发病机制:电流造成人体的损伤主要由于电能在体内转变成热能引起,它受许多因素的影响,热性致病机制包括电流强度、电压高低、电流性质、组织电阻、接触电源的时间、接触电源的面积及触电部位的容量、电流通过人体组织的途径等,其中以电能本身的因素最为重要。此外,一些非热性致病机制,如电流导致的细胞去极化、细胞膜的电崩解机制、损伤细胞产生的炎性介质导致血管收缩和细胞坏死等。
1.热性致病机制
(1)电流强度:电流的电能可转化为热能、机械能和化学能。电
烧伤的严重程度与电流强度密切相关。根据焦耳定律:Q=0.241I
2Rt(Q即热量、I为电流强度、R代表组织电阻、t是电源接触人体的时间),电流通过人体后产生的热量与电流强度的平方、组织电阻和接触电源的时间成正比。一般认为,5mA以下的电流为安全阈值,但1v2mA的电流就可使人产生刺痛的感觉。15mA以上的电流足以刺激神经
肌肉产生强直性收缩,使人体不能脱离电源,20mA的电流使人体产生较严重的
烧伤,50v80mA的电流能使人呼吸麻痹、心室开始颤动,100mA以上的电流持续3s则可使心脏停止跳动,达到6A的电流使人呼吸停止、严重
烧伤及一些其他损伤(表2)。以上可能是实验室测得的结果,因为在实际发生事故时,有很多复杂因素,无法得知有多大强度的电流通过患者的身体。
(2)电压:引起组织损伤的是电流,而不是电压,但通过人体的电流大小与加于人体的电压有关。据欧姆定律:I=U/R(I为电流强度、U代表电压、R代表组织电阻),电流的大小与电压成正比,电压越高,进入组织的电流越大,所产生的热能也越多,造成的组织损害越严重。电压高低与致残率有明显的关系,与死亡率并不成正比。这是由于高压电损伤较少引起心室颤动,它所引起的呼吸肌强直性收缩而致的呼吸暂停经积极抢救,患者即可恢复,而低电压(100v120V)易引起心室颤动或
心搏骤停而立即死亡。60v65V、60Hz的交流电就可导人死亡。电工学将36V以下的电压称为安全电压,但也有将24V称为安全电压,12V以下是绝对安全电压。一般把大于1000V的电压称为高压电。
(3)电流的种类:在相同的电压下,交流电比直流电更危险,低电压交流电的危险性大约是相同电压直流电的3倍。大于50V的交流电即产生危险,而小于200V的直流电很少引起死亡。直流电损伤多发生在实验室中,生活中发生的电损伤多为交流电。交流电易产生快速电脉冲,使
肌肉刺激达到40v110次/s,导致强直性
肌肉
痉挛,使受害者难以摆脱电源,而电流通过人体时间的延长可导致组织的严重损伤,且心脏与呼吸中枢对交流电敏感。不同频率的交流电对人体的影响不同,民用及工业用的交流电大多为50Hz,而50v60Hz的交流电最为危险,可引起致命的心室颤动。交流电随着频率的增加致病作用减弱,200Hz以上的电流对人体的危险性很小,而频率大于20000次/s的交流电有微弱热效应,使深部组织温度升高,引起充血和代谢增加,临床用于
物理治疗。生活中发生的电
烧伤,绝大部分为交流电引起。
(4)组织电阻:热的产生与人体组织的阻抗成正比。电流通过身体时因传导路上各组织的电阻不同,因而产生的热量也不同。人体为一电流导体,不同组织的电导率各不相同,这主要取决于它们的含水量和相对密度。含水量高的组织如
肌肉和脑组织,密度相对低,导电能力良好,阻抗就较低,含水量低的组织如骨骼,密度高,导电能力差,阻抗则较大。人体各组织的电阻从小到大的顺序为血管、神经、
肌肉、
皮肤、脂肪、肌腱、骨组织。在上述各组织中,各种不同成分的电阻亦不相同,如
皮肤的电阻主要集中在角质层,手
胼胝的电阻可达100万Ρ。各组织含水量及血流量不同时,电阻也会有很大变化。如干燥的
皮肤电阻可达10万Ρ/cm
2;潮湿
皮肤的电阻则大大下降,为2万v3万Ρ/cm
2,甚至为1000Ρ/cm
2。
皮肤和电极紧密接触时,电阻亦可下降到1000Ρ/cm
2以下。
皮肤和接触的电极面积的大小、通过电流的种类对电流的阻力也有重要影响。1cm
2手指
皮肤对直流电电阻为5万Ρ,而对交流电电阻则为15000Ρ。15cm
2
皮肤对直流电电阻为6000Ρ,对交流电电阻则为2000Ρ。此外,因为
皮肤的电阻随着
烧伤而降低,进入人体的电流就会增高,产热量就会随之增高,造成内部组织的损害也就越重。在电压和电流相同的情况下,人体接触点电阻高,局部损伤严重,但引起的全身性影响轻;反之,引起的局部损伤轻,但全身性损伤重。
(5)接触时间:电流对人体的损害程度与电源接触时间的长短有关。据前述的焦耳定律,热量的产生与电流接触人体的时间成正比。通电时间越长,对机体造成的损害越严重。当高压电随着接触人体的时间延长,
皮肤表面的阻力由于组织的损伤而下降,进入人体的电流也随之上升,产生的热量也越多,对组织的损伤程度也随之增大。在高压电路中,一般都有自动开关及断电等保护装置,当发生短路时即会自动断电。如10000V电路,自动断电时限不会超过0.5s。在民用220V或380V电路中,发生触电事故时也多伴电闸电弧放电或保险丝熔化而自动断电。所以,实际上人体触电受伤时真正触电时间均以秒计算,遭雷击者的触电时间甚至只有几十毫秒。
(6)触电部位的容量:1976年,Hunt提出容积导体(volume conductor)的概念,即肢体截面积大小和各组织所占截面积的比例不同,导致
烧伤严重程度的不一致。他将两具电极分别紧密连接在大白鼠的1个前肢和1个后肢上,当接通60Hz、250V交流电时呈3期表现:开始时,由于
皮肤高电阻,电流强度缓慢上升,
皮肤对身体深部组织是绝缘体;继之,电流强度上升到最高值,克服了
皮肤阻力;随着液体汽化、蒸发、
脱水,电极和组织之间的电阻再次增大,发生电弧,电流中断。因此提出,当电流克服阻力后,机体内部可视为一个整体,具有统一的电阻,接触面积和表面阻力是决定性的因素,即组织截面积越小,通过电流密度越大,单位体积产热也越多,对组织的损伤也就大。同样的电流通过上臂造成的损伤比通过躯干的损伤为重。电流在通过组织时,电流强度逐渐减少,因此,离接触点越远的部位,组织损伤也就越轻。局部组织温度上升取决于该组织通过电流的密度,离接触点越远,电流密度越小,组织
烧伤亦轻。与电源接触面小,局部的电流密度就大,转变产生的热能就多,局部损伤就严重。但必须指出,接触电源面积过大时,进入人体的电流就有可能足以致人死地。例如躺在浴缸中洗澡时,不慎接触电源者,因水就是导体,使触电面积过大,可立即死亡,但体表并无明显创伤痕迹。
(7)电流的途径:电流通过人体组织的途径是影响电损伤严重程度的又一因素。在人体触电过程中,身体各组织并不像金属导体紧密连接在电路中,而是电流必须首先克服
皮肤的电阻,才有电流通过其他组织,这些组织形成互相并无严格绝缘关系、串联和并联混杂的电路。以前认为,电流是沿着直线最短的距离传导的。其实电流通过人体的实际途径很难确定,电流通过身体的途径不仅仅取决于各种组织的电阻,而且和身体形成电路时的最高电位(入口)和最低电位(出口)之间的位置,以及身体是否还接触其他低电位的导体有关。如电流经头部或上肢进入体内,由下肢引出,因电流的通路与人体纵轴平行,进入人体的电流有9%v10%通过心脏。如果电流经躯干的一侧进入,由另一侧引出,进入人体的电流约3%通过心脏。电流通过心脏时,可对心脏产生直接的损伤,出现
心律失常,直至致命的心室颤动和心脏停搏。
家兔实验发现,
电击后可有心跳骤停,经抢救恢复心跳后,还可出现其他的
心律紊乱,甚至心室颤动,其中15%出现继发性心跳停止。电流对
心脏损伤的3个可能的原因是:
①电流引起心冠状动脉
痉挛,导致心肌缺血;
②电流通过引起心冠状动脉内膜炎,造成心肌供血不足;
③电流直接引起弥漫性心肌损害。
电流从脚到脚的流经途径,大多不会经过头部、心脏和内脏组织。
(8)人体状况对电损伤的影响:人体全身情况影响人体对电刺激的敏感性,如在疲劳、寒冷、
疼痛和有内分泌疾病(如
甲状腺功能亢进症等)的情况下,对电刺激的敏感性增加,而在麻醉状态下对电流的敏感性降低。
2.非热性损伤机制 实验研究结果表明,电损伤除了以焦耳公式为基础的热性损伤机制外,还有一个非热性损伤机制。
电流通过人体组织可使组织去极化(depolarization)。电流通过脑部,脑部细胞去极化可出现
昏迷,呼吸、心跳中枢受抑制。当电流通过心脏时出现
心律失常、传导阻滞甚至
心搏骤停。作用于骨骼肌、呼吸肌,发生强直性
【病因】
病因: 电
烧伤有电接触损伤、电弧损伤和闪电损伤3种类型。引起这3种电损伤的原因、临床特征不同,应加以区分。
电接触损伤指电流通过人体时由电能转变成热能引起的组织损伤。此外,一些研究表明,电流还有非热性损伤机制所造成的特异性损伤,如细胞的去极化、细胞膜的电崩解机制,也称之为真性电损伤。
电弧损伤有电弧和电流两种致伤因素。人受高压电损伤不一定要直接与高压电源接触,当人体与高压电源之间达到放电距离时,空气由绝缘体转入导电状态,电流经空气进入人体导致电损伤。这种现象电工学称为空气间隙击穿,也称放电。同时伴有的弧光可产生大约3000?的高温,在如此高温之下,创面上所有组织可以被气化,形成一个深坑,所致的
烧伤常常为深度
烧伤,有时深达
肌肉、骨骼甚至内脏。电力部门制定了高压电的安全距离,10000V时的安全距离为0.2m,35000V时的安全距离为0.4m。如果电线电压极高,人在数米外也能被电流吸引,形成电弧放电,人体内可有瞬间电流通过引起严重的电弧损伤和电流通过的电损伤。电弧还常常使衣服燃烧导致火焰
烧伤。
闪电损伤是电损伤的一种特殊形式,
皮肤表面具有特征性的树枝状或蜘蛛状的红色条纹,称为闪电纹。在雷击现场,闪
电击中的患者常呈
昏迷状态,有些患者尚有自主呼吸,以后逐渐失去自主呼吸,进入深
昏迷,出现
脉搏消失、瞳孔扩大,这时也不能轻易诊断为死亡,应积极进行人工心肺复苏及输液抢救。
临床上常见的是电接触损伤和电弧损伤,同时伴有电火花或弧光以及引燃衣服所致的
烧伤,但后者只是一般火焰
烧伤。