Dipartimento di Fisicaa.a. 2004/2005

Fisica Medica 2

Sicurezze elettriche

28/2/2005

Apparecchiature elettricheLa stragrande maggioranza degli apparati utilizzati in medicina sono alimentate dalla corrente elettricaLa usuale corrente a 220 V (50-60 Hz) è erogata su 4 fili (3 fasi con d.d.p. tra loro di 380 V con 220 V tra due fili) e un neutro a potenziale zeroTutti gli apparecchi dell’impianto, in parallelo,

portano a una diminuzione della R totaleP = R i2 = V2 / R

per evitare il rischio di incendio si inserisce sul filo di fase un fusibile che blocchi il flusso di corrente

In caso di dispersione il circuito ha sempre un contatto con il valore zero!

Sicurezze

terra

neutro

cavo di fase connesso alla rete

Nel contatore c’è un salvavita a lamina bimetallicacostituito con materiali di differente resistività (che si flettono in modo diverso)Se i>imax, la corrente si interrompe

Correnti elettriche nel corpo umanoTutto 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 depolarizzala membrana della fibra muscolare

Questa a sua volta induce la contrazione meccanica della fibra muscolare

Stimolo elettricoUna simile azione può essere svolta da uno stimolo elettricoapplicato dall’esternoLo stimolo elettrico provoca

una successiva contrazione meccanicadelle cellule muscolari

La contrazione meccanica avviene con un certo ritardo ed è indipendente dall’intensità dello stimolo iniziale

Stimoli ripetutiL’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

Corrente (tramite un catetere intracardiaco - defibrillatore) fluisce nel cuore (microschock)

Una differenza di potenziale tra due punti del corpo umano comporta anomale concentrazioni di ioni e loro improvvise migrazioniCorrente si distribuisce in tutto il corpo (macroshock)

PercezioneL’entità dello shock elettrico dipende dall’intensità della carica immessa nel corpo

Esiste un valore di sogliadell’intensità di corrente al di sotto della quale i suoi effetti non vengono percepitiLa probabilità di percezione (al 90%) è differente per la corrente alternata (3 mA) e per quella continua (7 mA)

ossia dalla corrente elettrica i che circola attraverso il corpo

Valore di rilascio

corrente efficace

Esiste un valore di rilascio al di sotto del quale il contatto elettrico può essere interrotto autonomamente dal soggetto

corrente continua

La tetanizzazione provoca paralisi della respirazione,

dell’attività cerebrale, lesioni agli organi del senso o ustioni

UstioniPossono essere sia esterne o interne (resistività ρ

dei tessuti)dovute al calore provocato all’effetto Joule

Q = R i2 ∆t = ρ j2 S l ∆tIl rialzo termico se il tessuto ha densità δa ≅ δacqua

= δa S l cv ∆TQ = m cv ∆T

ρ j2 S l ∆t = δa S l cv ∆T

∆T = ρ j2 ∆t / δa cv

Aumento temperatura dovuto alla densità di corrente e non all’intensità di corrente

Effetti della correnteAssai più pericolosa una corrente con contatto di “piccole” dimensioni rispetto ad un “grande” superficieLa cute possiede una grande resistività specifica ed un basso calore specifico

tessuto maggiormente danneggiatoLe ustioni interne sono quasi indolori a causa dalla distruzione delle terminazioni sensitive e progressiva necrotizzazione tessuti attraversatiimmissione in circolo, distanza di alcuni giorni,di sostanze tossiche seguita da un’insufficienza renale acuta (morte mentre stava migliorando!)

FrequenzaGravità dello shock elettrico in funzione della frequenza ν

Limite percezione

Possibilità di staccarsi

99.5%

50%0.5%

Percezione corrente

50%

99.5%

0.5%

Le correnti alternate sono più pericolose

(tetanismo) ma il pericolo

diminuisce aumentando ν

Oltre 1 Mhz non si ha più shock elettrico ma solo effetto pelle (distruzione strati meno profondi)

Percorso e durataPercorsi 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

In caso di forti shock si hanno effetti autolimitanticontrattura muscolare estremamente violenta

Effetto più temibile e grave della folgorazione

aumento della resistenza dei tessuti ustionati

Tensione e correnteNota la d.d.p. si può risalire alla corrente (ignota)

I = (VB – VA) / (R1 + R2 + R3)

VB – VA tensione alternata del generatore

R1 resistenza di contattoRu resistenza dell’utenza

R2 resistenza suolo + scarpeR3 resistenza del corpo

R1, R2 ed R3 attraversate dalla corrente che fluisce!

Resistenza della cuteContributo maggiore alla resistenza del corpo è dovuto a resistenza della pelleResistenza della pelle prima, durante e dopo una profonda meditazionecamminata su carboni ardentiValore di R3 per contatto

corpo immerso nell’acqua: 300 Ωcorpo “normale”: 3000 Ω

con entrambe le mani e piedi isolati: 1300 Ω

Sistemi di protezioneOgni 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 anomalomicroshock in sala operatoria

1: elettrocardiagrafo2: catetere nel cuore del paziente P: linea di tensione N: neutro

Idisp = 1 mAImed = 500 µAIpaz = 500 µA

500 µA applicati direttamente al miocardio possono provocare fibrillazione ventricolare

Idisp

Correnti dispersione

quasi tutta la corrente di dispersione fluisce verso terra

Terra interrotta: tutta la corrente di dispersione passa attraverso il cuore

Strumento collegato al catetere con terra intatta

Sicurezze clinicheCollegare 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

Z = 1/ωC

neutro