Действие электрического тока на организм человека: Действие электрического тока на организм человека

Содержание

Действие электрического тока на человека

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействия.
Тепловое действие проявляется в виде ожогов участков кожи тела, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.
Химическое действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.
Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма. В результате такого возбуждения они могут погибнуть.
Различают два основных вида поражения человека электрическим током: электрический удар и электрические травмы.

Электрическим ударом называется такое действие тока на организм человека, в результате которого мышцы тела начинают судорожно сокращаться. При этом в зависимости от величины тока и времени его действия человек может находиться в сознании или без сознания, но при нормальной работе сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечнососудистой системы, что ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов (сердца, мозга и пр.).

Электрической травмой называют такое действие тока на организм, при котором повреждаются ткани организма: кожа, мышцы, кости, связки. Особую опасность представляют электрические травмы в виде ожогов. Такой ожог появляется в месте контакта тела человека с токоведущей частью электроустановки или электрической дугой. Бывают также такие травмы, как металлизация кожи, различные механические повреждения, возникающие в результате резких непроизвольных движений человека. В результате тяжелых форм электрического удара человек может оказаться в состоянии клинической смерти: у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть (мнимая) может перейти в смерть биологическую. В ряде случаев, однако, при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления мнимоумершего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и так называемый электрический шок.
Прекращение работы сердца возможно в результате непосредственного действия электрического тока на сердечную мышцу или рефлекторно из-за паралича нервной системы. При этом может наблюдаться полная остановка работы сердца или так называемая фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.
Остановка дыхания (вследствие паралича мышц грудной клетки) может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки, или вызвана рефлекторно вследствие паралича нервной системы.
Электрический шок представляет собой нервную реакцию организма на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ. При длительном шоковом состоянии может наступить смерть.
Если оказана необходимая врачебная помощь, то шоковое состояние может быть снято без дальнейших последствий для человека.

Из вышесказанного становится понятно, что на тяжесть поражения человека электрическим током влияет много факторов. Наиболее неблагоприятный исход поражения будет в случаях, когда прикосновение к токоведущим частям произошло влажными руками в сыром или жарком помещении.
Поражение человека электрическим током в результате электрического удара может быть различным по тяжести, т. к. на степень поражения влияет ряд факторов: величина тока, продолжительность его прохождения через тело, частота, путь, проходимый током в теле человека, а также индивидуальные свойства пострадавшего (состояние здоровья, возраст и др. ). Основным фактором, влияющим на исход поражения, является величина тока, которая, согласно закону Ома, зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Большую роль играет величина напряжения, т. к. при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего и электрическое сопротивление человека резко уменьшается, а ток возрастает.
Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты при величине тока 1-1,5 мА и постоянного тока 5-7 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами. Они не представляют серьезной опасности, и при таком токе человек может самостоятельно освободиться от воздействия.
При переменных токах 5-10 мА раздражающее действие тока становится более сильным, появляется боль в мышцах, сопровождаемая судорожным их сокращением. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук или ног становятся такими сильными, что человек не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока.

Основным фактором, определяющим величину сопротивления тела человека (принято считать 1000 Ом), является кожа, ее роговой верхний слой, в котором нет кровеносных сосудов. Этот слой обладает очень большим удельным сопротивлением, и его можно рассматривать как диэлектрик. Внутренние слои кожи, имеющие кровеносные сосуды, железы и нервные окончания, обладают сравнительно небольшим удельным сопротивлением.
Внутреннее сопротивление тела человека является величиной переменной, зависящей от состояния кожи (толщины, влажности) и окружающей среды (влажности, температуры и т. д.).
При повреждении рогового слоя кожи (ссадина, царапина и пр.) резко снижается величина электрического сопротивления тела человека и, следовательно, увеличивается проходящий через тело ток. При повышении напряжения, приложенного к телу человека, возможен пробой рогового слоя, отчего сопротивление тела резко понижается, а величина поражающего тока возрастает.

Переменные токи 10-15 мА и выше и постоянные токи 50-80 мА и выше называются неотпускающими токами, а наименьшая их величина 10-15 мА при напряжении промышленной частоты 50 Гц и 50-80 мА при постоянном напряжении источника называется пороговым неотпускающим током.
Переменный ток промышленной частоты величиной 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук и ног, но также и на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть. Ток 50 мА при частоте 50 Гц вызывает быстрое нарушение работы органов дыхания, а ток около 100 мА и более при 50 Гц и 300 мА при постоянном напряжении за короткое время (1-2 с) поражает мышцу сердца и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными. При фибрилляции сердца прекращается его работа как насоса по перекачиванию крови. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода происходит остановка дыхания, т. е. наступает клиническая (мнимая) смерть. Токи более 5 А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца. Чем больше время протекания тока через тело человека, тем тяжелее его результаты и больше вероятность летального исхода.
Большое значение в исходе поражения имеет путь тока. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг.
Путь тока имеет еще то значение, что при различных случаях прикосновения будет различной величина сопротивления тела человека, а следовательно, и величина протекающего через него тока.
Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: «рука — ноги», «рука — рука». Менее опасным считается путь тока «нога — нога».

Действие электрического тока на организм человека

Конспект по безопасности жизнедеятельности

Действие электрического тока на организм человека представляет комплекс сложных физических и биофизических процессов. Можно выделить четыре основных вида действия электрического тока на организм человека: термическое, электролитическое, биологическое и механическое. Термическое действие проявляется в ожогах участков тела, в нагреве кровеносных сосудов, внутренних органов, что вызывает в них серьёзные функциональные расстройства. Электролитическое действие заключается в разложении на компоненты крови, лимфы и других биологических жидкостей, что нарушает их физико-хими чес кий состав и нормальное функционирование. Биологическое действие проявляется в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, в раздражении и возбуждении живых тканей, что может сопровождаться судорожными сокращениями мышц, нарушением и даже прекращением деятельности жизненно важных систем и органов, в том числе сердца и лёгких. Механическое действие может выражаться в виде разрывов, расслоений и других подобных повреждений тканей (мышц, внутренних органов, кровеносных сосудов, нервных путей). Многообразие действий тока на организм нередко приводит к различным электротравмам, которые можно условно разделить на местные и общие.

Местные электротравмы – это ярко выраженные нарушения целостности тканей организма. Обычно это поражение кожи, реже – других мягких тканей, а также связок и костей. К характерным местным электротравмам относятся электрические ожоги и знаки, металлизация кожи, электроофтальмия и механические электротравмы.

Электрические ожоги делятся на токовые, возникающие при прохождении тока непосредственно через тело человека, и дуговые, обусловленные тепловым воздействием на тело электрической дуги.

Электрические знаки возникают при хорошем контакте с токоведущими частями. Они представляют собой припухлость с затвердевшей в виде мозоли кожей серого или желтовато-белого цвета круглой или овальной формы. Края знаков резко очерчены белой каймой.

Металлизация кожи – это проникновение в верхние слои кожи паров и мельчайших частиц расплавленного металла от электрической дуги. При постоянном токе металлизация возможна как результат электролиза в местах контакта тела с токоведущей частью.

Электроофтальмия – это воспаление наружных оболочек глаз под действием мощного потока ультрафиолетовых лучей, которые энергично поглощаются клетками организма и вызывают в них химические изменения. Такое облучение возможно от электрической дуги, которая интенсивно излучает не только видимый свет, но и ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Механические электротравмы возникают в результате резких судорожных сокращений мышц непосредственно под действием протекающего по ним электрического тока. В результате могут произойти разрывы кожи, кровеносных сосудов и нервной ткани, а также вывихи суставов и даже переломы костей.

Общие электротравмы (электрические удары) возникают, когда электрическим током поражается организм человека в целом. Они сопровождаются судорожными сокращениями мышц и функциональными расстройствами в организме, проявляющимися сразу после воздействия тока или через несколько часов, дней и даже месяцев. В зависимости от тяжести поражения электрические удары условно делятся на четыре степени:

1-я степень характеризуется судорожными сокращениями мышц без потери сознания;

2-я степень характеризуется судорожными сокращениями мышц с потерей сознания;

3-я степень характеризуется нарушением работы сердца или лёгких;

4-я степень характеризуется отсутствием дыхания и кровообращения (состояние клинической смерти).

Клиническая смерть – это переходное состояние от жизни к смерти, наступающее с момента прекращения деятельности сердца и лёгких. В этом состоянии у человека отсутствуют все признаки жизни: он не дышит, сердце не работает, нет реакций на болевые раздражения, зрачки расширены и не реагируют на свет. Однако жизнь в организме ещё не угасла, ибо ткани ещё не подвергаются распаду и человека ещё можно спасти. Первыми начинают погибать очень чувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга (нейроны), с деятельностью которых связаны сознание и мышление. Поэтому продолжительность состояния клинической смерти определяется временем с момента прекращения работы сердца и лёгких до начала гибели клеток коры головного мозга и, как правило, составляет 3 – 4 минуты. Если не принять мер к реанимации пострадавшего (искусственное дыхание и непрямой массаж сердца), то по истечении времени состояния клинической смерти в организме могут возникнуть необратимые изменения, связанные с прекращением биологических процессов в клетках организма и последующим распадом белковых структур, т. е. начнётся переход в состояние биологической смерти.

Причинами смерти от электрического тока могут быть прекращение работы сердца и дыхания или электрический шок.

Работа сердца может прекратиться как в результате прямого воздействия тока на мышцу сердца, так и рефлекторно, т. е. через центральную нервную систему. В обоих случаях возможна остановка сердца или его фибрилляция. Фибрилляция сердца – это беспорядочное сокращение волокон сердечной мышцы (фибрилл), при котором сердце не в состоянии выполнять функции насоса. Фибрилляция обычно продолжается недолго и, как правило, переходит в полную остановку сердца в состоянии биологической смерти.

Прекращение дыхания вызывается также прямым, а иногда и рефлекторным действием тока на мышцы грудной клетки.

Электрический шок – это своеобразная реакция организма в ответ на чрезмерное раздражение электрическим током, сопровождающаяся глубокими расстройствами кровообращения, дыхания, обмена веществ. При шоке вначале наступает кратковременная фаза возбуждения, когда пострадавший реагирует на возникшие боли, у него повышается кровяное давление. Вслед за этим наступает фаза торможения и истощения нервной системы, когда резко снижается кровяное давление, падает и учащается пульс, ослабевает дыхание, возникает депрессия — угнетённое состояние и полная безучастность к окружающему при сохранившемся сознании. Шоковое состояние может продолжаться от нескольких минут до нескольких суток. После этого может наступить или выздоровление как результат своевременного активного лечебного вмешательства, или гибель в результате полного угасания жизненно важных функций организма.

Конспект по безопасности жизнедеятельности

действие электрического тока на организм человека

  1. Электробезопасность: действие электрического тока на организм человека

Работа с электричеством не напрасно считается одним из самых опасных видов деятельности. Это связано с тем, что даже незначительная ошибка в технике выполнения работ может привести к поражению организма электрическим током. Такое воздействие в зависимости от характера влияния на организм конкретного человека может привести к серьезным травмам или даже стать смертельным.

Электробезопасность: действие электрического тока на организм человека

Поражение электротоком влечет за собой влияние на работника сразу нескольких опасных факторов. В этот список входят:

  • термический фактор, который выражается в интенсивном тепловом воздействии. Его результатом становится резкое повышение температуры отдельных органов и тканей. В итоге они могут получить ожоги или существенные повреждения, вплоть до разрыва;
  • химический фактор, который вызывает электролитическое воздействие на физиологические жидкости, содержащиеся в организме человека. К ним относятся кровь, плазма и иные важные компоненты его нормального функционирования. Результатом такого влияния становится серьезное изменение их физических и химических параметров, что приводят к сбоям в работе систем и органов;
  • биологический фактор. Он представляет собой воздействие тока на живые клетки и ткани организма, которые приходят в состояние опасного возбуждения, которое может привести к их дисфункции или гибели.

Последствия поражения электротоком

Как правило, реальной причиной вреда здоровью или жизни работника, который подвергся воздействию электрического тока, становится одно из следующих состояний:

  • остановка сердца. Она происходит либо непосредственно из-за влияния электротока, либо из-за поражения нервной системы, которая парализует нормальную работу сердца. Другим вариантом развития событий в такой ситуации может стать фибрилляция, то есть хаотическое сокращение сердечной мышцы, которая также представляет опасность для жизни;
  • остановка дыхания. Как и в предыдущем случае, она может стать следствием прямого воздействия электротока или его опосредованного влияния на ЦНС;
  • электрошок. Этим термином называют проблемы в функционировании нервной системы, которые представляют собой нарушения в работе жизненно важных систем.
    Например, в результате такого воздействия могут пострадать системы кровообращения, обмена веществ и проч.

Электрический ток действие на человека

    Действие электрического тока на организм человека зависит от внешних условий (среды), состояния и особенностей организма. Наибольшую опасность представляет общее поражение электрическим током, так называемый электрический удар. В этом случае поражаются центральная нервная система и сердце человек теряет сознание, у него частично или полностью прекращается дыхание, нарушается сердечная деятельность. Местные поражения электрическим током вызывают ожоги, являющиеся результатом теплового действия электрической дуги. 
[c.29]

    Когда человек, вдыхая пары углеводородов (или подобных им соединений), заполняет ими свои легкие, часть молекул этих веществ переходит в кровь и с ней разносится по различным тканям тела. Легче всего эти молекулы проникают в такие ткани, которые состоят из молекул, близких по своим электрическим свойствам к углеводородам. Это в первую очередь относится к мие-линовым оболочкам. Поэтому молекулы углеводородов накапливаются в них. Но когда их содержание достигает определенного предела, нерв перестает действовать — в нем происходит нечто вроде короткого замыкания. И мозг больше не получает по нервам сигналов — в частности сигналов боли. 
[c.54]

    Действие электрического тока на организм человека [c.150]

    Пожары класса А преобладают на стадии строительства АЭС, а пожары класса С — с момента начала эксплуатации. Большая часть пожаров, происходивших во время эксплуатации, возникла из-за неисправности электрического оборудования. Остается все еще много случаев пожаров класса В, являющихся результатом неправильных действий человека. [c.15]

    Большое значение имеет продолжительность нахождения пострадавшего под действием тока очень важно быстро освободить пострадавшего от воздействия электрического тока. На исход поражения электрическим током влияет также и путь прохождения его через тело человека. Наиболее опасно прохождение тока через жизненно важные органы — сердце и легкие. Основными мерами защиты человека от поражения электрическим током является  [c.419]

    Следует всегда помнить, что действие электрического тока на человеческий организм зависит от многих факторов. Большое значение при этом имеет частота тока, время прохождения его через тело человека, величина участка пораженного тела, а также состояние организма человека. В настоящее время установлено, что прохождение электрического тока силой более 100 мА через тело человека, как правило, приводит к смертельному исходу. Ток силой 50—100 мА вызывает потерю сознания, а менее 50 мА — сокращение мышц, так что иногда пострадавший не в состоянии разжать руки и освободиться от токонесущих поверхностей самостоятельно. 

[c.9]

    Если к поврежденному аппарату подходит человек (см. рис. 14.2), то его ноги находятся под разными потенциалами, вследствие чего через тело человека проходит электрический ток.

Человек в этом случае находится под действием напряже- [c.467]


    Освобождение человека от действия электрического тока [c.107]

    Опасность электрического тока усугубляется тем, что во многих случаях его действие является неожиданным он может оказаться не только на токоведущих частях, но и там, где его не должно быть. Действие тока на организм человека нередко заканчивается смертельным исходом. [c.418]

    Иногда пострадавшего от электрического удара закапывают в землю. Объясняя это необходимостью удаления с тела человека якобы накопившихся электрических зарядов. Этот довод совершенно неверен после освобождения человека от действия электрического тока на теле не может остаться никаких зарядов. Ссылки на случаи, когда закопанный в землю человек приходил в себя, совершенно неосновательны с уверенностью можно утверждать, что в таких случаях пострадавший скорее и легче пришел бы в себя, если бы его не закапывали в землю.

[c.232]

    Опасность электрического тока усугубляется тем, что во многих случаях его действие является неожиданным, он может оказаться не только на токоведущих частях, но и там, где его не должно быть. Действие тока на организм человека очень сильно и нередко заканчивается смертельным исходом. Вследствие этого обращение с электрическим током требует знания его свойств, правильного применения, особого внимания и осторожности. 

[c.273]

    При электрическом ударе ток проходит также через нервные волокна, которые очень к нему чувствительны. Это вызывает сокращение мышц тела, в первую очередь тех, которые непосредственно соприкоснулись с источником тока, и может случиться так, что рука пострадавшего обхватит источник тока, например провод. Считается, что уже при силе тока 0,02—0,025 А пострадавший не может самостоятельно оторвать руку от источника тока. Выше уже указывалось, что чем больше время действия тока на кожные покровы, тем быстрее растет его сила и, следовательно, увеличивается опасность исхода электрического удара, поэтому очень важно, чтобы товарищи пострадавшего как можно скорее помогли ему оторваться от источника тока.

(см. стр. 230), Редко, но бывает и так, что в результате резкого сокращения мышц попавший под ток человек с силой отбрасывается от источника тока, в этом случае он может получить травму от удара о соседние предметы. [c.222]

    Принцип действия заземления довольно прост. Если на какое-то металлическое оборудование, изолированное от земли, попадает ток и человек, стоя на земле или на токопроводящем полу, прикоснется к этому оборудованию, то он окажется под напряжением относительно земли и через его тело пройдет ток. Если же это оборудование будет надежно через заземление соединено с землей, то согласно правилу Кирхгофа о разветвленных электрических цепях ток пойдет через две цепи — через заземление и через тело человека, причем сила тока в 

[c.224]

    Вредное действие пыли определяется различными ее свой-сгвами. Чем концентрация пыли больше, тем сильнее действие, которое она оказывает на человека, поэтому для пыли установлены предельно допустимые концентрации. Большое значение имеет дисперсность пыли видимая пыль оседает главным образом в верхних дыхательных путях, в полости рта, в носоглотке и удаляется нрн кашле, чихании, с мокротой микроскопическая и ультрамикроскопическая пыль при вдыхании попадает в альвеолы легких и действует иа легочную ткань, нарушая ее основную фуикцию — усвоение кислорода и выделение диоксида углерода. Большое значение имеет форма частиц пыли пылинки с острыми гранями или игольчатой формы, например асбеста, стекловолокна, вызывают более сильное действие, чем волокнистые мягкие пыли. Электрозаряжепность пыли влияет на устойчивость аэрозоля частицы, несущие электрический заряд, I 2—8 раз больше задерживаются в дыхательном тракте. 

[c.46]

    Серебро — элемент, известный еще с древних времен,— всегда играло большую роль в жизни человека. Высокая химическая устойчивость, ценные физические свойства и красивый внешний вид сделали серебро незаменимым материалом для изготовления разменной монеты, посуды и украшений. Сплавы серебра применяются в различных областях техники в качестве катализаторов, для электрических контактов, как припои. Бактерицидное действие серебра широко используется в санитарии и медицине. Способность некоторых соединений серебра легко восстанавливаться при освещении и давать на пластинке скрытое изображение является основой фотографии. [c.5]

    Если сила тока /ч превысит длительно допустимое значение, то возникает реальная угроза тяжелого поражения током. Быстродействующая надежная релейная схема защитного отключения может предотвратить такое поражение, так как автоматически разрывает электрическую цепь и тем самым освобождает человека от действия электрического тока в течение безопасного промежутка времени. [c.56]

    Неблагоприятное действие на рабочих, находящихся в зоне электросварочных работ, оказывает излучение электрической дуги. Ультрафиолетовые н тепловые инфракрасные лучи, воздействуя на незащищенные глаза человека, вызывают отеки роговицы глаз, временное ухудшение зрения. При этом ощущается боль в глазах, глаза начинают краснеть и слезиться. Поэтому лицам с незащищенными глазами необходимо находиться на расстоянии не менее 10 м от сварочной дуги. Электросварщики и другие рабочие, вынужденные по роду работы находиться в зоне действия электрической дуги, должны прн- [c.90]


    Нельзя класть пострадавшего на сырую или промерзлую землю, на каменный, бетонный или металлический пол. При нарушении дыхания и кровообращения человек быстро теряет тепло, нарушаются процессы терморегуляции. Поэтому пострадавшего необходимо уложить на какую-либо подстилку, согреть, накрыть его имеющейся под руками одеждой. Следует помнить о вредном предрассудке, что, якобы, для отведения электрического заряда пострадавшего нужно закапывать в землю, и ни в коем случае не допускать таких действий. [c.122]

    Действие электрического тока на организм человека может вызывать поражение. двух типов электрический у.дар и электрический ожог. Поражения током происходят в основном в результате небрежности и неосторожности работающих. Причинами несчастных случаев могут явиться работа с неисправными электроприборами, прикосновение к металлическим предметам и корпусам приборов, случайно оказавшихся под током, контакт с находящимся под током плохо изолированным или совсем не изолированным прово.цом. [c.23]

    Первая помощь при поражении электрическим током. При поражении человека электрическим током прежде всего следует освободить пострадавшего от действия тока, что может быть достигнуто в зависимости от условий следующими путями  [c.124]

    Изучение химии атомов Н, С, N. О, Р, 3, Ре, Со, I и других привело к убеждению, что мертвые в свободном состоянии атомы на одной только основе присущих им свойств способны при воздействии света и электрических разрядов породить весьма сложные соединения, а затем в процессе эволюции и сгустки живого и мыслящего вещества. За последние годы успехи биохимии были столь многообещающими, что можно уже с уверенностью говорить о близкой эре освоения другой мечты алхимиков, о так называемом жизненном эликсире , т. е. о решающем химическом вмешательстве человека в самые интимные стороны своего собственного существования. Это убеждение влечет за собой необходимость особенно тонкого и глубокого понимания природы электронных оболочек атомов и притом не только свободных, но и атомов, измененных под действием других атомов в молекулах, в кристаллах или в растворах атомов, подверженных внешним силовым полям, воздействиям фотонов, электронных ударов, соударений друг с другом. [c.5]

    Действие электрического тока на организм человека может вызывать поражения двух типов электрический удар и электрический [c.284]

    Постоянный ток напряжением до 500 в действует на организм человека слабее, чем переменный. Частота переменного тока существенно влияет на исход поражения. Ток частотой от 40 до fiO гц наиболее опасен, токн высокой частоты (выше 200 000 гц) с точки зрения возможности электрического удара безопасны.[c.134]

    В случае накопления заряда определенной величины может произойти электрический разряд, искра кото poro способна вызвать воспламенение горючей смеси. Кроме того, статическое электричество действует на организм человека, иногда нарушает технологические процессы, способствует коррозии металлов. Разряды статического электричества, накапливающегося на поверхности человеческого тела и на одежде, совершенно им не ощутимые, могут пробить элементы транзисторных устройств. В электронно-вычислительных машинах, регулирующих технологический процесс, это может привести к нарушению их действия, неполадкам в технологическом режиме и даже к авариям. [c.45]

    Для усиления защитного действия основных изолирующих средств применяют дополнительные изолирующие защитШ)1е средства, которые обладают недостаточной электрической прочностью и ПОЭТОМ пе могут самостоятельно защитить человека от поражения током. К дополнительным изолирующим защитным средствам относятся в электрических установках напряженном до 1000 В — диэлектрические галоши, коврики и изолирующие подставки в электрических установках папряжепием выше 1000 В—диэлектрические перчатки, боты, коврики и изолирующие подставки.[c.166]

    Физиологическое действие статического электричества на организм человека зависит от величины освобождающейся прн разряде электрической энергии (рис. 13.3). Искровой разряд статического электричества человек ощущает как укол, толчок или судороги. Уколы и толчки не опасны для жизни, так как сила тока в эти.х случаях ничтожно мала, однако под воздей- TBnev таких зарядов статического электричества возможны рефлекторные движения, приводящие к падению с высоты, попаданию в опасную зону машин и др. [c.171]

    Принцип действия блокировок с использованием фотоэлемента основан на том, что лучи от источника света направляются через опасную зону в приемник световых лучей фотоэлемента, преобразующего свет в электрический ток, который пройдя через усилитель и контрольное реле, замыкает цепь пускового электромагнита. При попадании человека в опасную зону свет перестает поступать в фотоэлемент, электрическая цепь размыкается, и привод машины отключается.[c.104]

    Действие электрического тока на организм человека очень сложно, оно может быть тепловым (ожог), механическим (разрыв тканей, повреждение костей), химическим (электролиз), биологическим, (нарушение биотоков, свойственных живой материи, с которыми связана ее жизнеопособность). [c.18]

    Кафедрой выполнен ряд работ по борьбе с пылью, совершенствованию схем и способов проветривания калийных рудников Прикарпатья. Изучен минералогический состав пыли, ее дисперсность, вредное действие на организм человека, электрический заряд воздухопылевых потоков и др. Предложен и внедрен комплекс технических и организационных мероприятий по борьбе с пылью в рудниках и на поверхностных технологических комплексах. По рекомендации кафедры в 1971 г. на калийной шахте им. 50-летия Октября в г. Калуш Ивано-Фран-ковской области пройден новый вентиляционный ствол № 5, что обеспечивает производительность шахты 2 млн. т руды в год и сокращает время проветривания добычных камер после взрывов на 0,5 часа.[c.83]

    После освобождения человека от действия электрического тока необходимо быстро определить, в зависимости от состояния пострадавшего, меры оказания первой помощи. Если пострадавший дышит и находится в сознании, то его следует улож1Ить в удобное положение, застегнуть на нем одежду и обязательно накрыть. До прихода врача пострадавшему необходимо обеспечить полный покой и доступ чистого свежего воздуха, неире- [c.110]

    Первые исследования поляризации горных пород в естественных условиях принадлежат М. П. Воларовичу, Э. И. Пархоменко. В последующих исследованиях А. А. Воробьева, О. Л. Кузнецова и авторов установлена широкая распространенность этого явления в горных породах под действием горного давления, температуры, электрического и магнитного полей, которые возникают в связи с /1риродными явлениями и инженерной деятельностью человека. Исходя из этих представлений, можно сделать вывод, что поляризация продуктивных пластов во времени изменяется [36].[c.134]

    Химические источники электрического тока. Различные виды энергии, необходимые человеку, часто получают из химической энергии, освобождающейся в результате реакций. Превращение химической энергии в теплоту происходит наиболее просто. Оно может быть осуществлено простым сжиганием различных вешестч на воздухе. Значительно сложнее химическую энергию превращать в электрическую . На тепловых электростанциях химическая энергия, содержащаяся в угле или нефти, путем сжигания последних превращается в тепловую, которая при помощи тепловых двигателей превращается в электрическую. Принципиально в гальванически,ч элементах химическая энергия может превращаться в электрическую с коэффициентом полезного действия (сокращенно к, п. д.), равным 100%. На практике к. п. д., конечно, ниже, но все же достигает 90%. На тепловых электростанциях значения к. п, д. составляют око.ю 35%. [c.245]

    Если пострадавший продолжает соприкасаться с токоведущими частями, пеобхвдимо прежде всего быстро освободить его от действия электрического тока. При этом следует иметь в виду, что прикасаться к человеку, находящемуся под током, без применения надлежащих мер предосторожности опасно для жизни оказывающего помощь. Поэтому первым действием оказывающего помощь должно быть быстрое отключение той части установки, которой касается пострадавший. [c.438]

    Какие химические процессы лежат в основе мышления и создают поток сознания в мозге человека Поступление импульсов в мозг оказывает большое влияние на сигналы, идущие на периферию по моторным нейронам. Известно также, что мозг обладает собственными эндогенными электрическими ритмами, которые не зависят от импульсов, поступающих по сенсорным нейронам. У примитивных беспозвоночных источником таких ритмов служат особые нейроны — водители ритма (пейсмейкеры). Эти нейроны спонтанно возбуждаются с постоянными интервалами. По-видимому, в их клеточных мембранах происходят последовательные циклические изменения ионной проницаемости, достаточные для возникновения потенциала действия. Примеры работы трех типов нейронов — водителей ритма у моллюсков [130] приведены на рис. 16-12. Вполне вероятно, что аналогичный феномен лежит в основе работы мозга человека. Вероятно, сознательная мысль возникает при сочетании ритмов от эндогенных водителей ритма с импульсацией, поступающей от сенсорных нейронов. Возвращаясь к примитивным организмам, любопытно сравнить спонтанный ритм нейронов—водителей ритма с периодическим выбросом сАМР клетками 01с1уо51еШит (гл. 6. разд. 5). Может быть, эти два феномена по существу имеют много общего. [c.350]

    При прикосновении к токоведущйм проводам и деталям вйг никает электрический удар, который представляет большу опасность для человека. При поражении током необходимо ка можно скорее освободить пострадавшего от действия тока, сд( лать искусственное дыхание и вызвать врача. [c.56]

    Нерв по суш,еству представляет собой неметаллический проводник — трубку, заполненную разбавленным солевым раствором (электролитом). Важным следствием этого является высокое электрическое сопротивление нерва, так что очень короткий его отрезок соответствует очень длинному проводнику из металла. Распространяясь вдоль проводника, электрический импульс теряет свою первоначальную форму (как бы размазывается ) нечто подобное происходит, когда человек кричит что-то в один конец длинной трубы, а вместо слов на другом конце можно услышать только нечленораздельные звуки, вроде рычания или гудения. Для предотвращения этого явления в телефонных или телеграфных линиях устанавливают повторители , или ретрансляторы. Что же касается нервов, то их природа обеспечила специальными устройствами, так называемыми перехватами Ранвье, которые служат для тех же целей В силу своего технического устройства (вытянутая трубка заполненная солевым раствором) и действия ретрансли рующих перехватов одиночное нервное волокно или про водит данный импульс, или не проводит его. Иначе говоря нерв работает по принципу все или ничего , а не по прин ципу более или менее . Это можно продемонстрировать непосредственно измеряя сигналы, проходящие по нерву При таком измерении сигнал имеет вид короткого элект рического импульса, называемый спайк-потенциалом (пик потенциалом) из-за его формы на экране осциллографа Продолжительность его несколько меньше секунды После прохождения импульса нерв должен отдохнуть в течение определенного промежутка времени, прежде чем он сможет пропустить другой импульс, или спайк. Этот рефрактерный период занимает около Уго секунды, так что одиночное нервное волокно может пропускать не более 20 импульсов в секунду..  [c.110]

    Последствия поражения электрическим током зависят от силы и частоты тока, продолжительности его воздействия и от индивидуальных особенностей организма. Переменвый ток (50 гц) оказывает более сильное действие, чем постоянный. Безопасной для человека считается сила переменного тока 10 ма и сила постоянного тока [c.262]

    При нажатии с определенным усилием на трос или штангу человек отключает электродвигатель привода машины от источника тока. Для торможения и остановки деталей привода, продолжающих вращаться по инерции, используют так называемые электромеханические и электродинамические способы торможения. При электродинамическом торможении после воздействия на тросс или штангу отключается электродвигатель привода машины, одновременно включается электромагнит колодочного тормоза, далее под действием груза и системы рычагов колодки тормоза обжимают муфту и останавливают продолжающий вращение по инерции приводной вал машины. Одновременно с отключением электродвигателя привода производится переключение электрической цепи и создается электродинамический момент, вращающий якорь электродвигателя в обратном направлении. Качество работы механизма аварийной остановки валковых машин определяется длиной дуг поворота валков после отключения электродвигателя при незагруженных валках. Длина дуги поворота валков после отключения двигателя не должна превышать 4 [c.167]

    Электрофорез представляет собой метод разделения смеси вешеств под действием электрического тока. При этом в электрическом поле перемещаются заряженные молекулы, а растворитель остается неподвижным. Электрофорез применяется главным образом в области биополимеров — белков, глико- и липопроте-инов, нуклеопротеинов, нуклеиновых кислот, среди которых первыми с помошьро этого метода были разделены белки плазмы крови человека. [c.498]


5 минут об электричестве в человеке

Всем привет, я Маша Осетрова, и сегодня я немного расскажу вам про электричество в теле человека.

Сюжет о Викторе Франкенштейне, создавшем монстра из неживой материи, идейно восходит к проведенным в XVIII веке опытам Луиджи Гальвани, который заставил мышцы лягушки сокращаться под действием электрического тока. Его эксперименты вдохновили многих исследователей на изучение функций электричества в теле живых существ. На сегодняшний день ученые сильно продвинулись в этой области: придумали обезболивающие, выяснили, что заставляет наше сердце биться, что происходит в голове у влюбленных и многое другое.

Между электричеством нашего организм, и электричеством, которое обеспечивает наши дома, есть два фундаментальных различия. Электричество из розетки представляет собой поток электронов. В отличие от этого практически все токи в живых существах являются потоками ионов — атомов, имеющих электрический заряд. Токи в нашем организме связаны с пятью типами частиц: четырьмя положительными ионами — натрия, калия, кальция и водорода — и одним отрицательным хлорид-аниона.

Второе важное различие связано с направлением движения частиц. Ток в электрической цепи течет вдоль проводника, в то время как распространению электрического импульса по нейрону способствует движение ионов в перпендикулярном направлении.

В книге «Искра жизни» Фрэнсис Эшкрофт собрала воедино имеющиеся на сегодняшний день знания об электрических токах в организме человека и процессах на клеточном и молекулярном уровне, управляющих передачей электрических импульсов.

В состоянии покоя на мембране всех клеток существует разность потенциалов в 70 мВ, которую также называют потенциалом покоя. Изменение этого потенциала возможно при проходе заряженных частиц через мембрану внутрь и наружу клетки через специальные шлюзы — ионные каналы.

Для управления ионными каналами соседей нервные клетки выпускают в синаптическую щель — место контакта нейронов — специальные вещества, нейромедиаторы. Они специфично взаимодействуют с ионными каналами в мембране целевой клетки, подходя к определенному типу каналов как ключ к замку. В результате взаимодействия канал открывается, пропуская через себя ионы внутрь или наружу клетки. Направление движения частиц при этом зависит от концентрации ионов и распределения зарядов.

В состоянии покоя потенциал-зависимые натриевые и калиевые каналы клеток нервной и мышечной ткани находятся в закрытом состоянии под действием потенциала покоя. Они открываются только тогда, когда потенциал смещается в положительную сторону: когда это происходит, генерируется нервный импульс.

Хотя потенциально нервные волокна могут проводить импульсы в любую сторону, обычно они передают их только в одном направлении. Двигательные нервы передают сигнал от головного и спинного мозга к мышцам для управления их сокращением, а чувствительные нервы передают информацию в обратном направлении — от органов чувств к головному мозгу.

Поддержание клеток в поляризованном состоянии жизненно важно для организма и крайне энергозатратно. Один лишь мозг использует около 10% вдыхаемого кислорода для поддержания работы натриевого насоса и подзарядки аккумуляторов нервных клеток.

Наибольшее значение для генерации нервного импульса имеют калиевые и натриевые каналы. Это подчеркивает тот факт, что яды пауков, моллюсков, актиний, лягушек, змей, скорпионов и множества других экзотических существ воздействуют именно на них и, таким образом, нарушают функционирование нервов и мышц. Многие токсины крайне специфичны и нацелены на какой-нибудь один вид ионных каналов.

Разные яды имеют разный механизм действия: некоторые из них закупоривают ионные поры, а некоторые выступают в роли «распора», фиксируя канал в открытом состоянии. Это приводит к тому, что результатом проникновения в организм одних токсинов является паралич, а других — чрезмерное возбуждение, вызывающее судороги.

К примеру, яд тетродотоксин, содержащийся во внутренностях иглобрюха, которого японцы называют «рыба фугу», обладает специфичностью к натриевым каналам. Прочно закупоривая ионные поры, он препятствует нормальной передаче нервных импульсов, вызывая паралич и зачастую приводя к летальному исходу. Тем не менее, гурманы со всего мира регулярно рискуют жизнью, чтобы отведать фугу: при правильном приготовлении она перестает быть ядовитой, и лишь слегка покалывает небо.

Еще один токсин, ради эффекта которого люди готовы рискнуть — ботокс, используемый в косметических целях для разглаживания морщин. Ботокс, он же ботулотоксин — яд бактерий вида Clostridium botulinum, — один из самых сильных известных природных ядов. Он препятствует сокращению мышц и постепенно приводит к смерти от удушья. В количестве, умещающемся на кончике иглы, он смертелен для взрослого человека, однако инъекции ботокса под кожу в ничтожных концентрациях способствуют избавлению от мимических морщин.

На этом все, читайте умные книги, не суйте пальцы в розетку и читайте портал «Чердак»! А в следующем выпуске я расскажу вам о том, как мы делаем ЭТО.

 Анастасия Тмур

Действие электрического тока на организм человека, причины электротравм

Проходя через тело человека, электрический ток может вызвать поражение внутренних или внешних органов.

При поражении внутренних органов может наступить паралич органов дыхания или фибриляция, что часто влечёт за собой смертельный исход.

При поражении внешних органов могут иметь место ожоги в результате прохождения через кожу человека значительных токов или в результате непосредственного воздействия электрической дуги.

Специфическая особенность проявления опасности электрического тока заключается в отсутствии каких-либо внешних признаков, предостерегающих человека об угрожающей ему опасности.

Рисунок 1. Электричество опасно, но не всегда.

Опасное действие электрического тока на организм человека зависит главным образом от величины тока, протекающего через тело человека, пути тока и длительности его воздействия.

Для разных людей и условий предельная величина опасного тока различна.

В среднем при длительном действии:

0,5 mA – ощущается человеком;

2 3 mA – появляется боль;

15 mA – резко выраженная судорога с трудно переносимой болью;

Степень воздействия эл. тока на человека в зависимости от последствий классифицируют:

Ощутимый ток – наименьшее значение тока, который ощущается человеком. 0,8 1,8 mA при переменном токе с частотой 50 Гц и 5 7 mA при постоянном токе. Но известны случаи, когда значительно меньшие токи повлекли смертельный исход.

Отпускающий ток – наибольшее (пороговое) значение тока, при котором человек сохраняет способность самостоятельно и произвольно освободиться от контакта с частями, находящимися под напряжением. 4 8 mA при f = 50 Гц, постоянный ток в 3,5 4 раза больше.

Не отпускающий ток – наименьшее значение тока, при котором человек теряет способность самостоятельно и произвольно освободиться от контакта с частями, находящимися под напряжением и, следовательно, подвергается смертельной опасности при длительном воздействии тока. Для переменного тока 50 Гц 8 16 mA, а постоянного тока — 50 80 mA.

Смертельный ток. Большинство специалистов оценивают этот ток на уровне 100 mA и более, однако исследования последних лет показывают, что порог смертельного тока может быть в 3 4 раза ниже.

Опасность поражения организма человека током зависит от продолжительности воздействия тока. Для определения предельного тока (допустимого) Международной электротехнической комиссией рекомендована формула:

Iдоп.=10+10/t mA

где t — длительность воздействия тока на человека, секунд. Формула справедлива при t > 0.1-0.2 с.

Для t<0.1 с.

Iдоп.=240/Vt, при t= 0.001-0.01 c.

Iдоп.=760/4Vt, при t= 0.01-0.1 c.  Предельно допустимые уровни напряжений прикосновений и токов при аварийном режиме производственных энергоустановок напряжением до и выше 1000В с глухо заземлённой или изолированной нейтралью регламентированы (в зависимости от t). Для электроустановок с изолированной нейтралью UДОП.ПР = 36В, IДОП = 6 mA при t>1 с и f = 50 Гц.

Кроме величины и длительности воздействия тока опасность поражения зависит также от: Пути тока; Рода и частоты тока;

Состояния организма и физиологических особенностей человека и ряда других второстепенных факторов;

Основными факторами, определяющими величину тока, проходящего через тело человека, являются сопротивление тела человека и величина приложенного к телу напряжения.

Сопротивление тела человека зависит от большого количества факторов:

  • места контакта,
  • размеров поверхности соприкосновения,
  • состояния кожи (толщина рогового слоя),
  • её влажности,
  • загрязнённости,
  • величины приложенного напряжения и протекающего тока, под действием которого сопротивление тела человека, обладающее нелинейностью, сильно меняется.

 При напряжении 20 30В сопротивление тела остаётся почти неизменным. С увеличением приложенного напряжения в пределах от 30 до 250В сопротивление тела резко уменьшается. При напряжении около 250В наступает резко выраженный электрический пробой кожи, при этом сопротивление снижается от нескольких десятков и даже сотен тысяч до 1000 Ом и ниже. При напряжении 40 45В и выше сопротивление тела человека уже мало зависит от состояния кожи и степени её увлажнённости.

В шахтных условиях, учитывая влажность, наличие токопроводящей пыли и повышенное потовыделение, следует принимать нижнюю границу сопротивления тела человека, т. е. 1000 Ом. По данным МГИ, при расчёте электроустановок карьеров на электробезопасность с учётом специфики условий труда и окружающей среды сопротивление тела человека следует принимать:

  • при напряжении U<1000В – 0,8 кОм,
  • при напряжении U>1000В – 0,5 кОм.

До последнего времени считалось, что наиболее опасен для человека эл. ток f = 50 60 Гц. Исследования показали, что с ростом частоты тока от 50 Гц до 15 кГц значения отпускающих токов возрастают за исключением частоты 200 Гц, которая может рассматриваться как наиболее физиологически активная. Зависимость отпускающих токов IОТП от f (в пределах 200 15000 Гц) выражается формулой:

Iотп.= k*Vf


где k 0,45 – коэффициент, зависящий от условий воздействия и площади контакта с токоведущими частями.

Статистические исследования электротравматизма в различных горнодобывающих отраслях выявили причинно-следственные связи с целым рядом факторов.

Величина рабочего напряжения

70 80% электротравм на карьерах произошли в электроустановках при U>1000В (6 кВ при переменном токе). Поэтому важнейшей проблемой остаётся борьба с однофазными замыканиями на землю в карьерных распределительных сетях U = 6 кВ.

Место происшествия и вид электрооборудования

Электротравмы на ВЛ, как правило, чаще, чем на КЛ. Поэтому важно разрабатывать рациональные схемы электроснабжения карьеров. Основное число электротравм приходится на персонал, обслуживающий РУ, ВЛ и КЛ 3 10 кВ, электрооборудование экскаваторов и электровозов, а также тяговые сети U>1000В. Значительное число несчастных случаев происходит при пусконаладочных и ремонтно-монтажных работах на РУ стационарных и передвижных подстанций, а также приключательных пунктах.

Профессии, возраст и производственный стаж пострадавших

Большинство электротравм приходится на электротехнический персонал при U>1000В. Более 50% пострадавших – работники в возрасте <32 лет. На работников со стажем работы <5 лет приходится >50% электротравм.

Время происшествия несчастных случаев

Для карьеров пики электротравматизма наступают в весенний, летний и осенний периоды (наибольший пик летом).

На уровень электротравм влияют факторы влияния и усталости. Наибольшее число электротравм происходит в часы смен, соответствующих началу и окончанию работ. Максимум электротравм приходится на первую (утреннюю) рабочую смену, когда выполняется наибольшее количество работ.

Основные причины электротравматизма.

1-я группа. 80 90% происходит в результате прикосновения к токоведущим частям электроустановок. Много травм при работах без снятия напряжения.

2-я группа. 20% электротравм при ошибочной подаче напряжения и неправильном отключении электроустановок. Прикосновение к нетоковедущим частям электроустановок, оказавшимся под напряжением. Замыкания на корпус электроустановок вследствие ухудшения состояния изоляции.

Электротравмы происходят по нескольким причинам: организационным, техническим, психофизиологическим.

К организационным причинам относят обычно электротравму, связанную с невыполнением ПБ. К техническим причинам относят электротравму, связанную со снижением уровня изоляции, механическим повреждением и т. п.

На карьерах наибольшее число травм (более 70%) происходят по организационным причинам.

Для расчётов, связанных с обеспечением защиты от поражения электрическим током людей, соприкасающихся с электроустановками, необходимо знать предельную величину длительного безопасного тока , а также предельно безопасную величину напряжения прикосновения UПР. Существующие ПУЭ и ПБ не регламентируют ни предельной безопасной величины тока, ни допустимой величины напряжения прикосновения.

Во Франции для шахт установлены следующие предельно безопасные величины тока: при постоянном токе 50 mA, при переменном токе промышленной частоты – 25 mA.

В Англии и ФРГ за безопасное значение переменного тока в шахтах принимают 50 mA.

В РФ для угольных шахт «Правила изготовления взрывозащищённого и рудничного электрооборудования» (ПИВРЭ) предписывают как предельно безопасную величину длительного тока 30 mA, а при автоматической компенсации ёмкостной составляющей тока утечки – 25 mA.

«Правила безопасности в угольных и сланцевых шахтах» не регламентируют величину безопасного тока и напряжения прикосновения, однако предписывают автоматическую защиту от утечек тока и прикосновений к токоведущим частям, продолжительность действия которой не должна превышать 0,2 с.

Сопоставим это требование с таблицей RЧ = 700 Ом, IК.Б. = 250 mA, UПР = 175В (t=0,2c).

Таким образом, в шахтных условиях (при наличии защиты от утечек) ток 30 mA длительностью не выше 0,2 с тем более можно считать безопасным для человека.

Проведение электрического тока к телу человека и через него: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP a и, MS, PhD, DSc b

Raymond M. Fish

a Исследовательская лаборатория биоакустики и отделение хирургии Университета Иллинойс, Урбана-Шампейн,

Лесли А. Геддес

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, У-Лафайет, штат Индиана

a Лаборатория биоакустических исследований и отделение хирургии, Иллинойский университет в Урбана-Шампейн,

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья открытого доступа, в которой авторы сохраняют авторские права на работу.Статья распространяется по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Цель: Цель данной статьи — объяснить, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется путем первого обзора электрических и патофизиологических принципов.Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий.Темы, связанные с ожогами высоким напряжением, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатый и контактный потенциалы, дуги и молнии. Результат: Практикующий врач будет лучше понимать электрические механизмы повреждения и их ожидаемые клинические эффекты. Выводы: Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему происходят конкретные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

В этой статье объясняется, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A путем сначала обзора электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов несчастных случаев. Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий. К темам, связанным с высоковольтными ожогами, относятся замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. . Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

ЧАСТЬ A: ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И КАК ЭТО ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ТЕЛОМ ЧЕЛОВЕКА

Поражение электрическим током определяется как внезапная резкая реакция на электрический ток, протекающий через любую часть тела человека. Удар электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичное поражение электрическим током — повреждение тканей, вызванное прямым воздействием электрического тока или напряжения. Вторичные травмы, такие как падения, являются обычным явлением. Если не указано иное, эта статья относится к токам и напряжениям 60 (или 50) Гц переменного тока (среднеквадратичное значение). Кроме того, под сопротивлением мы на самом деле подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к среднеквадратичному значению переменного тока 600 В или более.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

Ток означает количество электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Ток измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные эффекты поражения электрическим током. Как указано в таблице, различные величины тока вызывают определенные эффекты. Большинство эффектов, связанных с током, возникает в результате нагревания тканей и стимуляции мышц и нервов. Стимуляция нервов и мышц может привести к проблемам, начиная от падения из-за отдачи от боли до остановки дыхания или сердца. Чтобы вызвать физиологические эффекты, требуется относительно небольшой ток.Как показано в таблице, для отключения автоматического выключателя на 20 А требуется в тысячу раз больше тока, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц *

1 мА Едва заметное
16 мА Максимальный ток, который средний человек может схватить и «отпустить»
20 мА Паралич дыхательных мышц
100 мА Порог фибрилляции желудочков
2 A Остановка сердца и повреждение внутренних органов
15/20 A Общий предохранитель размыкает цепь

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току.Более 99% сопротивления тела прохождению электрического тока приходится на кожу. Сопротивление измеряется в Ом. Мозолистая, сухая рука может иметь сопротивление более 100000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом по отношению к влажным, относительно соленым тканям под кожей. Сопротивление кожи можно эффективно обойти, если есть повреждение кожи от высокого напряжения, порез, глубокое истирание или погружение в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что пропускает больший ток, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если он держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст намного большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. 2

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

Существенные физические повреждения кожи: порезы, ссадины, ожоги
Разрушение кожи при напряжении 500 В или более
Быстрое приложение напряжения к участку кожи
Погружение в воду

Напряжение

Напряжение можно рассматривать как силу, проталкивающую электрический ток через тело .В зависимости от сопротивления будет течь определенный ток при любом заданном напряжении. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение действительно влияет на результат поражения электрическим током несколькими способами, как описано ниже.

Разрыв кожи

При напряжении 500 В или более высокое сопротивление внешнего слоя кожи выходит из строя. 3 Это значительно снижает сопротивление тела току. В результате увеличивается сила тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области разрыва кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в тело может проникнуть большой ток. Можно ожидать, что этот ток приведет к глубокому повреждению тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой при высоковольтных повреждениях часто возникают серьезные повреждения глубоких тканей, а не ожоги кожи.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) происходит из-за приложения большого напряжения к длине ткани.Это могло произойти при 20 000 В из рук в руки. Электропорация также может происходить при напряжении 120 В, когда конец шнура питания находится во рту ребенка. В этой ситуации напряжение невелико, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение прикладывается от руки к руке или с головы до ног. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к серьезным травмам мышц и других тканей. Электропорация — еще одна причина возникновения глубоких повреждений тканей.

Нагрев

При прочих равных, тепловая энергия, передаваемая тканям, пропорциональна квадрату напряжения (увеличение напряжения в 10 раз увеличивает тепловую энергию в 100 раз).

Переменный и постоянный ток

Мембраны возбудимых тканей (например, нервных и мышечных клеток) будут передавать ток в клетки наиболее эффективно при изменении приложенного напряжения. Кожа в чем-то похожа тем, что пропускает больше тока при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения с 60 циклами изменения напряжения в секунду. При использовании переменного тока, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение удара электрическим током, пока сохраняется контакт.Если есть достаточный ток, клетки скелетных мышц будут стимулироваться настолько быстро, насколько они могут ответить. Эта скорость меньше 60 раз в секунду. Это вызовет тетаническое сокращение мышц, что приведет к потере произвольного контроля над мышечными движениями. Клетки сердечной мышцы будут получать 60 стимуляций в секунду. Если амплитуда тока достаточная, произойдет фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который происходит во время большей части зубца T.

Напротив, при постоянном токе ощущение шока возникает только тогда, когда цепь замкнута или разорвана, если только напряжение не относительно высокое. 4 Даже если амплитуда тока велика, это может не произойти в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе длительность разряда более 1 сердечного цикла определенно даст стимуляцию в уязвимый период.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

На рисунке показаны источник напряжения и резистор.Например, сопротивление 1000 Ом, подключенное к источнику электроэнергии на 120 В, будет иметь значение

. Напряжение вызывает протекание тока ( I ) через заданное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Токовый путь (-а)

Электроэнергия течет из (как минимум) одной точки в другую. Часто это происходит от одной клеммы к другой клемме источника напряжения. Соединение между выводами источника напряжения часто называют «нагрузкой».«Нагрузкой может быть что угодно, проводящее электричество, например лампочка, резистор или человек. Это показано на рисунке.

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схемную модель можно применить к автомобилю. Например, отрицательная клемма автомобильного аккумулятора подключена («заземлена») к металлическому шасси автомобиля. Положительный вывод подключается к красному кабелю, состоящему из отдельных проводов, идущих к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток проходит по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отсоединение положительного или отрицательного полюса батареи остановит прохождение тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

На примере автомобиля легче понять, как протекает ток в человеческом теле. Человек, получивший удар электрическим током, будет иметь (как минимум) 2 точки контакта с источником напряжения, одна из которых может быть заземлением. Если либо соединение разорвано, ток не будет течь.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, через нервы, мышцы и кости предплечья. Сила тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок развивает модель еще дальше. Он показывает аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты на положительной и отрицательной клеммах аккумуляторной батареи. Общее сопротивление, через которое напряжение должно протекать током, равно сопротивлению двух ржавых контактов в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогична внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты добавляют сопротивление току. Фары аналогичны внутреннему сопротивлению кузова, а ржавые соединения аналогичны сопротивлению кожи. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи.

На рисунке изображен человек, подключенный к источнику напряжения. Есть соединения с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека складывается из очень низкого (приблизительно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 сопротивления при контакте с кожей. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100000 Ом, в зависимости от площади контакта, влажности, состояния кожи и других факторов. Таким образом, кожа обеспечивает большую часть защиты тела от электрического тока.

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

Высоковольтные (≥600 В) контакты иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередачи. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает при прикосновении к стороне грузовика, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика касалось линии электропередачи. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, включая краску, кожу и большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными при определенных уровнях напряжения.Эти элементы необходимо периодически проверять на наличие (иногда точного размера) разрывов изоляции. Изоляция может оказаться неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

Как отмечалось выше, для протекания тока требуются 2 или более точек контакта, находящихся под разным напряжением. Многие электрические системы подключены («заземлены») к земле. Опорные конструкции часто бывают металлическими, а также физически находятся в земле.

Рабочий был электрически подключен к линии электропередачи через металлические части своего грузовика.Высокое напряжение (7200 В) было достаточно высоким, чтобы пройти через краску на грузовике и его обуви. Птица не находилась достаточно близко к земле или чему-либо еще, чтобы замкнуть цепь на землю. Есть птицы с большим размахом крыльев, которые действительно получают удар током, когда перекрывают разрыв между проводами и конструкциями, находящимися под разным напряжением.

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

Земля (земля) под нашими ногами обычно находится под напряжением 0 В.Линии электропередач и радиоантенны заземляют путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек идет босиком по земле с расставленными ногами, между двумя ступнями должно быть напряжение 0 В. Это нормальное состояние нарушается, если проводник высоковольтной линии электропередачи достигает земли или если молния ударяет по земле.

Напряжение от воздушных линий электропередачи может достигать земли несколькими способами. Линия может порваться или отсоединиться от своих изолированных опор и вступить в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Опорные провода (растяжки) могут отсоединяться от своих соединений у земли и становиться под напряжением при контакте с линией электропередачи. В этом случае растяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если растяжка соприкасается с землей, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

Когда провод под напряжением контактирует с землей напрямую или через проводник, это называется замыканием на землю. Уменьшение напряжения с расстоянием от точки контакта с землей объекта под напряжением называется градиентом потенциала земли .Падения напряжения, связанные с этим рассеянием напряжения, называются потенциалами земли.

На рисунке показана типичная кривая распределения градиента напряжения. Этот график показывает, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница напряжений между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница напряжений между рукой человека и двумя ногами, называемая потенциалом прикосновения.Также существует ступенчатый потенциал между двумя ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются модификациями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

Ступенчатые и сенсорные потенциалы. Фактические цифры могут варьироваться в зависимости от типа почвы и влажности, а также других факторов.

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то, и другое.

Дуга высокого напряжения связана с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации от тепла дуги могут возникнуть серьезные ожоги (мгновенный ожог).Также возможны ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги также могут быть вызваны прикосновением к предметам, которые термически горячие, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут вызывать взрывные ударные волны. 5 Сила тупой травмы, которая может вызвать ушиб человека, разрыв барабанных перепонок и ушиб внутренних органов.

Если дуга или провод под напряжением контактирует с человеком и через него проходит электричество, может возникнуть травма из-за электрического тока, протекающего через тело, в дополнение к механизмам повреждения, упомянутым выше.

Клинически важно определить, повлекло ли высоковольтное повреждение электрический ток, протекающий через тело. Ток, протекающий через тело из-за высокого напряжения, может привести к возникновению условий, за которыми необходимо следить с течением времени. Эти состояния включают миоглобинурию, коагулопатию и компартмент-синдромы. Несколько клинических и связанных с электрическим контактом проблем могут помочь определить, протекал ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это обычно ожоги на всю толщину. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда их может быть несколько из-за искрения. Если проводник, например кусок проволоки, соприкоснулся с кожей, это может привести к ожогу из-за формы соприкасающегося предмета.

Горение от вспышки при отсутствии тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, тогда как ожоги от высоковольтных контактов будут на всю толщину.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает всего 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины относятся к тому факту, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, протекает через тело в другую точку контакта, где он выходит из тела и возвращается к источнику напряжения (или земле). Эта терминология несколько сбивает с толку, если учесть, что переменный ток меняет направление много раз в секунду. Терминология также может вводить в заблуждение, потому что она напоминает пулевые ранения, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные ранения. При поражении электрическим током размер раны будет зависеть от таких факторов, как размер и форма проводника, геометрия пораженной части тела и влажность.Аналогия с огнестрельными ранениями также вводит в заблуждение, поскольку не всегда имеется выходное ранение от пули, потому что пуля остается застрявшей в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают протекание тока через тело. Диффузный ожог неполной толщины не предполагает протекания тока через тело.

Помимо особенностей, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, был ли ток через глубокие ткани. Например, можно ожидать, что высоковольтный контакт с рукой, связанный с током, протекающим в руку, будет вызывать твердость и нежность предплечья.При пассивных и активных движениях пальцев может возникнуть боль, а в руке может возникнуть сенсорная недостаточность.

Молния

Молния обычно сверкает над поверхностью тела, что приводит к удивительно небольшим повреждениям у некоторых людей. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы побуждают электрический ток проходить по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда травмирует людей из-за протекания тока в теле, тупой механической силы, эффекта взрыва, который может разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы, а также интенсивный свет, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Влияние ударов низкого напряжения указано в таблице. Приведенные текущие уровни зависят от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, которые возникают в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. Эти факторы включают в себя путь тока, влажность, отсутствие возможности отпустить и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, постоянные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Далзил, 6 , который проводил измерения на людях, сообщает, что токи, превышающие 18 мА, стимулируют грудные мышцы, так что дыхание останавливается во время шока.

Другой эффект, который возникает при трансторакальном пути тока, — это фибрилляция желудочков. Трансторакальные пути течения включают руку в руку, руку в ногу и от передней части грудной клетки до задней части грудной клетки.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Явление отпускания для контакта низкого напряжения (

<600 В)

Фактором, который имеет большое значение для травм, полученных при ударах низкого напряжения, является неспособность отпустить. Сила тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сжимать руку, называется отпускающим током. 7 Если, например, пальцы человека обхватить большой кабель или ручку пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его с током менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с отпусканием тока, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. 7 При прохождении тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако сгибательные мышцы сильнее, и человек не может добровольно расслабиться. Практически во всех случаях неспособности отпускать руки используется переменный ток. Переменный ток многократно стимулирует нервы и мышцы, что приводит к тетаническому (устойчивому) сокращению, которое длится до тех пор, пока продолжается контакт.Если это приводит к тому, что субъект ужесточает хватку за проводник, результатом является продолжение электрического тока через человека и снижение контактного сопротивления. 8

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт. Напротив, с постоянным током возникает только ощущение шока, когда цепь замкнута или разорвана. Пока контакт поддерживается, ощущения шока не возникает. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, потому что рука не зажата непроизвольно.Когда ток проходит через руку, возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе более 300 мА отпускание может быть невозможно. 4 Порог фибрилляции желудочков для разряда постоянного тока длительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА для разряда 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов 60 Гц, то есть примерно 500 мА. 4

Мощность обогрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что плотный захват увеличивает площадь кожи, эффективно контактирующую с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками накапливается высокопроводящий пот. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает протекающий ток. Кроме того, нагревание сильнее, потому что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для того, чтобы отстраниться от болезненного раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к увеличению тока в течение более длительного периода времени.Это увеличит повреждение из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиление боли и частота остановки дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с травмой связок и сухожилий, а также переломы костей в области плеч.

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. 9 (p57)

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

Утопление или близкое к утоплению может быть результатом воздействия электричества в воду. Состояния, требующие лечения почти утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и условия, связанные с неэлектрическим утоплением. Эти состояния включают повышение миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (обнаруживаемой по повышению креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому у взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, которые включают желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков.Считается, что уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления связаны с жестокой борьбой, а также иногда с длительной гипоксией и электролитным дисбалансом. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она почти утонул. Это еще больше увеличит уровни КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые могут возникнуть в результате неэлектрического воздействия на стол, близкий к утоплению. Уровень креатинкиназы иногда повышается в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотонии и других состояний, которые могут повлиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

1 Погружение очень эффективно увлажняет кожу и значительно снижает ее сопротивление на единицу площади
2 Площадь контакта большой процент площади всей поверхности тела
3 Электрический ток также может проникать в организм через слизистые оболочки, такие как рот и горло.
4 Человеческое тело очень чувствительно к электричеству.Очень небольшое количество тока может вызвать потерю способности плавать, остановку дыхания и остановку сердца.

Действие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. 10 Для любого эффекта, такого как столбнячные сокращения мышц, существует ряд текущих уровней, которые вызывают эффект в зависимости от индивидуальных особенностей субъектов. Например, ток, необходимый для вызова тетанических сокращений мышц предплечья («отпускающий» ток), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от пациента.Следовательно, текущие уровни, перечисленные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями, в зависимости от обсуждаемых вопросов. С точки зрения безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel 7 обнаружил, что 10 мА может вызывать тетанические сокращения мышц и, следовательно, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot and Bentel 12 обнаружили, что 10 мА тока было достаточно, чтобы вызвать потерю мышечного контроля в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

Механизм Необходимый ток, мА Необходимое напряжение, В переменного тока
Электрическая стимуляция сердца, вызывающего фибрилляцию желудочков 100 30
Тетаническое сокращение (эффективный паралич) мышц дыхания 20 6
Потеря мышечного контроля конечностей: 16 мА для среднего человека 1 16 4 .8
Потеря мышечного контроля конечностей: всего 10 мА для наиболее чувствительных женщин 7 , 11 10 3

Общее сопротивление тела в воде

Общее с учетом мер безопасности сопротивление тела от руки к ноге в воде считается равным 300 Ом. 13 15 Smoot 11 , 16 измерили полное сопротивление тела 400 Ом с погружением.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает высокой проводимостью по сравнению с человеческим телом, поэтому поражение электрическим током в соленой воде является относительно редким явлением. Это связано с тем, что большая часть электрического тока проходит по внешней стороне тела.

Если есть разница напряжений, например, между одной рукой и другой, то через тело будет протекать электрический ток. Сила тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

В таблице указаны значения силы тока, необходимые для возникновения фибрилляции желудочков и других фатальных состояний. Общее сопротивление тела в воде составляет 300 Ом. Таким образом, известны необходимый ток и сопротивление, которое он должен испытывать. Таким образом, можно рассчитать необходимое напряжение. Для фибрилляции желудочков расчет выглядит следующим образом:

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для того, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков, необходимое напряжение составляет:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

Электрический контакт, связанный с водой, часто происходит двумя способами. Эти механизмы могут происходить в ваннах, бассейнах и озерах. Первый механизм контакта заключается в том, что человек в воде выходит из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек чувствует себя хорошо, сидя в ванне. Сопротивление контакта его руки с объектом под напряжением за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта небольшая.

Второй механизм контакта включает человека в воде, находящегося в электрическом поле из-за проводника под напряжением, который находится в воде. Например, в воду падает электрический нагреватель, подключенный к тёплому проводу розетки 120 В переменного тока. Заземленный слив находится близко к плечам человека, а обогреватель — у его или ее ног. Это дает разницу напряжений 120 В переменного тока от плеч до ступней. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воде. Местоположение напряжений в воде можно измерить. В воде могут присутствовать напряжения из-за того, что корпус лодки, подключенной к береговому источнику питания, находится под напряжением. В воде также могут присутствовать напряжения из-за находящихся под напряжением проводников в воде, которые пропускают электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный описанной выше ситуации для ступенчатого и касательного потенциалов.Ситуацию сложнее проанализировать в воде, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и в стороны — север, юг, восток и запад). Трансторакальное напряжение и напряжение на конечностях будут меняться по мере движения человека в зависимости от ориентации (направления) электрического поля.

Измерения потери мышечного контроля в воде

Измерения, аналогичные измерениям Smoot и Bentel 12 , были выполнены с одобрения институционального наблюдательного совета Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.Металлические пластины помещали внутрь резиновых контейнеров. Металлические пластины были плоскими на дне контейнеров. Сверху на каждую металлическую пластину помещали резиновый коврик с отверстиями. (Изолированный) заземляющий провод источника питания был подключен к одной пластине, а напряжение переменного тока 60 Гц от источника питания было подключено к другой пластине. Испытуемый стоял, опираясь на каждый резиновый коврик по одной ноге, как показано на рисунке. Таким образом, субъект контактировал с электрическим током в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Эта траектория потока между ногами имитировала ситуации рукопашного боя и рукопожатия, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка сводила к минимуму ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 предмет.

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

Свежая (не соленая) вода с проводимостью 320 µmho / см наполняла каждое ведро до уровня около бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные сокращения мышц сильно меняются положением ног в воде.

Первоначальные испытания показали, что при 3,05 В (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) между пластинами протекал ток 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена на 90 °. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось больше, чем на 90 °. Непроизвольное резкое сгибание произошло, когда нога была поднята (сгибанием бедра) так, чтобы бедро было горизонтальным, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию во время плавания.Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра (путем разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становится вертикальной. Общее сопротивление корпуса рассчитывается следующим образом:

При 4,05 В протекает ток 12,6 мА. Колено было согнуто на 135 °, то есть пятка находилась рядом с ягодицами. Это нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это произошло, когда нога была поднята так, чтобы колено было на уровне воды, аналогично ситуации, когда кто-то плывет.Меньшее нарушение мышечного контроля было отмечено в других положениях ног. Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра и нога становится вертикальной. Сопротивление составит 4,05 В / 12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с уровнями, о которых сообщают Dalziel, 7 Smoot, 11 и NIOSH, 1 , как указано в таблицах и. Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, что часто упоминается в литературе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Национальный институт охраны труда.Смерть рабочих от удара током. Публикация NIOSH № 98-131. 2009 г. Доступно по адресу: http://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. Проверено 20 марта. [Google Scholar] 2. Рыба Р. М., Геддес Л. А.. Электрофизиология всплесков тока подключения. Cardiovasc Eng. 2008. 8 (4): 219–24. [PubMed] [Google Scholar] 3. Гримнес С. Диэлектрический пробой кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar] 4. Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и возгораний, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8. [Google Scholar] 5. Капелли-Шеллпфеффер М, Ли RC, Тонер М, Диллер КР. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами электротравмы и травмы. 23–25 сентября. [Google Scholar] 6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectr. 1972; 9 (2): 41–50. [Google Scholar] 7. Далзил CF. Воздействие электрического шока на человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. PGME-5. [Google Scholar] 8. Рыба РМ. Феномен отпускания. В: Рыба Р.М., Геддес Л.А., редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство юристов и судей; 2009. глава 2. [Google Scholar] 9. Ли Р. К., Кравальо Э. Г., Берк Дж. Ф., редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar] 10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4 (5): 467–476. D.O.I.10.1109 / TIGA.1968.4180929. [Google Scholar] 11. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна.IEEE Trans Power Apparat Sys. 1964. 83 (9): 945–964. [Google Scholar] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Доклад представлен на: Зимнем совещании по энергетике IEEE; Февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar] 13. ВМС США. Серия тренингов по электричеству и электронике для военно-морского флота. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, штат Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998 г.С. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Управление военно-морского флота, канцелярия начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: военно-морское ведомство, канцелярия начальника военно-морских операций; 2007. С. D5–9. Доступно по адресу: http // doni.daps.dla.mil / Directive / 05000% 20General% 20Management% 20Security% 20and% 20Safety% 20Services / 05-100% 20Safety% 20and% 20Occupational% 20Health% 20Services / 5100.19E% 20-% 20Volume% 20III.pdf. [Google Scholar] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Паразитные напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный проект] Форест-Парк, штат Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Scholar] 16. Smoot AW. Заседание панели по импедансу кузова В. В: Бриджес Ю.Э., Форд Г.Л., Шерман И.А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям защиты от поражения электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

Проведение электрического тока к человеческому телу и через него: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP a и, MS, PhD, DSc b

Raymond M. Fish

a Исследовательская лаборатория биоакустики и отделение хирургии Университета Иллинойс, Урбана-Шампейн,

Лесли А. Геддес

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, У-Лафайет, штат Индиана

a Лаборатория биоакустических исследований и отделение хирургии, Иллинойский университет в Урбана-Шампейн,

b Школа биомедицинской инженерии Велдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья открытого доступа, в которой авторы сохраняют авторские права на работу.Статья распространяется по лицензии Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Цель: Цель данной статьи — объяснить, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется путем первого обзора электрических и патофизиологических принципов.Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий.Темы, связанные с ожогами высоким напряжением, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатый и контактный потенциалы, дуги и молнии. Результат: Практикующий врач будет лучше понимать электрические механизмы повреждения и их ожидаемые клинические эффекты. Выводы: Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему происходят конкретные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

В этой статье объясняется, каким образом электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A путем сначала обзора электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов несчастных случаев. Есть дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются сопротивление кожи (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен расслабления, разрушение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечная аритмия и остановка, а также утопление при поражении электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов аварий и их медицинских последствий. К темам, связанным с высоковольтными ожогами, относятся замыкания на землю, градиент потенциала земли, ступенчатые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. . Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

ЧАСТЬ A: ОСНОВЫ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА И КАК ЭТО ВЗАИМОДЕЙСТВУЕТ С ТЕЛОМ ЧЕЛОВЕКА

Поражение электрическим током определяется как внезапная резкая реакция на электрический ток, протекающий через любую часть тела человека. Удар электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичное поражение электрическим током — повреждение тканей, вызванное прямым воздействием электрического тока или напряжения. Вторичные травмы, такие как падения, являются обычным явлением. Если не указано иное, эта статья относится к токам и напряжениям 60 (или 50) Гц переменного тока (среднеквадратичное значение). Кроме того, под сопротивлением мы на самом деле подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к среднеквадратичному значению переменного тока 600 В или более.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

Ток означает количество электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Ток измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные эффекты поражения электрическим током. Как указано в таблице, различные величины тока вызывают определенные эффекты. Большинство эффектов, связанных с током, возникает в результате нагревания тканей и стимуляции мышц и нервов. Стимуляция нервов и мышц может привести к проблемам, начиная от падения из-за отдачи от боли до остановки дыхания или сердца. Чтобы вызвать физиологические эффекты, требуется относительно небольшой ток.Как показано в таблице, для отключения автоматического выключателя на 20 А требуется в тысячу раз больше тока, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц *

1 мА Едва заметное
16 мА Максимальный ток, который средний человек может схватить и «отпустить»
20 мА Паралич дыхательных мышц
100 мА Порог фибрилляции желудочков
2 A Остановка сердца и повреждение внутренних органов
15/20 A Общий предохранитель размыкает цепь

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току.Более 99% сопротивления тела прохождению электрического тока приходится на кожу. Сопротивление измеряется в Ом. Мозолистая, сухая рука может иметь сопротивление более 100000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом по отношению к влажным, относительно соленым тканям под кожей. Сопротивление кожи можно эффективно обойти, если есть повреждение кожи от высокого напряжения, порез, глубокое истирание или погружение в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что пропускает больший ток, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если он держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст намного большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. 2

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

Существенные физические повреждения кожи: порезы, ссадины, ожоги
Разрушение кожи при напряжении 500 В или более
Быстрое приложение напряжения к участку кожи
Погружение в воду

Напряжение

Напряжение можно рассматривать как силу, проталкивающую электрический ток через тело .В зависимости от сопротивления будет течь определенный ток при любом заданном напряжении. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение действительно влияет на результат поражения электрическим током несколькими способами, как описано ниже.

Разрыв кожи

При напряжении 500 В или более высокое сопротивление внешнего слоя кожи выходит из строя. 3 Это значительно снижает сопротивление тела току. В результате увеличивается сила тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области разрыва кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в тело может проникнуть большой ток. Можно ожидать, что этот ток приведет к глубокому повреждению тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой при высоковольтных повреждениях часто возникают серьезные повреждения глубоких тканей, а не ожоги кожи.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) происходит из-за приложения большого напряжения к длине ткани.Это могло произойти при 20 000 В из рук в руки. Электропорация также может происходить при напряжении 120 В, когда конец шнура питания находится во рту ребенка. В этой ситуации напряжение невелико, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение прикладывается от руки к руке или с головы до ног. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к серьезным травмам мышц и других тканей. Электропорация — еще одна причина возникновения глубоких повреждений тканей.

Нагрев

При прочих равных, тепловая энергия, передаваемая тканям, пропорциональна квадрату напряжения (увеличение напряжения в 10 раз увеличивает тепловую энергию в 100 раз).

Переменный и постоянный ток

Мембраны возбудимых тканей (например, нервных и мышечных клеток) будут передавать ток в клетки наиболее эффективно при изменении приложенного напряжения. Кожа в чем-то похожа тем, что пропускает больше тока при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения с 60 циклами изменения напряжения в секунду. При использовании переменного тока, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение удара электрическим током, пока сохраняется контакт.Если есть достаточный ток, клетки скелетных мышц будут стимулироваться настолько быстро, насколько они могут ответить. Эта скорость меньше 60 раз в секунду. Это вызовет тетаническое сокращение мышц, что приведет к потере произвольного контроля над мышечными движениями. Клетки сердечной мышцы будут получать 60 стимуляций в секунду. Если амплитуда тока достаточная, произойдет фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который происходит во время большей части зубца T.

Напротив, при постоянном токе ощущение шока возникает только тогда, когда цепь замкнута или разорвана, если только напряжение не относительно высокое. 4 Даже если амплитуда тока велика, это может не произойти в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе длительность разряда более 1 сердечного цикла определенно даст стимуляцию в уязвимый период.

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

На рисунке показаны источник напряжения и резистор.Например, сопротивление 1000 Ом, подключенное к источнику электроэнергии на 120 В, будет иметь значение

. Напряжение вызывает протекание тока ( I ) через заданное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Токовый путь (-а)

Электроэнергия течет из (как минимум) одной точки в другую. Часто это происходит от одной клеммы к другой клемме источника напряжения. Соединение между выводами источника напряжения часто называют «нагрузкой».«Нагрузкой может быть что угодно, проводящее электричество, например лампочка, резистор или человек. Это показано на рисунке.

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схемную модель можно применить к автомобилю. Например, отрицательная клемма автомобильного аккумулятора подключена («заземлена») к металлическому шасси автомобиля. Положительный вывод подключается к красному кабелю, состоящему из отдельных проводов, идущих к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток проходит по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отсоединение положительного или отрицательного полюса батареи остановит прохождение тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

На примере автомобиля легче понять, как протекает ток в человеческом теле. Человек, получивший удар электрическим током, будет иметь (как минимум) 2 точки контакта с источником напряжения, одна из которых может быть заземлением. Если либо соединение разорвано, ток не будет течь.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, через нервы, мышцы и кости предплечья. Сила тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок развивает модель еще дальше. Он показывает аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты на положительной и отрицательной клеммах аккумуляторной батареи. Общее сопротивление, через которое напряжение должно протекать током, равно сопротивлению двух ржавых контактов в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогична внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты добавляют сопротивление току. Фары аналогичны внутреннему сопротивлению кузова, а ржавые соединения аналогичны сопротивлению кожи. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи.

На рисунке изображен человек, подключенный к источнику напряжения. Есть соединения с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека складывается из очень низкого (приблизительно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 сопротивления при контакте с кожей. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100000 Ом, в зависимости от площади контакта, влажности, состояния кожи и других факторов. Таким образом, кожа обеспечивает большую часть защиты тела от электрического тока.

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

Высоковольтные (≥600 В) контакты иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередачи. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает при прикосновении к стороне грузовика, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика касалось линии электропередачи. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, включая краску, кожу и большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными при определенных уровнях напряжения.Эти элементы необходимо периодически проверять на наличие (иногда точного размера) разрывов изоляции. Изоляция может оказаться неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

Как отмечалось выше, для протекания тока требуются 2 или более точек контакта, находящихся под разным напряжением. Многие электрические системы подключены («заземлены») к земле. Опорные конструкции часто бывают металлическими, а также физически находятся в земле.

Рабочий был электрически подключен к линии электропередачи через металлические части своего грузовика.Высокое напряжение (7200 В) было достаточно высоким, чтобы пройти через краску на грузовике и его обуви. Птица не находилась достаточно близко к земле или чему-либо еще, чтобы замкнуть цепь на землю. Есть птицы с большим размахом крыльев, которые действительно получают удар током, когда перекрывают разрыв между проводами и конструкциями, находящимися под разным напряжением.

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

Земля (земля) под нашими ногами обычно находится под напряжением 0 В.Линии электропередач и радиоантенны заземляют путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек идет босиком по земле с расставленными ногами, между двумя ступнями должно быть напряжение 0 В. Это нормальное состояние нарушается, если проводник высоковольтной линии электропередачи достигает земли или если молния ударяет по земле.

Напряжение от воздушных линий электропередачи может достигать земли несколькими способами. Линия может порваться или отсоединиться от своих изолированных опор и вступить в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Опорные провода (растяжки) могут отсоединяться от своих соединений у земли и становиться под напряжением при контакте с линией электропередачи. В этом случае растяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если растяжка соприкасается с землей, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

Когда провод под напряжением контактирует с землей напрямую или через проводник, это называется замыканием на землю. Уменьшение напряжения с расстоянием от точки контакта с землей объекта под напряжением называется градиентом потенциала земли .Падения напряжения, связанные с этим рассеянием напряжения, называются потенциалами земли.

На рисунке показана типичная кривая распределения градиента напряжения. Этот график показывает, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница напряжений между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница напряжений между рукой человека и двумя ногами, называемая потенциалом прикосновения.Также существует ступенчатый потенциал между двумя ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются модификациями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

Ступенчатые и сенсорные потенциалы. Фактические цифры могут варьироваться в зависимости от типа почвы и влажности, а также других факторов.

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то, и другое.

Дуга высокого напряжения связана с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации от тепла дуги могут возникнуть серьезные ожоги (мгновенный ожог).Также возможны ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги также могут быть вызваны прикосновением к предметам, которые термически горячие, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут вызывать взрывные ударные волны. 5 Сила тупой травмы, которая может вызвать ушиб человека, разрыв барабанных перепонок и ушиб внутренних органов.

Если дуга или провод под напряжением контактирует с человеком и через него проходит электричество, может возникнуть травма из-за электрического тока, протекающего через тело, в дополнение к механизмам повреждения, упомянутым выше.

Клинически важно определить, повлекло ли высоковольтное повреждение электрический ток, протекающий через тело. Ток, протекающий через тело из-за высокого напряжения, может привести к возникновению условий, за которыми необходимо следить с течением времени. Эти состояния включают миоглобинурию, коагулопатию и компартмент-синдромы. Несколько клинических и связанных с электрическим контактом проблем могут помочь определить, протекал ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это обычно ожоги на всю толщину. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда их может быть несколько из-за искрения. Если проводник, например кусок проволоки, соприкоснулся с кожей, это может привести к ожогу из-за формы соприкасающегося предмета.

Горение от вспышки при отсутствии тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, тогда как ожоги от высоковольтных контактов будут на всю толщину.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает всего 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины относятся к тому факту, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, протекает через тело в другую точку контакта, где он выходит из тела и возвращается к источнику напряжения (или земле). Эта терминология несколько сбивает с толку, если учесть, что переменный ток меняет направление много раз в секунду. Терминология также может вводить в заблуждение, потому что она напоминает пулевые ранения, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные ранения. При поражении электрическим током размер раны будет зависеть от таких факторов, как размер и форма проводника, геометрия пораженной части тела и влажность.Аналогия с огнестрельными ранениями также вводит в заблуждение, поскольку не всегда имеется выходное ранение от пули, потому что пуля остается застрявшей в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают протекание тока через тело. Диффузный ожог неполной толщины не предполагает протекания тока через тело.

Помимо особенностей, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, был ли ток через глубокие ткани. Например, можно ожидать, что высоковольтный контакт с рукой, связанный с током, протекающим в руку, будет вызывать твердость и нежность предплечья.При пассивных и активных движениях пальцев может возникнуть боль, а в руке может возникнуть сенсорная недостаточность.

Молния

Молния обычно сверкает над поверхностью тела, что приводит к удивительно небольшим повреждениям у некоторых людей. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы побуждают электрический ток проходить по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда травмирует людей из-за протекания тока в теле, тупой механической силы, эффекта взрыва, который может разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы, а также интенсивный свет, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Влияние ударов низкого напряжения указано в таблице. Приведенные текущие уровни зависят от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, которые возникают в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. Эти факторы включают в себя путь тока, влажность, отсутствие возможности отпустить и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, постоянные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Далзил, 6 , который проводил измерения на людях, сообщает, что токи, превышающие 18 мА, стимулируют грудные мышцы, так что дыхание останавливается во время шока.

Другой эффект, который возникает при трансторакальном пути тока, — это фибрилляция желудочков. Трансторакальные пути течения включают руку в руку, руку в ногу и от передней части грудной клетки до задней части грудной клетки.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Явление отпускания для контакта низкого напряжения (

<600 В)

Фактором, который имеет большое значение для травм, полученных при ударах низкого напряжения, является неспособность отпустить. Сила тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сжимать руку, называется отпускающим током. 7 Если, например, пальцы человека обхватить большой кабель или ручку пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его с током менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с отпусканием тока, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. 7 При прохождении тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако сгибательные мышцы сильнее, и человек не может добровольно расслабиться. Практически во всех случаях неспособности отпускать руки используется переменный ток. Переменный ток многократно стимулирует нервы и мышцы, что приводит к тетаническому (устойчивому) сокращению, которое длится до тех пор, пока продолжается контакт.Если это приводит к тому, что субъект ужесточает хватку за проводник, результатом является продолжение электрического тока через человека и снижение контактного сопротивления. 8

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током, пока сохраняется контакт. Напротив, с постоянным током возникает только ощущение шока, когда цепь замкнута или разорвана. Пока контакт поддерживается, ощущения шока не возникает. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, потому что рука не зажата непроизвольно.Когда ток проходит через руку, возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе более 300 мА отпускание может быть невозможно. 4 Порог фибрилляции желудочков для разряда постоянного тока длительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА для разряда 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов 60 Гц, то есть примерно 500 мА. 4

Мощность обогрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что плотный захват увеличивает площадь кожи, эффективно контактирующую с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками накапливается высокопроводящий пот. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает протекающий ток. Кроме того, нагревание сильнее, потому что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для того, чтобы отстраниться от болезненного раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к увеличению тока в течение более длительного периода времени.Это увеличит повреждение из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиление боли и частота остановки дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с травмой связок и сухожилий, а также переломы костей в области плеч.

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. 9 (p57)

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

Утопление или близкое к утоплению может быть результатом воздействия электричества в воду. Состояния, требующие лечения почти утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и условия, связанные с неэлектрическим утоплением. Эти состояния включают повышение миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (обнаруживаемой по повышению креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому у взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, которые включают желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков.Считается, что уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления связаны с жестокой борьбой, а также иногда с длительной гипоксией и электролитным дисбалансом. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она почти утонул. Это еще больше увеличит уровни КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые могут возникнуть в результате неэлектрического воздействия на стол, близкий к утоплению. Уровень креатинкиназы иногда повышается в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотонии и других состояний, которые могут повлиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

1 Погружение очень эффективно увлажняет кожу и значительно снижает ее сопротивление на единицу площади
2 Площадь контакта большой процент площади всей поверхности тела
3 Электрический ток также может проникать в организм через слизистые оболочки, такие как рот и горло.
4 Человеческое тело очень чувствительно к электричеству.Очень небольшое количество тока может вызвать потерю способности плавать, остановку дыхания и остановку сердца.

Действие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. 10 Для любого эффекта, такого как столбнячные сокращения мышц, существует ряд текущих уровней, которые вызывают эффект в зависимости от индивидуальных особенностей субъектов. Например, ток, необходимый для вызова тетанических сокращений мышц предплечья («отпускающий» ток), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от пациента.Следовательно, текущие уровни, перечисленные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями, в зависимости от обсуждаемых вопросов. С точки зрения безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel 7 обнаружил, что 10 мА может вызывать тетанические сокращения мышц и, следовательно, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot and Bentel 12 обнаружили, что 10 мА тока было достаточно, чтобы вызвать потерю мышечного контроля в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

Механизм Необходимый ток, мА Необходимое напряжение, В переменного тока
Электрическая стимуляция сердца, вызывающего фибрилляцию желудочков 100 30
Тетаническое сокращение (эффективный паралич) мышц дыхания 20 6
Потеря мышечного контроля конечностей: 16 мА для среднего человека 1 16 4 .8
Потеря мышечного контроля конечностей: всего 10 мА для наиболее чувствительных женщин 7 , 11 10 3

Общее сопротивление тела в воде

Общее с учетом мер безопасности сопротивление тела от руки к ноге в воде считается равным 300 Ом. 13 15 Smoot 11 , 16 измерили полное сопротивление тела 400 Ом с погружением.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает высокой проводимостью по сравнению с человеческим телом, поэтому поражение электрическим током в соленой воде является относительно редким явлением. Это связано с тем, что большая часть электрического тока проходит по внешней стороне тела.

Если есть разница напряжений, например, между одной рукой и другой, то через тело будет протекать электрический ток. Сила тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

В таблице указаны значения силы тока, необходимые для возникновения фибрилляции желудочков и других фатальных состояний. Общее сопротивление тела в воде составляет 300 Ом. Таким образом, известны необходимый ток и сопротивление, которое он должен испытывать. Таким образом, можно рассчитать необходимое напряжение. Для фибрилляции желудочков расчет выглядит следующим образом:

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для того, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков, необходимое напряжение составляет:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

Электрический контакт, связанный с водой, часто происходит двумя способами. Эти механизмы могут происходить в ваннах, бассейнах и озерах. Первый механизм контакта заключается в том, что человек в воде выходит из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек чувствует себя хорошо, сидя в ванне. Сопротивление контакта его руки с объектом под напряжением за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта небольшая.

Второй механизм контакта включает человека в воде, находящегося в электрическом поле из-за проводника под напряжением, который находится в воде. Например, в воду падает электрический нагреватель, подключенный к тёплому проводу розетки 120 В переменного тока. Заземленный слив находится близко к плечам человека, а обогреватель — у его или ее ног. Это дает разницу напряжений 120 В переменного тока от плеч до ступней. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воде. Местоположение напряжений в воде можно измерить. В воде могут присутствовать напряжения из-за того, что корпус лодки, подключенной к береговому источнику питания, находится под напряжением. В воде также могут присутствовать напряжения из-за находящихся под напряжением проводников в воде, которые пропускают электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный описанной выше ситуации для ступенчатого и касательного потенциалов.Ситуацию сложнее проанализировать в воде, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и в стороны — север, юг, восток и запад). Трансторакальное напряжение и напряжение на конечностях будут меняться по мере движения человека в зависимости от ориентации (направления) электрического поля.

Измерения потери мышечного контроля в воде

Измерения, аналогичные измерениям Smoot и Bentel 12 , были выполнены с одобрения институционального наблюдательного совета Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн.Металлические пластины помещали внутрь резиновых контейнеров. Металлические пластины были плоскими на дне контейнеров. Сверху на каждую металлическую пластину помещали резиновый коврик с отверстиями. (Изолированный) заземляющий провод источника питания был подключен к одной пластине, а напряжение переменного тока 60 Гц от источника питания было подключено к другой пластине. Испытуемый стоял, опираясь на каждый резиновый коврик по одной ноге, как показано на рисунке. Таким образом, субъект контактировал с электрическим током в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Эта траектория потока между ногами имитировала ситуации рукопашного боя и рукопожатия, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка сводила к минимуму ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 предмет.

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

Свежая (не соленая) вода с проводимостью 320 µmho / см наполняла каждое ведро до уровня около бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные сокращения мышц сильно меняются положением ног в воде.

Первоначальные испытания показали, что при 3,05 В (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) между пластинами протекал ток 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена на 90 °. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось больше, чем на 90 °. Непроизвольное резкое сгибание произошло, когда нога была поднята (сгибанием бедра) так, чтобы бедро было горизонтальным, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию во время плавания.Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра (путем разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становится вертикальной. Общее сопротивление корпуса рассчитывается следующим образом:

При 4,05 В протекает ток 12,6 мА. Колено было согнуто на 135 °, то есть пятка находилась рядом с ягодицами. Это нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это произошло, когда нога была поднята так, чтобы колено было на уровне воды, аналогично ситуации, когда кто-то плывет.Меньшее нарушение мышечного контроля было отмечено в других положениях ног. Контроль над мышцами постепенно восстанавливается, когда ступня опускается на дно ведра и нога становится вертикальной. Сопротивление составит 4,05 В / 12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с уровнями, о которых сообщают Dalziel, 7 Smoot, 11 и NIOSH, 1 , как указано в таблицах и. Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, что часто упоминается в литературе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Существует множество типов электрических контактов, каждый из которых имеет важные характеристики. Понимание того, как электрический ток достигает и проходит через тело, может помочь врачу понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы могут возникнуть.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Национальный институт охраны труда.Смерть рабочих от удара током. Публикация NIOSH № 98-131. 2009 г. Доступно по адресу: http://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. Проверено 20 марта. [Google Scholar] 2. Рыба Р. М., Геддес Л. А.. Электрофизиология всплесков тока подключения. Cardiovasc Eng. 2008. 8 (4): 219–24. [PubMed] [Google Scholar] 3. Гримнес С. Диэлектрический пробой кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar] 4. Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и возгораний, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8. [Google Scholar] 5. Капелли-Шеллпфеффер М, Ли RC, Тонер М, Диллер КР. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами электротравмы и травмы. 23–25 сентября. [Google Scholar] 6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectr. 1972; 9 (2): 41–50. [Google Scholar] 7. Далзил CF. Воздействие электрического шока на человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. PGME-5. [Google Scholar] 8. Рыба РМ. Феномен отпускания. В: Рыба Р.М., Геддес Л.А., редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство юристов и судей; 2009. глава 2. [Google Scholar] 9. Ли Р. К., Кравальо Э. Г., Берк Дж. Ф., редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar] 10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4 (5): 467–476. D.O.I.10.1109 / TIGA.1968.4180929. [Google Scholar] 11. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна.IEEE Trans Power Apparat Sys. 1964. 83 (9): 945–964. [Google Scholar] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Доклад представлен на: Зимнем совещании по энергетике IEEE; Февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar] 13. ВМС США. Серия тренингов по электричеству и электронике для военно-морского флота. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, штат Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998 г.С. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Управление военно-морского флота, канцелярия начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: военно-морское ведомство, канцелярия начальника военно-морских операций; 2007. С. D5–9. Доступно по адресу: http // doni.daps.dla.mil / Directive / 05000% 20General% 20Management% 20Security% 20and% 20Safety% 20Services / 05-100% 20Safety% 20and% 20Occupational% 20Health% 20Services / 5100.19E% 20-% 20Volume% 20III.pdf. [Google Scholar] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Паразитные напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный проект] Форест-Парк, штат Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Scholar] 16. Smoot AW. Заседание панели по импедансу кузова В. В: Бриджес Ю.Э., Форд Г.Л., Шерман И.А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям защиты от поражения электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

Биоэлектричество может быть ключом к борьбе с раком — Quartz

Каждое ваше движение, восприятие и мысль контролируются электричеством.

Если вам это кажется маловероятным, возможно, вы предполагаете, что электричество и человеческое тело несовместимы. Но точно так же, как электрические сигналы лежат в основе мировых коммуникационных сетей, мы обнаруживаем, что они делают то же самое в наших телах: биоэлектричество — это то, как наши клетки общаются друг с другом.

Благодаря более чувствительным инструментам, более совершенным методам измерения нашего врожденного электричества на клеточном уровне и, как следствие, более глубокому пониманию этих клеточных процессов, мы теперь можем делать гораздо больше для интерпретации, прерывания или перенаправления этих коммуникационных сигналов. Применений бесчисленное множество, но они особенно многообещающие и незамедлительные для исправления тела, когда оно выходит из строя, будь то из-за травмы, врожденных дефектов или рака. Виды исправлений, которые можно получить с помощью биоэлектрических вмешательств, прямо шокируют .

Электроэнергия тела

Биоэлектричество — это не тот вид электричества, который включает свет, когда вы щелкаете выключателем. Этот вид электричества основан на электронах: отрицательно заряженных частицах, текущих в токе. Человеческое тело, включая мозг, работает по совершенно другой версии: движение в основном положительно заряженных ионов таких элементов, как калий, натрий и кальций.

Таким образом все сигналы проходят внутри и между мозгом и каждым органом и агентом восприятия, движения и познания.Это основа нашей способности думать, говорить и ходить. И оказывается, это также играет большую роль в том, как наши клетки сообщают друг другу, что системы, в которых они находятся, здоровы — или нет.

Это не всегда было очевидно. Луи Лангман, например, опередил свое время. Работая в 1920-х годах в Нью-Йорке, он предлагал пациентам своего отделения в гинекологической службе Бельвью необычный метод диагностики рака: два электрода, один помещался во влагалищный канал, а другой — на лобок.Это позволило ему измерить градиент электрического напряжения между шейкой матки и вентральной брюшной стенкой. Если Лангман обнаруживал заметное изменение этого градиента, он предлагал женщине лапаротомию, чтобы проверить, оправданы ли его подозрения.

Техника оказалась на удивление эффективной. Из 102 случаев, в которых флуктуации выявили значительный сдвиг градиента напряжения, в 95 были подтверждены злокачественные новообразования. Точные места расположения рака были разными, но часто их определяли до того, как у женщины появились очевидные симптомы.

Лэнгман и его соавтор, анатом из Йельского университета Гарольд Сакстон Бёрр, входили в небольшую группу ученых, исследующих электрические свойства тканей человека. Они считали, что все живые существа — от мышей до людей и растений — сформированы и контролируются электрическими полями, которые можно измерить и нанести на карту с помощью стандартных вольтметров.

Лэнгман и Берр были правы, но их выводы были плохо изучены до 1949 года, когда Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли обнаружили, как ионы помогают электрическим сигналам проходить через мембраны нервных клеток.Этот прорыв, за который они позже получили Нобелевскую премию, должен был вызвать взрыв исследований, в том числе поисков ионной связи за пределами нервной системы.

Вскоре мы проанализируем электрические свойства тела так же, как мы описали его генетическую основу, то есть завершим человеческий «электромеханизм».

Но как только Ходжкин и Хаксли открыли этот механизм, его затмил другой прорыв: в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик объявили, что они открыли структуру двойной спирали ДНК.Вся дисциплина биологии быстро реорганизовалась вокруг генов. Биоэлектричество было отнесено к нише в нейробиологии.

Не помогло то, что не было возможности изучать потоки ионов во многих других типах клеток тела, не убивая их, тем самым подавляя сами изучаемые процессы. Так продолжалось до 1976 года, когда Эрвин Неер и Берт Сакманн разработали инструмент для этого — позволяющий ученым наблюдать, как отдельные ионы дрейфуют в нейроны и выходят из них.Они использовали свою технику «патч-зажим», чтобы обнаружить каналы, которые позволяют ионам проникать через клеточные мембраны.

Под кожей

Охота на биоэлектрическую коммуникацию началась, и генетика превратилась из заклятого врага биоэлектричества в его лучшего друга. Теперь ученые могли клонировать клетки с определенными ионными каналами и без них и посмотреть, что происходит. Это быстро привело к повторному открытию биоэлектрической передачи сигналов во многих типах клеток за пределами нервной системы.

Одним из первых были клетки кожи, которые при травмах генерируют электрическое поле.Вы можете сами почувствовать это так называемое течение травмы: сильно прикусить щеку, а затем приложить к ней язык. Вы почувствуете покалывание. Это вы чувствуете напряжение. Рневой ток обращается к окружающей ткани, привлекая таких помощников, как заживляющие агенты, макрофаги, которые убирают беспорядок, и восстанавливающие коллаген клетки, называемые фибробластами.

Но этот ток было сложно измерить всего несколько лет назад — хрупкие, сверхчувствительные устройства, которые были способны определять ионы, входящие и выходящие из клеток, не могли быть нарушены и не работали в сухой среде. как кожа.Но в 2012 году Ричард Нуччителли создал неинвазивное устройство, которое могло воздействовать на кожу, позволяя тщательно контролировать токи травм человека. Он обнаружил, что он достигает пика при травме, ослабевает по мере заживления раны и возвращается к неопределяемому, когда заживление завершено.

Но что интересно, он также обнаружил, что люди, у которых ток травм был слабым, заживали медленнее, чем люди, у которых течение травм было «сильнее». Еще интереснее: сила тока в ране снижается с возрастом, излучающий сигнал, который вдвое слабее у людей старше 65 лет, чем у людей младше 25 лет.

Это привело к всплеску интереса к использованию естественного электричества нашего тела для ускорения или улучшения заживления ран. Энн Райничек из Университета Абердина обнаружила, что если она использовала препараты, блокирующие каналы, для подавления ионов натрия и, таким образом, прерывания электрических сигналов, посылаемых током раны у крыс, их раны заживали дольше.

Может ли быть наоборот? Может ли усиление естественного электрического поля кожи сократить время заживления или даже способствовать заживлению ран, которые вообще не поддаются заживлению?

Недавние испытания показывают, что да.Возможно, самые мучительные виды ран — это сильные пролежни, на заживление которых могут уйти месяцы или годы (если они вообще заживают) и поражение тканей, мышц и костей глубоко под кожей. Два недавних метаанализа пришли к выводу, что усиление естественного тока в ране с помощью электрической стимуляции предотвратило их ухудшение и даже полностью вылечило некоторые из худших. Электростимуляция почти вдвое увеличивает их исцеление. Аналогичные интригующие результаты были получены в отношении незаживающих диабетических ран — тех, которые приводят к ампутации конечностей, которая обычно в течение нескольких лет приводит к смерти.

Эффект не ограничивается кожей. Растущее количество данных за последние несколько десятилетий предполагает, что тот же вид электростимуляции может ускорить заживление переломов костей, что может иметь значение для лечения или даже предотвращения остеопороза. Появляется все больше свидетельств того, что одни и те же клеточные электрические механизмы можно использовать для лечения травм позвоночника.

Будущее биоэлектричества

Так почему же не каждый хирург применяет электрическую стимуляцию к каждой ране?

Недавнее исследование показало, что идея об электричестве, имеющем отношение к биологии, все еще слишком нова и противоречит здравому смыслу для широкого распространения.И даже когда клиницисты слышали об этом, они не знали, как его использовать: ни в одном из существующих руководств не указывается ни тип тока (постоянный? Переменный?), Ни параметры (как долго его следует применять? Насколько сильным он должен быть? ). Даже инструменты не стандартизированы. Неудивительно, что при отсутствии четких рекомендаций терапевты предпочитают прибегать к антибиотикам, а не брать на себя ответственность за этот пугающий набор возможностей.

Кроме того, во многих клинических испытаниях исследователи жалуются, что комплект с его электродами и источниками питания слишком громоздкий, ограничивает естественное движение и мешает пациенту соблюдать режим лечения.Но это может не быть проблемой надолго. Многие лаборатории и частные компании сейчас работают над биоэлектрическими повязками для ран — полиэфирными или другими субстратами, пропитанными серебром и другими биологически активными веществами, которые активируются «жидкостью раны» и усиливают естественный ток раны. Будущие версии могут нести более мощный заряд.

В конце прошлого года совместная американо-китайская группа из Университета Висконсина и Университета Хуачжун разработала носимый наногенератор, который можно было вставить в конструкцию повязки, чтобы генерировать увеличивающееся электрическое поле от повседневных движений пользователя.Крысам, которые носили эту повязку, требовалось в среднем три дня, чтобы зажить; те, которые не использовали 12.

Возможно, даже удастся усилить ток в ране без электростимуляции. Это важно при травмах, при которых нет необходимости накладывать электричество или повязку, например при травмах глаз. Мин Чжао из Калифорнийского университета в Дэвисе показал, что разрывы в роговице заживают быстрее, если манипулировать определенными ионными каналами с помощью простых глазных капель для увеличения силы тока в ране — биоэлектричество без электричества.

Связь между раком и электричеством

Если удастся завоевать сердца и умы врачей, заживление ран, вероятно, является самым непосредственным клиническим применением биоэлектрических исследований. Но то, что мы можем ожидать в следующие 10 лет, — это большая ясность в отношении того, как отдельные клетки используют электрическую связь, чтобы сотрудничать на службе тела в целом.

Рак все чаще рассматривается как нарушение коммуникации.

Раком называют неизлечимую рану.Есть много общего. Например, новые кровеносные сосуды образуются как по мере заживления ран, так и по мере того, как клетки становятся злокачественными, и в обоих случаях происходят изменения электрических сигналов. Разница в том, что при раке сигналы никогда не прекращаются.

Как подозревали Лангман и Берр в 1920-х годах, рак можно обнаружить по нарушению широко распространенных биоэлектрических свойств организма — нарушений, обнаруживаемых в местах, удаленных от самой опухоли. Бёрр показал, что, если вы имплантируете опухоль животному, электрические сигналы его тела почти сразу же выходят из строя.

Рак все чаще рассматривается как нарушение коммуникации; неправильное регулирование поля информации, которое управляет деятельностью отдельных клеток, направленной на функционирование как часть нормальной живой системы. Отдельные клетки «забывают», что они являются частью большего целого, и относятся к остальному телу как к среде, ресурсы которой можно использовать, чтобы прокормить себя.

Это большой отход от общепринятой точки зрения, которая десятилетиями считала, что здоровую клетку превращают в раковую просто накопление генетических повреждений.История гласила, что мутации приводят к неограниченному распространению.

Но что, если в этой истории есть нечто большее? Майкл Левин из Университета Тафтса был одним из первых, кто задался вопросом, имеет ли неспособность клетки нормально взаимодействовать с сетями формирования паттернов тела также отношение к поведению рака.

Доказательств этого факта становится все больше. Электрические поля, создаваемые ионами, накачивающими кожу или ткань органа, посылают клеткам сигналы о начале миграции, что также имеет решающее значение для распространения рака по телу.Мустафа Джамгоз из Имперского колледжа Лондона исследовал роль определенного типа натриевых каналов в развитии рака груди и простаты. Они размножаются в раковых клетках, делая их более электрически активными, чем могут управлять обычные механизмы контроля организма. Затем такие клетки проникают в другие ткани и метастазируют.

Биоэлектрические сигналы связаны не только с метастазами. Фрэнки Роусон из Ноттингемского университета обнаружил, что при раке важен другой вид биологически генерируемого тока, позволяющий перепрограммировать энергию — еще один ключевой аспект рака.

Можно ли обратить вспять рак, контролируя биоэлектрические переговоры между клетками? В 2013 году группа Левина показала, что они могут предотвратить или обратить вспять некоторые опухоли у головастиков с помощью лекарств, нацеленных на их биоэлектрическую передачу сигналов. Те же лекарства могут включать и выключать рак на расстоянии, воздействуя на окружающую среду, а не на сами клетки. В 2016 году они восстановили нормальную биоэлектрическую передачу сигналов у головастиков лягушек с опухолями. Они росли, распространились и сформировали собственное кровоснабжение, пока Левин не добавил новые, активируемые светом ионные каналы с помощью генной терапии.Это заставило клетки перестать бесконтрольно делиться — фактически, они вернулись в здоровое состояние после того, как опухоли уже сформировались. Клетки внутри них просто перестали быть раковыми.

Этот подход был бы проблематичным для людей, поскольку генная терапия остается экспериментальной, но Левин работает над повторением своих результатов с лекарствами, одобренными для лечения других заболеваний.

Заживление ран больше похоже на регенерацию, которой славятся саламандры.

Ремонт сломанной биоэлектрической системы связи может дать еще более впечатляющие результаты.Левин стремился обратить вспять катастрофические деформации головастиков, которые были подвергнуты эквиваленту тяжелого курения или употребления алкоголя во время беременности человека — и то, и другое вызывает эмбриональные дефекты, вмешиваясь в биоэлектрические сигналы, посылаемые развивающимися клетками плода. После однократной двухдневной ванны с широко доступным препаратом для ионных каналов головастики перестроились и выросли как обычно. Подразумевается, что такие расстройства, как алкогольный синдром плода и другие врожденные дефекты, в конечном итоге могут быть обратимы у людей.

Более широкое значение по-прежнему заключается в том, что в течение следующего десятилетия мы сможем узнать достаточно о биоэлектричестве, чтобы изменить то, как клеточные сети общаются и принимают решения о том, как они растут и развиваются. Основным фактором здесь будут новые инструменты вычислительного моделирования. Исследователи, включая Левина, теперь используют их, чтобы точно сказать им, какие каналы необходимо настроить, чтобы произвести желаемые изменения в более крупных электрических цепях (и, следовательно, физические изменения).

В конечном счете, заживление ран больше похоже на вид регенерации, которым славятся саламандры — и действительно, Левин продемонстрировал в нескольких экспериментах, что конечности и хвосты можно регенерировать с помощью биоэлектрической настройки даже у таких видов, как лягушки, которые от природы не предрасположены к Это.Это открывает перспективу будущих методов лечения, которые включают простое удаление пораженной части тела и ее повторное выращивание.

Щелчок переключателя

Очевидно, что есть очень много препятствий, которые необходимо преодолеть, прежде чем мы начнем обращать вспять рак, отрубать конечности или вырезать жизненно важные органы и выращивать новые. Испытания на людях будет сложно провести, а клетка — это дьявольски сложная среда с множеством переменных, за которыми нужно следить: эксперименты по манипулированию биоэлектрическим полем показали, что есть еще много пробелов, которые необходимо заполнить.

Тем не менее, мы продолжаем узнавать все больше о том, насколько задействованы и связаны наши сотовые сети связи во всех ячейках и между ними. В прошлом году Джамгоз обнаружил, что подавление его определенных натриевых каналов лекарством может остановить метастазирование у крыс с раком простаты. Он уже подал патент на использование блокаторов потенциал-управляемых натриевых каналов в качестве антиметастатических препаратов.

То, что стало ясно только в последнее десятилетие, — это возможность подключиться к общению, усилить его и прервать.В следующем десятилетии мы сможем добиться быстрого прогресса, если сможем осознать идею о том, что наши тела по крайней мере столь же электрические, как и химические или механические. Отчасти речь идет о выходе за рамки простого понимания того, какие эффекты биоэлектрические сигналы имеют, к пониманию того, что они на самом деле означают. Вычислительные модели, которые предполагают, какие настройки ионных каналов соответствуют каким физическим изменениям, станут только более точными по мере того, как вычисления станут более мощными. И исследователи начинают устранять пробелы между дисциплинами — биофизикой, инженерией или молекулярной биологией, — которые долгое время препятствовали прогрессу в этой области.

В течение 10 или 20 лет мечта состоит в том, чтобы использовать эти открытия для профилирования электрических свойств биологических тканей таким же образом, как мы профилировали его генетическую основу, то есть создать человеческий «электромеханический», а затем использовать его. биоэлектрический код человека.

После почти столетия забвения и застоя наука о биоэлектричестве наконец достигла переломного момента: мы готовы взломать биоэлектрический код сейчас.

Это эссе было адаптировано по материалам финалиста премии Nesta’s Tipping Point Prize.Прочтите все очерки здесь.

20.6: Опасность поражения электрическим током и человеческое тело

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Определите термическую опасность, опасность поражения электрическим током и короткого замыкания.
  • Объясните, какое влияние различные уровни тока оказывают на человеческое тело.

Есть две известные опасности, связанные с электричеством — термическая и ударная. Тепловая опасность — это опасность, при которой чрезмерная электрическая мощность вызывает нежелательные тепловые эффекты, такие как начало пожара в стене дома.Опасность поражения электрическим током возникает, когда электрический ток проходит через человека. Шок варьируется по степени тяжести от болезненного, но в остальном безвредного, до смертельного, вызывающего остановку сердца. В этом разделе количественно рассматриваются эти опасности и различные факторы, влияющие на них. Электробезопасность: Системы и устройства будут рассматривать системы и устройства для предотвращения поражения электрическим током.

Термические опасности

Электроэнергия вызывает нежелательные эффекты нагрева всякий раз, когда электрическая энергия преобразуется в тепловую со скоростью, превышающей ее безопасное рассеивание.{2} / r \) очень велико. например, если \ (V \) равно 120 В и \ (r \) равно \ (0,100 \ Omega \), то мощность составит 144 кВт, что на намного больше, чем у обычного бытового прибора. Тепловая энергия, передаваемая с такой скоростью, очень быстро поднимет температуру окружающих материалов, плавя или, возможно, воспламеняя их.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Короткое замыкание — это нежелательный путь с низким сопротивлением через источник напряжения. {2} R_ {W} \), где \ (R_ {W} \) — сопротивление проводов, а \ (I \) ток, протекающий через них.{2} R_ {W} = 200 Вт \) рассеивается в шнуре — намного больше, чем это безопасно. Точно так же, если провод с сопротивлением \ (0,100 — \ Омега \) предназначен для передачи нескольких ампер, но вместо этого имеет ток 100 А, он сильно перегреется. Мощность, рассеиваемая в проводе, в этом случае будет равна \ (P = 1000 Вт \). Предохранители и автоматические выключатели используются для ограничения чрезмерных токов. (См. Рисунок 2 и рисунок 3.) Каждое устройство автоматически размыкает цепь, когда постоянный ток превышает безопасные пределы.

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): (a) Предохранитель имеет металлическую полосу с низкой температурой плавления, которая при перегреве чрезмерным током навсегда разрывает соединение цепи с источником напряжения.(b) Автоматический выключатель — это автоматический, но восстанавливаемый электрический выключатель. Показанный здесь имеет биметаллическую полосу, которая изгибается вправо и в выемку при перегреве. Затем пружина толкает металлическую полосу вниз, разрывая электрическое соединение в точках. Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Схема цепи с предохранителем или автоматическим выключателем в ней. Предохранители и автоматические выключатели действуют как автоматические выключатели, которые размыкаются, когда постоянный ток превышает желаемые пределы.

Предохранители и автоматические выключатели для обычных бытовых напряжений и токов относительно просто изготовить, но предохранители для больших напряжений и токов имеют особые проблемы.Например, когда автоматический выключатель пытается прервать поток высоковольтного электричества, через его точки может проскочить искра, которая ионизирует воздух в зазоре и позволяет току продолжать течь. В крупных автоматических выключателях, используемых в системах распределения электроэнергии, используется изолирующий газ и даже для гашения таких искр используются струи газа. Здесь переменный ток более безопасен, чем постоянный, поскольку переменный ток проходит через ноль 120 раз в секунду, что дает возможность быстро погасить эти дуги.

Опасность поражения электрическим током

Электрические токи, протекающие через людей, производят чрезвычайно разнообразные эффекты.Электрический ток можно использовать для блокирования боли в спине. Возможность использования электрического тока для стимуляции мышечной активности парализованных конечностей, что, возможно, позволит людям с параличом нижних конечностей ходить, изучается. Телевизионные драматизации, в которых электрические разряды используются, чтобы вывести жертву сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков (чрезвычайно нерегулярное, часто со смертельным исходом, сердцебиение), более чем обычны. Тем не менее, большинство смертельных случаев от поражения электрическим током происходит из-за того, что ток вызывает фибрилляцию сердца. Электрокардиостимулятор заставляет сердце биться правильно.Некоторые смертельные удары током не вызывают ожогов, но бородавки можно безопасно сжечь электрическим током (хотя сейчас более распространено замораживание с использованием жидкого азота). Конечно, этим разрозненным эффектам можно найти последовательные объяснения. Основными факторами, от которых зависят последствия поражения электрическим током, являются

.
  1. Сумма тока \ (I \)
  2. Путь, пройденный нынешним
  3. Продолжительность шока
  4. Частота \ (f \) тока (\ (f = 0 \) для постоянного тока)

В таблице ниже представлены эффекты поражения электрическим током в зависимости от силы тока для типичного случайного поражения электрическим током.Эффекты относятся к сотрясению, которое проходит через туловище, длится 1 с и вызывается мощностью 60 Гц.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Электрический ток может вызывать мышечные сокращения с различными эффектами. (а) Пострадавший «отбрасывается» назад из-за непроизвольных сокращений мышц, разгибающих ноги и туловище. (б) Пострадавший не может отпустить проволоку, которая стимулирует все мышцы руки. Смыкающие пальцы сильнее, чем разжимающие.
Ток (мА) Эффект
1 Порог ощущения
5 Максимальный безопасный ток
10-20 Начало устойчивого мышечного сокращения; не может отпустить на время шока; сокращение грудных мышц может привести к остановке дыхания во время шока
50 Начало боли
100-300 + Возможна фибрилляция желудочков; часто со смертельным исходом
300 Начало ожога в зависимости от концентрации тока
6000 (6А) Начало устойчивого сокращения желудочков и паралича дыхания; оба прекращаются, когда заканчивается шок; сердцебиение может вернуться в норму; используется для дефибрилляции сердца

Эффекты поражения электрическим током в зависимости от силы тока

Наши тела являются относительно хорошими проводниками из-за воды в наших телах.Учитывая, что большие токи будут проходить через секции с меньшим сопротивлением (подробнее будет обсуждаться в следующей главе), электрические токи предпочтительно протекают по путям в человеческом теле, которые имеют минимальное сопротивление на прямом пути к земле. Земля — ​​естественный сток электронов. Ношение изолирующей обуви — требование во многих профессиях — препятствует прохождению электронов, создавая на этом пути большое сопротивление. При работе с мощными инструментами (сверлами) или в опасных ситуациях убедитесь, что вы не обеспечиваете путь для прохождения тока (особенно через сердце).

Очень слабые токи безвредно проходят через тело. Это происходит с вами регулярно без вашего ведома. Порог ощущения составляет всего 1 мА, и, несмотря на неприятные ощущения, разряды, по-видимому, безвредны для токов менее 5 мА. Во многих правилах безопасности значение 5 мА является максимально допустимым током. Ток от 10 до 20 мА и выше может стимулировать длительные мышечные сокращения так же, как обычные нервные импульсы. Иногда люди говорят, что они были сбиты с толку от шока, но на самом деле произошло то, что некоторые мышцы сократились, заставляя их двигаться не по их собственному выбору.(См. Рис. 4a.) Более пугающим и потенциально более опасным является эффект «не могу отпустить», проиллюстрированный на рис. 4b.

Мышцы, закрывающие пальцы, сильнее, чем мышцы, открывающие их, поэтому рука непроизвольно смыкается на проводе, сотрясающем ее. Это может продлить шок на неопределенный срок. Это также может быть опасно для человека, пытающегося спасти жертву, потому что рука спасателя может сомкнуться на запястье жертвы. Обычно лучший способ помочь пострадавшему — это сильно ударить кулаком / ударом / встряхнуть изолятором или бросить изолятор в кулак.Современные электрические ограждения, используемые в вольерах для животных, теперь включаются и выключаются, чтобы люди, прикоснувшиеся к ним, могли освободиться, что делает их менее смертоносными, чем в прошлом.

Сильные токи могут повлиять на сердце. Его электрические паттерны могут быть нарушены, так что он будет биться нерегулярно и неэффективно в состоянии, называемом «фибрилляция желудочков». Это состояние часто сохраняется после шока и приводит к летальному исходу из-за нарушения кровообращения. Порог фибрилляции желудочков составляет от 100 до 300 мА.При токе около 300 мА и выше разряд может вызвать ожоги, в зависимости от концентрации тока — чем более концентрированный, тем выше вероятность ожога.

Очень большие токи заставляют сердце и диафрагму сокращаться на время разряда. И сердце, и дыхание останавливаются. Интересно, что оба часто возвращаются к нормальному состоянию после шока. Электрические паттерны в сердце полностью стираются, так что сердце может начать заново при нормальном биении, в отличие от постоянного нарушения, вызванного меньшими токами, которые могут вызвать фибрилляцию желудочков в сердце.Последнее похоже на каракули на доске, тогда как первое полностью стирает его. В телесериалах о поражении электрическим током, используемом для выведения жертвы сердечного приступа из состояния фибрилляции желудочков, также показаны большие лопасти. Они используются для распределения тока, проходящего через пострадавшего, чтобы снизить вероятность ожогов.

Ток является основным фактором, определяющим серьезность удара (при условии, что другие условия, такие как путь, продолжительность и частота, являются фиксированными, например, в таблице и в предыдущем обсуждении).Более высокое напряжение более опасно, но поскольку \ (I = V / R \), сила удара зависит от комбинации напряжения и сопротивления. Например, человек с сухой кожей имеет сопротивление около \ (200 кОмега \). Если он соприкасается с напряжением 120 В переменного тока, через него безвредно проходит ток \ (I = (120 В) / (200 кОм) = .6 мА \). Тот же человек, намокший насквозь, может иметь сопротивление \ (10,0 кОмега \), и те же 120 В будут производить ток 12 мА — выше порога «не могу отпустить» и потенциально опасен.

Большая часть сопротивления тела находится в его сухой коже. Во влажном состоянии соли переходят в ионную форму, что значительно снижает сопротивление. Внутренняя часть тела имеет гораздо меньшее сопротивление, чем сухая кожа, из-за всех содержащихся в ней ионных растворов и жидкостей. Если обойти сопротивление кожи, например, с помощью внутривенной инфузии, катетера или открытого электрокардиостимулятора, человек становится чувствительным к микрошоку . В этом состоянии токи около 1/1000 от перечисленных в таблице выше производят аналогичные эффекты.Во время операции на открытом сердце можно использовать ток до \ (20 мкА \), чтобы успокоить сердце. Строгие требования к электробезопасности в больницах, особенно в хирургии и реанимации, связаны с вдвойне менее уязвимыми пациентами, чувствительными к микрошоку. Разрыв кожи уменьшил его сопротивление, поэтому одно и то же напряжение вызывает больший ток, а гораздо меньший ток имеет больший эффект.

Рисунок \ (\ PageIndex {5} \): График средних значений порога ощущения и тока «не могу отпустить» в зависимости от частоты.Чем ниже значение, тем более чувствительно тело к этой частоте.

Другими факторами, помимо силы тока, которые влияют на серьезность разряда, являются его путь, продолжительность и частота переменного тока. Путь имеет очевидные последствия. Например, сердце не поражается электрическим током через мозг, который может использоваться для лечения маниакальной депрессии. И это общая правда, что чем больше продолжительность шока, тем сильнее его последствия. На рисунке 5 представлен график, иллюстрирующий влияние частоты на ударную нагрузку.Кривые показывают минимальный ток для двух различных эффектов как функцию частоты. Чем ниже необходимый ток, тем чувствительнее тело к этой частоте. По иронии судьбы, организм наиболее чувствителен к частотам, близким к обычным частотам 50 или 60 Гц. Тело немного менее чувствительно к постоянному току (\ (f = 0 \)), что мягко подтверждает утверждения Эдисона о том, что переменный ток представляет большую опасность. На все более высоких частотах организм становится все менее чувствительным к любым воздействиям, затрагивающим нервы.Это связано с максимальной скоростью, с которой нервы могут активироваться или стимулироваться. Электрический ток на очень высоких частотах распространяется только по поверхности человека. Таким образом, бородавку можно сжечь током очень высокой частоты, не вызывая остановки сердца. (Не пытайтесь делать это дома с переменным током 60 Гц!) Некоторые из зрелищных демонстраций электричества, в которых дуги высокого напряжения проходят через воздух и тела людей, используют высокие частоты и малые токи. (См. Рисунок 6.) Устройства и методы электробезопасности подробно описаны в разделе «Электробезопасность: системы и устройства».

Рисунок \ (\ PageIndex {6} \): Опасна ли эта электрическая дуга? Ответ зависит от частоты переменного тока и мощности. (Источник: Химич Алекс, Wikimedia Commons)

Резюме

  • Существует два типа опасности поражения электрическим током: термическая (чрезмерная мощность) и поражение электрическим током (электрический ток через человека).
  • Сила удара определяется током, длиной пути, продолжительностью и частотой переменного тока.
  • В таблице перечислены опасности поражения электрическим током в зависимости от силы тока.
  • На рис. 5 показан график порогового тока для двух опасностей в зависимости от частоты.

Сноски

1 Для среднего мужчины, получившего ток через туловище в течение 1 с переменным током 60 Гц. Значения для женщин составляют 60–80% от перечисленных.

Глоссарий

термическая опасность
опасность, при которой электрический ток вызывает нежелательные тепловые эффекты
опасность поражения электрическим током
при прохождении электрического тока через человека
короткое замыкание
, также известный как «короткий» путь с низким сопротивлением между выводами источника напряжения
чувствительность к микрошоку
состояние, при котором сопротивление кожи человека обходится, возможно, с помощью медицинской процедуры, что делает человека уязвимым для поражения электрическим током при токах около 1/1000 обычно необходимого уровня

Авторы и авторство

Пол Питер Урон (почетный профессор Калифорнийского государственного университета, Сакраменто) и Роджер Хинрикс (Государственный университет Нью-Йорка, колледж в Освего) с авторами: Ким Диркс (Оклендский университет) и Манджула Шарма (Сиднейский университет).Эта работа лицензирована OpenStax University Physics в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License (4.0).

Влияние электрического тока на человеческое тело: Руководство по электробезопасности — HSE и противопожарная защита

Электроэнергия используется в офисах, на рабочих местах и дома могут нанести серьезные травмы людям электрическим током . Электричество имеет тенденцию образовывать более легкий закрытый путь от источников энергии к устройство и обратно к источнику питания, это называется электрическая замкнутая петля .Ток всегда пытается переместить или прервать цепь с помощью кратчайший путь.

Воздействие электрического тока на тело человека

Воздействие электрического тока на тело человека

Когда человеческое тело встречает электрическую энергию , служит проводником и образует ближайший путь для замыкания цепи путем заземления, что приведет к поражению электрическим током или ожогу , поражающему нервную систему и сокращающему мышцы, поэтому сердце может перестать биться, вызывая сердечную недостаточность.

степень тяжести поражение электрическим током зависит от силы тока, протекающего через тело, кратчайший путь тока, продолжительность контакта и частота тока.

Устойчивость человека к электричеству Текущий

Площадь / состояние кузова

Сопротивление в Ом

Сухая кожа

от 1,00,000 до 600,000

Мокрая кожа

1000

Внутреннее тело (рука к ноге)

от 400 до 600

От уха к уху

Около 100

Влияние ток на человеческом теле

Вид тока

Эффект

Переменный ток 50 Гц

постоянного тока

Переменный ток 10000 Гц

0-1 мА

0-5 мА

0-9 мА

Нет ощущений

1-8 мА

6-55 мА

10-55 мА

Легкий шок

9-15 мА

60-80 мА

60-80 мА

Болезненный шок

16-20 мА

80-100 мА

80-100 мА

Некоторая потеря мышечного контроля

20-45 мА

100-350 мА

Сильный шок и потеря мышечного контроля

50-100 мА

400-800 мА

Возможная сердечная недостаточность

Более 100 мА

Более 800 мА

Обычно со смертельным исходом

Степень тяжести Удар электрическим током

Степень тяжести травм поддержание в любом конкретном случае из-за электричества зависит от следующих факторы:

  • Тип (AC или DC) ток
  • Частота переменного тока ток
  • Путь тока через тело и продолжительность поражения электрическим током
  • Сопротивление испытуемого
  • Фаза сердечного цикла при через который проходит ток
  • Электрические величины связанные с травмами человека

Воздействие электричества на организм человека

Даже самый кратковременный контакт с электричеством при 50 В переменного тока (В a.c.) или 120 вольт постоянного тока (V d.c.) могут иметь серьезные последствия для здоровья и безопасности человека. Удары высоким напряжением более 1000 В переменного тока. или 1500 В постоянного тока может вызвать контактные ожоги и повреждение внутренних органов. Риску могут подвергаться не только работники, использующие электричество. Вот почему каждый должен знать о влиянии электричества на человеческий организм.

Электрический ток действует на каждого человека по-разному. Воздействие электрического тока на организм человека зависит от четырех факторов:

  1. Ток и напряжение
  2. Сопротивление
  3. Путь через тело
  4. Продолжительность удара

Ток и напряжение

Хотя высокое напряжение часто вызывает массивное разрушение ткани в местах контакта, обычно считается, что вредное воздействие электрического удара происходит из-за тока, протекающего через тело.Несмотря на то, что применяется закон Ома (I = E / R), часто бывает трудно соотнести напряжение с повреждением тела из-за больших колебаний контактного сопротивления, которые обычно возникают при авариях. Любое электрическое устройство, используемое в электрической цепи дома, может при определенных условиях передавать смертельный ток. Хотя токи более 10 мА могут вызвать болезненный или сильный шок, токи от 100 до 200 мА могут быть смертельными.

При увеличении переменного тока ощущение покалывания сменяется сокращением мышц.Мышечные сокращения и сопровождающие их ощущения тепла усиливаются по мере увеличения силы тока. Развиваются болевые ощущения, и произвольный контроль над мышцами, лежащими в текущем пути, становится все труднее. Когда ток приближается к 15 мА, пострадавший не может отпустить захваченную проводящую поверхность. В этот момент говорят, что человек «замирает» в цепи. Это часто называют порогом «отпускания».

Когда ток приближается к 100 мА, возникает фибрилляция желудочков сердца.Фибрилляция желудочков определяется как «очень быстрые нескоординированные сокращения желудочков сердца, приводящие к потере синхронизации между сердцебиением и пульсом». Как только возникает фибрилляция желудочков, она будет продолжаться, и в течение нескольких минут наступит смерть. Для спасения пострадавшего требуется специальное устройство, называемое дефибриллятором.

Сильный ток может привести к тяжелым ожогам и параличу сердца. Если шок кратковременный, сердце останавливается во время прохождения тока и возобновляет нормальное функционирование при прерывании тока, повышая шансы жертвы на выживание.

Сопротивление

Исследования показали, что электрическое сопротивление человеческого тела зависит от количества влаги на коже, давления, прикладываемого к точке контакта, и площади контакта.

Внешний слой кожи, эпидермис, при высыхании обладает очень высокой устойчивостью. Влажные условия, порезы или другие трещины на коже резко снизят сопротивление.

Сила удара возрастает с увеличением давления контакта. Кроме того, чем больше площадь контакта, тем меньше сопротивление.Какая бы защита ни обеспечивалась защитой кожи, сопротивление быстро уменьшается с увеличением напряжения. Более высокие напряжения могут «разрушать» внешние слои кожи, тем самым снижая сопротивление.

Путь через корпус

Путь, по которому ток проходит через тело, влияет на степень повреждения. Небольшой ток, который проходит от одной конечности через сердце к другой конечности, может вызвать серьезную травму или поражение электрическим током. Было много случаев, когда рука или нога почти обжигались, когда конечность контактировала с электрическим током, и ток проходил только через часть конечности, прежде чем он перешел в другой проводник, не пройдя через туловище конечности. тело.Если бы ток прошел через туловище, человека почти наверняка ударило бы током.

Большое количество серьезных несчастных случаев с электрическим током в промышленности связано с протеканием тока от рук к ногам. Поскольку такой путь затрагивает и сердце, и легкие, результаты могут быть фатальными.

Продолжительность разряда

Продолжительность шока имеет большое влияние на результат. Если шок непродолжительный, это может быть только болезненным опытом для человека.

Если уровень тока достигает приблизительного порога фибрилляции желудочков, равного 100 мА, длительность разряда в несколько секунд может быть фатальной. Это не так много тока, если учесть, что небольшая портативная электрическая дрель потребляет примерно в 30 раз больше. При относительно высоких токах смерть неизбежна, если шок будет значительным по продолжительности; однако, если шок непродолжительный и сердце не повреждено, за прерыванием тока может последовать самопроизвольное возобновление его нормальных ритмических сокращений.

Воздействие электричества на организм человека

При воздействии напряжения человеческое тело реагирует как обычный приемник с заданным внутренним сопротивлением. Через него протекает электрический ток с тремя серьезными рисками:

  • Тетанизация: Ток удерживает мышцы, через которые он проходит, сокращенными, и если это касается грудной клетки, это может привести к остановке дыхания.
  • Фибрилляция желудочков: это полное нарушение сердечного ритма.
  • Термические эффекты: Термические эффекты вызывают разную степень повреждения тканей, даже глубокие ожоги в случае сильных токов. Таблица ниже показывает, что при напряжении прикосновения 220 В через тело человека проходит ток 147 мА. Следовательно, этот ток должен быть отключен менее чем за 0,18 секунды, чтобы избежать любого риска.

Учитывая два параметра, которые необходимо учитывать при оценке риска, стандарты определяют кривые ограничения времени / тока. Эти кривые, взятые из IEC 60479-1, дают различные пределы воздействия переменного тока частотой 50 Гц на людей и определяют 4 основные зоны риска.В некоторых установках или при определенных условиях (влажные участки, влажная кожа, пол с низким сопротивлением и т. Д.) Можно принимать во внимание более низкое значение импеданса.

Кривые время / ток, показывающие влияние переменного тока от 15 до 100 Гц на людей

AC-1: Обычно без реакции

AC-2: в целом не опасное физиологическое воздействие

AC-3: Обычно без органических повреждений. Вероятность мышечных сокращений и затрудненного дыхания при протекании тока более 2 с.Обратимое вмешательство в формирование распространения сердечного импульса без фибрилляции желудочков, увеличивающееся с увеличением силы тока и периода потока.

AC-4: В дополнение к эффектам зоны AC-3 могут возникать патофизиологические эффекты, такие как остановка сердца, остановка дыхания и тяжелые ожоги, с увеличением силы и продолжительности тока.

AC-4.1: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 5%

AC-4.2: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 50%

АС-4.3: Вероятность фибрилляции желудочков более 50%

Условные временные / текущие зоны воздействия постоянного тока токи на людях при продольном пути восходящего тока (от руки к ногам)

DC-1: Возможно легкое покалывание при включении, прерывании или быстром изменении тока.

DC-2: Непроизвольные мышечные сокращения, особенно вероятные при создании, прерывании или быстром изменении тока, но обычно без вредных электрофизиологических эффектов.

DC-3: Могут возникать сильные непроизвольные мышечные реакции и обратимые нарушения формирования и проведения импульсов в сердце, возрастающие с увеличением силы тока и времени. Обычно органических повреждений не ожидается

DC-4: Могут возникать патофизиологические эффекты, такие как остановка сердца, остановка дыхания, ожоги или другие клеточные повреждения. Вероятность фибрилляции желудочков увеличивается с текущей величиной и временем.

DC-4.1: Вероятность увеличения фибрилляции желудочков примерно до 5%

DC-4.2: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 50%

DC-4.3: Вероятность фибрилляции желудочков выше 50%

Текущее и человеческое тело

Ток (мА)

Действие электрического тока

0,045

Сенсорный уровень языка

0,5 до 1

Порог восприятия в зависимости от
состояния кожных покровов, легких сокращений мышц

от 6 до 8

Восприятие кожного шока на ощупь

10

Поражение электрическим током, сокращение мышц

15,5

Невозможность самоосвобождения тока

20

Поражение электрическим током, тетанизация грудной клетки, возможность.
При дыхательной асфиксии, если t больше 3 минут, если интересующий путь тока к диафрагме (контакт рукой)

30

Поражение электрическим током, тетанизация грудной клетки, возможность фибрилляции желудочков, если t больше одной минуты.

50

Возможность фибрилляции желудочков с вероятностью более 50% и если t больше 1.5 сердечного цикла.

от 70 до 100

Фибрилляция желудочков с вероятностью больше
чем 50%, если t меньше 0,75 сердечного цикла; ожоги

> 500

нервных центров разрушено; внутренний химический состав
очень важен; почти
мгновенных смертей.

Причины поражения электрическим током

Электрические аварии вызывают тысячи травм каждый год, как среди профессионалов, так и среди непрофессионалов.Примерно половина этих аварий связана с внутренними низковольтными установками. Другая половина связана с рядом причин, включая контакт с воздушными линиями или молнией. Когда электрический ток проходит через тело, жертва «не может отпустить» (тетанизация рук в области, с которой они контактируют), или происходит обратное, и мышцы расслабляются, заставляя его / ее отбрасывать назад, с риском получения травмы (падение с лестницы и т. д.). Соблюдение юридических обязательств по обеспечению защиты (одобренное оборудование) является гарантией безопасности, если техническое обслуживание и модернизация выполняются правильно; но на сегодняшний день это не предусмотрено юридическим обязательством.Отсюда важность обеспечения того, чтобы пользователи (включая всех нас) знали о рисках.

Продолжить чтение

Новые нанотехнологии обеспечат «здоровое» производство электрического тока внутри человеческого тела, сообщают исследователи — ScienceDaily

Новая разработка в области нанотехнологий международной исследовательской группой под руководством исследователей Тель-Авивского университета позволит генерировать электрические токи и напряжение внутри человеческое тело за счет активации различных органов (механическая сила).Исследователи объясняют, что в разработке используется новый и очень прочный биологический материал, похожий на коллаген, который нетоксичен и не причиняет вреда тканям организма. Исследователи считают, что эта новая нанотехнология имеет множество потенциальных применений в медицине, включая сбор чистой энергии для работы устройств, имплантированных в тело (например, кардиостимуляторов), посредством естественных движений тела, устраняя необходимость в батареях.

Исследование проводилось профессором Эхудом Газитом из Школы биомедицины и исследований рака Шмуниса факультета наук о жизни Мудрого, факультета материаловедения и инженерии инженерного факультета Флейшмана и Центра нанонауки и нанотехнологий, а также его лабораторная команда, д-р.Санту Бера и доктор Вей Джи.

Также в исследовании приняли участие исследователи из Института Вейцмана и ряда исследовательских институтов в Ирландии, Китае и Австралии. В результате своих выводов исследователи получили два гранта ERC-POC, нацеленных на использование научных исследований из гранта ERC, который Газит ранее выиграл для прикладных технологий. Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications .

Профессор Газит, который также является директором-основателем BLAVATNIK CENTER по открытию лекарств, объясняет: «Коллаген — это самый распространенный белок в организме человека, составляющий около 30% всех белков в нашем организме.Это биологический материал со спиральной структурой и множеством важных физических свойств, таких как механическая прочность и гибкость, которые используются во многих областях. Однако, поскольку сама молекула коллагена велика и сложна, исследователи давно искали минималистичную, короткую и простую молекулу, основанную на коллагене и обладающую аналогичными свойствами. Примерно полтора года назад в журнале Nature Materials наша группа опубликовала исследование, в котором мы использовали нанотехнологические средства для создания нового биологического материала, отвечающего этим требованиям.Это трипептид — очень короткая молекула под названием Hyp-Phe-Phe, состоящая всего из трех аминокислот — способная к простому процессу самосборки с образованием коллагеноподобной спиральной структуры, которая является гибкой и может похвастаться силой, схожей с металл титана. В настоящем исследовании мы стремились выяснить, имеет ли новый материал, который мы разработали, еще одну особенность, которая характеризует коллаген, — пьезоэлектричество. Пьезоэлектричество — это способность материала генерировать электрические токи и напряжение в результате приложения механической силы или, наоборот, создавать механическую силу в результате воздействия электрического поля.«

В ходе исследования исследователи создали нанометрические структуры из сконструированного материала и с помощью передовых инструментов нанотехнологии оказали на них механическое давление. Эксперимент показал, что материал действительно производит электрические токи и напряжение в результате давления. Более того, крошечные структуры размером всего в сотни нанометров продемонстрировали один из самых высоких уровней пьезоэлектрической способности, когда-либо обнаруженных, сравнимый или превосходящий таковой у пьезоэлектрических материалов, обычно встречающихся на сегодняшнем рынке (большинство из которых содержат свинец и поэтому не подходят для медицинских приложений). .

По словам исследователей, открытие пьезоэлектричества такой величины в нанометровом материале имеет большое значение, поскольку оно демонстрирует способность сконструированного материала служить своего рода крошечным мотором для очень маленьких устройств. Затем исследователи планируют применить кристаллографию и вычислительные квантово-механические методы (теория функционала плотности), чтобы получить глубокое понимание пьезоэлектрического поведения материала и, таким образом, обеспечить точную инженерию кристаллов для создания биомедицинских устройств.

Профессор Газит добавляет: «Большинство известных нам сегодня пьезоэлектрических материалов являются токсичными материалами на основе свинца или полимерами, что означает, что они не безопасны для окружающей среды и человеческого тела. Однако наш новый материал является полностью биологическим и, следовательно, подходит для использования в организме. Например, устройство, изготовленное из этого материала, может заменить батарею, которая снабжает энергией имплантаты, такие как кардиостимуляторы, хотя ее следует время от времени заменять. Движения тела — например, сердцебиение, движения челюстей, испражнения. , или любое другое движение, которое происходит в организме на регулярной основе, — зарядит устройство электричеством, которое будет постоянно активировать имплант.«

Сейчас, в рамках продолжающихся исследований, исследователи стремятся понять молекулярные механизмы созданного материала с целью реализации его огромного потенциала и превращения этого научного открытия в прикладную технологию. На данном этапе основное внимание уделяется разработке медицинских устройств, но профессор Газит подчеркивает, что «экологически чистые пьезоэлектрические материалы, такие как тот, который мы разработали, обладают огромным потенциалом в широком диапазоне областей, поскольку они производят экологически чистую энергию с использованием механических средств. сила, которая все равно используется.Например, машина, едущая по улице, может включить фонари. Эти материалы могут также заменить содержащие свинец пьезоэлектрические материалы, которые в настоящее время широко используются, но вызывают опасения по поводу утечки токсичного металла в окружающую среду ».

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *