ArchivDeutsches Ärzteblatt51-52/2007Blitzunfall – Energieübertragungsmechanismen und medizinische Folgen

MEDIZIN: Übersichtsarbeit

Blitzunfall – Energieübertragungsmechanismen und medizinische Folgen

Lightning Strike – Mechanisms of Energy Transfer, Cause of Death, Types of Injury

Dtsch Arztebl 2007; 104(51-52): A-3545 / B-3124 / C-3016

Zack, Fred; Rothschild, Markus A.; Wegener, Rudolf

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LNSLNS Zusammenfassung
Einleitung: Ein Blitz kann den Menschen durch einen direkten Treffer, einen Kontakteffekt, einen Überschlagseffekt, einen Blitzschritteffekt oder einen telefon- beziehungsweise leitervermittelten Effekt schädigen. Der Oberflächeneffekt ist keine eigenständige Energieübertragungsform, sondern kann bei allen beschriebenen Mechanismen auftreten und ist dafür verantwortlich, dass viele Menschen einen Blitzschlag überleben. Methoden: Auswertung selektiv recherchierter Literatur. Ergebnisse und Diskussion: Die meisten durch Blitzschlag geschädigten Menschen überleben. Bei unmittelbar nach einem Blitzunfall Verstorbenen stehen Kammerflimmern und Asystolie als Todesursachen im Vordergrund. Bei Geschädigten, die eine Blitzeinwirkung zunächst überlebt haben, ist das Spektrum der möglichen Todesursachen größer. Neben akuten Myokardinfarkten, Schockzuständen nach Verbrennungen und sekundärem Nierenversagen sind hier vorwiegend schwere Traumata zu nennen. Ein Blitzschlag kann beim Menschen verschiedene Gesundheitsschäden hervorrufen. Am häufigsten sind Läsionen der Haut, des Herzens, des Nervensystems, des Hör- und/oder des Sehorgans. Die Behandlung der Blitzopfer erfolgt wegen der Komplexität der möglichen Schädigungen in der Regel interdisziplinär. Aufgrund der relativ guten Erfolgsaussichten bei der Reanimation Blitzgeschädigter hat bei einem Massenunglück die Notfallbehandlung von scheinbar leblosen Personen Priorität.
Dtsch Arztebl 2007; 104(51–52): A 3545–9
Schlüsselwörter: Blitzunfall, Energieübertragung, Reanimation, Todesursache, notfallmedizinische Versorgung
Summary
Lightning Strike – Mechanisms of Energy Transfer, Cause of Death, Types of Injury
Introduction: Lightning can injure via a direct hit, a contact effect, a side splash, a ground strike or a telephone/wire-mediated strike. The flash-over phenomenon is not an independent energy transfer mechanism. It is observed in all energy transfer modes described, and accounts for the fact that many humans survive a lightning strike. Methods: Selective literature review. Results and Discussion: The majority of people hit by lightning strike survive. Lightning victims can die immediately after the lightning strike or after a latency period. Death immediately following the event is usually due to a lethal cardiac arrhythmia with ventricular fibrillation and subsequent or immediate asystole. If the lightning strike is survived initially, ensuing myocardial infarction, shock following burns, secondary renal failure and trauma-related cerebral haemorrhage may occur. A lightning strike can cause numerous different lesions in survivors. Injuries to skin, the heart, the nervous system, ears and eyes are most commonly seen. The management of lightning victims is usually interdisciplinary, due to the complexity of potential injuries. Emergency management of apparently lifeless persons should take priority in a mass accident involving lightning, because of the relatively good chances of success in cardiopulmonary resuscitation of lightning victims.
Dtsch Arztebl 2007; 104(51–52): A 3545–9
Key words: lightning strike, energy transfer, resuscitation, cause of death, emergency

Blitzunfälle sind im Gegensatz zu anderen Hochspannungsunfällen durch eine extrem hohe Stromstärke und eine sehr kurze Expositionsdauer charakterisiert. Verletzungen resultieren dabei entweder aus der elektrischen Energie, der hohen Temperatur und/oder der explosiven Kraft der Druckwelle
(1, 2). Blitzunfälle mit Todesfolge ereignen sich relativ selten. Während vor 50 Jahren in Deutschland noch etwa 50 bis 100 Menschen pro Jahr durch einen Blitzschlag starben, ging die Zahl der tödlich Verunglückten seit dem stetig bis auf 3 bis 7 Sterbefälle pro Jahr nach dem Millenium zurück (3). Aus gegebenen Anlässen – unter anderem den Blitzunfällen mit zahlreichen Verletzten bei einer Flugschau in Hangelar bei Bonn im August 2006 sowie auf Fußballplätzen in Gelsenkirchen im August 2006 und in Hamburg-Bahrenfeld im Juni 2007 – wird eine kurze Übersicht über die verschiedenen Energieübertragungswege beim Blitzunfall, über die Todesursachen sowie über häufig beobachtete Schädigungen bei Menschen, die einen Blitzunfall überlebt haben, auf der Basis einer selektiven Literaturauswertung gegeben.
Physikalische Parameter
Bei gewittriger Wetterlage können zwischen Wol-
ken und Erdoberfläche Spannungen von mehr als
100 000 000 Volt auftreten. Die Blitzentladung dauert etwa 0,02 sec und geht mit Stromstärken bis zu einigen 100 000 Ampere einher. Die Luft erhitzt sich dabei im Blitzkanal bis auf etwa 25 000 bis 30 000 °C. Hierbei dehnt sie sich explosionsartig aus, was die bekannten akustischen Effekte eines Gewitters hervorruft (4).
Energieübertragung beim Blitzschlag
In der Literatur werden 5 (beziehungsweise 6) Mechanismen der Energieübertragung auf den Menschen beschrieben (5, 6):
- Beim direkten Treffer („direct strike“, „direct hit“) – dem Schädigungsweg mit dem größten Gefährdungspotenzial – passiert der Hauptanteil des Stromes den Körper. Man findet häufig Blitzeintrittstellen am Kopf oder an den Schultern und lochartige Stromdurchschläge an den Füßen beziehungsweise am Schuhwerk (Grafik 1).
- Ein Kontakteffekt („contact voltage“) liegt vor, wenn der Blitz in ein Objekt einschlägt, das sich in direktem Kontakt zum Blitzopfer befindet, beispielsweise ein Golfschläger. Der Stromweg verläuft über den Körper des Opfers, wenn dieser den Weg des geringsten Widerstands darstellt (7) (Grafik 2).
- Ein Überschlagseffekt („side splash“, „side flash“) ist dann gegeben, wenn der Blitz primär in ein anderes Objekt, zum Beispiel einen Baum, einschlägt, und ein Teil der Energie auf eine in der Nähe befindliche Person übertragen wird (8, 9) (Grafik 3).
- Beim Blitzschritteffekt (Schrittspannungseffekt, „ground strike“, „stride potential“, „step voltage“, „grounding“, „ground current effect“) geht beziehungsweise läuft oder steht die Person mit gespreizten Beinen bis zu 200 m vom Blitzeinschlag entfernt. Zwischen den Füßen entsteht eine Potenzialdifferenz, wobei der Strom über ein Bein in den Körper ein- und über das andere wieder austritt (2, 5) (Grafik 4).
- Beim telefon- beziehungsweise leitervermittelten Blitzeffekt kann der Blitz entweder direkt eine Telefonleitung treffen und die Elektrizität in der Folge den Telefonapparat passieren, den Menschen erfassen und über unterschiedliche elektrische Leiter den Erdboden erreichen. Der Stromfluss in der Telefonleitung kann aber auch durch einen Blitzeinschlag in ein Elektrokabel erzeugt werden. Die zur Person fortgeleitete Energie ist im Vergleich zum direkten Treffer geringer, jedoch insbesondere gegen das Ohr gerichtet (10). Innerhalb von Gebäuden können Menschen nicht nur beim Telefonieren über das Festnetz, sondern auch während der Bedienung elektrischer Geräte vom Blitz geschädigt werden (1) (Grafik 5).
- Von einem Übertragungsmechanismus, der bisher im Zusammenhang mit Blitzunfällen nicht erwähnt worden war, berichtet Cooper (5). Das Opfer, das auf einer erhöhten Plattform im Freien gearbeitet habe, sei durch eine entgegengesetzt gerichtete Entladung von der Erdoberfläche in Richtung Wolke (Aufwärtsblitz, „weak upward streamer“) tödlich verletzt worden. Wenn diese Kasuistik bestätigt wird, sind derartige Aufwärtsblitze als sechster Energieübertragungsmechanismus zu klassifizieren.
Der Oberflächeneffekt („skin effect“, „flash-over phenomenon“) kann offenbar bei allen beschriebenen Mechanismen auftreten. Hierbei geht man davon aus, dass der Hauptanteil des Blitzstroms in Form einer Gleitentladung längs der Körperoberfläche abgeführt wird. Als Ursache gilt der Spannungsabfall infolge des Hautwiderstands bei kurzer Expositionszeit. Der Skineffekt erklärt, weshalb Blitzeinwirkungen überlebt werden können (5, 8, 11).
Leichenschaubefunde
Der bekannteste morphologische Befund bei Blitzschlagopfern ist die dendritische Blitzfigur, die bei
20 bis 30 % der Fälle zu beobachten ist und mit zunehmender Leichenliegezeit abblasst beziehungsweise verschwindet (12, 13). Neben der Blitzfigur können Verbrennungen der Haut, angesengte Haare, bevorzugt gruppiert angeordnete Zerreißungen der Bekleidung beziehungsweise Schmelzeffekte von körpernahen Metallteilen, wie zum Beispiel einer Kette oder Gürtelschnalle, diagnoseführend sein.
Da nicht alle Blitzopfer äußerlich sichtbare Läsionen oder auffällige Befunde aufweisen, besteht bei der ärztlichen Leichenschau prinzipiell die Gefahr, durch Blitzschlag verursachte Sterbefälle zu übersehen (14). Durch Wettersatelliten werden in Mitteleuropa alle Gewitter registriert und können auf wenige Meter genau lokalisiert werden. Diese Aufzeichnungen können zur Aufklärung von fraglichen Blitztodesfällen genutzt werden (15).
Zerrissene Bekleidung und mechanische Begleitverletzungen können bei der Leichenschau mitunter den Anschein eines Tötungsdelikts erwecken. (13).
Blitzbedingte Todesursachen
Todesfälle können unmittelbar nach einer Blitzeinwirkung oder erst nach einem zeitlichen Intervall auftreten.
Bei den Soforttodesfällen stehen Herzrhythmusstörungen als Todesursache im Vordergrund (9, 16, 17). Karobath et al. (17) zeigten in Tierversuchen, dass nach experimentellen Blitzentladungen neben Formveränderungen der Kammerkomplexe und Erregungsrückbildungsstörungen vor allem Sinusbradykardie, Wenckebachsche Periodik, Extrasystolen, Kammerflimmern und Asystolie vorkommen können. In der Literatur wird auch eine zentrale Atemlähmung mit sekundärem Kreislaufstillstand für einen sofortigen Eintritt des Todes verantwortlich gemacht (2, 18). Weiterhin sind mechanische Zerreißungen innerer Organe als Todesursache beschrieben worden (17).
Bei den Unfallopfern, die eine Blitzeinwirkung zunächst überlebt haben, ist das Spektrum der möglichen Todesursachen größer. Myokardinfarkte und -läsionen nach Blitzschlag werden relativ häufig beobachtet. Weiterhin sterben Blitzopfer an den Folgen der Verbrennungen, an Nierenversagen bei Crush-Syndrom – das heißt infolge Schädigung der distalen Tubulusteile der Nieren durch erhöhtes Hämoglobin, Myoglobin und Eiweiß im Blut etwa nach Traumatisierung der Skelettmuskulatur – oder aufgrund eines sekundären Traumas (16, 1923).
In einigen Fällen können bei der Obduktion der Blitzopfer keine todesursächlichen Befunde erhoben werden. Herzrhythmusstörungen beispielsweise sind durch morphologische Untersuchungen nicht feststellbar. In solchen Fällen können thermische Läsionen an der Kleidung oder an mitgeführten Gegenständen zum Nachweis eines blitzbedingten Todes führen (1, 24).
Medizinische Folgen eines Blitzunfalls
In die Behandlung der Folgen eines Blitzschlags können viele klinische Fachrichtungen involviert sein. Die Hypothese, dass nach einem überlebten Blitzunfall die völlige Wiederherstellung der Gesundheit
erfolgt (25), ist durch zahlreiche Kasuistiken widerlegt worden.
Während einerseits Muehlberger et al. (e1) aufzeigen, dass 12 durch Blitzschlag geschädigte Patienten nach durchschnittlich 6,7 Jahren keine Spätfolgen mehr aufwiesen, gibt es auf der anderen Seite jährlich eine Weltkonferenz der Blitzschlagüberlebenden in den USA, auf der Opfer unter anderem über Denkstörungen, Parästhesien und Muskelatrophien berichten, die noch viele Jahre nach dem Unfall anhalten (e2).
Nachfolgend werden die häufigsten medizinischen Blitzfolgen kurz dargestellt, ohne Anspruch auf Vollständigkeit.

Haut
Durch die direkte Einwirkung des Stroms, Überhitzung der Luft, körpernahe metallische Objekte sowie in Brand geratene Bekleidung können Verbrennungen und Verbrühungen aller Schweregrade verursacht werden. Am häufigsten treten Hautverbrennungen ersten und zweiten Grades auf (11, e3). Das Ausmaß der betroffenen Körperoberfläche kann je nach Fallkonstellation erheblich variieren (e4). Hautareale mit Kontakt zu anliegenden Metallobjekten haben häufig Verbrennungen dritten Grades. Durch hohe Temperaturen an der Stromübertrittsstelle kann es zur Verdampfung des Metalls kommen (Metallisation, Evaporation).
Eine typische Hautveränderung nach Blitzschlag ist die farnkrautartig aussehende Lichtenbergsche Blitzfigur, die nach mehreren Stunden bis Tagen verblasst oder ganz verschwindet (1, 11). Bemerkenswert ist, dass Blitzfiguren nicht nur auf der Haut Blitzgeschädigter, sondern auch an deren Schuhwerk (e5) oder auf der Erde (23) zu finden sind.
Neben der Haut können auch ihre Anhangsgebilde, insbesondere die Haare, durch die Blitzenergie thermisch geschädigt werden.
Herz
Bei zahlreichen Blitzunfällen findet man Schädigungen des Herzens. Als Blitzeffekte werden unter anderem verschiedenste Störungen der Erregungsbildung und/oder -leitung, pektanginöse Beschwerden, akute Myokardinfarkte, Perikardergüsse und auffällige Herzgeräusche beschrieben. Sowohl das Kammerflimmern als auch die Asystolie stehen bei den lebensbedrohlichen Folgezuständen nach Blitzschlag im Vordergrund.
Die meisten Herzschrittmacher verlieren nach Blitzeinwirkung ihre Funktionstüchtigkeit (e6).
Bei jedem Blitzopfer ist ein EKG aufzuzeichnen und bei Zustand nach Reanimation oder fortbestehender kardialer Symptomatik darüber hinaus eine kardiale Langzeitüberwachung anzuschließen (22).

Nieren
Während direkte blitzbedingte Nierenschädigungen selten sind, zählt das sekundäre Nierenversagen zu den häufiger beobachteten Komplikationen. Letzteres kann zeitverzögert nach etwa 3 bis 8 Tagen auftreten. Den meisten Fällen liegt eine Myoglobinurie zugrunde, die aus Nekrosen der Skelettmuskulatur oder einem Trauma resultieren kann (Crush-Syndrom). In schweren Fällen kann eine Hyperkaliämie mit nachfolgendem Herzstillstand auftreten (22).

Neurologische Effekte
Im Vordergrund stehen Bewusstseinsstörungen, die zwischen Desorientiertheit mit retrograder Amnesie und Bewusstlosigkeit variieren können. Derartige Bewusstseinsstörungen sind entweder zerebral oder kardial bedingt (e7).
Die neurologischen Ausfälle betreffen sowohl die Hirnnerven als auch das übrige periphere Nervensystem. Schädigungen der Hirnnerven können sich zum Beispiel in optischen und/oder akustischen Störungen, Paresen der mimischen Muskulatur, Aphonien und/oder Schluckstörungen äußern. Bei der Beteiligung des peripheren Nervensystems werden neben motorischen, sensorischen und vegetativen auch reflektorische Störungen beschrieben, wobei die Beschwerden in den meisten Fällen innerhalb der ersten Stunden nach dem Blitzunfall nachlassen. Es werden aber auch Kasuistiken berichtet, bei denen die Symptomatik erst nach Tagen oder Wochen auftritt (e8). Motorische Störungen können sich in Paresen und Paralysen, sensorische in Par-, Hyp- und Anästhesien sowie Schmerzen äußern, dabei wird als dominierende Schmerzqualität ein Brennen genannt. Als vegetative Störungen können Zyanose, Hyperhidrose,
Hypertension, Harnblasenatonie und/oder Fehlfunktion der Darmmotilität auftreten. Bei den reflektorischen Störungen werden Hyper-, Hypo- und Areflexie beschrieben (18).

Psychische Effekte
Bei Kindern werden Stimmungsschwankungen, Erregungszustände, Vergesslichkeit, Konzentrationsverlust und Depressionszustände genannt, die von Phasen emotionaler Labilität und Todesangst unterbrochen werden können (e9). Auch bei Erwachsenen können Depressionen auftreten, die mitunter über Monate persistieren. Hysterisches Verhalten wird als Ausdruck extremer Ängste und Emotionen sowohl bei Leichtverletzten als auch bei Zeugen eines Blitzunfalls beobachtet (8). Als weitere mögliche psychische Folgen werden Ermüdung, kognitive Störungen, Fotophobien und posttraumatische Belastungsstörungen beschrieben (e10).

Sehorgan
Die häufigste blitzbedingte intraokuläre Läsion ist
die sogenannte Cataracta electrica. Derartige Katarakte entwickeln sich im Allgemeinen 2 bis 4 Monate nach dem Unfallereignis, können jedoch auch sofort oder erst mit einer Verzögerung von vielen Jahren auftreten (11, e11). Seltener werden Läsionen der Retina – unter anderem chorioretinale Atrophie, Papillenödem, Hämorrhagie, Ablatio retinae, Makulaödem und lochartige Makulaläsion – und der übrigen Bestandteile des Sehorgans berichtet (11). Mitunter kann es zu einer vorübergehenden oder dauerhaften Erblindung kommen (e12, e13).
Hörorgan
In mehr als der Hälfte aller Blitzunfälle treten Läsionen des Hör- und/oder Gleichgewichtsorgans auf
(11). Die otologischen Verletzungen sind dabei auf Barotraumen, Verbrennungen oder vasomotorische Effekte zurückzuführen (e13). Am häufigsten werden Trommelfellrupturen mit nachfolgenden Komplikationen wie zum Beispiel Schwerhörigkeit beschrieben (7, 11, 23).
Telefonvermittelte Blitzunfälle verursachen typischerweise Verbrennungen des äußeren Gehörganges, Perforationen des Trommelfells, persistierenden Tinnitus, bilaterale Taubheit, Vertigo und/oder Nystagmus (e14).
Die otologischen Schäden waren bei nahezu allen Blitzopfern mit weiteren Läsionen, zum Beispiel Hautverbrennungen, kombiniert (11).

Traumatologische Effekte
Sowohl durch die direkte Einwirkung des Blitzes als auch durch Sekundäreffekte, beispielsweise Wegschleudern des Opfers gegen einen Gegenstand oder Sturz, können traumatologische Schäden verursacht werden. Neben dem Myokard ist auch die Skelettmuskulatur anfällig für elektrizitätsbedingte Läsionen (e15). Weil ausgedehnte Nekrosen der Skelettmuskulatur ohne Hautschädigungen auftreten können, werden sie bei der Erstuntersuchung eines Blitzopfers oft übersehen und erst durch eine deutliche Freisetzung von Myoglobin diagnostiziert (21, e4). Des Weiteren sind blitzbedingte Muskelkontraktionen mitunter so stark, dass sie zu Knochenfrakturen führen können. Bei Blitzeinwirkung auf den Kopf werden tiefreichende thermische Nekrosen, Schädelfrakuren, epidurale, subdurale, subarachnoidale und/oder intrazerebrale Blutungen beschrieben (23). Die blitzbedingte Druckwelle kann zu Rupturen innerer Organe, zum Beispiel der Harnblase, oder zu Gefäßrupturen, beispielsweise der Aorta, führen (e16, e17).

Gynäkologische und geburtshilfliche Effekte
Nach Blitzeinwirkung sollen Störungen des Menstruationszyklus auf hypothalamischer Ebene beobachtet worden sein (e18). Laut mehreren Fallberichten ist die Leibesfrucht der Schwangeren stärker durch einen Blitzunfall gefährdet als die Schwangere selbst. In den vorliegenden 8 Kasuistiken überlebten alle Frauen, hingegen starben 4 Kinder an den Folgen der Blitzunfälle (e19e21).
Besonderheiten bei der Reanimation
nach Blitzschlag
Vom Blitz getroffene Menschen mit Herz- und Atemstillstand sind grundsätzlich reanimierbar. Auch weite, reaktionslose Pupillen dürfen keinesfalls als Todeszeichen interpretiert werden (e6). Durch unverzügliche und unter Umständen lange fortgesetzte Reanimationsmaßnahmen können die Patienten gegebenenfalls ohne bleibende Schäden überleben, auch wenn zwischen dem Blitzschlag und dem Beginn der Erstmaßnahmen mitunter ein längeres Intervall bestanden hat (e22, e23).
Die Reanimation Blitzgeschädigter ist Erfolg versprechender als bei Opfern mit Kreislaufstillstand anderer Genese (1). Als ursächlich vermuten Karobath
et al. (17) in Anlehnung an ihre tierexperimentellen Studien ein häufiges Vorliegen von bradykarden
Rhythmusstörungen nach Blitzeinwirkung, die für eine gewisse Zeit eine Minimalzirkulation aufrechterhalten können. Dagegen nimmt Taussig (e12) an, dass zwar der Kreislauf im Moment des Blitzschlages zum Erliegen kommt, die anschließende zelluläre Degeneration jedoch relativ langsam fortschreitet.
Die Tatsache, dass die Reanimation Blitzgeschädigter mit relativ guten Erfolgsaussichten einhergeht, ist von besonderer klinischer und rechtlicher Relevanz. Während bei einem andersartigen Massenunglück den Verletzten mit erkennbaren Lebenszeichen die erste Aufmerksamkeit gilt, sollten sich die ersten Hilfsmaßnahmen bei einer Gruppe von Blitzgeschädigten auf die scheinbar leblosen Opfer mit Kreislaufstillstand konzentrieren (1, e12, e24).

Interessenkonflikt
Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt im Sinne der Richtlinien des International Committee of Medical Journal Editors besteht.

Manuskriptdaten
eingereicht: 16. 3. 2007; revidierte Fassung angenommen: 30. 8. 2007

Anschrift für die Verfasser
Dr. med. Fred Zack
Institut für Rechtsmedizin des Universitätsklinikums Rostock
St.-Georg-Straße 108
18055 Rostock
E-Mail: fred.zack@med.uni-rostock.de
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