ДЕЙСТВИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА НА ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА

 

1. Термическое.

2. Электролитическое.

3. Механическое (динамическое).

4. Биологическое.

 

1. Термическое. Функциональные расстройства вызываются в организме при нагреве его до высокой температуры.

По закону Джоуля -Ленца тепло выделяется при прохождении электрического тока

Q = I² R,

а так как 80 % человеческого тела состоит из биологической жидкости, то при прохождении электрического тока происходит повышение температуры тела, а затем перегревание жидкостей и ожоги тканей.

2. Электролитическое. Разложение биологической (органической) жидкости, в том числе и крови на составляющие, сопровождающееся нарушением физико-химического состава. Этот процесс не обратим.

3. Динамическое. Ампер проделывал опыт с лягушки, пропуская электрический тока через ее лапку лапкой, что вызывало сокращение мышц.

У человека действие электрического тока также вызывает судорожные сокращения мышц, в результате могут быть разрывы тканей, вывихи, переломы костей в результате электродинамического эффекта, а также мгновенного взрывоподобного образования пара от перегретой тканевой жидкости и крови.

4. Биологическое действие тока проявляется в раз­дражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, проте­кающих в нормально действующем организме и теснейшим образом связанных с его жизненными функциями.

Электрический ток, проходя через организм, раздражает живые ткани, вызывая в них ответную реакцию –возбуждение, являющееся одним из основных физиологических процессов.

Если электрический ток проходит непосредственно через мы­шечную ткань, то возбуждение проявляется в виде непроизвольного сокращения мышц. Это так называемое прямое или непосредственное биологическое действие тока.

Однако действие тока может быть не только прямым, но ирефлекторным (косвенным),т.е. через центральную нервную систему. Ток может вызывать возбуждение и тех тканей, которые не находятся на его пути. Дело в том, что электрический ток, проходя через тело че­ловека, вызывает раздражение рецепторов – особых клеток, обладающих вы­сокой чувствительностью к воздействию факторов внешней и внутрен­ней среды.

Раздражение рецепторов приводит в возбуждение находящиеся возле них чувствительные нервные окончания, от которых волна воз­буждения в виде нервного импульса передается по нервным путям в центральную нервную систему (т. е. в спинной и головной мозг).

ЦНС передает нервный импульс к мышцам, железам, сосудам, которые могут находиться вне зоны прохождения тока.

При обычных раздражениях рецепторов ЦНС обеспечивает целесообразную ответную деятель­ность соответствующих органов тела. Например, при случайном при­косновении к горячему предмету человек непроизвольно отдернет от него руку. В случае же чрез­мерного для организма раздражающего действия, на­пример, электрического тока, ЦНС может по­дать нецелесообразную исполнительную команду, что может привести к серьезным нарушениям деятельности жизненно важных органов, в том числе сердца и легких, даже если эти органы не лежат на пути тока.

В живой ткани, в первую очередь в мышцах, в том числе и сердечной мышце, а также в центральной и периферической не­рвной системе постоянно возникают электрические потенциалы – био­потенциалы, которые связаны с возникновением и распространением процесса возбуждения, т. е. с переходом живой ткани в состояние ак­тивной деятельности.

Внешний ток, взаимодействуя с биотоками, значения которых весьма малы, может нарушить нормальный характер их воздействия на ткани и органы человека, подавить биотоки и тем самым вызвать специфические расстройства в организме вплоть до его гибели.

 

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИСХОД ПОРАЖЕНИЯ

 

Исход воздействия электрического тока на организм человека зависит от ряда факторов: 1) сопротивления тела человека, от 2) значения и ро­да тока и 3)длительности прохождения тока через тело человека, 4) пути тока, 5) частоты тока, 6) приложенногок нему напряжения,а также 7)индивидуальных свойств челове­ка.

 

1. Сопротивление тела человека влияет на исход поражения, поскольку оно определяет значение тока, проходяще­го через человека, и приложенного к нему напряжения,.

Сопротивление тела человека колеблется от нескольких сот Ом до 2 кОм.

Тело человека является проводникомэлектрического тока. Проводимость живой ткани в отличие от обычных про­водников обусловлена физическими свойствами, сложнейшими биохимическими и биофизическими процес­сами, присущими лишь живой материи.

В результате сопротивление тела человека является пере­меннойвеличиной, имеющей нелинейную зависимость от мно­жества факторов, в том числе от состояния кожи, параметровэлектрической цепи, физиологических факторов и состояния окружающей среды.

В живой ткани нет свободных электронов, и поэтому она не может быть уподоблена металлическому проводнику, электри­ческий ток в котором представляет собой упорядоченное дви­жение свободных электронов

Роговой слой кожи имеет наибольшее сопротивление, особенно мозоли. Мягкие ткани имеют гораздо меньшее сопротивление

 

а) схема кожи как конденсатора; б), в) схема замещения.

Сопротивление тела человека, т. е. сопротивление между двумя электродами, наложенными на поверх­ность тела, можно условно считать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: двух оди­наковых сопротивлений наружного слоя кожи, составляющими так назы­ваемое наружное сопротивление тела человека, и одно­го, называемого внутренним сопротивлением тела, которое включает в себя два сопротивления внутреннего слоя кожи и сопротивление внутренних тка­ней тела

R _{внутр.магк.тк}.= 300–500 Ом;

r _{вхкожи.} = 1 кОм –100 кОм;

с _{вхкожи.} = 0,01 мФ; при расчетах обычно пренебрегают.

R _h (~, =) min для всех расчетов = 1000 Ом.

Состояние кожи сильно влияет на величину сопротивления тела человека. Так, порезы, царапины, ссадины и другие микротравмы, могут снизить сопротивление те­ла до значения, близкого к значению его внутреннего сопротивления, т. е. до 500–700 Ом, увеличивая опасность поражения человека током.

Такое же влияние оказывает и увлажнение кожи водой или за счет пота. повышая ее проводимость.

Таким образом, работа с электроустановками сыры­ми руками или в условиях, вызывающих увлажнениекаких-либо участков кожи, а также при повышенной температуре воздухаили при других условиях, вызы­вающих усиленное потовыделение, усугубляет опас­ность поражения человека током.

Загрязнение кожи различными веществами и в осо­бенности хорошо проводящими электрический ток (ме­таллическая или угольная пыль) сопровождается снижением ее сопротивления.

На сопротивление тела оказывает влияние площадь контактов, а также место их приложения, так как у одного и того же человека со­противление кожи неодинаково на разных участ­ках тела.

Наименьшим сопротивлением обладает кожа лица, шеи, рук на участке выше ладоней, тыльной стороны ладоней, подмышечных впа­дин, и др.

Чем меньше сопротивление кожи, а, следовательно, тела в целом, тем больший ток прохо­дит через человека и тем опаснее исход поражения его током. Данное обстоятельство нередко приходится учи­тывать в практической деятельности. Например, при работе под напряжением на воздушной линии 127–380 В (по исправлению уличного освещения, заме­не перегоревшего предохранителя на вводе в дом и т. п.), кроме обычных защитных средств – диэлектрических перчаток, инструмента с изолированными рукоятками и т. п., необходимо надевать изолирующий шлем или обычный головной убор, поскольку случайное прикос­новение головой к проводам приводит к тяжелым по­следствиям. Рукава спецодежды должны быть опуще­ны и по возможности застегнуты у запястья.

Величина R _h – нелинейная – уменьшается с увеличением тока, напряженияисо временем воздействия.

Значение тока и длительность его прохождения через тело человека оказывают не­посредственное влияние на сопротивление тела: с уве­личением тока и времени его прохождения сопротивле­ние падает, поскольку при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов, а следовательно, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.

С ростом напряжения, приложенного к телу человека, происходит уменьшение в десятки раз сопро­тивления кожи, а следовательно, и сопротивления тела в целом, которое приближается к сопротивлению внут­ренних тканей тела, т. е. к своему наименьшему значе­нию 300–500 Ом. Это можно объяснить электрическим пробоем рогового слоя кожи, который про­исходит при напряжении 50-200 В, увеличением тока, проходящего через кожу (за счет повышения прило­женного напряжения), и др.

Сопротивление человека зависит также от рода и частоты тока. При постоянном токе полное сопротивление тела z_h оказывается равным активному сопротивлению R_h. При переменном токе z_h меньше R_h. С увеличением частоты переменного тока z_h будет уменьшаться. При 2500–5000 Гц z_h ненамного отличается от внутреннего сопротивления R_в, а при 10–20 кГц и больше можно считать, что наружный слой кожи практически утрачи­вает сопротивление электрическому току и, следова­тельно, z_h = R_в.

2. Величины (значения) I_h и род тока:

а) пороговый ощутимый ток – слабый зуд и легким покалыванием при ~ токе, ощущение нагрева кожи при = токе :

~ в среднем 1,1 мА при f = 50 Гц; = около 6 мА.

Указанные значения поро­говых ощутимых токов справедливо лишь для случаев прохождения тока через тело человека по пути рука – рука или рука –ноги,т. е. когда человек касается токоведущих частей ладонями обеих рук или ладонью одной руки, стоя на токопроводящем основании. Если же контакт с токоведущими частями создается другими участками тела, имеющими более нежный кожный по­кров, в том числе тыльной стороной руки, лицом и пр., то человек начинает ощущать ток еще меньшего зна­чения.

Пороговый ощутимый ток не может вызвать пора­жения человека, и в этом смысле он не является опас­ным. Однако длительное прохождение его через чело­века отрицательно сказывается на здоровье, и поэтому является недопустимым.

Кроме того, ощутимый ток может стать косвенной причиной несчастного случая, поскольку человек, по­чувствовав воздействие тока, теряет уверенность в сво­ей безопасности и может произвести неправильные дей­ствия. Особенно опасным является неожиданное действие ощутимого тока при работах вблизи токоведущих частей, на высоте и в других аналогичных условиях.

Безопасный ток, который длительно (в тече­ние нескольких часов) может проходить через челове­ка, не нанося ему вреда и не вызывая никаких ощуще­ний, очевидно, во много раз меньше порогового ощути­мого тока. Точные значения безопасного тока не установлены, в практике его ограничивают несколькими микроамперами, и во всяком случае он не превышает 50 мкА при 50 Гц и 100 мкА при постоян­ном токе.

Значение безопасного тока необходимо учитывать при конструировании изолирующих защитных средств – штанг, клещей и пр., изолирующих устройств и приспо­соблений для работы под напряжением, экранирующих защитных костюмов и пр. Дело в том, что токи утечки через изоляцию устройств и приспособлений, а также емкостные токи системы человек – земля длительно проходят через человека и поэтому не должны превы­шать значений безопасного тока.

Неотпускающий ток. Увеличение тока сверх порога ощутимых токов вызывает у человека судороги мышц и неприятные болезненные ощущения, которые с ро­стом тока усиливаются и распространяются на все большие участки тела.

Так, при 3-5 мА и 50 Гц раздражающее действие то­ка ощущается всей кистью руки; при 8-10 мА боль рез­ко охватывает всю руку, сопровождаясь непроизвольными сокращениями мышц кисти руки и предплечья.

При 10-15 мА боль становится непереносимой, а су­дороги мышц рук оказываются настолько значительны­ми, что человек не может разжать руку, в которой зажата токоведущая часть, не может отбросить от себя провод, т. е. он не в состоянии самостоятельно нарушить контакт с токоведущей частью и оказывается как бы прикованным к ней. Такой же эффект производят и токи большего зна­чения. Все эти токи носят название неотпускающих, а наименьший из них – 10-15 мА при 50 Гц (50-80 мА при постоянном токе) – является порогом неотпуска­ющих токов и называется пороговым неотпускающим током.

Пороговый неотпускающий ток условно можно счи­тать безопасным для человека в том смысле, что он не вызывает немедленного поражения его. Однако при дли­тельном прохождении ток растет за счет уменьшения сопротивления тела, в результате чего усиливаются бо­ли и могут возникнуть серьезные нарушения работы легких и сердца, а в некоторых случаях наступает смерть.

При постоянном токе неотпускающих токов, строго го­воря, нет, т. е. человек при любых значениях тока может самостоятельно оторваться от токоведущих частей. Од­нако в момент отрыва возникают весьма болезненные сокращения мышц, аналогичные тем, которые наблюда­ются при переменном токе примерно такого же значения.

Опыты показали, что наибольший постоянный ток, при котором человек в состоянии выдержать боль, возникающую в момент отрыва рук от электродов, со­ставляет 50–80 мА. Этот ток и принят условно за порог неотпускающих токов при постоянном напряжении. Зна­чения пороговых неотпускающих токов у разных людей различны. Они различны также у мужчин, женщин и де­тей. Средние значения их составляют: для мужчин 16 мА при 50 Гц и 80 мА при постоянном токе, для женщин (соответственно) 11 и 50 мА, для детей 8 и 40 мА.

Ток, превышающий пороговый неотпускающий ток, 25-50 мА при Гц усиливает болевые раздражения и судорожные сокраще­ния мышц, которые распространяются на большие уча­стки тела человека, в том числе на мышцы грудной клетки. Длительное воздействие этого тока может вызвать прекращения ды­хания, после чего спустя некоторое время наступит смерть от удушья. Этот ток одновременно приводит к повышению артериального давления крови и затруднению работы сердца. В случае длительного воздействия тока наступа­ет ослабление деятельности сердца и как итог этого – потеря сознания.

Ток больше 50 мА вплоть до 100 мА (50 Гц) действует значительно сильнее тока 25–50 мА. Явления нарушения работы легких и сердца наступают через меньший промежуток времени. Кроме того, воздействие этого тока на сердечно-сосудистую систе­му оказывается более выраженным и опасным. При этом токе, как и при токе 25–50 мА, первыми (по времени) поражаются, как правило, легкие, а затем сердце.

Фибрилляционный ток.Ток 100 мА и более (при 50 Гц), проходя через тело человека по тому же пути (рука – рука или рука – ноги), распространяют свое действие на мышцу сердца. Это обстоятельство является весьма опасным для жизни человека, поскольку спустя 1–2 с с момента замыкания цепи этого тока через человека может насту­пить фибрилляция сердца. При этом прекращается кро­вообращение и, в организме возникает недостаток кислорода; это в свою очередь быстро приво­дит к прекращению дыхания, т. е. наступает смерть. Та­ким образом, при токе 100 мА и более прекращает рабо­ту сердце, а затем легкие, причем поражение сердца наступает быстро: обычно не более чем через 2 с с нача­ла воздействия тока.

Токи, которые вызывают фибрилляцию сердца, назы­ваются фибрилляционными, наименьший из них– поро­говым фибрилляционным током.

При частоте 50 Гц. фибрилляционнымиявляются токи в пределах от 100 мА до 5 А, а пороговым фибрилляци­онным током 100 мА. При постоянном токе порогом фибрилляции считается ток 300 мА, а верхним пределом фибрилляционного тока 5 А.

Эти данные справедливы при условии длительного прохождения тока через чело­века (не менее 2–3 с) по пути рука – рука или рука – ноги. Если же ток проходит кратковременно, то значение порогового фибрилляционного тока возрастает.

При ином пути фибрилляционные токи могут иметь большие или меньшие значения. Так, например, в случае прикосновения к токоведущей части непосредственно грудью фибрилляция сердца может наступить при токе, значительно меньшем 100 мА, поскольку в этом случае значительная часть этого тока будет проходить непо­средственно через сердце.

Ток больше 5 А как при 50 Гц, так и при постоянном токе фибрилляцию сердца, как правило, не вызывает. При таких токах происходит немедленная остановка сердца, минуя состояние фибрилляции.

Если действие тока было кратковременным (до 1–2 с) и не вызвало повреждения сердца в результате нагрева, ожога и т. п., после отключения тока сердце, как правило, самостоятельно возобновляет нормальную деятельность. В практике наблюдались случаи выжива­ния людей после того, как через них проходил ток в несколько ампер и даже в несколько десятков ампер.

Однако при больших токах, даже в случае кратковре­менного воздействия их, наряду с остановкой сердца происходит и паралич дыхания. При этом после отклю­чения тока дыхание как правило, самостоятельно не вос­станавливается и требуется немедленная помощь постра­давшему в виде искусственного дыхания.

При больших токах смер­тельные поражения являются обычно следствием прек­ращения дыхания, как и при токах до 100 мА.