Appunti completi della parte di sicurezza (esame Impianti ospedalieri e sicurezza)

Sicurezza e rischi di natura elettrica

Effetti della corrente elettrica sul corpo umano

Il corpo umano dal punto di vista elettrico si considera come un contenitore di soluzione fisiologica e ioni, con anche presenza di piccole attività elettriche per alcune funzioni (come il cuore). Il contatto di una persona con parti in tensione può determinare il passaggio di una corrente attraverso il corpo umano, con conseguenze che vanno dal lieve fastidio a danni anche mortali. In condizioni fisiologiche, la corrente non crea problemi; questi invece insorgono se proviene dall’esterno una corrente aggiuntiva. Il meccanismo di funzionamento biologico del corpo umano è governato da un'attività elettrica dell'ordine dei millivolt. Una corrente elettrica proveniente dall'esterno, sommandosi alle piccole correnti fisiologiche interne, può alterare le funzioni vitali dell'organismo causando danni che possono anche essere irreversibili o addirittura letali.

Macroshock e microshock

Le quattro principali problematiche in ambito biomedicale sono:

• Tetanizzazione: quando si applica uno stimolo elettrico a una fibra nervosa, l’azione di stimolo si propaga dalla fibra nervosa fino al muscolo determinandone la contrazione e, al termine, il rilassamento. La tetanizzazione è il processo in cui il corpo umano è attraversato da corrente, sia alternata che continua, quando questa è di durata e valori sufficienti. Se gli stimoli si susseguono senza dar tempo al muscolo di rilassarsi, gli effetti si sommano e il muscolo è portato a contrarsi completamente e a rimanere in questa posizione fino al cessare degli stimoli. Il valore più grande di corrente per cui una persona è ancora in grado di staccarsi della sorgente elettrica si chiama corrente di rilascio e mediamente è 10-15 mA in CA (a 50-100 Hz) e circa 100-300 mA in CC.
• Arresto della respirazione: per correnti più alte può intervenire l'arresto della respirazione se il processo colpirà diaframma e muscoli respiratori e in alcuni casi lo spasmo della laringe. L’arresto della respirazione sopraggiunge quando l’organismo viene sottoposto ad una corrente superiore a 10 mA (donne) e 15 mA (uomini) e se la sottoposizione perdura, l’individuo può perdere conoscenza e morire soffocato se non si interviene prontamente interrompendo il flusso di corrente e con la respirazione assistita.
• Fibrillazione ventricolare (c’è anche quella atriale). In generale, le fibre muscolari dei ventricoli del cuore (fibrille) sono interessate da una contrazione ritmica di 60-100 pulsazioni al minuto determinando il normale funzionamento del muscolo cardiaco e della circolazione sanguigna (nodo seno atriale). Se alle normali correnti fisiologiche si sovrappone una corrente elettrica esterna molto più grande, le fibrille ricevono segnali eccessivi ed irregolari e iniziano a contrarsi in modo disordinato e scoordinato. Il cuore, proprio a causa della natura elettrica del suo funzionamento, è particolarmente sensibile a qualunque corrente elettrica che proviene dall'esterno, sia essa causata da uno shock elettrico o introdotta volontariamente come nel caso del pace-maker. La corrente generata dal pace-maker è semplicemente un supporto agli impulsi elettrici prodotti nel nodo seno-atriale. Una corrente esterna che attraversa il cuore potrebbe in questo caso avere effetti molto gravi perché potrebbero alterarsi la sincronizzazione ed il coordinamento nei movimenti del cuore con paralisi dell'operazione di pompaggio del sangue. Fibrillazione atriale: meno pericolosa, grazie alla sua natura reversibile. Si interrompe quando termina la corrente esterna. Fibrillazione ventricolare: pericolosa nella zona ventricolare perché diventa un fenomeno non reversibile in quanto esso persiste anche se lo stimolo è cessato. La fibrillazione ventricolare è reversibile entro i primi minuti soltanto se il cuore è sottoposto ad una scarica elettrica appropriata -> DEFIBRILLATORE. La caratteristica più rilevante della fibrillazione ventricolare è che essa continua anche quando la corrente elettrica viene interrotta.
• Ustioni: Il passaggio di corrente elettrica in una resistenza è accompagnato da sviluppo di calore per effetto Joule; il corpo umano non fa eccezione a questa regola generale. L'ustione è una lesione dei tessuti causata dall'esposizione del tessuto stesso a fonti termiche, a sostanze chimiche (causticazione), a sorgenti elettriche o a radiazioni. Lo sviluppo di calore provoca: estese distruzioni di tessuti superficiali e profondi; la rottura di arterie con conseguenti emorragie; la distruzione di centri nervosi; ecc.

La pericolosità della corrente è determinata da:

1. Intensità
2. Durata
3. Frequenza
4. Percorso

L’aumento della temperatura dipende dal quadrato della densità di corrente e dal tempo per cui la corrente fluisce nel corpo. Per quanto riguarda l’intensità di corrente, al suo aumentare si passa da una soglia di percezione (senza danni, solo formicolio) fino alle bruciature più gravi, passando anche dalla fibrillazione ventricolare (>10-20milaAmpere). L’aumento dell’intensità determina un aumento della pericolosità.

Zona di pericolosità della corrente

Il grafico a sinistra mostra la relazione tra l’intensità della corrente (alternata) e la durata. Si identificano zone di pericolosità della corrente alternata di frequenza contenuta nell’intervallo 15÷100 Hz in cui:

• Zona 1: abitualmente nessun effetto, la corrente non è percepita.
• Zona 2: corrente percepita ma abitualmente nessun effetto fisiopatologico pericoloso; si restringe all’aumentare della durata.
• Zona 3: si possono avere tetanizzazione e disturbi reversibili al cuore, aumento della pressione sanguigna, difficoltà di respirazione.
• Zona 4: si può arrivare alla fibrillazione ventricolare e alle ustioni.

Effetti della frequenza e del percorso della corrente

Il terzo elemento da considerare è la frequenza. La pericolosità della corrente diminuisce con l'aumentare della frequenza. In una corrente ad alta frequenza la durata dello stimolo è talmente breve, in confronto alla costante di tempo della membrana cellulare, che la corrente non influisce praticamente sullo stato della cellula. La tendenza della corrente ad alta frequenza a passare all'esterno del corpo (effetto pelle), interessando così solo la pelle e non organi vitali, contribuisce alla minor pericolosità delle correnti ad alta frequenza. La corrente produce comunque effetti termici. Correnti ad alta frequenza (f>>50 Hz) sono meno pericolose di quelle a 50 Hz (si devono comunque considerare gli effetti termici dovuti all’aumento di frequenza).

Il percorso è da analizzare quando si valuta la pericolosità. Il corpo umano può essere rappresentato, in maniera semplicistica, come un circuito con quattro resistenze, una per ogni arto. In generale la corrente che coinvolge il cuore è la più pericolosa. D’altra parte, essa è solo una frazione della corrente totale che fluisce attraverso il corpo umano. All’intensità di corrente si deve associare l’intensità di corrente equivalente, che, in base al percorso della corrente, si calcola con la formula indicata a lato. Più F è basso, maggiore è il valore di Ieq e quindi il rischio di fibrillazione ventricolare. I casi più pericolosi si hanno in caso di corrente fluente fra mano destra e mano sinistra o fra mano destra e schiena. Viceversa, se uno dei due poli di ingresso/uscita della corrente è il torace, la pericolosità si riduce.

Microshock e macroshock

La valutazione della resistenza che il corpo umano oppone al passaggio della corrente deve inevitabilmente tener conto delle variabili da cui essa dipende, in particolare della tensione, superficie, pressione e durata del contatto, dello stato della pelle e del percorso della corrente. Questa diminuisce con pelle umida o in presenza di ferite, aumentando la pressione del contatto e aumentando la superficie di contatto. La resistenza aumenta, invece, in presenza di zone callose. Si devono sicuramente tenere in considerazione i dati presenti in letteratura per poi applicarli ai singoli casi.

In ambiente medico i rischi di natura elettrica ai quali possono essere sottoposti i pazienti, in caso di contatti diretti e indiretti, sono dovuti a quella parte di corrente che attraversa il cuore, o meglio alle densità di corrente che interessano le fibre eccitabili del miocardio:

• Macroshock: il contatto avviene tra una parte in tensione ed una parte della superficie esterna del corpo umano. È meno grave perché non ci sono collegamenti diretti tra il miocardio ed elementi elettrici. Possiamo distinguere i seguenti casi:
  • Contatto diretto, cioè un contatto del soggetto con una parte normalmente in tensione -> Nel caso di contatto diretto, la presenza di un interruttore differenziale protegge parzialmente l’operatore. L’interruttore differenziale limita la durata (e non l’intensità) della corrente che attraversa il soggetto in contatto diretto. La protezione nel caso di contatto diretto con un polo della rete è assicurata solo dalla presenza del trasformatore d’isolamento, che permette di ridurre la corrente rispetto a quella d’ingresso.
  • Contatto indiretto, cioè un contatto del soggetto con una parte accidentalmente in tensione -> Per un contatto indiretto la prevenzione più efficace consiste nella presenza contemporanea di interruttore differenziale e impianto di terra efficiente.
• Microshock: si può verificare quando il cuore del soggetto ha un collegamento elettrico verso l'esterno. Ambienti a rischio di microshock sono: sale operatorie, terapie intensive. È necessario adottare accorgimenti aggiuntivi rispetto a quanto fatto per il rischio da macroshock intervenendo sia sugli apparecchi che sugli impianti. Il microshock si verifica ad esempio nei seguenti casi tipici:
  • Un apparecchio collegato al cuore o ai grossi vasi vi fa affluire una corrente di dispersione che si chiude a terra attraverso altri strumenti o contatti diretti tra paziente e oggetti di terra.
  • Altri apparecchi, anche collegati con elettrodi sulla cute, fanno affluire una corrente che si chiude a terra attraverso l’elettrodo o il catetere interno.

Il microshock è estremamente pericoloso perché è difficile identificare situazioni a rischio, essendo coinvolte correnti molto basse (per la fibrillazione bastano 20 μA) al di sotto della soglia di percezione (sulla cute questa è di circa 1 mA). Soluzione: isolamento ottico/elettromagnetico. Il valore di soglia della fibrillazione ventricolare può essere 200mA in condizione di macroshock, e di 20μA in condizioni di microshock.

Contatti diretti e indiretti

• Contatto diretto: è il contatto simultaneo con una parte di circuito ordinariamente sotto tensione, detta parte attiva, e la terra, oppure due parti attive. Il circuito è chiuso dal corpo umano attraverso due punti di contatto. Il contatto diretto può interessare due punti qualsiasi del corpo umano, anche se il più comune è quello che avviene fra mano/i e piede/i con la richiusura del circuito attraverso la terra. I sistemi di protezione contro i contatti diretti consistono nell'insieme delle misure intese a proteggere le persone contro i pericoli risultanti dal contatto con parti attive. La protezione può essere di due tipologie:
  • Parziale: protegge solo contro il rischio di contatto accidentale; pertanto, essa non esclude la possibilità di un contatto voluto di una persona con le parti in tensione; inserimento di ostacoli e/o distanziamento.
  • Totale: esclude la possibilità di un contatto intenzionale di una persona con le parti in tensione; isolamento delle parti attive e/o involucri e barriere.
• Contatto indiretto: avviene con parti normalmente non in tensione per un guasto interno o perdita di isolamento. L’involucro metallico interessato assume un valore di tensione rispetto a terra che può raggiungere il limite di 220 Volt; di conseguenza la “tensione di contatto” è maggiore quanto minore è la resistenza offerta attraverso il contatto stesso. I sistemi di protezione si distinguono in:
  • Protezione passiva: non provoca l'interruzione del circuito e può essere realizzata ad esempio con doppio isolamento o adottando una bassissima tensione di sicurezza trasformatore di isolamento.
  • Protezione attiva: provoca l'interruzione del circuito interruttore differenziale.

Sicurezza degli apparecchi elettromedicali

La sicurezza è dovuta al collegamento degli apparecchi elettromedicali con una sorgente elettrica che può porre a rischio sia il paziente che gli operatori; inoltre, se smettessero di funzionare potrebbero compromettere la salute e la sopravvivenza dei pazienti, i quali possono anche essere in condizioni estreme (sedati). La sicurezza è una problematica complessa perché spesso la vita del paziente non dipende solo dall’operatore ma anche dall’apparecchio appunto. Comprende diversi elementi:

• Sicurezza degli apparecchi
• Sicurezza degli impianti elettrici
• Corretto uso:
  • Disponibilità documenti di accompagnamento
  • Conoscenza da parte dell’operatore delle caratteristiche di sicurezza degli apparecchi: ogni dispositivo medico deve essere accompagnato da un libretto con le istruzioni. L’operatore è preparato a usare il dispositivo ma anche eventuali problematiche, sia per la sua sicurezza che per quella del paziente e ambientale.
  • Programma di manutenzione (ordinaria o straordinaria in caso di malfunzionamenti)
  • Adeguata struttura organizzativa; chi usa il dispositivo, chi ne garantisce la sicurezza, chi sono i responsabili che rispondono in sede legale

Le principali fonti di pericolo che possono compromettere la sicurezza del paziente, dell’operatore o dell’ambiente includono:

• Scariche elettriche: Ai fini della sicurezza sono indicati dei valori massimi di corrente che potrebbero fluire nel paziente o nell'operatore, considerati, per il momento, ragionevolmente sicuri. Ovviamente i progettisti devono attenersi a questi limiti massimi e quanto possibile ridurli ulteriormente.
• Radiazioni: Dagli apparecchi biomedici possono provenire radiazioni in tutte le forme conosciute in fisica. Le prescrizioni di sicurezza riguardano le radiazioni estranee o non volute. Naturalmente i limiti imposti possono essere superati nell'utilizzazione intenzionale della radiazione a scopo diagnostico e terapeutico, purché sotto il controllo e la responsabilità degli operatori sanitari.
• Pericoli meccanici: Alcuni dispositivi meccanici servono a sostenere il paziente o parti dell'apparecchio in prossimità del paziente stesso o degli operatori. Le protezioni consistono nell'ampio dimensionamento, nell'adozione di appigli di sicurezza o di dispositivi di blocco, oppure di ripari. Si devono inoltre considerare le situazioni di pericolo provocate dall'interruzione dell'erogazione dell'energia elettrica che possono causare movimenti indesiderati, cessazione di operazioni meccaniche o addirittura contenzione del paziente. Tali funzionamenti non desiderati devono essere resi impossibili o eliminabili con pratici azionamenti manuali.
• Rumore: Gli effetti negativi del rumore sono accentuati nei locali di uso medico, ove si richiede un ambiente il più possibile confortevole per i pazienti, e tale da consentire la maggior concentrazione possibile degli operatori. Una specifica normativa indica il livello di rumore accettabile anche se la percezione individuale è molto variabile da individuo a individuo in quanto l'effetto reale sull'uomo è fortemente influenzato dalle caratteristiche acustiche del locale, dall'isolamento e dalle interazioni tra le parti degli apparecchi e dello stato psicologico del soggetto. È una fonte di pericolo minore rispetto alle altre; tuttavia, può dare fastidio al paziente e comprometterne lo stato di salute.
• Rischi di esplosione: Si manifestano ove si usano particolari sostanze che con l'aria formano miscele esplosive (tipico il metano o le sostanze per le anestesie). Oggi è molto ridotto.
• Temperature: Per quasi tutti i tipi di apparecchi ed impianti si prescrivono valori di temperatura da non oltrepassare, allo scopo di prevenire l'invecchiamento precoce degli isolanti o le spiacevoli conseguenze in caso che essi vengano toccati o manovrati.
• Rischio di incendio: Questi rischi sono comuni a tutti gli apparecchi e gli impianti. Normalmente si adottano limiti di temperatura di funzionamento che non provocano incendio e si prescrivono protezioni contro il sovraccarico. In ogni caso, gli involucri degli apparecchi devono essere progettati in modo da impedire la fuoriuscita di metallo fuso, materiale infiammato o simili.
• Ambiente circostante: Contrariamente a quanto si possa immaginare, gli apparecchi di uso medico sono spesso utilizzati in ambiente circostante ostile. Va segnalato che la sicurezza di un apparecchio non dipende solo dalle sue intrinseche caratteristiche tecniche ma anche dall'impianto di alimentazione a cui è connesso, dalle modalità d'uso, dal livello di informazione e formazione del personale utilizzato, dalla manutenzione e dalle verifiche periodiche dei livelli di sicurezza. Inoltre, in base alla tipologia di dispositivi e attività svolte, esiste una classificazione dei locali in cui il dispositivo è utilizzato. L’ambiente viene definito come ostile per le apparecchiature.