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.
Unbeabsichtigte elektrische Verletzungen im Haushalt (z. B. durch Berühren einer Steckdose oder einen Stromschlag durch ein Kleingerät) führen selten zu erheblichen Verletzungen oder Folgeerscheinungen. Dennoch kommt es in den Vereinigten Staaten jedes Jahr zu fast 400 Todesfällen und > 30.000 nichttödlichen Stromschlägen, und etwa 5% der Einweisungen in Verbrennungsstationen sind auf elektrische Verbrennungen zurückzuführen.
Pathophysiologie der elektrischen Verletzungen
Die traditionelle Lehre besagt, dass die Schwere einer Stromverletzung von den Merkmalen der Exposition abhängt, die als Kouwenhoven-Faktoren bezeichnet werden:
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 scheint die Schwere der Verletzung jedoch exakter vorauszusagen.
Kouwenhoven-Faktoren
Wechselstrom (AC) ändert häufig die Richtung; es ist der Strom, der normalerweise von Haushaltssteckdosen in den Vereinigten Staaten und weltweit geliefert 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. Niederfrequenter Wechselstrom (50 bis 60 Hertz [Hz]) wird in Haushalten in den Vereinigten Staaten (60 Hz) und Europa (50 Hz) verwendet. Niederfrequenter Wechselstrom verursacht eine anhaltende Muskelkontraktion (Tetanie), die eine Person daran hindern kann, ihre Hand oder ein anderes Körperteil von der Stromquelle zu entfernen. Aufgrund dieses Potenzials für eine längere Exposition ist Wechselstrom mit einer höheren Verletzungs- und Sterblichkeitsrate verbunden als Hochfrequenz-Wechselstrom oder Gleichstrom mit derselben Spannung und Stromstärke. Exposition gegenüber Gleichstrom verursacht eher eine einzelne krampfartige Muskelkontraktion, die oftmals die betroffene Person von der Stromquelle wegstößt.
Sowohl bei Wechselstrom (AC) als auch bei Gleichstrom (DC) gilt: Je höher die Spannung (V) und die Stromstärke (A), desto größer ist die Stromverletzung (bei gleicher Expositionsdauer). Haushaltsstrom in den Vereinigten Staaten beträgt 110 V (Standardsteckdose) bis 220 V (z. B. Heizungs-/Klimaanlagen, Wäschetrockner, Öfen, Ladegeräte für Elektrofahrzeuge). Hochspannungsströme (> 500 V) neigen dazu, tiefe Verbrennungen zu verursachen, während Niederspannungsströme (110 bis 220 V) Muskelkrämpfe verursachen können, mit dem Risiko einer verlängerten Exposition, wenn die Person ihre Hand (oder einen anderen Körperteil) nicht von der Stromquelle wegbewegen kann. Die maximale Stromstärke, die die Armflexoren zum Kontrahieren bringt, aber das Loslassen der Hand von der Stromquelle ermöglicht, wird als „Loslassstrom“ bezeichnet und 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.
Niederspannungs-Wechselstrom (60 Hz), der auch nur für einen Bruchteil einer Sekunde durch die Brust fließt, kann Kammerflimmern verursachen, selbst bei einer Stromstärke von nur 60 bis 100 mA; für Gleichstrom sind etwa 300 bis 500 mA erforderlich. 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
|
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 verhält es sich bei 110 Volt, die nur auf 1 cm (z. B. quer über die Lippe eines kleinen Kindes) angewendet werden; dies führt zu einer ähnlichen Feldstärke von 11 kV/m. Diese Beziehung erklärt, warum eine Niederspannungsverletzung an einer kleinen Fläche die gleiche Schwere der Gewebeschädigung verursachen kann wie einige Hochspannungsverletzungen, die auf eine größere Fläche angewendet werden. 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.
Arten von Verletzungen
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.
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.
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). Die häufigste Rhythmusstörung bei Patienten mit Herzstillstand ist Kammerflimmern (1).
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 (2).
Literatur zu Symptomen und Beschwerden
1. Kroll MW, Luceri RM, Efimov IR, Calkins H: The electrophysiology of electrocution. Heart Rhythm O2 4(7):457-462, 2023. Published 2023 Jun 9. doi:10.1016/j.hroo.2023.06.004
2. Wesner ML, Hickie J: Long-term sequelae of electrical injury. Can Fam Physician 59(9):935-939, 2013.
Diagnose von elektrischen Verletzungen
Vollständige körperliche Untersuchung
Manchmal EKG, kardiologische Enzymmessung oder 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.
Patienten, die asymptomatisch sind, eine normale körperliche Untersuchung haben, nicht schwanger sind, keine bekannten Herz-Kreislauf-Erkrankungen haben und nur kurzzeitig Haushaltsstrom ausgesetzt waren, haben in der Regel keine signifikanten akuten inneren oder äußeren Verletzungen und benötigen keine weiteren Tests oder Überwachungen. 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
Allgemeine Pflege
Alle Patienten mit elektrischen Verbrennungen sollten eine angemessene Tetanusprophylaxe erhalten.
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.
Präklinische Versorgung
Die erste Priorität besteht darin, den Kontakt zwischen dem Patienten und der Stromquelle zu unterbrechen, oft durch Abschalten des Stroms (z. B. über einen Leistungsschalter oder Schalter, durch Trennen des Geräts von der 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.
Schwere Verletzungen oder Schock
Die Patienten werden untersucht und gleichzeitig reanimiert. Der Schock, der durch Trauma oder massive Verbrennungen verursacht werden kann, wird 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 adäquate Urinausscheidung (etwa 0,5 bis 1,0 ml / kg / Stunde) aufrechtzuerhalten.
Patienten können Rhabdomyolyse mit Myoglobinurie haben, und es ist besonders wichtig, eine ausreichende Urinausscheidung aufrechtzuerhalten, während die Alkalisierung des Urins helfen kann, das Risiko von Nierenversagen zu reduzieren. Großzügiges chirurgisches Débridement von Muskelgewebe kann ebenfalls dazu beitragen, ein myoglobinurisches Nierenversagen zu verringern.
Starke Schmerzen durch eine Stromverbrennung werden mit einer angemessenen Titration von intravenösen Opioiden behandelt.
Alle Patienten mit bedeutenden elektrischen Verbrennungen sollten an ein spezialisiertes Zentrum für Brandverletzte überstellt werden.
Kardiale Risikofaktoren
Letale Arrhythmien sind bei Patienten, die bei der Erstuntersuchung ein normales EKG aufweisen, ungewöhnlich (1).
Eine Herzüberwachung ist jedoch bei Vorliegen eines der folgenden Anzeichen angezeigt:
Verdacht auf Herzschäden
Bekannte strukturelle kardiovaskuläre Erkrankungen (z. B. angeborene Herzfehler)
Bei schwangeren Patientinnen kann eine Einweisung zur Überwachung und Beurteilung des Fetus wegen möglicher fetaler Herzschädigung erforderlich sein (2).
Leichte Verbrennungen
Patienten sollten bei Bedarf eine topische Wundversorgung bei Verbrennungen erhalten. Schmerzen werden mit nichtsteroidalen Antiphlogistika oder anderen Schmerzmitteln behandelt.
Patienten, die keine oder minimale Symptome haben, eine leichte Verbrennungsverletzung oder keine Befunde bei der körperlichen Untersuchung aufweisen, nicht schwanger sind, keine bekannten Herz-Kreislauf-Erkrankungen haben und nur kurzzeitig Haushaltsstrom ausgesetzt waren, haben in der Regel keine signifikanten akuten inneren oder äußeren Verletzungen, die eine Aufnahme erforderlich machen würden, und können entlassen werden.
Literatur zur Behandlung
1. Bailey B, Gaudreault P, Thivierge RL: Cardiac monitoring of high-risk patients after an electrical injury: a prospective multicentre study [published correction appears in Emerg Med J 2007 Aug;24(8):605]. Emerg Med J 24(5):348-352, 2007. doi:10.1136/emj.2006.044677
2. 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
Zusätzlich zu Verbrennungsverletzungen kann Wechselstrom (AC) verhindern, dass Patienten ihre Hand von der Stromquelle entfernen, während Gleichstrom (DC) Patienten wegwerfen kann, was zu Verletzungen führt.
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.
