Appunti ingegneria clinica

CAUSE INCIDENTI DI NATURA ELETTRICA

Le cause di incidenti di natura elettrica in sanità sono:

• utilizzo non appropriato (64%);
• installazione inadeguata (16%);
• insufficiente manutenzione (10%);
• difetto di costruzione (8%);
• altre cause (2%).

Il 90% delle cause di incidenti in sanità è quindi dovuto al cosiddetto errore umano, mentre il 10% è dovuto a cause tecniche.

Si vuole capire come nasce l’elettrocuzione.

ESEMPIO – SITUAZIONE FUORI NORMA (MACRO SHOCK)

Nella seguente figura è presente un esempio che rappresenta una situazione fuori norma, che non dovrebbe succedere mai: La rete di alimentazione ha un polo a terra, chiamato neutro N, e un polo chiamato fase F; tra i due esiste una ddp di 220 V a 50Hz. Normalmente, la corrente percorre i circuiti dell’apparecchio e poi torna alla rete, ma in questo caso, a causa di un guasto, un punto sottotensione viene a contatto con l’involucro metallico dell’apparecchio, quindi questo

EFFETTI ELETTROCUZIONE

Gli effetti biologici dell'elettrocuzione sull'organismo dipendono dalla corrente che lo attraversa e non dalla tensione, quindi diventa fondamentale l'impedenza dell'organismo.

Il corpo umano ha un'impedenza che dipende da:

• stato superficiale della pelle, la quale a sua volta dipende da:
• contenuto in acqua (umidità), oli naturali e sali;
• condizioni dell'epidermide nel punto di contatto;
• resistività dei tessuti sottocutanei;
• resistività dei tessuti interni;
• resistività del sangue;
• resistività delle ossa;
• resistività dei nervi;
• resistività dei muscoli.

contatto;

• pressione e durata del contatto;
• frequenza della corrente;
• dimensione della superficie di contatto.

corporatura del soggetto;

• stato generale del soggetto;
• natura ed estensione del contatto;
• frequenza della corrente;
• tensione applicata, siccome l'organismo non è un conduttore lineare;
• percorso della corrente, a seconda che attraversi organi più o meno conduttori.

A seconda di come si combinano tutti i fattori considerati, l'impedenza di un organismo umano sano a 50 Hz: Zorg = 1 kΩ 2 MΩ.÷

Si considerano quindi i seguenti standard:

• IEEE Std 80 Zorg = 1 kΩ
• IEC 60479-1 Zorg dipende dalla tensione applicata, dal percorso e dall'area della superficie di contatto 45

Gli effetti della corrente sull'organismo dipendono da:

• intensità; considerando una corrente alternata da 60 Hz che attraversa il tronco, tra lo sterno e la schiena, per 1 s, e si ha:
• a 1 mA si ha la soglia di sensazione;
• a 10 mA si ha la soglia di dolore;

mA si ha la soglia di danno;

• a 50 mA si ha dolore, svenimento e danno meccanico;
• a 100 mA si ha la soglia di fibrillazione ventricolare;
• per correnti >6 A si ha l’arresto cardiaco e respiratorio, e ustioni.

La soglia di corrente significativa è quella di non rilascio, che consente di rilasciare la presa, oltre la quale i muscoli sono tetanizzati, e si ha:

RAPPORTO TRA INTENSITÀ DI CORRENTE E AREA SEZIONE

Per quanto riguarda la densità della corrente, che è il rapporto tra l’intensità della corrente e l’area della sezione in cui questa passa, si ha: maggiore

è la densità, maggiore è il rischio di ustioni locali per effetto Joule;

10 – 20 mA/mm per qualche secondo provocano ustioni;

50 mA/mm per qualche secondo provocano carbonizzazione dei tessuti.

Il bisturi elettrico sfrutta proprio questa dipendenza, infatti questo fa passare attraverso l’organismo una corrente tra due elettrodi, uno è il bisturi o manipolo, che ha una superficie di contatto piccola, in modo da avere corrente localizzata, e l’altro è la piastra di ritorno, che ha una superficie elevata, in modo da far distribuire la corrente su un’area più ampia.

FREQUENZA DELLA CORRENTE

Per quanto riguarda la frequenza della corrente si ha:

Si ha che la frequenza di rete è la più pericolosa.

PERCORSO DELLA CORRENTE

Per quanto riguarda il percorso si ha:

un percorso diverso implica un’impedenza diversa;

i percorsi che interessano la regione pericardica sono i più pericolosi.

Ad esempio,

La soglia di fibrillazione nel percorso mano-piede è 2 - 3 volte più bassa che nel percorso mano-mano, quindi il primo percorso è più pericoloso del secondo.

FATTORE DI PERCORSO

Per quantificare la dipendenza dal percorso si usa il fattore di percorso, definito come:

F = I_rif / I

dove:

I_rif: corrente di riferimento

I: corrente del percorso considerato

Le quali hanno pari effetto.

Da qui si ha che:

F < 1 indicano percorsi meno pericolosi rispetto a quello di riferimento,

F > 1 indicano percorsi più pericolosi rispetto a quello di riferimento.

Nel seguente esempio, considerando come percorso di riferimento quello mani-piedi, si ha:

DURATA

Per quanto riguarda la durata si ha:

Si ha che:

minore è la durata maggiore è la corrente che deve passare attraverso l'organismo

per produrre un certo effetto

Se la durata aumenta è sufficiente una corrente inferiore per provocare lo stesso effetto.

La corrente però non

può andare sotto al valore reobase, perché al di sotto di questa non si vede nessun effetto sull'organismo. Il parametro cronassia corrisponde alla durata per la quale la soglia e il doppio della reobase. Secondo lo standard IEC 60479 si ha: 49 Generalmente, per i < 0.5 mA non ci sono effetti. 50 EFFETTI PATOLOGICI Inoltre, per studiare gli effetti patologici si usa la seguente curva di sicurezza convenzionale: Si vede che se I < 30 mA allora non si hanno danni permanenti; per durate molto brevi non si hanno danni permanenti per I < 500 mA. CORPORATURA Per la corporatura si ha che maggiore è la corporatura del soggetto maggiore è la dispersione della corrente nell'organismo, e minore è il suo effetto. FIBRILLAZIONE Tutte le situazioni considerate rientrano nel macro shock, in cui la corrente investe tutto l'organismo. In questa situazione, solo una parte della corrente va a interessare il cuore, e si ha: Ifibrill = 100 mA. La pelle protegge l'organismo,

infatti si ha: Zorg ≥ 1.1 − 5.4 kΩ, 51 per cui la minima tensione letale è data da: V = Ifibrill ∗ Zorg = 110 − 540 V.

MICRO SHOCK

Il micro shock si ha invece nella situazione esclusiva degli ambienti in cui si pratica cateterismo. Questa situazione è pericolosa perché il catetere buca la pelle e viene inserito in una grossa vena, che è altamente conduttrice. Si ha:

FIBRILLAZIONE

La vena che porta al cuore costituisce un percorso preferenziale per la corrente, che invece di disperdersi per tutto l’organismo si concentra sul cuore, quindi si ha: Ifibrill = 100 μA.

La pelle viene by-passata, quindi si ha: Zorg = 300 − 500 Ω da cui la minima tensione letale è data da: V = Ifibrill ∗ Zorg = 30 − 50 mV. 52

In realtà solitamente, anche il catetere ha una sua impedenza, e considerando Zcat+org = 50 kΩ si ha come possibile tensione letale: V = Ifibrill ∗ Zorg = 5 V.

PREVENZIONE

Per prevenire gli

Incidenti considerati, sia da macro shock che da micro shock, si considerano le seguenti cose: apparecchi sicuri;

impianti sicuri;

uso corretto e appropriato;

manutenzione periodica: verifiche di sicurezza e controlli funzionali.

Indice

PREVENZIONE INCIDENTI

NORME TECNICHE ARMONIZZATE

NORMA CEI EN 62353

NORMA CEI EN 60601

NORMA CEI EN 60601-1

NORMA CEI EN 60601.1 – 8.6.4

.......................................................................................................66SISTEMA EM..............................................................................................................................................67CONNESSIONE FUNZIONALE ..................................................................................................................67SIMBOLOGIA.............................................................................................................................................6754SICUREZZA ELETTRICA IN AMBITO SANITARIOB – SICUREZZA DEGLI EMPREVENZIONE INCIDENTIPer prevenire gli incidenti elettrici si considerano:apparecchi sicuri; impianti sicuri; uso corretto e appropriato; manutenzione periodica: verifiche di sicurezza e controlli funzionali.NORME TECNICHE ARMONIZZATESe si parla di EM e della loro sicurezza si devono considerare le norme tecnichearmonizzate CEI, che danno dei criteri di buona