Elektros srovės poveikis žmogaus organizmui

Kitą savaitę Teismo medicinos studentų mokslinės veiklos būrelyje skaitysiu pranešimą apie elektros srovės poveikį žmogaus organizmui ir jos sąlygotus mirties mechanizmus. Ta proga nusprendžiau parašyti ir blogo įrašą per daug nesigilindama į įvairias fizikines, fiziologines, biologines ir medicinines ir kitokias ten tokias subtilybes, nes manau, kad tai nebūtų anei kam įdomu, anei kas turėtų tiek ištvermės visą tai perskaityti.

(Žaibas trenkia į televizijos bokštą Vilniuje. Gyčio Mikuličiaus nuotrauka. Iš čia)

Taigi, pradėkime nuo pradžių. Elektros srovė - tai kryptingas elektringųjų dalelių judėjimas.

Šios elektringosios dalelės dažniausiai būna patys paprasčiausi elektronai.

Plazmoje, kuri yra nei tai skystas, nei tai kietas daiktas, elektros srovę gali formuoti ir kryptingai judantys jonai, mat jie, kaip ir elektronai turi krūvį.

Kiekvieną gyvą ląstelę gaubia citoplazminė membrana, kuri yra ne kas kitas, kaip jau minėtosios plazminės būsenos pavyzdys, todėl jonai gali judėti tiek tiesiogiai per ją, tiek ir per specialius jonų kanalus, kurie dar labiau pagreitina jų pernešimą. Kai raumenys susitraukinėja, daug jonų juda kryptingai, o nervinėse ląstelėse toks kryptingas jonų judėjimas į/iš ląstelės netgi yra būtinas nervinio impulso generavimui, kuris iš esmės yra ta pati trumpalaikė silpna elektros srovė. Dėl molekulinio "krūtėjimo" kiekviena gyva ląstelė generuoja stipresnę ar silpnesnę, ilgesnę ar trumpesnę elektros srovę, o tuo pačiu ir (bio)elektromagnetinį lauką.

Kai kurie gyvūnai, pvz.: kremzlinės žuvys, specialių nosies gale esančių jutiminių organų pagalba savo aukų ieško būtent pagal vandenyje sklindančią silpną elektros srovę. Elektriniai unguriai turi organų-raumenų sistemą, kuri leidžia elektros srove netgi gintis nuo užpuolikų. Žmogus, kaip sausumos gyvūnas neturi nei vienų, nei kitų organų, kadangi "elektrinį" kontaktą su kitais sausumos gyvūnais riboja nepalyginamai didesnė  oro varža, nei vandenyje, todėl reikėtų "užsiauginti" arba neįtikėtino jautrumo jutiminius organus, kuriuos tokiu atveju greičiausiai klaidintų negyvosios gamtos elektros šaltiniai, arba generuoti tokius didelius "elektros" kiekius, kad tai sunaudotų be galo daug energijos (maisto medžiagų ir laiko) ir išvis, vargų ar būtų įmanoma tokiai gyvybei, kokią mes laikome įprasta.

Kai kurie asmenys teigia, kad gali jausti kitų žmonių bioelektromagnetinius laukus ir netgi iš jų kažką spręsti apie žmogaus būvį ar jo likimą - tokias teorijas labai mėgsta įvairūs būrėjai ir parapsichologai, bet realiai žmogus elektros srovės ar magnetinio lauko nejaučia ir neišskiria, nes mes tiesiog neturime tam specializuotų organų.
Tai ką jaučiame, jau būna tos srovės "padarinys", dažnai jau po laiko ir gana liūdnomis aplinkybėmis :( .

(Elektrinis ungurys (Electrophorus electricus). Vieno užtenka vienai kalėdinei girliandai.)

Elektros srovė, nors ir nepačiupinėjama ar neparagaujama, bet turi nuosavus matavimo vienetus.

Srovės stiprumas, arba elektros krūvio kitimo greitis laidininke (labai mandrai skamba, tiesa) yra vienas iš svarbiausių rodiklių kalbant apie elektros srovės poveikį žmogaus organizmui. Iš esmės - stipresnė srovė, stipresnis poveikis. Ji yra matuojama amperais (A).

Žmogus geba jausti ~ 1mA elektros srovę (pradeda drebėti raumenys ir tas jaučiama), o 5mA jau sukelia skausmingą raumenų virpėjimą, 15-17mA traukulius. Tačiau, jei srove pataikytumėte tiesiai į širdies raumenį, užtektų ir 0,1mA.

>1A srovė sukelia ląstelių koaguliaciją - jos ima "virti" dėl išsikiriančios šilumos: elektros srovės poveikyje judantys jonai susitrenkia su ląstelėje kitomis kryptimis ir lėčiau judančiomis dalelėmis ir šios ima judėti didesniu greičiu. Didesnis ląstelių judėjimo greitis - didesnė kūno temperatūra. Antra, srovė išjudina ir neša baltymus, todėl jie susiburia viename ląstelės gale (-), o kitame lieka skystoji ląstelės plazmos dalis (+)... 

Įdomumo dėliai kai kurių prietaisų elektros stipris, kuriuo jie gali nutrenkti:

Klausos aparatas 0,7mA (gerai, kad ne prie širdies, ar ne?);

Elektrinis virdulys  - 9 A;

Automobilio starteris – 500A;
Žaibas - 300 000A.

(André-Marie Ampère (1775-1836) prancūzų fizikas ir chemikas, kuris atrado elektromagnetizmą ir kurio garbei amperas ir pavadintas amperu. Pats teigė, kad po 18 metų nieko naujo matematikoje ir fizikoje neišmoko. Va tai tau, kaip būna.)

"Buitiškai" elektros stiprį paskaičiuoti padalinus srovės įtampą iš pasipriešinimo, kurį ji sutinka.  Įtampa, tai darbas, kurį galėtų atlikti vienas kulonas elektros srovės tekėdamas kokia nors konkrečia elektros grandine. Matuojamas voltais (V).

Mūsų namuose elektra "atiteka" 220-230V įtampos laidais, aukštos įtampos linijose ji stumdosi ~8kV-750kV laidais. Tie laidai taip aukštai iškelti yra ne todėl, kad matytųsi, bet todėl, kad kai įtampa pasiekia ~1000V elektra gali formuoti taip vadinamąjį arkinį išlydį - tarsi žaibuką nuo laido iki kūno, kuris dažnai ne tiek nutrenkia, kiek nudegina, mat būna labai aukštos temperatūros (kai kurie šaltiniai teigia, kad >80% visų elektros sužalojimų kyla būtent dėl arkinių išlydžių.). Ir nors prie 1000V toks žaibukas siekia vos kelis cm, bet įtampai didėjant didėja ir atstumas, todėl esant laidų izoliacijos pažeidimui svarbu ne tik, kad niekas prie tokio laido per daug arti neprisiartintų, bet net ir tokiam bokštui nukritus, kad iš toli matytų ir aplenktų dideliu lanku.

Amerikoje ir Kanadoje naudojama ne 220-230V, bet 120V srovė. Tai reiškia, kad tas pats elektrinis virdulys nutrenktų jau ~16,6A stiprumu. Kažkada tarp Amerikos ir Europos vyko dideli ginčai kas geriau - ar geriau atsižvelgti į pigumą, į saugumą ir panašiai? Taigi, Amerikoje jei nusitrenksi negyvai tai ir mirsi vietoje, o Europje galbūt dar turėsi kelias dienas ar net savaites, kol pribaigs organų nepakankamumas, bet užtat galėsi apie mirtį pamąstyti, testamentą surašyti... Puikus kultūrinių skirtumų pavyzdys!

(Alessandro Volta (1745-1827) italų fizikas, kuris 1800 metais išrado barbareiką bateriją. Jo garbei voltas ir vadinamas voltu.)

("Krona", arba 9V baterija, kurią tikriausiai kiekvienas vaikystėje yra bandęs palaižyti ir pajusti tą šlykštų elektros "skonį". Visgi, kiti sugeba ir nusigalabyti su ja.)

Na, o varža, tai kūno savybė priešintis elektros srovei. Baksnoja kūno atomus ir molekules tos judančios elektringosios dalelės, jei elektronai, tai dar ir elektronus išmušinėja. Ji matuojama omais ( Ω ).
Sausos, sveikos, švarios odos varža siekia 100000 omų ar net daugiau, bet užtenka odą sudrėkinti ir ji nukrenta vos iki kelių tūkstančių. Kūno varžą taip pat mažina nuovargis, nemiga, mėnesinės, o padidinti gali netgi tokie dalykai kaip sąmoningas laukimas, kol nutrenks srovė (budrumo padidėjimas). Tie patys buitiniai prietaisai, kurie virtuvėje ant stalo tik "pakratytų", įkritę į vonią, jei jojei maudytumėtęs, nutrenktų negyvai :( Visa laimė, jog dabar voniose montuojamose rozetėse yra apsauga - pasikeitus elektros srovės stipriui 5-15mA ji "iššauna" kištuką laukan. Dėl to nelamingų atsitikimų susijusių su elektra ir pavykusių savižudybių vonioje mažėja, bet visuomet reikia nepamiršti, kad jokia apsauga nėra 100%.

(Priklausomybės socialiniams tinklams geriau į vonią nesinešti)

Kūno varža yra labai įdomus dalykas - nekalbant apie tai, kad jai įtaką gali daryti net tokie dalykai kaip emocijos ar suvalgytas mėsainis, bet ir tai, "degėsiai" turi milijoninę varžą ir dėl to kartais žmonėms išgelbsti gyvybę - aukštos įtampos ir didelio stiprumo srovė sudegina audinius ir pati užkerta sau kelią.

(Georg Simon Ohm (1789-1854) vokiečių fizikas suformulavo Omo dėsnį. Vėlgi - omas-omas :) 

Srovė gali būti kintanti ar nuolatinė. Nuolatinės srovės stipris ir kryptis yra pastovi, o kintančiosios - ne.

Kintanti srovė žmogui yra 4-5 kartus pavojingesnė už nuolatinę (36-150Hz pati pavojingiausia), ypač širdžiai. Deja, bet butinė elektros srovė kaip tik tokia ir yra.

Sąlygiškai yra laikoma, kad elektra žmogaus kūną veikia keliais skirtingais būdais:

Specifiškai. Silpna, fiziologiškai priimtina elektros srovė, imituoja nervinio impulso "darbą" arba pati tiesiogiai sukelia ląstelėje tokius pokyčius, kurie įvyktų nervinio impulso pasekoje ir priverčia ląsteles ir audinius dirbti - raumenys susitraukia, liaukos išskiria sekretą, kiti neuronai generuoja impulsus. Fizioterapiautai elektros srovę, elektrinius ir magnetinius laukus taip išnaudoja reabilituodami ir gydydamį organizmą. Dažniausiai gydo ne pati srovė ar dar kas nors, bet gydo pasakymas organizmui, kad "va, žiūrėk būtent čia pas tave kažkas įvyko", todėl srovė visuomet būna labai tikslinga, pasižyminti visiškai kitokiomis savybėmis, nei sutinkama buityje. Kaip pavyzdį galiu pateikti kažką ne tokio kosmiško ir labiau apčiuopiamo. Tarkime turite smailiagalę kandilomą (karpą, kuri auga tarsi iš mažų aštrių pagaliukų) ant lūpos krašto. Jau kuris laikas, apie metai ji nei tai auga, nei mažėja. Bet staiga persišaldote, ir ta karpa nudžiūna ir nukrenta. Taip nutinka dėl to, kad nosies ir burnos gleivinėje suaktyvėjęs imunitetas, padidėjęs kraujagyslių pralaidumas ir kiti procesai, užvedė ir karpos nunaikinimo mechanizmą. Taip sakant, jei jau kažką organizmas darė, tai prie progos nusprendė dar ir tą prigriebti. Žinoma tokie gyvymo metodai (tiek elektra, tiek pvz.: auglių gydymas apkrečiant aplink auglį esančius audinius virusais), naudojami tik tada, kai jau nėra kitų gydymo galimybių ar tada, kai nepadarytų jokios žalos, kaip papildomas gydymo būdas. Organizmas gali ir sureaguoti, o gali ir ne. Tuo labiau, kad gal jis ir taip ten reaguoja jau visas nusiplūkdamas, tik nėra pakankamai stiprus pasiekti rezultatui, kurį suvokia mūsų protas.

"Nusitrenkimų" atveju srovė nėra anei tokia tikslinga, anei tokia fiziologiška, todėl reakcijos būna neadekvačios - pvz.: raumenys gali susitraukti tokia stipria jėga, kokia tik pajėgia ir sulaužyti kaulus. Kadangi raumenys moka tik susitraukti, bet negali patys atsipalaiduoti (juos turi ištiesti susitraukiantis kitas raumuo), tai susitraukus visam širdies raumeniui tiesiog nenebūna kam jo atpalaiduoti, kad galėtų toliau plakti. Arba dar blogiau - po tokio "smūgio" širdies ląstelės kiekviena ima atsigavinėti ir susitraukinėti kaip jai patinka, o ne taip ritmingai, kaip joms dertų (įvyksta skilvelių virpėjimas). Tokioje būsenoje išvengti mirties gali padėti tik defibriliacija. Kintanti srovė pavojinga tuom, jog skirtingai nei vienas "smūgis", vis keičiasi. Tarsi susmeigti peilį ir dar pasukioti.

Elektros kėdės veikimo principas ne sustabdyti širdį, bet sustabdyti kvėpavimą "nutrenkiant" smegenų kamieną, kuriame yra jį kontroliuojantis nervinis centras. Deja, bet kadangi tai yra vienas iš svarbiausių, jei ne pats svarbiausias smegenų centras, o taip pat ne taip lengva padaryti, kad srovė eitų tiesiai per jį, tai todėl elektros kėdėje dažnai tenka srovę paleisti kelis kartus, kol užfiksuojama nuteistojo mirtis. Pirmosiose elektros kėdėse nuteistieji kankindavosi po kelioliką minučių, springdavo krauju, jiems lūždavo kaulai. Tai buvo žymiai baisesnė bausmė už pakarimą ar galvos nukirtimą. 

(Kelių sąnarių galvanizacija - sąnariai veikiami nestipria nuolatine srove. Dažniausiai pacientams laaaabai patinka. O kodėl gi ne. Guli sau, skruzdelytės bėgioja po kūną, gyji :) ).

Stipri srovė sukelia tokį stiprų jonų judėjimą ląstelėse, jog tiesiogiai pažeidžia molekules, jas ardo, perneša. Tai sukuria elektrocheminį ir šiluminį poveikį. Tame ir bėda, kad nors mes laikome save gana kietais kūnais, bet iš esmės esame plazminių maišelių pripildytų skysčio rinkinys, dėl to srovė mus "griauna" iš vidaus išjudindama molekules visai ne pagal tą žavų gyvybei būtiną sąlyginį chaosą.

Dažniausiai būna ir vieno ir kito būdo derinys, nes elektros srovė kūne ieško "trumpiausio" kelio su mažiausia varža, bet tai nereiškia, kad ji juda strategiškai tarsi lazerio spindulys. Itin pavojinga, jei šis artimiausias kelias eina per širdį, deja, bet kadangi elektra "įeina" per ranką ir "išeina" per koją, tai beveik visuomet būna toks derinys, kad širdis į tą kelia pakliūna.

Dažniausiai po nutrenkimo elektra lieka taip vadinamosios elektros žymės. Jos būna tose vietose, kuriose kūnas kontaktavo su paviršiais per kuriuos elektra įėjo ir išėjo. Kartais tokių žymių būna daugiau nei 2, ypač, jeigu asmuo turi drabužių su metalinėmis detalėmis. Elektros žymes palieka 2 dalykai. Pirmiausiai, esant tiesioginiai kontaktui jo vietoje iškyla pūslė, kuri plyšta ir lieka opa. Antra, kartais tiesioginio kontakto nėra, bet odą nudegina mažesnis ar didesnis arkinis išlydis (tiesiogine to žodžio prasme nudegina).

(Savigynai skirto "elektrošoko" paliktos žymės odoje. Jas paliko ne pati elektra, bet arkiniai išlydžiai - ta gąsdinanti švieselė jo gale. Tazeris - tai toks ginklas, kuris iššauna 2 elektrodus ir šie įsminga 7-13mm į kūną, kadangi šios "strėlės" laidais būna sujungtos su ginklu, nereikia prie aukos prisiartinti, kad ją sužalotum. ~1-2% pataikoma į galvą, kartais pramušamas kaulas (sukeliama epilepsija), kartais į akį (žmogus lieka aklas ta akimi, jei užsiveda autoimuninė reakcija, apanka ir kita). Užfiksuota mirties atvejų, kai  buvo išauta tiesiai į krūtinę virš širdies stimuliatoriaus. Visgi ginklas nėra skirtas žaloti, o sukelti skausmą - jo "taikinys" yra α-motoriniai neuronai, dėl to ima susitraukinėti raumenys ir sutriko bet kokį bėgimą, o atsiminimas apie skausmą išlieka ilgam (JAV tazerius labai mėgsta kalėjimo sargai).

("Žvaigždutes" teizerina. Realybėje ne taip gražu. Lietuviškoje "Farų" laidoje irgi yra tokių epizodų. Tazeriai ir elektrošokas gali būti labai pavojingi narkotikų laboratorijose, kuriose jų arkiniai išlydžiai gali uždegti sprogias dujas.).

("Klasikinės" elektros žymės.)

(Elektros žymė ant kaklo).

Elektros žymės būna labai panašios, galbūt netgi identiškos įgytos prieš mirtį ir po mirties. Pomirtinėse žymėse jų gali nesupti balta odos juostelė - dėl elektros poveikyje suspazmavusių lygiųjų raumenų sutrikusios kraujotakos padarinys, bet tokie skirtumai labai delikatūs. 

Jei srovė buvo labai stipri bet trumpalaikė, tai suspazmavę lygieji raumenys nežūna ir išgyvenę atsipalaiduoja (jie tą moka, skirtingai nuo skersaruožių griaučių raumenų, kurių dėka judame ir širdies raumens). Kai   atsipalaiduoja įvyksta priešingas procesas - oda virš elektros "ėjimo" kelio parausta ir tokia išbūną kelias  valandas, kol raumenų ląstelės atsigauna ir vėl sunormalėja kraujagyslių tonuas.

Tas kelias valandas būna matomos pačios paprasčiausios Licftenberg'o figūros. Liaudyje jos dar vadinamos "žaibo gėlėmis", "žaibo paparčiais", mat vienintelis paprastai liaudžiai dažnai "prieinamas" aukštos įtampos elektros šaltinis yra žaibas.

(Dekoracija - elektros srovė sutraukiojo akrilo luito molekulinius ryšius ir apšvietus tam tikru kampu galima pamatyti jos "pragraužtą" kelią)

(Žmogaus, kurį nutrenkė žaibas, nugara. Elektros srovė taip pat sužalojo ir jo audinius, bet, skirtingai, nei luitas akrilo, gyvas žmogus geba gyti.)

Kalbant apie žaibą, tai šis kiekvienais metais tiesiogiai nužudo ~24000 žmonių. Dar ~6-8 kartus tiek yra nutrenkiami jo ir išgyvena (žaibas-žaibui nelygu). Tai tikrai labai dideli skaičiai, juk ne veltui sakoma, kad didesnė tikimybė mirti nuo žaibo, nei laimėti loterijoje!
Bet kodėl tik vienetai puola rašyti knygų apie po žaibo išlydžio įgautas naujas super galias ar matytus rojaus vartus? Todėl, kad nors dauguma ir išgyvena, tačiau jiems lieka liekamųjų reiškinių, kuriais, ypač jeigu jie yra neurologiniai, ne labai norima girtis. Dažniausiai žaibas, arba kitas aukštos įtampos šaltinis žmogų tiesiog "išsprogdina", jei pataiko tiesiogiai, arba sudegina savo praėjimo kelią ir nuodėgulys pasižymi milijonine omų varžą, taigi, poveikis galų gale būna labai trumpalaikis.

Specifinio, elektrocheminio ir šilumio poveikių visuma formuoja mechaninį poveikio būdą - galų gale matomas fizinis pažeidimas: pūslės, nuodėguliai, atsisloksniavę audiniai ir panašiai.

(Basos kojos, šlapia žemė, rankos spąstiškai sugriebusios kokį tai laidą...)

(Labai panašu į sudegimą, bet atkreipkite dėmesį, kad "guminiai" kedai likę sveiki.)

Taigi, apibendrinant 5 teiginiai:

1. Net ir silpna elektros srovė gali būti mirtina, jei teka per širdį ar smegenis.

2. Eletra palieka "įėjimo" ir "išėjimo" žymes tose vietose, kur kūnas liečiasi su laidininku.

3. Elektros sukeltas raumenų spazmas gali neleisti pačiam žmogui iš rankų paleisti suimto elektros šaltinio.

4. Žaibas, ir kiti aukštos įtampos ar didelio stiprumo elektros išlydžiai nebūtinai yra mirtini, jei trunka labai trumpai arba patys sau "užkertą" kelią sudegindami audinius iki anglies.

5. Guminės šlepetės ne tokia ir bloga mintis.

Pabaigai, mintis pamąstymui. Egzistuoja toks dalykas kaip spontaninis žmogaus užsidegimas. Per 300 metų medicinos istoriją yra užfiksuota daugiau nei 200 tokių atvejų. Realus skaičius gali būti nepalyginamai didesnis. Vienos hipotezės teigia, kad čia vaiduokliai/ateiviai, kitos, jog žarnyno dujos užsidega ir žmogaus kūno riebalai dega kaip žvakė, treti, jog kaltas kamuolinis žaibas ir panašiai. Visgi, visiems šiems sudegimams būdinga tai, kad ugnis neplinta, sudega tik žmogaus juosmuo ir galva (galūnės lieka sveikos). Anot aplinkinių (jei tokių būna) aukos būna labai ramios ir sudega taip greitai, kad net nespėja užmesti anklodės ar kokio kilimo ugnies gesinimui.

Kamuolinio žaibo hipotezė gana įdomi, kadangi, skirtingai nuo visokių NSO, žmonės juos filmuoja, fotografuoja, jie pridaro nemalonų kai įlekia į namus, "mėgsta" kyboti virš lovų ir mažų vaikų... spooky.