioni Possono essere sia esterne o interne (resistività ρ dei tessuti) dovute al calore provocato all’effetto Joule Q = R i2 Δt = ρ j2 S l Δt Il rialzo termico se il tessuto ha densità δa ≅ δacqua Q = m cv ΔT = δa S l cv ΔT ρ j2 S l Δt = δa S l cv ΔT ΔT = ρ j2 Δt / δa cv Aumento temperatura dovuto alla densità di corrente e non all’intensità di corrente Effetti della corrente Assai più pericolosa una corrente con contatto di “piccole” dimensioni rispetto ad un “grande” superficie La cute possiede una grande resistività specifica ed un basso calore specifico tessuto maggiormente danneggiato Le ustioni interne sono quasi indolori a causa dalla distruzione delle terminazioni sensitive e progressiva necrotizzazione tessuti attraversati immissione in circolo, distanza di alcuni giorni, di sostanze tossiche seguita da un’insufficienza renale acuta (morte mentre stava migliorando!) Frequenza Gravità dello shock elettrico in funzione della frequenza ν Le correnti alternate sono più pericolose (tetanismo) ma il pericolo diminuisce aumentando ν Possibilità di staccarsi 0.5% 50% 99.5% 99.5% Percezione corrente 0.5% 50% Limite percezione Oltre 1 Mhz non si ha più shock elettrico ma solo effetto pelle (distruzione strati meno profondi) Percorso e durata Percorsi più importanti quelli che attraversano organi vitali (estremi due mani o mano e piede) La durata del contatto concorre alla gravità dello shock Una sovrastimolazione delle fibre muscolari cardiache ne altera il ritmo (fibrillazione) Elevato consumo energetico ed incapacità del cuore di pompare sangue lungo le arterie Fibrillazione Effetto più temibile e grave della folgorazione In caso di forti shock si hanno effetti autolimitanti contrattura muscolare estremamente violenta aumento della resistenza dei tessuti ustionati Tensione e corrente Nota la d.d.p. si può risalire alla corrente (ignota) I = (VB – VA) / (R1 + R2 + R3) VB – VA tensione alternata del generatore Ru resistenza dell’utenza R1 resistenza di contatto R2 resistenza suolo + scarpe R3 resistenza del corpo R1, R2 ed R3 attraversate dalla corrente che fluisce! Resistenza della cute Contributo maggiore alla resistenza del corpo è dovuto a resistenza della pelle Resistenza della pelle prima, durante e dopo una profonda meditazione camminata su carboni ardenti Valore di R3 per contatto corpo “normale”: 3000 Ω corpo immerso nell’acqua: 300 Ω con entrambe le mani e piedi isolati: 1300 Ω Sistemi di protezione Ogni apparecchiatura (circuito elettrico) ha come potenziale di riferimento il potenziale della terra (messa a terra o a massa) Qualsiasi apparecchiatura presenta però una certa corrente di dispersione Capacità di accoppiamento: flusso di cariche verso parti dell’apparecchiatura che dovrebbero essere totalmente isolate dai conduttori con tensione diversa da quella di terra scarica verso terra attraverso il corpo! Caso anomalo microshock in sala operatoria Idisp 1: elettrocardiagrafo 2: catetere nel cuore del paziente P: linea di tensione N: neutro Idisp = 1 mA Imed = 500 μA Ipaz = 500 μA 500 μA applicati direttamente al miocardio possono provocare fibrillazione ventricolare Correnti dispersione Strumento collegato al catetere con terra intatta quasi tutta la corrente di dispersione fluisce verso terra Terra interrotta: tutta la corrente di dispersione passa attraverso il cuore Sicurezze cliniche Collegare tutti gli strumenti, il personale tecnico e del paziente alla stessa terra Isolare il paziente da tutti gli oggetti messi a terra e da tutte le sorgenti elettriche neutro Z = 1/ωC
