Verletzungen durch Elektrizität sind Schäden, die durch künstlichen, durch den Körper fließenden elektrischen Strom verursacht werden. Die Symptome reichen von Hautverbrennungen über Schädigungen von inneren Organen und Bindegewebe, hin zu Herzrhythmusstörungen und Atemstillstand. Die Diagnose wird auf der Basis von Anamnese, klinischen Kriterien und gezielten Labortests gestellt. Die Behandlung ist unterstützend mit intensiver Betreuung bei schweren Verletzungen.
Obwohl versehentliche elektrische Verletzungen im Haus (z. B. Berührung einer Steckdose oder ein elektrischer Schlag durch ein Haushaltsgerät) selten schwerwiegende Verletzungen oder Folgeerscheinungen mit sich bringen, führt die unbeabsichtigte Exposition gegenüber elektrischer Hochspannung in den USA zu beinahe 300 Todesfälle pro Jahr. Es gibt > 30.000 nicht-tödlicher Elektroschock-Unfälle/Jahr in den Vereinigten Staaten und elektrische Verbrennungen machen etwa 5% der Besucherzahlen in den Notaufnahmen für Brandverletzte in den Vereinigten Staaten aus.
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.
Kouwenhoven-Faktoren
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.
Bei Wechselstrom sowie bei Gleichstrom bedeutet eine höhere Spannung (V) und Stromstärke (A), eine größere daraus folgende Verletzung durch Elektrizität (bei gleicher Dauer der Exposition). Der Haushaltsstrom hat in den USA 110 V (Standard bei elektrischen Steckdosen) bis 220 V (verwendet für große Elektrogeräte, wie z. B. Kühlschränke, Wäschetrockner). Hochspannungsstrom (> 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 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 < 1 mA (Wechsel- oder Gleichstrom) bereits Kammerflimmern verursachen.
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/cm2 betragen; 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.
Tipps und Risiken
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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 Herzrhythmusstörungen. 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.
Elektrische Feldstärke
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.
Pathologie
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 Rhabdomyolyse und zur Myoglobinurie sowie elektrolytischen Störungen führen. Myoglobinurie, Hypovolämie und Hypotension erhöhen das Risiko einer akuten Nierenverletzung. Die Folgen der organischen Dysfunktionen entsprechen nicht immer der Menge des zerstörten Gewebes (z. B. Kammerflimmern kann schon bei verhältnismäßig geringen Gewebezerstörungen auftreten).
Symptome und Anzeichen von elektrischen Verletzungen
Verbrennungen können auf der Haut scharf abgegrenzt sein, selbst wenn der Strom unregelmäßig in tiefere Gewebe eindringt. Starke unfreiwillige Muskelkontraktionen, Krampfanfälle, Kammerflimmern oder Atemstillstand aufgrund von ZNS-Schäden am Zentralnervensystem oder Muskellähmung können auftreten. Gehirn-, Wirbelsäulen- oder periphere Nervenschäden können sich mit verschiedenen neurologischen Defiziten auswirken. Ein Herzstillstand kann ohne Verbrennungen wie bei Badewannenunfällen vorkommen (wenn eine nasse [geerdete] Person mit einem 110-V-Stromkreis in Kontakt kommt – z. B. von einem Haartrockner oder Radio).
Kleinkinder, die an elektrischen Verlängerungsschnüren herumbeißen oder -lutschen, können sich Mund und Lippen verbrennen. Solche Verbrennungen können kosmetisch bedeutsame Entstellungen verursachen und das Wachstum der Zähne, von Unter- und Oberkiefer behindern. Eine Blutung der Lippenschlagader, die entsteht, wenn sich der Schorf 5–10 Tage nach der Verletzung löst, kommt bei bis zu 10% dieser Kleinkinder vor.
Ein elektrischer Schlag kann starke Muskelkontraktionen oder Stürze verursachen (z. B. von einer Leiter oder vom Dach), die Luxation (ein elektrischer Schlag ist eine der wenigen Ursachen für eine posteriore Schulterluxation), Wirbelkörperfrakturen oder andere Brüche, Verletzungen innerer Organe und andere stumpfe Verletzungen nach sich ziehen können.
Subtile oder vage definierte neurologische, psychologische und physische Folgen können sich 1 bis 5 Jahre nach der Verletzung entwickeln und zu einer erheblichen Morbidität führen (1).
Hinweise auf Symptome und Zeichen
1. Wesner ML, Hickie J: Long-term sequelae of electrical injury. Can Fam Physician 59(9):935-939, 2013.
Diagnose von elektrischen Verletzungen
Untersuchung von Kopf bis Fuß
Manchmal EKG, kardiologische Enzymmessung und Urinanalyse
Sobald der Patient frei von Strom ist, wird sie bezüglich eines Herzstillstands und Atemstillstands untersucht. Bei Bedarf wird eine Reanimation durchgeführt. Nach der Reanimation werden die Patienten von Kopf bis Fuß auf traumatische Verletzungen untersucht, besonders wenn der Patient gefallen ist oder weggestoßen wurde.
Asymptomatische Patienten, die nicht schwanger sind, keine bekannten Herzerkrankungen haben und die nur kurz dem Haushaltstrom ausgesetzt waren, haben gewöhnlich keine bedeutenden akuten inneren oder äußeren Verletzungen und erfordern keine weitere Untersuchung oder Beobachtung. Für andere Patienten sollten ein EKG, ein komplettes Blutbild, Messung der kardialen Enzyme und Harnuntersuchung (zum Test auf Myoglobin) erwogen werden. Bei Patienten mit beeinträchtigtem Bewusstsein kann eine CT oder MRT erforderlich sein.
Behandlung von elektrischen Verletzungen
Ausschaltung des Stroms
Reanimation
Analgesie
Manchmal Herzüberwachung über 6–12 h
Wundversorgung
Präklinische Versorgung
Am wichtigsten ist zunächst das Unterbrechen des Kontakts zwischen dem betroffenen Patienten und der Stromquelle (z. B. durch das Betätigen eines Stromkreisunterbrechers oder eines gewöhnlichen Schalters, durch Trennen des Geräts von der elektrischen Steckdose.) Hoch- und Tiefspannungsstromleitungen können nicht immer leicht unterschieden werden, v. a. nicht im Freien. VORSICHT: Um einen Stromschlag zu vermeiden, sollten Retter nicht versuchen, Personen zu befreien, die sich in Hoch- oder Niederspannungsleitungen verfangen haben, bevor der Strom abgeschaltet ist.
Reanimationsmaßnahmen
Die Patienten werden während der Abklärung wiederbelebt. Dann wird ein Schock, der durch Trauma oder massive Verbrennungen herrühren kann, behandelt. Standardformeln zum Volumenersatz bei Verbrennungen, die auf der Fläche der verbrannten Haut basieren, können den Flüssigkeitsbedarf bei elektrischen Verbrennungen unterschätzen; daher werden solche Formeln nicht angewandt. Stattdessen werden Flüssigkeiten titriert, um eine ausreichende Urinmenge zu erhalten (ca. 100 ml/h bei Erwachsenen und 1,5 ml/kg/h bei Kindern). Bei einer Myoglobinurie kann das Aufrechterhalten einer ausreichenden Urinausscheidung besonders wichtig sein, während eine Alkalisierung des Urins helfen kann, das Risiko eines Nierenversagens zu vermindern. Großzügiges chirurgisches Débridement von Muskelgewebe kann ebenfalls dazu beitragen, ein myoglobinurisches Nierenversagen zu verringern.
Starke Schmerzen bei elektrischer Verbrennung werden in angemessener Dosierung mit IV Opioiden behandelt.
Andere Maßnahmen
Asymptomatische Patienten, die nicht schwanger sind, keine bekannten Herzerkrankungen haben und die nur kurz dem Haushaltstrom ausgesetzt waren, haben gewöhnlich keine bedeutenden akuten inneren oder äußeren Verletzungen, die eine Aufnahme notwendig machen und können beruhigt entlassen werden.
Kardiologisches Monitoring über 6–12 h ist bei Patienten mit den folgenden Bedingungen angezeigt:
Verdacht auf Herzschäden
Schwangerschaft (möglicherweise [1] und zur fetalen Beurteilung)
Bekannte Herzerkrankungen (möglicherweise)
Eine angemessene Tetanusprophylaxe und topische Versorgung von Brandwunden sind erforderlich. Schmerzen werden mit nichtsteroidalen Antiphlogistika oder anderen Schmerzmitteln behandelt.
Alle Patienten mit bedeutenden elektrischen Verbrennungen sollten an ein spezialisiertes Zentrum für Brandverletzte überstellt werden. Kleine Kinder mit Verbrennungen an den Lippen sollten an einen Kinderzahnarzt oder an einen pädiatrischen Gesichts- und Kieferchirurgen, der mit dieser Art von Verletzungen vertraut ist, überwiesen werden.
Literatur zur Therapie
1. Caballero-Carvajal JA, Manrique-Hernández EF, Becerra-Ar C, et al: Secondary maternal-fetal consequences to electrical injury: A literature review. Taiwan J Obstet Gynecol 59(1):1-7, 2020. doi: 10.1016/j.tjog.2019.11.001
Prävention von elektrischen Verletzungen
Elektrische Geräte, die den Körper berühren oder die vom Körper berührt werden können, sollten richtig isoliert, geerdet und in Stromkreise eingefügt sein, die einen Sicherheitsschutzschalter besitzen. Schalter, die bei fehlender Erdung den Stromkreis unterbrechen, wenn nur 5 milliamperes Strom zur Erde entweichen, sind wirksam und leicht zu erhalten. Steckdosen mit Kindersicherheitsschutz verringern das Risiko in Haushalten mit Säuglingen und Kleinkindern.
Um Verletzungen durch Stromsprünge (Lichtbogenverletzungen) zu vermeiden, sollten Masten und Leitern nicht in der Nähe von Hochspannungsleitungen verwendet werden.
Wichtige Punkte
Neben Verbrennungsverletzungen, können Klimaanlagen die Hand des Patienten mit der Stromquelle einfrieren, während Gleichstrom den Patienten "werfen" kann, was Verletzungen verursacht.
Obwohl die Schwere der Hautverbrennung nicht den Grad der innere Schäden vorhersagen kann, sind innere Schäden schwerer, wenn die Haut einen geringeren Widerstand hat.
Untersuchen Sie die Patienten vollständig, einschließlich traumatischer Verletzungen.
Ziehen Sie EKG, Blutbild, Herzenzyme, Urinanalyse und Überwachung in Betracht, sei denn die Patienten sind asymptomatisch, nicht schwanger, haben keine bekannten Herzerkrankungen, und hatten nur kurze Exposition gegenüber Haushaltsstrom.
Überweisen Sie Patienten mit signifikanten elektrischen Verbrennungen in ein spezialisiertes Zentrum für Brandverletzte und beginnen Sie bei Verdacht auf schwerwiegende innere Schäden mit einer Volumenersatztherapie.