Рейтинг@Mail.ru
James Lee

КАЛИ-С

Не влезай убьёт!

  Обратная связь

Действие электрического тока на организм человека

Не влезай. Убьёт!Биологическое действие электрического тока - сложный процесс из-за большого количества тканей и органов, которые могут вовлекаться в него, а также из-за глубины первичных механизмов, т.е. изменений в живых структурах на клеточном и молекулярном уровнях. Диапазон реакций организма на электрический ток очень широк: от легкого возбуждения или кратковременного сокращения мышц до паралича дыхания и фибрилляции желудочков сердца, оканчивающихся при отсутствии своевременной помощи летально.
Действие тока зависит от множества причин, важнейшими из которых являются: параметры тока - величина, частота, форма, время действия; внутренние факторы - путь тока в теле, фаза кардиоцикла при длительном действии меньше его периода, физиологические характеристики и психическое состояние организма (пол, возраст, утомление, болезни, фактор внимания и др.); внешние факторы -состояние атмосферы (влажность, температура, давление, парциальный состав воздуха), магнитные и электрические поля (искусственные, а также земного и солнечного происхождения), микрофлора и др. Перечисленные факторы взаимно связаны и могут в зависимости от обстоятельств поражения играть главную или подчиненную роль Все это весьма усложняет борьбу с поражением электрическим током.

Несмотря на длительную историю изучения биологического действия электрического тока, по ряду принципиальных вопросов в настоящее время нет единого мнения. Так, например, по разному оценивается зависимость исхода поражения током от его величины и длительности действия. Нет единства взглядов по вопросу о том, что является первичным при поражении электрическим током нарушение дыхания или кровообращения и т.д.

Как известно, при раздражении нервного или мышечного волокна постоянным электрическим током, превышающим пороговую величину, происходит деполяризация заряженных клеточных мембран, возникает потенциал действия. При этом по нервному волокну распространяется волна возбуждения, а мышечное волокно сокращается. При быстрой деполяризации следует более длительный процесс возвращения к исходному состоянию (реполяризация), во время которого новое возбуждение произойти не может (рефрактерный период), либо возникает при очень интенсивном раздражении (относительный рефрактерный период).

Раздражающий ток должен иметь длительность действия и крутизну нарастания не меньше определенных величин. Эти параметры определяют эффективность раздражающего действия переменного тока. Его полуволны можно упрощенно рассматривать как последовательность кратковременных импульсов постоянного тока, обладающих в зависимости от частоты определенной длительностью и крутизной нарастания. Ток промышленной частоты (50-60Гц) имеет наиболее низкие пороги. Это может быть отчасти объяснено совпадением промышленной частоты с максимумом распределения частот следования потенциалов действия в нервных волокнах организма. С уменьшением частоты уменьшается крутизна нарастания тока, с увеличением частоты уменьшается длительность его действия. В связи с этим в обоих случаях эффективность раздражения уменьшается и пороговые величины возрастают,

Если раздражение повторяется с достаточно большими паузами, то возникают повторные сокращения. При уменьшении паузы полного восстановления исходного состояния волокон не происходит, происходит частичное сокращение. При еще большем увеличении частоты повторения раздражений наступает полное тетаническое сокращение. Весьма существенно при этом, что мышечная сила при тетаническом сокращении больше, чем при одиночном. Полупериоды переменного тока частотой 50 или 60Гц вызывают при достаточной интенсивности полное тетаническое сокращение (судорога) скелетной мышцы.

Минимальная величина тока, раздражающее действие которого ощущается человеком, называется пороговым ощутимым током. Величина его зависит от места прикосновения и площади контакта. Наибольшей чувствительностью обладает язык, ощущающий покалывания уже при токе, составляющем около 40мкА. Практическое значение имеет определение порогового ощутимого тока при касании находящегося под напряжением предмета ладонью или кончиками пальцев. При переменном токе низкой частоты начальные ощущения в этом случае проявляются в виде дрожи, пульсирования, покалывания в месте контакта.

Детальные измерения проводились при использовании в качестве активного электрода медного провода диаметром около Змм, который обследуемый занимал в правой руке. Второй (пассивный) электрод, выполненный в виде свинцовой пластины, накладывали с влажной прокладкой на предплечье. Результаты исследований на 167 добровольцах показали, что у некоторых лиц значения порогового тока различаются; подчинялись при этом нормальному распределению. На частоте 60Гц его средняя величина составила 1,1 мА. Если пороговый ощутимый ток определяли при легком касании или постукивании III пальца по медной пластине, то средняя величина порога была ниже 0,36мА.

Пол и возраст существенно сказываются на пороговом ощутимом токе. Для женщин он уменьшается в среднем на 30%.

Детально изучалась зависимость порогового ощутимого тока от частоты. В диапазоне нескольких сотен герц пороговый ток изменяется мало, увеличиваясь затем почти линейно с частотой. На частотах 100кГц и выше ощущения тока переходят в чисто тепловые. При протекании постоянного тока пороговый ток значительно (в 4 - 5 раз) выше, чем на частоте 50Гц и ощущения сводятся в основном к жжению.

Влияние на порог формы кривой тока незначительно.

С пороговой величиной ощутимого тока связано такое важное понятие техники безопасности, как допустимый ток утечки аппаратуры. Величина тока утечки должна устанавливаться из расчета на практически полную безопасность для человека, через тело которого он может протекать длительное время. Между тем, при неблагоприятных обстоятельствах даже начальное раздражение под действием электрического тока, неприятное само по себе, может вызвать в результате испуга, неожиданной реакции вторичные эффекты, имеющие опасные последствия. На производстве рабочий может потерять равновесие и упасть с лестницы, судорожное движение оперируемого или хирурга может вызвать серьезное нарушение в ходе операций и т.п.

В качестве допустимой величины тока утечки принято 0,5мА. Для электромедицинской аппаратуры во многих случаях требования значительно выше.

Величина порогового ощутимого тока должна учитываться и при использовании различного рода электродов, датчиков диагностических устройств, с помощью которых тело человека включается в измерительную цепь, через которую протекает небольшой измерительный ток. При таких измерениях, длящихся иногда значительное время, пациент не должен испытывать каких-либо неприятных ощущений. Так, например, для контроля параметров дыхания и кровообращения широко применяются плетизмографические методы, в которых используют два грудных электрода, накладываемых на левую и правую стороны грудной клетки, или шейно-брюшные электроды. В процессе измерений через электроды проходит ток, зависящий от изменяющегося в процессе дыхания сопротивления тела. Измерительные токи должны быть ниже минимальных пороговых величин.

Пороговое ощущение - первая реакция организма на действие электрического тока. При превышении порогового значения происходит следующее: при токе 3-5мА, проходящем Через электрод, который держит в руке человек, раздражающее действие ощущается уже кистью руки, при токе 8-ЮмА мышцы всей руки непроизвольно сокращаются, возникает чувство сильной боли. Поскольку сгибательные мышцы руки значительно мощнее разгибательных, рука в суставах сгибается и человек при дальнейшем увеличении тока не может самостоятельно освободиться от зажатого в руке проводника. Соответствующая минимальная величина тока называется пороговым неотпускающим током

Средняя величина   порогового неотпускающего тока частотой 50Гц составляет 9мА для мужчин и 6мА

Минимальные значения порогового неотпускающего тока соответствуют промышелнной частоте (50-60Гц). С увеличением частоты до нескольких сотен герц пороговые токи увеличиваются незначительно. В дальнейшем величина порогового неотпускающего тока растет с увеличением частоты более быстро. На частотах 100-200кГц раздражающее действие тока пропадает и переходит в тепловое.

Непроизвольные сокращения (судороги) могут возникать не только в мышцах руки. При силе тока 25-50мА и частоте 50Гц, протекающем через туловище (рука-рука, рука-нога), возникает тетаническое сокращение дыхательных мышц грудной клетки, в результате чего затрудняется или полностью прекращается дыхание. При этом сократительная функция сердца не нарушается, однако сужение сосудов под действием электрического тока приводит к повышению артериального давления и затрудняет работу сердца. Нормальное давление восстанавливается, если из-за судорожных движений или в результате посторонней помощи прекращается действие тока. Клиническое исследование пострадавших показывает в таких случаях, что они находились в состоянии асфиксии.

Если цепь тока через потерпевшего не разрывается (позвать на помощь он, как правило, не может), примерно через минутку он теряет сознание, а через 3-4 минуты возможна смерть от удушья.

Ток промышленной частоты, превышающий 50мА, если его путь захватывает область сердца, может при длительном действии вызвать нарушение его деятельности, представляющее смертельную опасность. При токах более 100мА (более 300 мА постоянного тока) вероятность таких нарушений очень велика. Механизм этих нарушений следующий. Сердце, являясь центром системы кровообращения, обеспечивает движение крови по сосудам и обмен веществ в организме, необходимый для его жизнедеятельности. Сокращения четырех камер сердца - двух предсердий, получающих кровь из легочных вен и вен большого круга кровообращения, и двух желудочков, выталкивающих кровь в легочную артерию и аорту, управляются автономной нервной системой сердца. У здорового человека частота сокращений сердца задается так называемым конусным узлом, расположенным в толще мышц правого предсердия. Синусный узел получает информацию о состоянии организма от симпатической нервной системы, а также гуморальным путем, и регулирует соответственно частоту сокращений сердца и, следовательно, минутный объем крови. Нормальная частота сокращений сердца 70-72 в минуту. Сигнал, вырабатываемый синусным узлом, вызывает сокращение предсердий, проталкивающих кровь в желудочки. Нервные импульсы, распространяясь по проводящей системе сердца, достигают атриовентрикулярного узла и затем, проходя по волокнам Пуркинье, пронизывающим стенки желудочков, вызывают их сокращение. Наполненные к этому времени кровью желудочки выталкивают ее из сердца.

После прохождения волны возбуждения сердечная мышца в течение 200-250мс. находится в абсолютной рефрактерной фазе. В это время сокращение мышцы не может быть вызвано даже очень сильным раздражителем. Рефрактерная фаза у сердечной мышцы длится в несколько сотен раз дольше, чем у скелетной. Благодаря этому сокращение нормальной мышцы сердца происходит не чаще, чем 2-3 раза в секунду, что необходимо для осуществления его насосной функции. Непосредственно за абсолютной рефрактерной фазой следует относительная рефрактерная фаза, во время которой сильный раздражитель может вызвать сокращение мышцы. В этот период сердце наиболее подвержено внешним воздействиям, которые могут вызвать серьезные нарушения его функции.

В результате периодических электрических процессов, происходящих на мембранах мышечных волокон, на поверхности тела возникают переменные потенциалы, которые могут быть измерены и зарегистрированы в виде электрокардиограммы (ЭКГ). Относительная рефрактерная фаза совпадает с периодом нарастания Т-волны электрической активности сердца, и составляет по длительности 150м/сек.

Воздействие электрическим током на такую сложную высокоорганизованную систему, как сердце, относительно легко вызывает различные нарушения его функций. Наиболее опасно возникновение фибрилляций желудочков сердца, при которых отдельные мышечные волокна теряют централизованное управление и начинают хаотически сокращаться (фибриллировать). В результате нарушается строго координированная работа различных участков сердца, что сразу приводит к нарушению; его насосной функции и прекращению кровообращения. Особая опасность фибрилляции заключается в том, что, возникнув она практически никогда не прекращается без внешнего воздействия. Оставленный без помощи пораженный током погибает в течение нескольких минут из-за необратимых изменений, происходящих раньше всего в лишенном кислорода головном мозге.

Фибрилляции сердца возникают при длительности прохождения тока, превышающей период кардиоцикла, либо при кратковременном действии тока, если оно совпадало с относительной рефрактерной фазой сокращения сердца, которая называется, поэтому его уязвимым периодом. При действии тока вне этого периода фибрилляция обычно не наступает, так как мышца находится либо в сокращенном состоянии, либо в абсолютной рефрактерной фазе, когда повторное сокращение невозможно, либо в состоянии закончившейся реполяризации. В последнем случае происходит нормальное сокращение сердца.

При кратковременном действии в уязвимый период тока достаточно большой силы (более нескольких сотен миллиампер) в зависимости от расположения мышечных волокон относительно пути тока через сердце часть из них, выходя из абсолютной рефрактерной фазы, испытывает надпороговое раздражение и сокращается. При этом нормальный управляющий сигнал, поступающий через собственные проводящие пути сердца, уже не может возбудить сердца, сердечная мышца полностью деполяризуется происходит одновременное сокращение всех ее волокон, длящееся в течение всего времени действия тока. Затем может полностью восстановиться деятельность сердца. На этом основан метод дефибрилляции когда через фибриллирующеё сердце пропускают большой по величине импульс тока, длительностью в десятки миллисекунд.

При времени действия тока, превышающем период сердечного цикла, вероятен иной механизм действия. Фаза кардиоцикла при этом не имеет значения. Ток, проходя через отдельные части сердца, нарушает систему проведения нервных импульсов, препятствуя координированным сокращениям отдельных мышечных волокон.

Механизмы возникновения фибрилляции изучен еще недостаточно, но еще меньше ясны причины, по которым она не прекращается после окончания действия тока. По одной из гипотез, объясняющих это явление, в мышце сердца возникают волны возбуждения, каждая из которых совершает замкнутый путь и вызывает повторное возбуждение. Такие циркулирующие волны не могут прекратиться без вмешательства извне.

Согласно другой гипотезе, под действием интенсивного внешнего раздражителя изменяются физиологические свойства мышечных волокон, которые приобретают способность к автономному возбуждению. Наличие множества центров возбуждения поддерживает некоординированные сокращения волокон. Изменяется длительность рефрактерного периода, уменьшаясь в несколько раз по сравнению с нормальным состоянием. Это обусловливает высокую частоту фибрилляций отдельных волокон сердечной мышцы.

Пороговое значение тока, вызывающее фибрилляцию, зависит в основном от плотности тока, протекающего через сердце, частоты и длительности его действия.

При токах, значительно превышающих величины, являющиеся пороговыми для фибрилляции желудочков сердца (более 5А), возможны другие смертельно опасные нарушения в организме. К ним относятся остановка сердца, паралич дыхательного центра, глубокие повреждения нервной системы и ожоги. Указанные поражения, как правило, происходят при напряжениях свыше 1000В. Применительно к медицинской технике это означает, что источником такого поражающего тока могут быть только высоковольтные вторичные цепи аппаратуры.

Развитие медицинской техники, применяемой в кардиологии, привело к появлению нового вида воздействия электрического тока на организм. Речь идет о нарушениях сердечной деятельности, включая фибрилляцию, вызванных очень малыми токами (доли миллиампера), протекающими через введенный в сердце электрод или катетер.

Использование электрода, непосредственно контактирующего с сердечной мышцей, связано с введением в медицинскую практику электрической стимуляции сердца. При атриовентрикулярной блокаде и других нарушениях нервной регуляции деятельности сердца необходимо искусственное поддержание нормального ритма сокращения желудочков. Для такого искусственного ритмовождения используется специальные электронные генераторы импульсов -электрокардиостимуляторы. Создаваемые внешним или имплантированным стимулятором периодически повторяющиеся импульсы воздействуют на сердце через введенный в его мышцу электрод. Катетеризация сердца также широко применяется в кардиологической практике. Тонкая гибкая трубка из полимерного материала вводится через артерию или вену в одну из камер сердца. Катетер может быть наполнен изотоническим раствором хлорида натрия и соединен наружным концом с датчиком давления. Через катетер получают пробы крови из различных камер сердца для определения содержания кислорода и углекислого газа. Для измерения биотоков сердца или рН на конце катетера имеется один или два электрода, соединенные проводами, проходящими внутри катетера, со входом усилителя.

Имеются и другие методы, использующие внутрисердечные электроды и катетеры, однако главное заключается в том, что их введение в сердце сводит к нулю защитные свойства кожи, а также шунтирующее действие различных слоев тканей, окружающих сердце. Ток получает непосредственный доступ к сердечной мышце, в которой в месте контакта создается очаг возбуждения фибрилляции.

Среднее значение    порогового фибрилляционного тока - 200мкА. Таким образом, ток меньший порогового ощутимого и следовательно, не обнаруживаемый медицинским персоналом «на ощупь», может оказаться смертельно опасным для пациента с сердечным электродом или катетером.

Поражение такими малыми токами получило название "микрошок", в отличие от «макрошока» - поражения на три порядка большим током, проходящим через поверхность тела. Весьма важным при микрошоке является отсутствие каких-либо следов действия тока. Ни ожогов, ни других признаков при вскрытии не обнаруживается. Поскольку обычно речь идет о тяжелых сердечных заболеваниях, можно предположить, что многие случаи микрошока могут оставаться нераспознанными. Минимальная величина тока утечки, который должна обеспечивать аппаратура для внутрисердечных вмешательств в нормальном состоянии - 10мкА. Поскольку не отмечено ни одного случая фибрилляции сердца человека, вызванной током в 50мкА, эта величина принята в качестве допустимой при одном из нарушений, происшедшем в аппаратуре.

Рассмотренные виды действия электрического тока на организм характеризовались пороговыми значениями тока, а не приложенного к телу напряжения. Это объясняется основополагающей ролью тока в развитии реакции организма. Однако во многих случаях напряжения различной величины при тех или иных обстоятельствах могут создавать в цепи, частью которой является тело человека, пороговые токи. Для этого необходимо знать сопротивление тела человека.

Общее электрическое сопротивление тела между двумя электродами можно представить в виде двух частей существенно отличающихся друг от друга. Это сопротивление кожи и сопротивление внутренних тканей и органов. Биологические ткани имеют клеточное строение с внутри - и межклеточной жидкостями, в которых растворены различные ионы. Ионная проводимость межклеточной жидкости является основным видом проведения электрического тока тканями на низких частотах. Различия величине проводимости отдельных тканей объясняются в основном разным содержанием в них жидкостей и ионов.

Сопротивление кожи значительно превосходит сопротивление других тканей. Это объясняется наличием на поверхности ее внешнего слоя (эпидермис) ороговевших клеток. Омертвевшие, обезвоженные клетки рогового слоя имеют удельное сопротивление 106 - 107 Ом/см, сопротивление определенного участка кожи зависит от толщины рогового слоя, которая, например, на спине не превышает 0,04мм, а на ладонях может составлять 0,1-1,5мм. Соответственно сопротивление 1см2 кожи находится в пределах от десятков до сотен килоом. Роговой слой кожи, приближаясь по своим электрическим свойствам к диэлектрику, обладает значительными емкостными качествами.

Кожа является естественной защитой организма от поражения электрическим током. Во многих случаях при напряжениях в несколько десятков (иногда до сотни) вольт величина тока ограничивается значительным сопротивлением кожи и вместо возможной электротравмы происходит знакомый каждому, не оставляющий каких-либо последствий удар током. Однако сопротивление наружного рогового слоя зависит от многих причин и часто падает значительно ниже указанных величин. Особенно сильно сказывается на изолирующих свойствах кожи влажность. Так, например, при длительном мытье рук теплой водой защитные свойства кожи почти полностью исчезают. Это объясняется размягчением рогового слоя, внедрением в него молекул воды, а также открытием многочисленных пор.

В медицинской практике, как случайное, так и намеренное увлажнение кожи весьма вероятно. Повышенная влажность может быть вызвана чисто внешними причинами: мытье рук, пролитая жидкость (вода, кровь, моча) и т.п. Медицинский персонал широко использует дезинфицирующие растворы как средство личной гигиены. При многих процедурах тело больного протирают различными жидкими обезжиривающими или дезинфицирующими средствами. Особенно большое значение с точки зрения электробезопасности имеет малое сопротивление кожи, под различного рода электродами, накладываемыми на тело с диагностическими или терапевтическими целями. В месте наложения электрода кожу протирают спиртом либо на нее наносят токопроводящую пасту, либо под электрод подкладывают матерчатую прокладку, смоченную изотоническим раствором хлорида натрия (терапия низкочастотными токами) или раствором лекарственных веществ (электрофорез). Во всех указанных случаях сопротивление кожи перестает играть существенную роль в общем электрическом сопротивлении тела больного между электродами.

Кожа может в сильной степени увлажняться и за счет пота, заполняющего потовые протоки и выступающего на поверхности кожи вследствие повышенной окружающей температуры и влажности. Интенсивное потоотделение часто наблюдается и как результат испуга, волнения. Все эти факторы как физиологического, так и психологического происхождения могут значительно снизить сопротивление кожи. Пот уменьшает сопротивление между электродами, наложенными на тело, также за счет заполнения им неровностей тела под электродами, что снижает переходное сопротивление.

Сопротивление кожи снижается и при различного рода ее повреждениях, потертостях и др. К ним, естественно, относятся и намеренные нарушения целостности кожи - введение игольчатых электродов, разрезы при хирургических вмешательствах и т.п.

Таким образом, в реальных условиях, во многих случаях защитное действие кожи снижается до минимума. В связи с этим при расчетах электрических, цепей, связанных с обеспечением электробезопасности, сопротивлением кожи практически пренебрегают.

Электрическое сопротивление внутренних тканей и органов тела отличается значительно большим постоянством, чем сопротивление кожи. Большое количество жидкостей с растворенными в них ионами обусловливает значительную ионную проводимость практически всех тканей (за исключением обызвествленных костных).

Величина сопротивления внутренних тканей зависит от пути тока, т.е. от поперечного сечения тканей, через которые он проходит, и от их длины. Для одного из наиболее распространенных при поражениях путей тока ладонь - ступня установлено, что величина сопротивления внутренних тканей незначительно отличается от 1000 Ом. При этом сопротивление отдельных участков тела по пути тока распределяется неравномерно. Значительная доля общего сопротивления приходится на конечности, что неудивительно, если учесть относительно небольшое поперечное сечение мягких тканей, окружающих трубчатые кости и суставы.

Экспериментальными исследованиями установлена следующая зависимость сопротивления тела от напряжения для пути тока рука - рука или рука - нога:

Приложенное напряжение (В):       25                    50                     250

Сопротивление тела (Ом):               2500                2000                 1000

Для сухой кожи величины сопротивления увеличиваются примерно в 2 раза. В качестве усредненной величины эквивалентного сопротивления тела человека принимается 1000 Ом.


Рейтинг@Mail.ru
Download Forma