UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE. Academiejaar BLIKSEMINSLAG EN ELEKTROCUTIE BIJ NUTSDIEREN. door

UNIVERSITEIT GENT

FACULTEIT DIERGENEESKUNDE

Academiejaar 2008 – 2009

BLIKSEMINSLAG EN ELEKTROCUTIE BIJ NUTSDIEREN

door

Eline VANNESTE

Promotor: Prof. Dr. Christian Burvenich Medepromotor: Lic. Mieke Stevens

Literatuurstudie in het kader van de Masterproef

De auteur en de promotor geven de toelating deze literatuurstudie voor consultatie beschikbaar te stellen en delen hiervan te kopiëren voor persoonlijk gebruik. Elk ander gebruik valt onder de beperkingen van het auteursrecht, in het bijzonder met betrekking tot de verplichting de bron uitdrukkelijk te vermelden bij het aanhalen van gegevens uit deze studie. Het auteursrecht betreffende de gegevens vermeld in deze literatuurstudie berust bij de promotor(en). De auteurs en de promotor(en) zijn niet verantwoordelijk voor de behandelingen en eventuele doseringen die in deze studie geciteerd en beschreven zijn.

Blikseminslag en elektrocutie bij nutsdieren

Woord vooraf Blikseminslag is een veel voorkomende doodsoorzaak bij nutsdieren. De landbouwer of particulier, die te maken krijgt met neergebliksemde dieren, wil de doodsoorzaak kennen om vergoed te worden door de verzekering. Als dieren een blikseminslag overleven is het stellen van de diagnose heel moeilijk. De letsels zijn heel uiteenlopend van aard. Bovendien weten we bitter weinig over de pathofysiologie: wat gebeurt er precies op het moment van de blikseminslag in het lichaam van een mens of dier? We kunnen een blikseminslag beschouwen als een speciale vorm van elektrocutie. Verwondingen of sterfte door elektrocutie zijn meestal het gevolg van neergevallen elektrische draden, kauwen op elektrische draden of verlies van elektriciteit door geleiding langs metalen constructies.

Bliksem roept bij velen angst of fascinatie op. Slechts weinig mensen zijn vertrouwd met de mechanismen en de ingrijpende gevolgen die een blikseminslag teweeg brengt. Ook voor mij waren blikseminslag en elektrocutie onbekend terrein voor ik aan deze literatuurstudie begon. Om deze reden heb ik ‘blikseminslag en elektrocutie bij nutsdieren’ als onderwerp gekozen voor dit eerste deel van mijn Masterproef.

Bij het schrijven van deze literatuurstudie mocht ik rekenen op de professionele hulp van vele mensen. Ik wil hen bij deze allemaal heel erg bedanken! Vooreerst wil ik mijn promotor Prof. Dr. Christian Burvenich en co-promotor Mieke Stevens bedanken. Verder kon ik ook rekenen op de steun van de mensen van het Koninklijk Meteorologisch Instituut (KMI) en de ervaring van verzekeringsdeskundige Hanz Verhoest (KBC Staden), waarvoor dank. Dank je wel ook aan alle mensen die mijn literatuurstudie met een kritisch oog hebben gelezen: mijn ouders, familie en vrienden. Last but not least, wil ik ook Dierenartsen VDN (Roeselare) van harte bedanken. Vanuit hun jarenlange praktijkervaring konden zij mij helpen bij het oplossen van praktische vragen.

Figuur 1 – Een onweersstorm in Canada. (Baker W., Thomas G. (2009). Internetreferentie: http://www.guy-sports.com/fun_pictures/lightning_large.jpg.)


Inhoudsopgave Samenvatting........................................................................................................................................... 1 1. Inleiding ............................................................................................................................................... 2 1.1 Bliksem.......................................................................................................................................... 2 1.1.1 Mythes en misvattingen ......................................................................................................... 2 1.1.2 Meteorologische gegevens.................................................................................................... 2 1.2 Elektrocutie.................................................................................................................................... 4 2. Literatuurstudie.................................................................................................................................... 5 2.1 Blikseminslag ................................................................................................................................ 5 2.1.1 Ontstaan van bliksem en donder ........................................................................................... 5 2.1.2 Mechanismen van blikseminslag ........................................................................................... 6 2.1.3 Pathofysiologie....................................................................................................................... 8 2.1.4 Verwondingen ........................................................................................................................ 9 2.2 Elektrocutie.................................................................................................................................. 13 2.2.1 Voorkomen en principe........................................................................................................ 13 2.2.2 Pathofysiologie en verwondingen ........................................................................................ 14 2.3 Conclusie..................................................................................................................................... 16 3. Literatuurlijst ...................................................................................................................................... 17


Samenvatting Ondanks het feit dat een blikseminslag of elektrocutie zowel bij mens als dier vaak fataal zijn, zijn er toch geregeld slachtoffers die dit overleven. In de humane geneeskunde is dit fenomeen goed gekend en gedocumenteerd. Dit in tegenstelling tot de diergeneeskunde, waar er slechts enkele gevallen beschreven zijn.

Er zijn verschillende types van blikseminslag. De belangrijkste worden toegelicht in deze literatuurstudie. Verwondingen ten gevolge van blikseminslag ontstaan vooral door elektroporatie en kunnen

heel

uiteenlopend

zijn.

Meestal

wordt

bij

dieren

een

onmiddellijke

hart-

en

ademhalingsstilstand veroorzaakt. Deze dieren worden enkele uren na een storm dood aangetroffen in de weide. Bij overlevende dieren (en mensen) worden onder andere verwondingen van de huid, zenuwstoornissen, hartritmestoornissen en problemen met oren en ogen beschreven.

Ten slotte wordt het principe van elektrocutie besproken. Het fundamentele verschil tussen een blikseminslag en elektrocutie is de duur van het contact met het lichaam. Oorzaken van verwondingen door elektrocutie zijn onder andere het direct effect van de stroom op de weefsels, stomp trauma, elektroporatie en omzetting van elektrische energie in warmte. Ten gevolge van deze lokale warmteontwikkeling worden brandwonden frequent gezien na elektrocutie.

Summary Both humans and animals can be the victim of electrocution or a lightning strike. There are few cases known of surviving animals, whereas in humans this is a well documented phenomena. There are several types of lightning strike. Direct strike, contact injury, side flash and step voltage are discussed in this study. Lightning injury is often caused by the mechanism of electroporation. Death usually results from immediate cardiac and respiratory arrest. Survivors can have various injuries such as skin injuries, ear and eye injuries, nerve dysfunction and cardiac arrhythmias. The most important difference between a lightning strike and electrocution is the duration of the contact. Electrocution injuries result from the direct effect of the current, blunt trauma, electroporation and Joule heating. Skin burns are common after electrocution.

KEY WORDS: electrocution, forensic medicine, lightning strike, physics, production animals.

-1-


1. Inleiding 1.1 Bliksem 1.1.1 Mythes en misvattingen De mens is altijd gefascineerd geweest door de bliksem. De enorme kracht die uitgaat van een blikseminslag is een blijvende bron van inspiratie, religie en bijgeloof. Bij de Grieken en de Romeinen hadden de oppergoden Zeus en Jupiter elk een bliksemschicht in de hand. Tempels werden opgericht op plaatsen waar de bliksem ingeslagen was. Werd er iemand neergebliksemd, dan beschouwde men dit als een straf van de goden. Ook in de Chinese en Afrikaanse culturen werd de bliksem als iets goddelijks aanzien (O’Keefe Gatewood en Zane, 2004).

Tot op vandaag resulteert de angst voor de bliksem in vele vormen van bijgeloof en misvattingen. Zo zou een blikseminslag steeds fataal zijn en zou de bliksem nooit twee keer op dezelfde plaats inslaan. Er zou ook enkel gevaar voor een blikseminslag zijn als het regent en bliksem zou kunnen voorkomen zonder donder. Stuk voor stuk zijn dit verzinsels. Zelfs het gezegde dat de bliksem altijd inslaat op het hoogste punt in de omgeving klopt niet. Sommige mensen denken dat slachtoffers van een inslag elektrisch geladen blijven. Daarom durven zij hen geen eerste hulp verlenen. In het verleden heeft dit al tot onnodige dodelijke slachtoffers geleid. Een laatste misvatting is dat je in een auto veilig bent vanwege de rubberen banden. Dit is slechts gedeeltelijk waar. Het is niet vanwege de rubberen banden, maar wel omdat de auto een kooi van Farraday vormt. De ladingen worden langs de metalen buitenkant van de auto afgeleid naar de grond (O’Keefe Gatewood en Zane, 2004).

1.1.2 Meteorologische gegevens Wereldwijd zijn er meer dan 100 blikseminslagen per seconde of zo’n 8 miljoen per dag. Het risico voor mens en dier om neergebliksemd te worden, is afhankelijk van de populatiedensiteit en van de densiteit van blikseminslagen. De densiteit verschilt naargelang de regio en het seizoen, met de zomermaanden als piekmoment (Ritenour et al., 2008)

In België worden gegevens over onweersbuien verzameld door het Koninklijk Meteorologisch Instituut (KMI) door middel van het SAFIR-systeem. SAFIR is de afkorting van ‘Système de Surveillance et d’Alerte Foudre par Interférométrie Radioélectrique’. Er zijn 4 antennes in België die alle bliksemontladingen detecteren en lokaliseren. Dit zijn zowel blikseminslagen als ontladingen in en tussen de wolken. Via satellietbeelden kan eveneens informatie verkregen worden. Ook met de waarnemingen en verslagen van weeramateurs wordt rekening gehouden. Ten slotte beschikt het KMI over een uitgebreide verzameling persartikelen, die handelen over de gevolgen van zware onweersbuien (Hamid, 2007).

-2-


Gemiddeld zijn er in België 92 onweersdagen per jaar. Uitgaande van het aantal ontladingen per maand, kunnen we in België spreken van een onweerseizoen van mei tot september. Piekmaanden zijn de zomermaanden juni, juli en augustus. Dit loopt parallel met de wereldwijde waarnemingen. In het jaaroverzicht van 2002 maakt het KMI specifiek melding van neergebliksemd vee in de maanden april, juni, juli en augustus (Hamid, 2007). Volgens Bouquegneau et al. (2007) is de densiteit van inslagen in België gemiddeld 1.19 inslagen per km2 per jaar (figuur 1). Dit is weinig in vergelijking met de densiteit in Afrika die meer dan 50 inslagen per km2 per jaar bedraagt. Afrika is daarmee het continent met de hoogste densiteit van blikseminslagen (Ritenour et al., 2008).

Figuur 1 - Op deze kaart is de densiteit van het aantal ontladingen/km² boven België te zien. Als data zijn al de bliksems gebruikt die door SAFIR werden geregistreerd tijdens 2002. Hierbij geldt volgende kleurcode: wit: 42 tot 97 ontl/km², rood: 18-42 ontl/km², oranje: 8-18 ontl/km², geel: 3-8 ontl/km², groen: 1,5-3 ontl/km². We merken op dat de kaart vooral is ingekleurd door enkele zeer intense bliksemsituaties. (Uit: Hamid K (2007). Overzicht van de onweersactiviteit in België in 2002. Wetenschappelijke en technische publicatie, uitgegeven door het Koninklijk Meteorologisch Instituut van België, Brussel, p. 14.).

-3-


1.2 Elektrocutie Van Daele definieert elektrocutie als ‘terdoodbrenging of dood door middel van elektrische stroom’. Bij elektrocutie maakt men onderscheid tussen hoogspanning en laagspanning, gelijkstroom en wisselstroom. Een blikseminslag wordt beschouwd als een speciale vorm van elektrocutie. Bij een blikseminslag kunnen de temperatuur en de stroom veel hoger oplopen dan bij een elektrocutie. Toch worden meer brandwonden waargenomen na een elektrocutie. Dit is een gevolg van een langdurig contact met de elektriciteitsbron gedurende meerdere seconden of zelfs minuten. Bij een blikseminslag is de duur van het contact steeds minder dan 1 seconde (Lewis, 1997).

-4-


2. Literatuurstudie 2.1 Blikseminslag 2.1.1 Ontstaan van bliksem en donder Tijdens een storm ontstaan de zogenaamde cumulonimbuswolken. Deze wolken hebben een afgevlakte top en de typische vorm van een aambeeld. De opgewarmde stijgende lucht van de aarde komt in contact met de koude dalende lucht van de hogere luchtlagen. Daardoor ontstaat er een herverdeling van de ladingen in de wolken. Bovenaan wordt de wolk positief geladen, onderaan negatief (Buckley et al., 2004). De vorming van cumulonimbuswolken en het ontstaan van bliksem wordt schematisch weergegeven in figuur 2.

Elektrische ladingen worden heel slecht geleid door de lucht en daardoor kunnen er enorme ladingsverschillen opgebouwd worden. Een ontlading in de vorm van een bliksem zal gebeuren als het ladingsverschil tussen wolken en andere objecten een kritisch punt bereikt, waarbij de elektrische veldsterkte van de tussenliggende lucht meer dan 2 miljoen V/m bedraagt (Lee, 1997). Er bestaan 3 soorten bliksem. De ontlading kan ontstaan tussen het positief geladen deel van de wolk en een negatief geladen gebied in de aangrenzende atmosfeer. Ook tussen wolken kan er een ladingsverschil opgebouwd worden met een bliksem als gevolg. Een derde mogelijkheid is een ontlading tussen wolken en de grond. Dit resulteert in de typische blikseminslag die een gevaar betekent voor mens en dier (Buckley et al., 2004).

Bij een blikseminslag induceren de overdrijvende cumulonimbuswolken plaatselijk een positieve lading op de normaal negatief geladen aarde. Deze positieve ladingen verspreiden zich ook in gebouwen, bomen, mensen en dieren. De negatieve ladingen uit het onderste deel van de wolk dalen. Dit is wat men de ‘leader stroke’ noemt. Met de ‘pilot stroke’ (of upward streamer) bedoelt men de positieve ladingen die van de aarde omhoog stijgen. Wanneer de leader stroke en de pilot stroke contact maken wordt het circuit gesloten en resulteert dit in de zogenaamde ‘return stroke’. Deze stroom gaat van de aarde naar de wolken terug. Op het moment dat het circuit gesloten wordt, verdwijnt het enorme ladingsverschil onmiddellijk. De energie die hierbij vrijkomt wordt omgezet in licht en warmte. Het licht kunnen we zien als een bliksemflits. Het is zo dat de cyclus van leader stroke, pilot stroke en return stroke meerdere keren herhaald wordt binnen één bliksemflits. Dit alles gebeurt in minder dan een halve seconde en is voor het menselijk oog slechts zichtbaar als één enkele bliksemflits. De rest van de vrijgekomen energie wordt omgezet in warmte. Deze plotse hitte induceert ‘hoge druk akoestische schokgolven’, met andere woorden: de donder (Lewis, 1997). Bliksem en donder komen bijgevolg altijd samen voor. Toch ziet men soms enkel een bliksemschicht. De bijhorende donder wordt in dit geval niet opgemerkt omdat de geluidsgolven tegengehouden worden door de lokale geografie of architectuur (O’Keefe Gatewood en Zane, 2004).

-5-


Figuur 2 - A, Stijgende warme lucht komt in contact met de koude lucht van de hogere luchtlagen. B, Vorming van een typische cumulonimbuswolk. C, Herverdeling van de ladingen in de wolk: bovenaan positief, onderaan negatief. D, Leader stroke ontstaat door dalende negatieve ladingen. E, Pilot stroke ontstaat door positieve stijgende ladingen. F, Return stroke is het resultaat van het samenkomen van de leader en pilot stroke en stijgt van de grond op naar de wolk. (Naar: Cooper M.A., Andrews C.J. (1995). Lightning injuries. In : Auerbach P.S. (Editor). Wilderness medicine: Management of wilderness and environmental emergencies, 3rd edition, Mosby, St. Louis, p. 261-289. Geciteerd door Lewis (1997) en O’Keefe Gatewood en Zane (2004)).

2.1.2 Mechanismen van blikseminslag Er zijn verschillende manieren waarop mens en dier kunnen getroffen worden door een blikseminslag. Een eerste soort is de ‘directe inslag’ (direct strike, direct hit). De bliksem maakt rechtstreeks contact met de schedel van mens of dier. Hierbij wordt het individu aan een zeer grote stroom blootgesteld

-6-


gedurende een extreem korte periode. Er ontstaat een groot ladingsverschil in het lichaam. Daarna zal de stroom afgeleid worden naar de grond. Deze vorm van blikseminslag komt voor bij mensen of dieren in een open veld. Meestal zijn de gevolgen fataal (Lee, 1997).

Een tweede soort blikseminslag (‘contact injury’) kan beschouwd worden als een variant van de directe inslag. Deze vorm van blikseminslag wordt veroorzaakt wanneer het slachtoffer in contact staat met een voorwerp waarop de bliksem inslaat. Bij mensen is dit vaak een paraplu of een golfclub. Dieren kunnen in contact staan met een metalen hek of een andere geleidende constructie. De stroom wordt via het voorwerp rechtstreeks naar de persoon of het dier geleid (Lewis, 1997).

De ‘side flash’ is een derde vorm van blikseminslag. De bliksem slaat in op een boom, een gebouw of een ander voorwerp en springt daarna over naar mensen of dieren die zich in de buurt bevinden. Bij dieren komt deze vorm van blikseminslag frequent voor. Een groep dieren gaat tijdens een onweer vaak samentroepen onder een boom om te schuilen. Williams (2000) maakt melding van een zesjarige Quarter horse merrie die neergebliksemd werd, nadat de bliksem ingeslagen was op een verlichtingspaal van de paddock waarin het dier rondliep. De bliksem is overgesprongen van de metalen paal op de merrie. Side flash kan zowel buitenshuis als binnenshuis voorkomen. De stroom van de blikseminslag kan naar binnen geleid worden via de bedrading van een telefoon of een ander elektrisch toestel of via metalen constructies (Lee, 1997). Op deze manier kan de stroom ook in een stal geleid worden. Dit wordt beschreven door Best (1967) in een casus waarbij varkens, die in een schuur gehuisvest waren, neergebliksemd werden. Nadat de bliksem ingeslagen was op een boom, sprong hij over naar de metalen constructie van de schuur. Zo werd de stroom naar binnen geleid en werden de varkens neergebliksemd.

Een volgend belangrijk mechanisme van blikseminslag is wat men noemt de ‘step voltage’ of ‘ground current’. De bliksem slaat hierbij rechtstreeks in op de grond en de stroom verspreidt zich radiaalsgewijs. Hoe verder een persoon verwijderd is van het punt van de inslag, hoe minder stroom. Meestal vallen slachtoffers neer op het moment dat de stroom hen bereikt. De stroom komt het lichaam binnen via het been dichtst bij de plaats van inslag en verlaat het lichaam via het ander been. Reden hiervoor is dat het lichaam minder weerstand biedt dan de aarde. Hoe verder de benen uit elkaar staan, hoe groter het ladingsverschil en hoe groter de geïnduceerde stroom in het lichaam. Vandaar dat viervoeters ook heel gevoelig zijn aan deze vorm van blikseminslag (Lee, 1997; Lewis, 1997).

Ten slotte kunnen verwondingen ook veroorzaakt worden door donder. In de bliksemschicht kan de temperatuur oplopen tot 30 000 K (29727 °C). Dit resulteert in grote drukverschillen die leiden tot akoestische schokgolven, die hoorbaar worden als donder. Het slachtoffer kan hierdoor een tiental meter ver weggeslingerd worden. De schokgolven kunnen ook gescheurde trommelvliezen en uitgebreide kneuzingen veroorzaken (O’Keefe Gatewood en Zane, 2004).

-7-


2.1.3 Pathofysiologie De ernst van de verwondingen ten gevolge van een blikseminslag zijn afhankelijk van de sterkte van de stroom, de weerstand van de verschillende weefsels in het lichaam en de duur van het contact (Williams, 2000). De stroom geïnduceerd door een bliksem is gelijkstroom (direct current = DC) en kan 30 000 tot 50 000 A bedragen. Bij deze hoge stroom spreekt men van hoogspanning. Stroom zal altijd de weg van de minste weerstand volgen. Het lichaam biedt minder weerstand dan de grond. Daarom zal de bliksem na een inslag op de grond (step voltage) via de benen van een mens of dier opstijgen. Wanneer bij splash voltage de bliksem van een voorwerp naar een individu springt, is dit ook enkel omdat het lichaam van een mens of dier minder weerstand biedt dan het voorwerp waar de bliksem oorspronkelijk op ingeslagen was. Binnen het lichaam zijn er ook verschillen in weerstand tussen de weefsels. Weefsels die veel vocht en elektrolyten bevatten zoals zenuwen, bloedvaten en bindweefsel bieden minst weerstand. De aard van de verwondingen zal afhankelijk zijn van de weg die de stroom volgt door het lichaam (Lewis, 1997).

De duur van het contact zal extreem kort zijn, aangezien de stroom in de bliksemschicht slechts gedurende 10-100 µs vloeit. Volgens de wet van Joule (zie formule) zou de energie, in dit geval warmte, door de enorme stroom sterk moeten stijgen. Bij blikseminslag gebeurt dit niet, omdat de duur van het contact met de stroom veel te kort is. Er is geen tijd genoeg om een temperatuurstijging te veroorzaken, die zware brandwonden als gevolg zouden kunnen hebben (Lee, 1997; O’Keefe Gatewood en Zane, 2004).

E = I² * R * t Wet van Joule. E = energie; I = stroom; R = weerstand; t = tijd.

Bij een directe inslag zal de primaire stroom over het huidoppervlak lopen en niet in de huid of inwendige organen dringen. Dit fenomeen heet ‘flash-over’. Volgens Lewis (1997) zou dit principe beschermend werken ten opzichte van het lichaam. De stroom blijft immers grotendeels buiten het lichaam en kan op die manier weinig of geen schade aanrichten. Andere auteurs, onder andere Lee (1997), beweren echter dat de primaire stroom een magnetisch veld creëert in de omgeving. Dit magnetisch veld kan stroom opwekken in geleidende voorwerpen zoals het menselijk lichaam. Deze stroom zou wel interne schade aanrichten.

Hoewel de stroomstoot door de inwendige organen slechts van zeer korte duur is, kan er toch een kortsluiting van de elektrische systemen in het lichaam veroorzaakt worden. Vooral het hart, de longen, de hersenen en de spieren worden aangetast (Lee, 1997).

-8-


Een blikseminslag leidt vaak tot een hart- en ademhalingsstilstand. Door de inherente automaticiteit zal het hart meestal spontaan zijn ritme terug opnemen. De ademhaling zal echter niet spontaan terug op gang komen en dit resulteert dan in een secundaire hartstilstand door hypoxie (zuurstofnood). Dit is de meest voorkomende doodsoorzaak bij blikseminslag, vooral dan bij een directe inslag (Lewis, 1997).

Andere orgaansystemen kunnen ook aangetast worden. Vooral spieren zenuwcellen zijn heel gevoelig aan veranderingen van de transmembraanpotentiaal. Dit is een gevolg van de aanzienlijke lengte van deze cellen. De geïnduceerde stroom in deze weefsels beschadigt de cellen door het mechanisme van elektroporatie. Hierbij worden de lipiden van de celmembraan gereorganiseerd met vorming

van

poriën.

Deze

reorganisatie

wordt

mogelijk

gemaakt

door

de

gewijzigde

transmembraanpotentiaal ten gevolge van de geïnduceerde stroom in het lichaam. De poriën veroorzaken een verhoogde permeabiliteit, waardoor er als het ware lekkage van de celinhoud ontstaat.

Beschadigde

cellen

verbruiken

op

dat

moment

heel

veel

energie

om

de

concentratiegradiënten binnen de cel te behouden. Uiteindelijk is er een uitputting van de energiereserves en dit geeft aanleiding tot celdood (Ritenour et al., 2008).

2.1.4 Verwondingen 70% van de menselijke slachtoffers overleven een blikseminslag. Bij dieren daarentegen is een blikseminslag meestal fataal. De oorzaak van dit opvallende verschil moet gezocht worden in het feit dat er bij nutsdieren geen mogelijkheid is om te reanimeren. Meestal worden de dieren pas geruime tijd na het onweer gevonden en komt alle hulp te laat. Het is ook mogelijk dat er meer weerstand opgebouwd wordt door de grotere lichaamsmassa van nutsdieren. Dit zou resulteren in een hogere warmteproductie en bijgevolg meer weefselschade (Williams, 2000).

Bij gebrek aan documentatie over de verwondingen bij overlevende dieren, baseert men zich op de verwondingen van menselijke slachtoffers. Andrews et al. (1992; geciteerd door Lee, 1997) delen de verwondingen bij menselijke slachtoffers in in drie categorieën, namelijk milde, matige en ernstige verwondingen. In milde gevallen blijven slachtoffers bij bewustzijn. Ze kunnen verward zijn of aan geheugenverlies leiden. Er volgt steeds een volledig herstel. Slachtoffers met matige verwondingen zijn even buiten bewustzijn, hoewel dit ook naar een comateuze toestand kan evolueren. Vaak gaat dit gepaard met uitgebreide neurologische stoornissen. Herstel kan volledig of gedeeltelijk zijn, maar meestal blijven er aanslepende problemen. Bij ernstige gevallen ziet men een hart- en ademhalingsstilstand. Dit leidt onder andere tot hypoxie en trauma van het centraal zenuwstelsel (Lee, 1997). De prognose bij ernstige verwondingen is slecht, hoewel er meldingen zijn van schijnbaar levenloze individuen die, na een intensieve, langdurige reanimatie, een spectaculair herstel maakten. Een mogelijke verklaring hiervoor zou kunnen zijn dat elke vorm van celmetabolisme volledig stilgelegd wordt op het moment van de blikseminslag. Daardoor zouden alle schadelijke effecten van

-9-


de anoxie uitgesteld worden (Williams, 2000). Ter hoogte van andere orgaansystemen kunnen nog meer klinische symptomen voorkomen, zoals vermeld in tabel 1.

Tabel 1 – Verwondingen door blikseminslag in verschillende orgaansystemen bij de mens Orgaansysteem

Verwondingen

Integument

Brandwonden: lineair of vlekvormig, partiële tot volledige huiddikte. Keraunografische tekeningen.

Hart

Ventriculaire fibrillatie, asystolie, hypertensie, tachycardie, niet -specifieke veranderingen van ST-segment en T-golf, verlengde QT-intervallen, premature ventriculaire contracties, myocardinfarcten.

Centraal zenuwstelsel

Zwakte,

amnesie,

verwarring,

intracraniale

verwondingen,

bewustzijnsverlies, kortdurende afasie, paraplegie, quadriplegie, schade aan het ruggenmerg, keraunoparalyse (koude, gespikkelde ledematen waarin geen polsslag te voelen is). Oog en oor

Trommelvliesperforatie,

secundaire

otitis

media,

voorbijgaande

duizeligheid, tijdelijke of permanente doofheid, gedilateerde en/of nietreactieve pupillen, voorbijgaande blindheid, cornea oedeem, uveïtis, hyphema, bloedingen van het glaslichaam, cataract. Andere

Myoglobinurie (zeldzaam), myalgie, hypothermie, stomp trauma (bv. fracturen ter hoogte van de wervels, schedel, ribben en ledematen).

Naar: Lewis A.M.E. (1997). Understanding the principles of lightning injuries. Journal of Emergency Nursing 23 (6), p. 538.

Bij overlevende dieren zijn de verwondingen vaak vergelijkbaar met die van mensen. In de literatuur zijn er slechts enkele casussen van blikseminslag op dieren beschreven. Een geval van neergebliksemde varkens in een schuur wordt beschreven door Van Alstine en Widmer (2003). Een eerste dier werd dood aangetroffen, 3 dieren vertoonden een volledige paralyse van de achterhand en nog 4 andere hadden parese van de achterhand. Bij het gestorven dier en de geparalyseerde dieren vond men na autopsie multiple fracturen. Vooral ter hoogte van de laatste lendenwervel (L7) en het sacrum (S1) kwamen er fracturen voor waarbij het sacrum naar dorsaal was verschoven met als gevolg een transsectie van het ruggenmerg. De brandwonden aan de hoeven zijn te verklaren als zijnde de plaatsen waar de stroom het lichaam heeft verlaten.

Best (1967) maakt bij een geval van een neergebliksemde kudde varkens een onderscheid tussen de dieren met verwondingen ter hoogte van de ribben en de dieren met verwondingen ter hoogte van het bekken. Bij de eerste groep zou de stroom door de achterpoten gelopen hebben. Bij de tweede groep

- 10 -


ging de stroom door de voorpoten. Hierbij ontstaan er steeds zware spiercontracties, die gemakkelijk de fracturen en haemorrhagieën kunnen verklaren.

Boevé et al. (2004) beschrijven de verwondingen van een kudde Holstein Friesian runderen tussen 2 en 9 maanden oud, na een blikseminslag op de weide. Eén kalf werd teruggevonden op zijn rug in een vijver en 2 andere lagen plat op de grond. Verder vertoonden meerdere kalveren ataxie (ongecoördineerd bewegen) en nystagmus (ritmische en onwillekeurige, snelle oogbewegingen). Bij enkele dieren evolueerde de nystagmus tot blindheid, hoewel geen morfologische abnormaliteiten gevonden werden bij ophtalmologisch onderzoek. Ook de pupilrespons was normaal. In totaal werden 15 van de 18 dieren geëuthanaseerd wegens blindheid, blijvende ataxie of een uitgesproken groeiachterstand. Figuur 3 toont een zwaar verbrand rund uit het Australische Gladstone dat een blikseminslag overleefde (Anonymous, 2009). Professor geo-wetenschappen Jon Nott van de James Cook University in Australië: “De elektriciteit van een bliksemschicht zou via de voorste poten binnendringen en verdwijnen via de achterste poten.”

Figuur 3 – Zwaar verbrand rund dat een blikseminslag overleefde in het Australische Gladstone. (Naar: Anonymous (2009). Zwaar verbrande koe overleeft blikseminslag. Internetreferentie: http://www.hln.be/hln/nl/959/Bizar/article/detail/662345/2009/02/03/Zwaar-verbrande-koeoverleeft-blikseminslag.dhtml)

- 11 -


Williams (2000) maakt melding van een neergebliksemde zesjarige Quarter horse merrie, die gevonden werd met acute neurologische symptomen. Het dier bewoog ongecoördineerd (ataxie). Er was ook een uitgesproken linker faciale paralyse en er werd een kleine ulcer op de cornea van het linker oog gezien. Bovendien werd er ook een bilaterale nystagmus vastgesteld.

Bedenice et al. (2001) beschrijven 2 paarden van 14 jaar, die gevonden werden, liggend onder enkele pijnbomen die getroffen waren door de bliksem. Eén van de dieren, een standardbred merrie kon snel weer opstaan, maar bleek gedesoriënteerd. Een rechter faciale paralyse

en

bilaterale

nystagmus

werden

vastgesteld. Het andere dier, een pony ruin, bleef langer in laterale decubitus en kon niet opstaan.

Dit

dier

vertoonde

gelijkaardige

symptomen als de merrie. Bovendien waren er ook bilaterale cornea ulcers, de tonus van de tong was sterk verzwakt en het dier vertoonde overvloedige speekselproductie (Figuur 4). Bij beide dieren verbeterden de symptomen heel snel. De nystagmus verdween al na 12 uren bij de merrie. Dit is een uniek gegeven, waarvan men ook in de humane geneeskunde melding maakt: neurologische stoornissen ten gevolge van een blikseminslag kunnen op het eerste zicht heel ernstig lijken, maar zullen meestal na Figuur 4 – Rechter faciale paralyse bij een 14 jaar oude ruin, die hoogstwaarschijnlijk neergebliksemd is. (Naar: Bedenice D., Hoffman M., Parrott B., McDonnel J. (2001). Vestibular signs associated with suspected lightning strike in two horses. Veterinary Record 149, p. 520.)

een korte tijd verdwijnen! (Lewis, 1997).

Aangezien blikseminslag bij dieren vaak fataal afloopt, is het stellen van een post mortem diagnose heel belangrijk. Hierbij moet de dierenarts rekening houden met de omgeving waarin het dier gevonden werd: onder een boom, in het open veld of in een schuur die niet voorzien is van een bliksemafleider. Sterfte door blikseminslag treedt zeer plots op. Daarom kan men bij autopsie vaak nog vers gras in de mond van de dieren terugvinden. Verder kunnen er bloedingen zijn ter hoogte van mond, neus en oren. Het bloed zal immers niet stollen in de bloedvaten. Het hart wordt bij autopsie meestal in gecontraheerde toestand teruggevonden. Ook fracturen, protrusie van de anus of afdrijven van een vroege vrucht bij drachtige merries worden vaak gezien bij autopsie. Ten slotte kan er een lineair of vertakt patroon terug te vinden zijn van verschroeide of verbrande haren. Deze keraunografische tekening toont het pad dat de stroom gevolgd heeft in het lichaam van het dier op

- 12 -


zijn weg naar de grond. Bij mensen wordt dit gevederd, vertakt patroon frequenter waargenomen dan bij dieren. Keraunografische tekeningen zijn pathognomonisch voor blikseminslag bij mensen (Williams, 2000).

2.2 Elektrocutie 2.2.1 Voorkomen en principe Eén van de drie meest voorkomende oorzaken van elektrocutie bij nutsdieren is blikseminslag. Ook neergevallen elektrische kabels veroorzaken vaak elektrocutie bij dieren op de weide. Vooral wanneer de kabels in een vijver of een plas water terecht komen, ontstaat er een gevaarlijke situatie, waarbij dieren vaak onmiddellijk gedood worden. Een derde mogelijkheid is een gebrekkige elektrische bedrading in stallen of schuren. Vooral waterpompen en melkmachines kunnen hierbij de boosdoeners zijn. Zo beschrijven Ozmen en Haligur (2007) een geval van elektrocutie in Turkije, waarbij 19 Holstein Friesian runderen omgekomen zijn. Een niet geïsoleerde kabel van de melkmachine stond in contact met de ketens waarmee de koeien gebonden waren. Al deze dieren stierven binnen de 10 minuten na blootstelling aan 220 V.

Elektrocutie wordt ook toegepast bij het slachten van dieren. Hiervoor gebruikt men een wisselstroom met een spanning van 550 V. De elektrische schok die wordt toegediend, veroorzaakt bewusteloosheid bij het dier, maar dit is een reversiebele situatie. Het dier wordt met andere woorden niet gedood door de elektrocutie, maar wel door de verbloeding achteraf. Deze verbloeding moet zo snel mogelijk na de elektrocutie gebeuren, opdat de dieren zeker niet opnieuw tot bewustzijn zouden komen! (Wotton et al., 2000).

Bij elektrocutie wordt er een onderscheid gemaakt tussen hoogspanning en laagspanning. Hoogspanning wordt gedefinieerd als zijnde groter dan 1000 V. Bij hoogspanning spreekt men soms van elektrocutie door ‘arcing’. Arcing is het fenomeen waarbij de elektriciteit als het ware overspringt naar het slachtoffer zonder dat er fysiek contact vereist is. Bliksem wordt beschouwd als een bijzondere vorm van hoogspanning. Zowel de sterkte van de stroom als de warmte die bij een bliksemontlading vrijkomen, zijn nog veel hoger dan bij hoogspanning. Laagspanning daarentegen is steeds kleiner dan 600 V. In Europa werken de meeste huizen en gebouwen met een laagspanning van 220 V. Bij laagspanning zal elektrocutie enkel voorkomen als het slachtoffer in contact staat met de elektriciteitsbron (Koumbourlis, 2002).

Er bestaan 2 soorten elektrische stroom: gelijkstroom en wisselstroom. Bij gelijkstroom (direct current = DC) vloeien de elektronen steeds in één richting. Hoogspanningslijnen, sommige batterijen, pacemakers, defibrillators, maar ook de bliksem leveren allemaal gelijkstroom. Wisselstroom (alternating current = AC) is wat in elk huis of gebouw gebruikt wordt via het stopcontact. Hierbij vloeien de elektronen heen en weer door een conductor. Deze cyclus wordt normaal 60 keer per

- 13 -


seconde doorlopen. Wisselstroom is veel efficiënter om elektriciteit te genereren, maar is veel gevaarlijker dan gelijkstroom bij hetzelfde voltage. Wisselstroom veroorzaakt immers een aanhoudende spiercontractie (tetanie), waardoor het slachtoffer de elektriciteitsbron als het ware vastgrijpt. De duur van het contact wordt verlengd en dit leidt tot ernstige verwondingen. Elektrocutie door een gelijkstroom veroorzaakt slechts één enkele korte en hevige spiercontractie waardoor het slachtoffer weggeslingerd wordt van de elektriciteitsbron (Koumbourlis, 2002).

2.2.2 Pathofysiologie en verwondingen De ernst van de verwondingen door elektrocutie is afhankelijk van de sterkte van de stroom en het type van stroom waaraan het individu blootgesteld wordt. Bijkomende factoren die de ernst van de verwondingen bepalen zijn onder andere de contactoppervlakte tussen de stroom en het lichaam, het contact van het individu met de grond en de vochtigheid van de huid/vacht (Martinez en Nguyen, 2000). Zoals bij blikseminslag is ook de weerstand van de weefsels en de weg die de stroom aflegt door het lichaam bepalend voor het soort verwondingen. Bovendien is de duur van het contact met de stroom bij een blikseminslag veel korter (< 1s) dan bij een elektrocutie (kan oplopen tot enkele minuten) (Lewis, 1997).

Elektrocutie kan op 4 manieren verwondingen induceren: 1) Stomp trauma. 2) Het direct effect van de stroom op de weefsels. 3) Omzetting van elektrische energie in warmte (Joule heating). 4) Elektroporatie, zoals beschreven in 2.1.3 Pathofysiologie van een blikseminslag.

Stomp trauma, zoals fracturen en kneuzingen, ontstaan wanneer het slachtoffer valt of weggeslingerd wordt door de elektrocutie. Dit komt voor bij elektrocutie door een hoogspanning gelijkstroom. Het direct effect van de stroom op de weefsels wordt frequent gezien na een blikseminslag, waarbij er stoornissen kunnen zijn in alle bio-elektrische systemen van het lichaam.

Om elektrische energie in warmte om te zetten, is er tijd nodig (volgens de wet van Joule, zie formule p. 8). Bij elektrocutie door wisselstroom ontstaat er een aanhoudende spiercontractie (tetanie), waardoor het slachtoffer langer in contact blijft met de elektriciteitsbron. De warmte loopt zeer snel op en veroorzaakt erge brandwonden (Martinez en Nguyen, 2000). Ozmen en Haligur (2007) merken terecht op dat zelfs elektrocutie bij laagspanning fataal kan zijn, vanwege de wisselstroom. Meestal zijn er ook ingangs- en uitgangswonden te zien waar de stroom respectievelijk het lichaam binnengekomen is en het lichaam verlaten heeft. Als de weerstand van de huid om één of andere reden gedaald is, bijvoorbeeld door een verhoogde vochtigheid of als de epidermis beschadigd is, kunnen dieper gelegen weefsels coagulatienecrose ondergaan. Coagulatienecrose is een vorm van celdood met vroegtijdige denaturatie van eiwitten. Meestal zijn er dan heel weinig verwondingen ter hoogte van de huid. Men mag dus nooit afgaan op de ernst van de brandwonden van de huid om de

- 14 -


schade aan de inwendige weefsels te bepalen (Koumbourlis, 2002). In tabel 2 wordt een overzicht gegeven van de mogelijke verwondingen aan verschillende orgaansystemen ten gevolge van blikseminslag en elektrocutie door hoogspanning en laagspanning.

Tabel 2 – Vergelijking van verwondingen ten gevolge van blikseminslag en elektrocutie bij hoogspanning en laagspanning. Blikseminslag

Hoogspanning

Laagspanning

Spanning (Volt)

> 30 * 106

> 1000

< 600 (< 240)

Stroom (Ampère)

> 200000

< 1000

< 240

Duur van het contact

Zeer kort.

Kort.

Verlengd.

Type stroom

Gelijkstroom.

Gelijk- of wisselstroom.

Vooral wisselstroom.

Oorzaak van

Asystolie.

Ventriculaire fibrillatie.

Ventriculaire fibrillatie.

Oorzaak van

Direct door schade

Indirect trauma of

Tetanie van de

ademhalingsstilstand

aan het centraal

tetanie van de

respiratoire spieren.

zenuwstelsel.

respiratoire spieren.

Eénmalig.

Gelijkstroom: éénmalig.

hartstilstand

Spiercontractie

Tetanie.

Wisselstroom: tetanie. Brandwonden

Zeldzaam, oppervlakkig.

Vaak voorkomend,

Meestal oppervlakkig.

diep.

Rhabdomyolyse

Zeldzaam

Zeer vaak voorkomend.

Vaak voorkomend.

Oorzaak van stomp

Luchtdrukwerking,

Spiercontracties of val.

Val (ongewoon).

trauma

schokgolf.

Mortaliteit (acuut)

Zeer hoog.

Matig.

Laag.

Naar: Koumbourlis A.C. (2002). Electrical injuries. Critical Care Medecine 30 (11), p. 424-430.

Op cellulair niveau speelt de celmembraan een belangrijke rol bij het ontstaan van verwondingen door elektrocutie. In tegenstelling tot verwondingen door warmte, waarbij alle membranen en macromolecules beschadigd worden, zal schade door elektrische krachten zich beperken tot de plasmamembraan.

De

plasmamembraan

van

een

cel

functioneert

als

barrière

om

de

ionenconcentraties binnen de cel op peil te houden. Bij elke vorm van structurele schade aan de plasmamembraan gaat deze functie onvermijdelijk verloren (Lee, 1997). Schade wordt veroorzaakt door directe of indirecte effecten van de stroom die bij een elektrocutie door de

weefsels

gaat.

Tot

de

directe

effecten

behoren

elektroporatie,

denaturatie

van

transmembraanproteïnen en veranderingen aan de ionkanalen en ionpompen in de celmembranen.

- 15 -


Vooral ter hoogte van zenuwen spiercellen zijn de directe effecten zeer uitgesproken. Indirecte effecten zijn de warmteproductie (volgens de wet van Joule, formule p. 8) en de productie van vrije radicalen. Deze laatste gaan de bilipidenlaag van de plasmamembraan peroxideren. Ten slotte kunnen thermoakoestische schokgolven de celmembraan doen barsten of zelfs doen exploderen. Dit is een veel voorkomend fenomeen bij elektrocutie door arcing. Er ontstaat osmotische zwelling en de calciuminflux stijgt. De ionenpompen kunnen de concentratiegradiënten niet behouden en de metabole energie raakt uitgeput, waardoor er nog meer vrije zuurstofradicalen geproduceerd worden. Deze richten nog meer schade aan door peroxidatie van de lipiden van de plasmamembraan en uiteindelijk leidt dit alles tot celnecrose (Lee, 1997).

2.3 Conclusie Ongevallen waarbij dieren geëlektrocuteerd worden leiden vaak tot de dood. Elektrocutie wordt echter ook toegepast in het slachthuis om de dieren te verdoven vooraleer men ze verbloedt. Bij elektrocutie maakt men onderscheid tussen hoogspanning en laagspanning, gelijkstroom en wisselstroom. Wisselstroom is gevaarlijker dan gelijkstroom omdat men dan als het ware aan de elektriciteitsbron ‘blijft hangen’. Elektrocutie kan op 4 manieren verwondingen induceren. Doordat men weggeslingerd wordt, kunnen fracturen en kneuzingen ontstaan. De elektrische energie kan ook omgezet worden in warmte wat aanleiding geeft tot brandwonden. Andere oorzaken van verwondingen worden vooral geconstateerd na een blikseminslag.

Blikseminslag kan beschouwd worden als een speciale vorm van elektrocutie met hoogspanning en gelijkstroom. Het belangrijkste verschil met elektrocutie is de duur van het contact met de stroom. Deze is veel korter bij blikseminslag. Verwondingen na een blikseminslag zijn het gevolg van het direct effect van de stroom op de weefsels. Hierbij worden alle elektrische systemen van het lichaam kortgesloten. Meestal is het gevolg daarvan een onmiddellijke hart- en ademhalingsstilstand. Ten slotte is er ook elektroporatie, waarbij de fosfolipiden van de celmembraan gereorganiseerd worden met vorming van poriën.

Dieren die het slachtoffer worden van elektrocutie of blikseminslag sterven meestal onmiddellijk. Het is belangrijk voor de dierenarts om een goede post mortem diagnose te stellen. In zeldzame gevallen kan een dier elektrocutie of blikseminslag wel overleven. Hierbij worden letsels vastgesteld die heel uiteenlopend van aard kunnen zijn.

- 16 -


3. Literatuurlijst 1. Andrews C.J., Cooper M.A., Darveniza M., Mackerras D. (1992). Lightning injuries: electrical, medical, and legal aspects. CRC Press, Boca Raton, FL., 1-195. 2. Anonymous (2009). Zwaar verbrande koe overleeft blikseminslag. Internetreferentie: http://www.hln.be/hln/nl/959/Bizar/article/detail/662345/2009/02/03/Zwaar-verbrande-koeoverleeft-blikseminslag.dhtml 3. Baker

W.,

Thomas

G.

(2009).

Internetreferentie:

http://www.guy-

sports.com/fun_pictures/lightning_large.jpg. 4. Bedenice D., Hoffman M., Parrott B., McDonnel J. (2001). Vestibular signs associated with suspected lightning strike in two horses. Veterinary Record 149, 519-522. 5. Best R.H. (1967). Lightning stroke in swine (Case report). Canadian Veterinary Journal 8 (1), 23-24. 6. Boevé M.H., Huijben R., Grinwis G., Djajadiningrat-Laanen S.C. (2004). Visual impairment after suspected lightning strike in a herd of Holstein-Friesian cattle. Veterinary Record 154, 402-404. 7. Bouquegneau C., Lecomte P., Remmerie L. (2007). First mapping of the lightning severity in Belgium. Wetenschappelijke publicatie. Polytechnical University of Mons, 1-4. 8. Buckley B., Hopkins E.J., Whitaker R. (2004). Tirion Natuur: het weer.

1e Editie. Tirion

Uitgevers bv, Baarn, 118-121. 9. Cooper M.A., Andrews C.J. (1995). Lightning injuries. In : Auerbach P.S. (Editor). Wilderness medicine: Management of wilderness and environmental emergencies, 3rd edition, Mosby, St. Louis, 261-289. 10. Hamid K. (2007). Overzicht van de onweersactiviteit in België in 2002. Wetenschappelijke en technische publicatie, uitgegeven door het Koninklijk Meteorologisch Instituut van België, Brussel, 1-75. 11. Koumbourlis A.C. (2002). Electrical injuries. Critical Care Medecine 30 (11), 424-430. 12. Lee R.C. (1997). Injury by electrical forces: pathophysiology, manifestations and therapy. Current problems in surgery 34 (9), 678-764. 13. Lewis A.M.E. (1997). Understanding the principles of lightning injuries. Journal of Emergency Nursing 23 (6), 535-541. 14. Martinez J.A., Nguyen T. (2000). Electrical Injuries. Southern Medical Journal 93 (12), 11651168.

- 17 -


15. O’Keefe Gatewood M., Zane R.D. (2004). Lightning injuries. Emergency Medicine Clinics of North America 22, 369-403. 16. Ozmen O., Haligur M. (2007). Heart lesions following accidental electrocution of dairy cattle. The veterinary record 161, 240-241. 17. Ritenour A.E., Morton M.J., McManus J.G., Barillo D.J., Cancio C.C. (2008). Lightning injury: a review. Burns 34, 585-594. 18. Van Alstine W.G., Widmer W.R. (2003). Lightning injury in an outdoor swine herd. Journal of Veterinary Diagnostic Investigation 15, 289-291. 19. Williams M.A. (2000). Lightning strike in horses. Compendium on continuing education for the practicing veterinarian 22 (9), 860-867. 20. Wotton S.B., Gregory N.G., Whittington P.E., Parkman I.D. (2000). Electrical stunning of cattle. The Veterinary Record 147, 681-684.

- 18 -

UNIVERSITEIT GENT FACULTEIT DIERGENEESKUNDE. Academiejaar BLIKSEMINSLAG EN ELEKTROCUTIE BIJ NUTSDIEREN. door

Recommend Documents