Stromunfall

1. Elektrizität und ihre Eigenschaften

Vorweg sei gesagt, dass die Elektrizität für uns Menschen besonders gefährlich ist, da wir Elektrizität nicht wahrnehmen können.

Elektrizität ist für eine Vielzahl von Phänomenen verantwortlich, hier beziehe ich mich jedoch auf die elektrische Energie, die wir im Alltag antreffen. Wir sprechen oft nur von Spannung oder Strom, um elektrische Energie im Alltag zu beschreiben. Das ist meistens falsch, da Spannung und Strom gemeinsam die elektrische Energie beschreiben; umgekehrt geben sie einzeln überhaupt keine Auskunft über die elektrische Energie und somit auch nicht über die Gefahr, die sie in sich bergen.

Die elektrische Leistung errechnet sich aus Spannung multipliziert mit dem Stromfluss bzw. der Stromstärke (sofern keine Phasenverschiebung vorliegt).

P = U*I

P - elektrische Leistung (Watt)
U - elektrische Spannung (Volt)
I - steht für elektrische Stromstärke (Ampere) .

Um die freigesetzte Leistung zu berechnen muss die elektrische Leistung mit der Zeit multipliziert werden.

Speziell im Hinblick auf Stromunfälle ist besonders interessant, wieviel Strom durch den Körper fließt. Der Stromfluss berechnet sich nach dem Ohmschen Gesetz wie folgt:

I = U/R

U = Spannung (Volt)
R = Widerstand (Ohm)
I = Stromstärke (Ampere)

Diese Zusammenhänge sind für das Verständnis der Elektrizität und somit auch der Gefahreneinschätzung grundlegend wichtig.

2. Stromarten und Stromnetz

2.1 Stromarten

Es gibt zwei grundlegend verschiedene Arten von Strom: den Gleichstrom und den Wechselstrom.

Der Gleichstrom ändert seine Richtung bzw. Polarität nicht. Z.B. sind Batterien Gleichstromquellen.

Wechselstrom hat bei uns üblicherweise eine Frequenz von 50 Hz (z.B. im Stromnetz, die Eisenbahn verwendet dagegen eine Frequenz von 16,7 Hz). Bei Wechselstrom wird die Polung ständig gewechselt, sozusagen das Plus und das Minus vertauscht. Er wird auch als Sinus-Wechselstrom bezeichnet, da die Frequenz eine Sinus-Kurve beschreibt.

Des weiteren unterscheidet man zwei Spannungsbereiche: Niederspannung und Hochspannung. Im elektrotechnischen Bereich ist alles unter 1000 Volt Niederspannung, darüber spricht man von Hochspannung. Im klinischen Bereich setzt man die Grenze hinsichtlich der Verletzungsmuster dagegen gern bei 500 Volt an. So wird z.B. ein Unfall im Bereich der Straßenbahnelektrizität zu einem Hochspannungsunfall. Da sich die dabei auftretenden Verletzungsmuster von einem Elektrounfall im häuslichen Bereich unterscheiden, macht diese Einteilung Sinn.

2.2 Stromnetz

Das Stromnetz dient dazu, den Strom von Kraftwerken zum Endverbraucher zu transportieren.

Man unterteilt das Stromnetz nach der geführten Spannung in verschiedene Ebenen.

Die Spannungsebenen:

Höchstspannung:	230 kV oder 400 kV
Hochspannung:	50 kV bis 150 kV
Mittelspannung:	6 kV bis 30 kV
Niederspannung:	230 V oder 400 V (im industriellen Bereich bis 690 V )

Bei großen Spannugsdifferenzen kann die Spannung in Form von einem Funken bzw. Lichtbogen überspringen, man spricht von einem Überschlag. Der so entstehende Blitz bzw. Lichtbogen kann in der Luft eine Distanz von ca. einem Zentimeter pro Kilovolt überwinden. Anhand dieser Faustregel kann man in etwa abschätzen mit was für einer Art Leitung man es zu tun hat - eine 110 kV Leitung hat so z.B. eine Isolatorenlänge von ca. einem Meter.

3. Der menschliche Körper und der Strom

Der menschliche Körper leitet aufgrund von in ihm vorhandenen Elektrolyten Strom und fungiert damit als Leiter im Stromkreis.

3.1 Stromstärke

Maßgebend ist die durch den Körper fließende Stromstärke.

bis 0,1 mA spürt man nichts
bis 0,5 mA spürt mal ein Kribbeln
bis 10 mA ist es unangenehm bis schmerzhaft, aber theoretisch noch nicht gefährlich
ab 10 mA treten Muskelkontraktionen auf, "Loßlassschwelle"
von 30 bis 50 mA besteht die Gefahr des Atemstillstandes aufgrund von tetanischen Kontrakturen der Interkostalmuskulatur und des Diaphragmas
ab 30 mA kann das Stammhirn einen verlängerten Atemstillstand verursachen
ab 50 mA kann es zu Vorhofflimmer, Kammerflimmer, Atemstillstand, Herzstillstand und inneren Verbrennungen kommen
ab 2 A kommt es zu inneren Verbrennungen (Nekrosen) und Verkochungen
ab 5 A kann durch direkte Herzschädigung zu einer irreversible Asystolie kommen

3.2 Widerstand

Welcher Strom tatsächlich fließt, hängt von dem Körperwiderstand ab. Der Körperwiderstand hängt wiederum stark vom Zustand der Haut ab und kann somit schwanken. Es gibt Richtwerte für den Körperwiderstand bei bestimmten Stromwegen.

Körperwiderstand nach Stromweg:

Hand - Hand ca. 650 Ω
Hand - Fuß ca. 1300 Ω
Hand - Füße ca. 975 Ω
Hände - Rumpf ca. 250 Ω

Im Körper sucht sich der Strom seiner Eigenschaft gemäß den Weg des geringsten Widerstandes.

3.3 Spannung und Stromart

Aus den oben genannten Daten ergibt sich, dass eine Wechselspannung von ca. 50 Volt tödlich wirken kann (1000 Ω × 0,05 A = 50 V).

Für Gleichstrom ist die letale Spannung ca. doppelt so hoch. Wechselspannung ist gefährlicher als Gleichspannung, da durch den Phasenwechsel Herzrhythmusstörungen ausgelöst werden können.

3.4 Kontaktzeit

Die Kontaktzeit ist für Nieder- und Hochspannung sehr unterschiedlich. Im Niederspannungsbereich ist die Kontaktzeit in der Regel um ein Vielfaches höher, da es ab der Loslassschwelle zum Zusammenkrampfen der Muskeln und im schlimmsten Fall zum "am Strom kleben bleiben" bzw. das Festhalten am Leiter kommt.

Bei Hochspannungsunfällen liegt die Kontaktzeit üblicherweise im Millisekundenbereich. Es kommt gar nicht zu einer Berührung des Leiters, da vorher ein Überschlag stattfindet. Deswegen kann es nicht zum Festhalten am Leiter kommen. Je nach Unfallhergang wird das Unfallopfer weggeschleudert oder stürzt sofort, wodurch es auch aus dem Stromkreis entfernt wird.

3.5 Stromdichte

Für die thermischen Schäden ist zusätzlich die Stromdichte bzw. die Durchflussdichte von Bedeutung. Die Stromdichte errechnet sich wie folgt:

Stromdichte (in Joule) = Strom (in Ampere) / Gewebequerschnitt (in m²).

3.6 Zusammenspiel der Faktoren

Bei einem Stromunfall wirken also mehrere Kriterien zusammen. Man kann sie nach inneren und äußeren Kriterien unterscheiden (innere: Widerstand, Stromdichte; äußere: Spannung, Stromstärke, Kontaktdauer, Stromart, Stromfrequenz, Stromweg).

Trotz dieses komplexen Zusammenspiels der Faktoren sind die Verletzungsmuster recht klar.

Niederspannungsunfälle erfolgen in der Regel an 230 V Wechselspannung. Dadurch kommt es auf Grund der langen Kontaktzeit und hohen Spannung (und die dadurch hohe Stromstärke) zu Krämpfen und zu Atembeeinträchtigung. Durch die Frequenz treten häufig Herzrhythmusstörungen bis hin zum Kammerflimmern auf.

Bei Hochspannungsunfällen stehen die thermischen Verletzungen im Vordergrund. Hier ein kleines Beispiel: Setzt man einen Körperwiderstand von 5 kO voraus (z.B. mit Schuhen) und eine Spannung von 30 kV fließen kurzzeitig 6 Ampere, was einer Leistung von 180 kW entspricht. Bei dieser hohen Leistung kommt es zu massiven Verbrennungen und der schlagartigen Verdampfung von wasserhaltigem Gewebe an den Stromeintritts- und -austrittsstellen.

4. Pathophysiologische Veränderungen im Körper

Wird Gewebe von Strom durchflossen, kommt es zu einer Disfunktion der Zellmembran. Davon ist besonders die Herz- und Skelettmuskulatur sowie das Zentralnervensystem betroffen.

Mit Zerstörung der Zellmembran kommt es zur Muskelkontraktion. Da die Flexoren stärker als die Extensoren ausgeprägt sind, tritt ein Zusammenziehen des Bewegungsapparats ein. Damit erklärt sich das Festhalten bzw. "Klebenbleiben" am Strom.

4.1. Stromwirkung am Herzen

Bei der reversiblen funktionellen Angina pectoris electrica kommt es zu Herzklopfen und Herzjagen, verbunden mit einem Gefühl der Beklemmung und Atemnot, was auf elektrisch induzierte Koronarspasmen zurückgeführt wird.

Durch den Strom können fast alle Arten von Rhythmusstörungen hervorgerufen werden. Besonders gefährlich ist der Wechselstrom, da durch die Frequenz von 50 Hz 100 mal pro Sekunde die Möglichkeit besteht auf die verletzliche (vulnerable) Phase des Herzens einzuwirken (die positive und die negative Halbwelle sind biologisch wirksam). Die vulnerable Phase entspricht dem Ende der intraventrikulären Erregungsrückbildung bzw. der Repolarisierung und drückt sich im EKG duch die T-Welle aus.

Rhythmusstörungen können bis 12 Stunden verzögert auftreten und es kann zu Herzmuskelschwäche kommen.

Unfälle mit Hochspannung verursachen häufig eine Asystolie.

Es können Koagulationsnekrosen entstehen, wodurch es zur Ausschwemmung von Kalium und so zu einer Hyperkaliämie kommen kann.

Durch die Zerstörung von Myokardgewebe steigen die Enzymwerte von Kreatinkinase (CK-MB) und Troponin im Blut an und das EKG weist typischerweise "Pseudoinfarktbilder" auf.

4.2 Stromwirkung am Zentralnervensystem

Es können Parästhesien und Paresen auftreten und durch Ausfälle im Zentralnervensystem kann es häufig zu Bewusstlosigkeit, Verwirrtheit, Aphasien, Krampfanfällen und zu Querschnittslähmung führen. Durch die Lähmung der Atemmuskulatur kann der Tod durch Ersticken eintreten.

Am häufigsten ist der Nervus medianus betroffen, was von vorübergehenden Parästhesien bis zum dauerhaften Verlust von sensorischen und motorischen Funktionen führen kann.

4.3 Stromwirkung an Haut und Gewebe

Markant sind die Strommarken an der Stromeintritts- und -austrittsstelle. Es sind deutlich abgegrenzte hochgradige Verbrennungen der Haut sichtbar. Allerdings kann man von der äußeren Ausdehnung nicht auf den Gesamtschaden schließen, da auch in der Tiefe massive Zellzerstörungen vorliegen können. Es kann auch im Inneren zu Verdampfungen, Verkochungen und Verkohlungen kommen.

Die Stromeintrittsmarken befinden sich häufig an den oberen Extremitäten oder am Kopf, die Stromaustrittsmarken oft an den Füßen. Kinder erleiden häufig tiefe Verletzungen im oralen Bereich, wenn sie Kabel zerkauen und so einen Schlag bekommen.

Bei Hochspannungsunfällen treten auf Grund des Überschlages und des so entstehenden Lichtbogens oft großflächige Verbrennungen der Haut auf.

Am Gefäßsystem kann es zu Gefäßspasmen, Thrombosen, Aneurysmenbildungen, Gefäßrupturen und Gefäßläsionen kommen, in deren Folge es durch das Kompartmentsysndrom zur massiven Myonekrose kommen kann.

Durch die starken Muskelkontrakturen kann es zu Muskel- und Bänderrupturen kommen, ferner können Luxationen und Frakturen die Folge sein.

4.4 Stromwirkung an Sinnesorganen

Durch den Strom kann die Pupillenmotorik gestört werden. Durch Auftreten eines Lichtbogens kann es zu Augenverblitzungen mit Netzhautschäden oder Sekundärglaukomen (Erhöhung des Augeninnendrucks) kommen.

Es kann Tinnitus entstehen.

4.5 Weitere Schäden

Je nach Unfallhergang können sämtliche Sekundärverletzungen auftreten. Häufig sind Frakturen infolge von Stürzen. Besonders im neurologischen Bereich ist es schwierig evtl. Sekundärverletzungen von den direkten Stromwirkungen zu unterscheiden.

Durch die Gewebezerstörung kann es zur Auflösung von quergestreifter Muskulatur (Rhabdomyolyse) kommen, wodurch Myoglobin in den Kreislauf geschwemmt wird. Diese Proteine bleiben in den Nierenglomeruli hängen ("Crush-Niere") und führen so zum Nierenversagen.

5. Gefahren und Vorsichtsmaßnahmen

5.1 Gefahren an der Einsatzstelle

Es besteht die Gefahr spannungsführende Teile zu berühren, bzw. diesen zu nahe zu treten. Es ist schwierig, Bereiche genauer einzuschränken, da nahezu alle Bereiche irgendwie elektrifiziert sind.

Im häuslichen Bereich ist eher mit Niederspannung zu rechnen. Aus fehlerhaft montierten oder gewarteten Geräten und Anlagen durch Laien resultiert hier eine besondere Gefahr.

Im industriellen Bereich kann man alle Arten von Strom antreffen, insofern ist hier besondere Vorsicht geboten, bzw. sollte man sich nach den Anweisungen der dortigen Fachkräfte richten.

Besonders gefährlich wird es bei beschädigten Anlagen und Leitungen. Es kann passieren, dass durch Isolationsfehler sämtliche Gegenstände Spannung führen, auch Böden, Mauern usw. insbesondere in Zusammenhang mit Nässe. Es kann zu sog. Potentialverschleppungen und durch Induktion zur Ausbreitung der Spannung führen, was für den Laien kaum einschätzbar ist.

5.1.1 Spannungstrichter und Schrittspannung

Ein wichtiger Sachverhalt ist das Auftreten eines Spannungstrichters bei einem Erdschluss (z.B. bei einer hinuntergestürzten Freileitung oder bei Blitzschlag).

Der Spannungstrichter beschreibt durch seinen Verlauf das Erdoberflächenpotential. Berührt z.B. eine spannungsführende Freileitung den Erdboden, so wird nach dem Ohmschen Gesetz ein Spannungspotential aufgebaut, welches mit zunehmender Entfernung stetig abnimmt.

Im Zusammenhang mit dem Spannungstrichter ist die Schrittspannung zu erwähnen. Die Schrittspannung beschreibt die Potentialdifferenz, die mit einer Schrittlänge auf dem Erdboden abgegriffen werden kann. Da das Spannungspotential im Erdreich nicht linear abnimmt, ist es schwierig genau zu sagen, wie groß die Schrittspannung an einem bestimmten Punkt ist.

Ein kleines Beispiel zur Verdeutlichung: Bildet sich bei einem Erdschluss mit einer 110 kV Leitung ein Spannungstrichter mit einem Durchmesser von 10 Metern, hätten wir bei einem (fälschlicherweise angenommenen) linearen Abfall des Erdoberflächenpotentials und einer Schrittlänge von einem Meter eine Schrittspannung von 11 kV.

Hier wird klar, dass alle Hinweise wie z.B. kleine Schritte machen oder hüpfen nicht allzu ernst genommen werden dürfen!

Bei unserem kleinen Beispiel hätten wir auf der Fußlänge von 25 cm noch eine Potentialdifferenz von 2,75 kV, mal ganz außer Acht gelassen, dass auch eine 400 kV Leitung am Boden liegen könnte.

Als weitere Gefahr ist die Potentialverschleppung zu nennen. Hierbei entstehen in Zusammenhang mit dem Spannungstrichter durch Leiter mit besseren Eigenschaften (wie z.B. Schienen) Stellen, an denen mit einem Schritt eine wesentlich höhere Potentialdifferenz abgegriffen werden kann, als es in dem Bereich des Spannungstrichters normalerweise der Fall wäre. Eine Potentialdifferenz kann so auch außerhalb des unmittelbaren Gefahrenbereichs auftreten, was bei Sicherheitsabständen unbedingt berücksichtigt werden muss.

5.2 Vorsichtsmaßnahmen

Die wichtigste Regel heißt: Abstand halten!

Bei Erdschlüssen und ähnlichen Situationen ist ein Abstand von 15 Metern zu halten!

Ansonsten gelten für den zu haltenden Mindestabstand folgende Richtwerte:

Niederspannung: 1 m
1 kV bis 110 kV: 3 m
110 kV bis 220 kV: 4 m
220 kV bis 380 kV 5 m

Man sollte bedenken, dass man sich vor allen in der Höhe sehr leicht verschätzt.

Alle Teile von denen man nicht sicher weiss, dass sie spannungsfrei sind, müssen als spannungsführend betrachtet werden.

Es gibt 5 Sicherheitsregeln nach denen gehandelt werden muss:

Freischalten
Gegen Wiedereinschalten sichern
Spannungsfreiheit feststellen (nur mit zugelassenem Prüfgerät nach VDE)
Erden und Kurzschließen
Benachbarte unter Spannung stehende Teile abdecken

Aufgrund der Tatsache, dass der Rettungsdienst nicht über die notwendigen Mittel verfügt, ist dies von der Feuerwehr durchzuführen. Bei Störungen des Stromnetzes und der Bahnanlagen kommen Fachkräfte des Betreibers zur Einsatzstelle, um geeignete Sicherheitsmaßnahmen einzuleiten.

6. Akutversorgung

Die eigene Sicherheit hat höchste Priorität!

Lediglich im 230 Volt Bereich ist es dem Retter unter Umständen möglich das Unfallopfer von der Stromquelle zu entfernen, sofern dies nicht schon passiert ist. Dabei ist eine Eigengefährdung unbedingt auszuschließen.

Im Verlauf der Erstversorgung, die je nach Schädigung selbstverständlich ganz unterschiedlich ablaufen muss, lässt sich allgemein sagen, dass bei einem Kammerflimmern so schnell wie möglich defibrilliert werden sollte.

Im weiteren Verlauf sollte jeder Patient mit einem 12-Kanal EKG überwacht werden und es sollte eine Blutabnahme (Hb, Hk, Leukos, Thrombos, Quick, PTT, NA, K, Ca, Krea, Troponin T, CK, CK-MB, Harnstoff-N, γ-GT, GOT, GPT, Bilirubin, Lipase, Amylase) stattfinden.

7. Quellenangeben:

Schuster / Trappe, EKG-Kurs für Isabel; Enke-Verlag 1997, ISBN 3-432-26671-5
http://de.wikipedia.org/wiki/Elektrizität
http://de.wikipedia.org/wiki/Ohmsches_Gesetz
http://de.wikipedia.org/wiki/Stromnetz
http://chirinn.klinikum.uni-muenchen.de/forschung/for_02/2002kanz_elektrounfaelle.pdf
http://www.luftrettung-hamburg.de/Gliwitzky__Donitz__Gross__RD_3-2006_Besondere_Umstande.pdf
http://leifi.physik.uni-muenchen.de/web_ph10/grundwissen/02_stromgefahr/gefahren_stromes.htm
http://www.agn.at/html1.php?hid=187
http://www.medizinfo.de/labormedizin/enzymdiagnostik/kreatinkinase_mb.shtml
http://www.erdungsmessung.de/html/beruehrung.htm
www.feuerwehrmann.de/Informationen/download/nuetzliches/Gebhardt-Gefahren-durch-elektrischen-Strom-an-der-Einsatzstelle.doc
http://www.notmed.info/mkelektr.html

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