Чем ток опасен для пациента: макрошок и микрошок

Понять, что делает электрический ток опасным, отличать макрошок от микрошока и разобраться, почему ток, слишком малый, чтобы его почувствовать, может убить пациента с проводящим путём к сердцу, — чтобы все пределы в остальной части курса стали понятны.

Опасен ток, а не напряжение

Инженеры часто говорят «там всего 24 вольта» или «там сеть, осторожно». Оба высказывания — про напряжение, но ткани повреждает ток, который через них протекает. Напряжение важно только потому, что оно гонит ток через сопротивление на его пути. Те же 230 В через сухую обувь дадут неприятный удар, а через мокрый пол — убьют.

Снаружи тело — плохой проводник, внутри — неплохой. Сухая неповреждённая кожа имеет высокое сопротивление; внутренняя среда тела — кровь, мышцы, жидкости — это солёный электролит с сопротивлением в несколько сотен ом между руками и ногами. Как только кожа обойдена, намокла, повреждена или покрыта токопроводящим гелем, сопротивление цепи резко падает, и ток при том же напряжении вырастает во много раз.

Что сделает данный ток, определяют ещё три фактора. Путь: ток от руки к руке или от руки к ноге проходит через грудную клетку, а ток от пальца к пальцу одной руки в основном нет. Длительность: чем дольше течёт ток, тем ниже уровень, вызывающий фибрилляцию, и ток, длящийся весь сердечный цикл, гораздо опаснее короткого импульса. Частота: 50 или 60 Гц сети — почти наихудшая частота для сердца и мышц. Гораздо более высокие частоты, например в электрохирургии, в основном нагревают ткани, а не возбуждают их.

Держите в голове эту картину: ток, путь, длительность, частота. Любая защитная мера в медицинском аппарате направлена на то, чтобы один из этих факторов оставался малым или безвредным.

Что ток делает с телом

Действие тока сетевой частоты на организм изучают десятилетиями; результаты сведены в серию IEC 60479. Пороги статистические — они зависят от телосложения, пути тока, состояния здоровья и индивидуальных особенностей, — поэтому цифры ниже читайте как порядок величин, а не как границу «безопасно / опасно».

Для тока от руки к руке или от руки к ноге через неповреждённую кожу классическая шкала выглядит так:

• Около 1 мА: порог ощущения — заметное покалывание.
• Несколько мА: больно; мышцы начинают непроизвольно сокращаться.
• Примерно 10–20 мА: порог неотпускания — сгибатели кисти сокращаются, и человек не может разжать руку и отпустить проводник. Ток неотпускания минимален как раз около сетевой частоты.
• Десятки мА длительно: может нарушаться работа дыхательных мышц; пока течёт ток, человек может быть не в состоянии дышать.
• Примерно 50–100 мА и выше в течение около секунды: риск фибрилляции желудочков — сердечная мышца перестаёт сокращаться согласованно. Без дефибрилляции это смерть в течение нескольких минут.
• Амперы: ожоги, разрушение тканей, остановка сердца.

Макрошок: ток через кожу

Макрошок — это то, что представляет себе каждый: человек касается токоведущей части, ток входит через кожу в одной точке и выходит через кожу в другой, обычно от руки к руке или от руки к ногам. Ток растекается по всему объёму грудной клетки, и через сердечную мышцу проходит лишь малая его доля. Поэтому порог фибрилляции при макрошоке — десятки и сотни миллиампер.

Макрошок опасен для всех, кто находится в помещении: для пациента, медсестры, санитарки и для вас. Он возникает, когда отказывает основная изоляция аппарата, а защитное заземление не справляется со своей задачей, когда через повреждённый шнур оголяется проводник, когда в корпус попадает жидкость или когда инженер работает на вскрытом аппарате, подключённом к сети.

Защита от макрошока — та же, что вы знаете по общей электротехнике: изоляция между сетью и всем, чего может коснуться человек; защитное заземление, которое отводит ток повреждения и вызывает срабатывание защиты; двойная изоляция там, где заземления нет; правильный монтаж с УЗО или изолированным питанием там, где этого требуют местные нормы.

Микрошок: ток прямо в сердце

Теперь изменим одно условие. У пациента есть проводящий путь, который заканчивается в сердце или на нём: временный электрод кардиостимулятора, внутрисердечный катетер, центральный венозный катетер, заполненный физраствором, линия датчика давления в правом предсердии, электрод, используемый во время операции на сердце. Ток, входящий по такому пути, не растекается по грудной клетке. Он сосредоточен на малом участке миокарда, и плотность тока там очень высока.

В этой ситуации порог фибрилляции падает примерно на три порядка: с десятков миллиампер до десятков или немногих сотен микроампер. Это и есть микрошок. Общепринятый безопасный предел для тока, который может попасть непосредственно в сердце, — 10 мкА: намного ниже того, что человек способен почувствовать, и ниже того, что большинство людей вообще считает «электричеством».

У микрошока три свойства, которые делают его коварным. Пациент его не чувствует — предупреждения нет. Пациент часто под седацией, под наркозом или без сознания — реакции нет. И источник — не сломанный аппарат в драматическом смысле, а обычный небольшой ток утечки, который даёт любой сетевой аппарат, или несколько сотен милливольт разности потенциалов между двумя точками заземления в палате, приложенные через путь, по которому ток не должен течь никогда.

Поэтому самые жёсткие требования IEC 60601-1 относятся к рабочим частям, предназначенным для непосредственного контакта с сердцем, — типа CF, которые вы разберёте в уроке 2. Допустимый ток утечки на пациента у них на порядок ниже, чем у частей, касающихся только кожи.

Почему в больнице всё хуже

Пациент на больничной койке гораздо уязвимее здорового человека дома. Сопротивление кожи снижают намеренно: электроды ЭКГ и электрохирургического аппарата наносят с гелем для хорошего контакта, кожа влажная от жидкостей или антисептика, иглы и катетеры вообще обходят кожу. Пациент может лежать на кровати с металлической рамой и быть подключён сразу к нескольким аппаратам — монитору, инфузомату, аппарату ИВЛ, согревающему одеялу, — у каждого своя утечка и своё подключение к земле.

Когда к одному пациенту подключено несколько аппаратов, их токи утечки могут складываться, и пациент может оказаться проводником между двумя точками с немного разными потенциалами. Неисправность одного аппарата может прогнать ток через рабочую часть другого. Медсестра, которая одной рукой касается неисправного аппарата, а другой — катетера пациента, может стать перемычкой. Тройники, удлинители без заземления и аппараты, принесённые из дома или из другого отделения, добавляют неконтролируемые пути.

Именно поэтому в помещениях для кардиологических процедур делают систему уравнивания потенциалов и часто изолированное питание, а стандарт рассматривает совокупность аппаратов вокруг пациента как медицинскую электрическую систему со своими требованиями. Местные нормы монтажа в разных странах различаются; ваша задача — знать, что эти защиты существуют, и не выводить их из строя.

Откуда берётся ток утечки

Ток утечки сам по себе не неисправность. У любого сетевого аппарата есть ёмкость между токоведущими проводниками и всем, что их окружает: обмотки трансформатора относительно сердечника и экрана, конденсаторы сетевого фильтра от фазы и нейтрали на землю, жилы сетевого шнура друг относительно друга, дорожки печатной платы относительно шасси. На 50 или 60 Гц эти ёмкости пропускают небольшой ток. Изоляция тоже никогда не бывает идеальной, а грязь, влага и старение пропускают ещё больше.

В исправном аппарате класса I почти весь этот ток безвредно уходит по проводнику защитного заземления. Проблемы начинаются при единичной неисправности: если защитное заземление оборвано, тот же ток ищет другой путь на землю — через корпус в человека, который его касается, или через рабочую часть в пациента. Если на пациенте появляется сетевое напряжение от другого аппарата, между этим напряжением и сердцем пациента остаётся только изоляция рабочей части.

Поэтому стандарты на медицинские изделия построены на принципе: одна неисправность не должна создавать опасность. Аппарат должен быть безопасен в нормальном состоянии и оставаться безопасным при отказе любого одного средства защиты. Испытания на утечку, которые вы будете проводить, измеряют именно то, какой ток дойдёт до человека или пациента в этих условиях.

Что это значит для сервисного инженера

Почти всё, что вы делаете внутри аппарата, может изменить его утечку или защиту: замена блока питания, перестановка сетевого фильтра, перекладка кабеля рядом с сетевой частью, замена винта заземления или потерянной зубчатой шайбы, замена датчика или кабеля пациента на более дешёвый, лишнее соединение, чтобы «вылечить» помеху. Аппарат ушёл с завода с проверенной защитой. После вашего ремонта вы — последний, кто может подтвердить, что она на месте.

Из этого урока следуют два правила. Первое: никогда не измеряйте утечку и не ищите её причину на аппарате, подключённом к пациенту, — сначала выведите его из клинического использования. Второе: любое сообщение о покалывании, ударе током или «гудящем» корпусе — это инцидент безопасности, а не мелкая неприятность: если медсестра это чувствует, пациент с центральным катетером, возможно, уже в опасности.

• Работайте на сетевом оборудовании только при отключённой сети, если методика не требует питания; если требует — используйте разделительный трансформатор или следуйте правилам вашей организации по работам под напряжением.
• Разряжайте конденсаторы, прежде чем касаться высоковольтных узлов; соблюдайте предупреждения производителя.
• Не отключайте защитное заземление переходниками и не отламывайте заземляющий контакт вилки, чтобы она подошла к розетке.
• После любого ремонта, затрагивающего сетевую часть, защитное заземление, корпус или рабочую часть, проводите испытание на электробезопасность до возврата аппарата в эксплуатацию.

Чек-лист на объекте

• Помните: убивает ток через сердце, напряжение его только гонит; путь, длительность и сетевая частота усугубляют ситуацию.
• Макрошок: через кожу, десятки миллиампер и выше, опасен для всех в помещении.
• Микрошок: через проводящий путь к сердцу, десятки микроампер, никто его не чувствует, предотвращается только конструкцией и испытаниями.
• Никогда не измеряйте утечку и не ищите её причину на аппарате, подключённом к пациенту.
• Любое сообщение о покалывании или ударе током от оборудования — инцидент безопасности; выводите оборудование из использования.
• Проверяйте, нет ли потерянного заземления в электроустановке: удлинители, переходники, повреждённые вилки и розетки.
• После любого ремонта, затрагивающего сеть, заземление, корпус или рабочие части, проводите испытание на электробезопасность до возврата в эксплуатацию.

Проверьте себя