Действие электрического тока на организм человека: Страница не найдена

Действие электрического тока на организм человека

Электроэнергетическая отрасль (электрические станции, электрические сети) насыщена электроустановками, которые являются фактором повышенной опасности из?за возможности травмирующего действия на человека электрического тока со всеми вытекающими последствиями. Действие электрического тока на организм человека носит многообразный характер.

Электрический ток, проходя через тело человека, оказывает тепловое, химическое и биологическое воздействие.

Тепловое (термическое) действие проявляется в виде ожогов участка кожи, перегрева различных органов, а также возникающих в результате перегрева разрывов кровеносных сосудов и нервных волокон.

Химическое (электролитическое) действие ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме человека растворов, что приводит к изменению их физико-химических составов, а значит, и к нарушению нормального функционирования организма.

Биологическое действие проявляется в опасном возбуждении живых клеток и тканей организма, в результате чего они могут погибнуть.

Степень опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от:

1. параметров электрического тока, протекающего через тело человека (величины напряжения, частоты, рода тока приложенного к телу),
2. пути тока через тело человека (рука-рука, рука-нога, нога-нога, шея-ноги и др.),
3. продолжительности воздействия тока через тело человека,
4. условий внешней среды (влажности и температуры),
5. состояния организма человека (толщины и влажности кожного покрова, состояния здоровья и возраста).

Опасное и вредное воздействие на людей электрического тока проявляется в виде электрических ударов и электротравм.

Электрическим ударом называется такое действие электрического тока на организм человека, в результате которого мышцы тела (например, рук, ног и т.д.) начинают судорожно сокращаться.

В зависимости от величины электрического тока и времени его воздействия, человек может находиться в сознании или без сознания, но при этом обеспечивается нормальная работа сердца и дыхания. В более тяжелых случаях потеря сознания сопровождается нарушением работы сердечно-сосудистой системы человека и ведет даже к смертельному исходу. В результате электрического удара возможен паралич важнейших органов тела человека (сердца, легких, мозга и т.д.).

Электрической травмой называется такое действие электрического тока на организм человека, при котором повреждаются ткани и внутренние органы человека (кожа, мышцы, кости и т.п.).

Особую опасность представляют электротравмы в виде ожогов в месте контакта тела человека с токоведущими частями электроустановок или ожоги электрической дугой, в том числе металлизация кожи (металлизация кожи — это проникновение в верхние слои кожи мельчайших частичек металла при горении дуги). А также различные механические повреждения (ушибы, ранения, переломы), возникающие из-за резких непроизвольных движений человека при воздействии на него электрического тока. (Возможны вторичные последствия, вызванные падением с высоты, непроизвольными ударами).

В результате тяжелых форм электрического удара и электротравм, человек может оказаться в состоянии клинической смерти – у него прекращается дыхание и кровообращение. При отсутствии медицинской помощи клиническая смерть может перейти в смерть биологическую. Однако в ряде случаев при правильной медицинской помощи (искусственном дыхании и массаже сердца) можно добиться оживления пострадавшего.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания 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 сердца или, так называемая, фибрилляция, при которой волокна сердечной мышцы (фибриллы) приходят в состояние быстрых хаотических сокращений.

Остановка дыхания из-за паралича мышц грудной клетки может быть результатом или непосредственного прохождения электрического тока через область грудной клетки или рефлекторно, вследствие паралича нервной системы.

Нервная реакция организма человека на возбуждение электрическим током, которая проявляется в нарушении нормального дыхания, кровообращения и обмена веществ называется электрическим шоком.

При длительном шоковом состоянии может наступить смерть. Если же вовремя оказать пострадавшему медицинскую помощь, то шоковое состояние может быть снято без последствий для человека.

Основным фактором, определяющим исход поражения человека электрическим током, является значение электрического тока, протекающего через тело человека. Величина тока в теле человека определяется приложенным напряжением и электрическим сопротивлением человека. Сопротивление человека зависит от ряда факторов. Необходимо иметь в виду, что различные ткани и органы человеческого организма обладают разным удельным сопротивлением. Наибольшую величину имеет сопротивление сухой кожи и костная ткань, тогда как сопротивление крови и спинномозговой жидкости невелико.

Роговой верхний слой кожи человека не имеет кровеносных сосудов и обладает очень большим удельным сопротивлением – около 10⁸ Ом×см. Внутренние слои кожи, насыщенные кровеносными сосудами, железами и нервными окончаниями имеют незначительное удельное сопротивление.

Условно можно рассматривать тело человека как часть электрической цепи, состоящей из 3-х последовательно соединенных участков: кожа — внутренние органы – кожа.

Принципиальная электрическая схема замещения человека представлена на рис. 1.1.

Рис.1.1 Принципиальная электрическая схема замещения человека, где: Г_к — сопротивление кожи; С_к — ёмкость между электродом и внутренней частью тела; Г_вн — сопротивление внутренних органов

Величина емкости (с_к) в общем незначительна и поэтому ее часто принебрегают, принимая во внимание лишь величину сопротивления 2r_к +r_вн.

Сопротивление тела человека (R_h) является величиной переменной, зависящей от состояния кожи человека (толщина рогового покроя кожи, влажности) и окружающей среды (влажности и температуры).

Поверхностный кожный покров, состоящий из наслоения ороговевших клеток, имеет большое сопротивление – в сухом состоянии кожи оно может иметь значения до 500 кОм. Повреждение рогового покрова кожи (порезы, царапины, ссадины) снижают сопротивление тела человека до 500-700 Ом, что пропорционально увеличивает опасность поражения человека электрическим током. Гораздо меньшее сопротивление электрическому току оказывают мышечные, жировые, костные ткани, кровь, нервные волокна. В целом сопротивление внутренних органов человека составляет 400-600 Ом.

В электрических расчетах за расчетное значение сопротивления тела человека принимается величина 1000 Ом.

Величина тока и напряжения

Основным фактором, влияющим на исход поражения человека электрическим током, является величина тока, которая согласно закону Ома зависит от величины приложенного напряжения и сопротивления тела человека. Эта зависимость не является линейной, так как при напряжениях около 100 В и выше наступает пробой верхнего рогового слоя кожи, вследствие чего электрическое сопротивление человека резко уменьшается (становится равным r_вн), а ток возрастает. Напряжение, приложенное к телу человека, также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку оно определяет значение тока, проходящего через человека.

Род и частота электрического тока

Воздействие на человека постоянного и переменного тока различно — переменный ток промышленной частоты опаснее постоянного тока того же значения. Случаев поражения в электроустановках постоянным током в несколько раз меньше, чем в аналогичных установках переменного тока при более высоких напряжениях (более 300 В) постоянный ток более опасен, чем переменный (из?за интенсивного электролиза).

С увеличением частоты переменного тока полное сопротивление тела уменьшается, что приводит к увеличению тока через человека, а следовательно, повышается опасность поражения. Наибольшую опасность представляет ток с частотой от 50 до 1000 Гц; при дальнейшем повышении частоты опасность поражения уменьшается и полностью исчезает при частоте 45-50 кГц. Эти токи сохраняют опасность ожогов. Снижение опасности поражения током с ростом частоты становится практически заметным при 1-2 кГц.

Преподавателям — Россети Урал

Уважаемые коллеги!

Перед Вами методические указания для проведения внеклассного часа по теме «Электробезопасность», которые помогут донести детям информацию об опасности электрического тока. Вы можете ознакомиться с ними на этой странице, либо скачать в формате PDF

Энергетики «МРСК Урала» призывают к бдительности и соблюдению правил безопасного поведения при взаимодействии с электричеством. Особенно это касается детской и подростковой аудитории. Для того, чтобы обезопасить детей от нежелательного воздействия электрического тока, мы взрослые, обязаны постоянно обучать детей основам безопасности жизнедеятельности. Ведь так СТРАШНО, когда причиной трагической случайности становятся пять минут, которые мы не уделили нашим детям.

Среди детей разных возрастов, случаи электротравматизма распределяются неравномерно, в большей мере под воздействие электрического тока попадают дети младшего школьного возраста.

Особое внимание необходимо уделить взаимодействию именно с данной возрастной  категорией и более плотно организовать работу с родителями.

Данные методические рекомендации разработаны специалистами «МРСК Урала»  для  преподавателей  ОБЖ, классных руководителей образовательных  учреждений,  персонала  оздоровительных  лагерей детского  отдыха. В них представлены основные правила поведения с электричеством дома и на улице для проведения внеклассного часа «Электробезопасность».

Вы можете скачать: 

План проведения внеклассного часа по теме «Электробезопасность»

1. Введение

2. Представление об опасности электрического тока

3. Действие электрического тока на организм

4. Правила поведения с электричеством в быту

5. Правила поведения вблизи энергообъектов

6. Помощь пострадавшему от действия электрического тока

7. Предупреждающие знаки по электробезопасности

8. Тест на знание ключевых правил электробезопасности

Введение

Дорогие ребята! Вы хорошо знаете, какую важную роль играет электроэнергия в быту и учебе. Она дает нам свет, тепло, приводит в движение различные механизмы, облегчающие труд человека.

Электроэнергия заняла настолько прочное место в нашей жизни, что сейчас обойтись без нее просто невозможно. Она наш незаменимый помощник. Но, оказывая огромную помощь людям, электроэнергия таит в себе смертельную опасность для тех, кто не знает или пренебрегает правилами электробезопасности, не умеет обращаться с бытовыми приборами, нарушает правила поведения вблизи энергообъектов. 

Представление об опасности электрического тока

Опасность для жизни человека представляют электроустановки любого напряжения. Запомните: безопасного электрического тока не существует!

Электроустановки — это такое оборудование, которое используется энергетиками, а также все бытовые электроприборы, окружающие нас в повседневной жизни.

Человек, коснувшись токоведущих частей электроустановок и неизолированных проводов, находящихся под напряжением, оказывается включенным в электрическую цепь. Под воздействием напряжения через его тело протекает электрический ток, который нарушает нормальную работу организма, из-за чего возникают  судороги,  прекращается  дыхание  и  останавливается  сердце.  При  перегреве  отдельных  участков  тела  возникают тяжелые  ожоги. Человек  погибает  или  становится  инвалидом.

Чем больше величина тока, протекающего через тело, тем он опаснее!

Величина тока тем больше, чем выше напряжение, под которым оказался человек.

Безопасным считается напряжение 12 вольт. Наибольшее распространение в промышленности и сельском хозяйстве и быту  получили электрические сети, напряжением 220 и 380 вольт (220 вольт — для  освещения  и  бытовых  приборов,  380 вольт — для трехфазных электродвигателей машин и механизмов). Это напряжение экономически выгодно, но очень опасно для человека.

Наибольшее  количество  смертельных  несчастных  случаев происходит с людьми, попавшими под напряжение 220 и 380 вольт.

Электрические приборы, которыми вы пользуетесь дома и в школе, электрические сети и подстанции, мимо которых вы проходите во дворе, на улице и в поле, при нормальной работе безопасны. Энергетики позаботились о том, чтобы исключить случайное прикосновение к токоведущим частям. Все электроустановки имеют ограждение, предупреждающие знаки и плакаты безопасности и закрыты на замок.

Однако, при различных повреждениях изоляции, обрыве проводов, подъеме на опоры, проникновении в подстанции и электрические щитки возникает реальная угроза для жизни.

Вот почему так важно всем знать правила обращения с электрическими приборами и электропроводками, вовремя предупредить товарища от опасной шалости вблизи электрических линий и подстанций, уметь обезопасить себя и других людей при обнаружении повреждения сети. 

Действие электрического тока на организм

Опасность электрического тока состоит в том, что у человека нет специальных органов чувств для обнаружения на расстоянии электрического тока. Электрический ток не имеет запаха, цвета и действует бесшумно. Невозможно без специальных приборов почувствовать, находится ли данная часть электроустановки под напряжением или нет. Это приводит к тому, что люди часто не осознают реально имеющейся опасности и не принимают необходимых защитных мер.

Большое значение в исходе поражения имеет путь, проходимый током в теле человека. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются сердце, грудная клетка, головной и спинной мозг. Наиболее опасными путями прохождения тока через человека являются: рука-ноги, рука-рука.

Непосредственными причинами смерти человека, пораженного электрическим током, является прекращение работы сердца, остановка дыхания вследствие паралича мышц грудной клетки и электрический шок. Наиболее неблагоприятный исход поражения человека электрическим током будет в случаях, когда прикосновение произошло влажными руками к электроприборам или электропроводу в сыром или жарком помещении.

Поражение электричеством может иметь место в следующих формах:

• остановка сердца или дыхания при прохождении электрического тока через тело
• электроожог
• механическая травма из-за сокращения мышц под действием тока
• ослепление электрической дугой

Смерть обычно наступает из-за остановки сердца или дыхания, или того и другого. Под действием электрического тока сокращаются мышцы тела. Если человек взялся за находящуюся под напряжением часть оборудования, он возможно, не сумеет оторваться без посторонней помощи. Более того, его, возможно, будет притягивать к опасному месту. Под действием переменного тока мышцы периодически сокращаются с частотой тока, но пауза между сокращениями бывает недостаточной, чтобы освободиться.

Повреждения от электрического тока определяются силой тока и длительностью его воздействия. Чем меньше сопротивление человеческого тела, тем выше ток. Сопротивление уменьшается под действием следующих факторов:

• высокое напряжение
• влажность кожи
• длительное время воздействия
• повышение содержания углекислого газа в воздухе
• высокая температура воздуха
• беспечность, психическая и психологическая неподготовленность к возможному электрическому удару

Больше всего от действия электрического тока страдает центральная нервная система. Из-за повреждения ее нарушается дыхание и сердечная деятельность. Участки тела с наименьшим сопротивлением (т.е. более уязвимые):

• боковые поверхности шеи, виски
• тыльная сторона ладони, поверхность ладони между большим и указательным пальцами
• рука на участке выше кисти
• плечо, спина
• передняя часть ноги

Электроожоги излечиваются значительно труднее обычных термических. Некоторые последствия электротравмы могут проявиться через несколько часов, дней, месяцев. Пострадавший должен длительное время жить в «щадящем» режиме и находиться под наблюдением специалистов.

Правила поведения с электричеством в быту

Правила обращения с электрическими приборами не сложны, и их легко запомнить:

1. НЕЛЬЗЯ пользоваться электроприборами без разрешения взрослых.

2. ВЫ НЕ ДОЛЖНЫ самостоятельно заменять электролампы и предохранители, производить ремонт электропроводки и бытовых приборов, открывать задние крышки телевизоров и радиоприемников, устанавливать звонки, выключатели и штепсельные розетки. Пусть это сделают взрослые или специалист-электрик!

3. НЕЛЬЗЯ пользоваться выключателями, штепсельными розетками, вилками, кнопками звонков с разбитыми крышками, а также бытовыми приборами с поврежденными, обуглившимися и перекрученными шнурами. ЭТО ОЧЕНЬ ОПАСНО! ВЫ НЕ ДОЛЖНЫ проходить мимо подобных фактов. Своевременно сообщайте взрослым о повреждениях! ЗАПОМНИТЕ, разбивая из озорства крышки выключателей, звонков, штепсельных розеток, повреждая электропроводку, вы, тем самым, совершаете проступок равный преступлению, так как это может привести к гибели людей.

4. НЕЛЬЗЯ пользоваться неисправными электроприборами. Если из телевизора, холодильника или пылесоса пахнет горелой резиной, если видны искры — надо немедленно отключить прибор от сети и рассказать о неисправном приборе взрослым.

5. НЕЛЬЗЯ самим чинить и разбирать электроприборы.

6. Выключая электроприбор, НЕЛЬЗЯ тянуть за шнур. Надо взяться за штепсель и плавно вынуть его из розетки.

7. НЕЛЬЗЯ играть с электрическими  розетками. Если ты увидел неисправную розетку,  выключатель, оголенный провод, ничего НЕ трогай и сразу расскажи об этом взрослым!

8. ПОМНИ, электричество не терпит соседства с водой. Чтобы не получить удар током, НЕЛЬЗЯ касаться включенных электроприборов мокрыми руками или протирать электроприборы влажной тряпкой.

Правила поведения вблизи энергообъектов

Энергообъекты — это воздушные и кабельные линии электропередачи, подстанции, трансформаторные подстанции, распределительные пункты.

Воздушные линии электропередачи напряжением 35, 110 киловольт и выше отвечают за электроснабжение городов и поселков. Воздушные и кабельные линии электропередачи напряжением 6 и 10 киловольт отвечают за электроснабжение внутри городов и поселков, а также сельских населенных пунктов. Линии электропередачи напряжением 380 вольт обеспечивают электроэнергией многоквартирные жилые дома, а 220 вольт — отдельные квартиры.

Подстанции и высоковольтные линии электропередачи делятся по классам напряжения: 35 и 110 киловольт и выше и трансформаторные подстанции напряжением 6 — 10 киловольт — это как раз те трансформаторные будки.

Подстанции предназначены для понижения напряжения в сети переменного тока и для распределения электроэнергии. Трансформаторные подстанции расположены в каждом населенном пункте и в силу их повсеместности представляют особую опасность для населения!

Все энергообъекты несут в себе реальную опасность для жизни!

Запомните простые правила:

1. Ни в коем случае НЕЛЬЗЯ  касаться оборванных висящих или лежащих на земле проводов или даже приближаться к ним. Удар током можно получить и в нескольких метрах от провода за счет шагового напряжения. Поэтому давай договоримся: любой провод или электроприбор считать находящимся под напряжением! Даже если до тебя его трогали два десятка человек. А вдруг именно в это же время, когда ты взял его в руки, кто-то за несколько метров от тебя включил рубильник! Если все же человек попал в зону «шагового напряжения» нельзя отрывать подошвы от поверхности земли. Передвигаться следует в сторону удаления от провода «гусиным шагом» — пятка шагающей ноги, не отрываясь от земли, приставляется к носку другой ноги. Запомните, увидев оборванный провод, лежащий на земле, ни в коем случае не приближайтесь к нему на расстояние ближе 8 метров.

2. СМЕРТЕЛЬНО ОПАСНО влезать на опоры высоковольтных линий электропередачи, играть под ними, разводить костры, разбивать изоляторы на опорах, делать на провода набросы проволоки и других предметов, запускать под провода­ми воздушных змеев.

3. Если ты увидел оборванный провод, незакрытые или поврежденные двери трансформаторных будок или электрических щитов, НИЧЕГО НЕ ТРОГАЙ и незамедлительно сообщи взрослым.

4. Ни в коем случае НЕЛЬЗЯ открывать лестничные электрощиты, находящиеся в подъездах домов, влезать на крыши домов и строений, где поблизости проходят электрические провода, заходить в трансформаторные  будки,  электрощитовые и другие электротехнические помещения, трогать руками электрооборудование, провода.

5. Летом, находясь в походе, либо идя на рыбалку, ОПАСНО останавливаться на отдых вблизи воздушных линий электропередачи, либо подстанций и рыбачить под проводами линии электропередачи.

Помощь пострадавшему от электрического тока

Необходимо помнить, что человека, пораженного электрическим током, можно спасти, вернуть к жизни, если правильно и, главное, быстро оказать ему помощь.

Запомни! Не следует предпринимать самостоятельно мероприятия по спасению пострадавшего. Лучше это следают взрослые, либо специалисты-энергетики. Незамедлительно позови их на помощь!

Оказать эффективную помощь пострадавшему от электрического тока может человек, хорошо знающий Правила освобождения пострадавшего от электрического тока и оказания первой помощи.

Какие действия должен предпринять взрослый, чтобы оказать помощь?

• Вызвать бригаду скорой помощи
• Оценить обстановку и, по возможности освободить пострадавшего от действия электрического тока
• Оказать первую помощь до приезда бригады скорой помощи

Ни в коем случае нельзя прикасаться к пострадавшему сразу же. Возможно,он все еще находится под действием электрического тока. Дотронувшись до пострадавшего, человек может также попасть под удар. Необходимо отключить источник электроэнергии (вывернуть пробки, выключить рубильник). Если это невозможно, необходимо отодвинуть источник тока от себя и от пострадавшего сухим, непроводящим ток предметом (веткой, деревянной палкой).

Если необходимо оттащить пострадавшего от провода электросети, надо при этом помнить, что тело человека, через которое прошел ток, проводит ток так же, как и электропровод. Поэтому голыми руками не следует дотрагиваться до открытых частей тела пострадавшего, можно касаться только сухих частей его одежды, а лучше надеть резиновые перчатки или обернуть руки сухой шелковой материей.

После прекращения действия электрического тока необходимо обратить внимание на присутствие признаков жизни (дыхания и пульса на крупных сосудах). При отсутствии признаков дыхания и пульса необходимы срочные реанимационные мероприятия: проведение закрытого массажа сердца и искусственной вентиляции легких (искусственного дыхания). Осмотрите открытые участки тела пострадавшего. Всегда ищите два ожога (места входа и выхода электрического тока). Наложите на обожженные участки стерильную или чистую салфетку. Не используйте с этой целью одеяло или полотенце – волокна с них могут прилипнуть к обожженной поверхности. Для улучшения работы сердца следует увеличить приток крови к нему. Для этого уложите пострадавшего так,  чтобы его грудь находилась несколько ниже ног.

Всех пострадавших от удара током следует как можно быстрее госпитализировать. 

Предупреждающие знаки по электробезопасности

Для предотвращения случайного проникновения в электроустановки, и тем самым предотвращения поражения электрическим током людей, существуют специальные предупреждающие знаки и плакаты. Они вывешиваются или наносятся на опоры воздушных линий электропередачи любого напряжения, двери различных электрощитов, в которых находится электрооборудование, на ограждениях и заборах, огораживающих электроустановки. Наличие таких знаков подразумевает запрет проникновения со стороны населения в электроустановки или подъем на опору линий электропередачи.

Знаки предупреждают человека об опасности поражения электрическим током. Пренебрегать ими, а тем более снимать и срывать их — недопустимо!

Уважаемые ребята!

Не огорчайте родителей своими необдуманными действиями! Остановите, предостерегите товарища от опасной шалости вблизи энергообъектов! Этим вы спасете ему жизнь!

При обнаружении обрыва проводов, искрения, повреждения опор, изоляторов, незакрытых или повреждённых дверей трансформаторных подстанций или электрических щитов, обнаружении сорванных знаков и плакатов по электробезопасности во избежание несчастных случаев необходимо незамедлительно сообщить взрослым или позвонить по телефону 112.

Порой кажется, что беда может произойти с кем угодно, только не с нами. Это обманчивое впечатление!

Будьте осторожны ребята! Берегите свою жизнь и жизнь своих друзей! 

Тест на знание ключевых правил электробезопасности

1. Где человек встречается с электричеством?

2. Какие основные причины поражения человека электрическим током?

3. Почему опасно пользоваться электроприборами без разрешения взрослых?

4. Можно ли пользоваться телевизором, чайником, пылесосом, если они неисправны?

5. Что нужно сделать, если искрят контакты в розетке и пахнет горелым?

6. Почему нельзя трогать оголенные концы провода?

7. Как нужно себя вести на улице, чтобы не получить удар электрическим током?

8. На что нужно обратить тебе внимание, выбирая место для игр? А для рыбалки?

9. Что необходимо делать, если ты увидел на улице оборванный провод?

10. Как правильно оказать первую помощь пострадавшему от действия электрического тока?

11. Что означают предупреждающие знаки?

Скачать

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.

Действие электрического тока на организм человека

Когда электрический ток проходит через тело, нервная система испытывает электрический шок. Интенсивность удара зависит главным образом от силы тока и пути, пройденного током через тело, а также продолжительности контакта. В крайних случаях шок приводит к нарушению нормальной работы сердца и легких, что приводит к потере сознания или смерти.

Электрический ток определяется как скорость протекания отрицательных зарядов проводника. Для того чтобы электрический ток возник, он должен быть проведен через материал. Когда поток электронов, создаваемый электричеством, находит сопротивление, это приводит к диссипации энергии в виде тепла. Если выделяется чрезмерное количество тепла, ткань может быть сожжена. Физиологически разница между нормальным ожогом и ожогом, вызванным электричеством, заключается в том, что электричество обладает способностью сжигать ткани под кожей, даже сжигать внутренние органы без видимых внешних признаков этого.

Последствия для человека при контакте с электрическим током

Контакт с электрическим током может иметь различные последствия для человеческого организма, такие как боль, ожоги или даже смерть. Существует множество факторов, влияющих на способ взаимодействия организма с током, таких как сопротивление кожи, напряжение, длительность времени контакта, количество электрического тока и его интенсивность. Организм чрезвычайно чувствителен к воздействию электрического тока, именно поэтому такой сценарий может привести к самым разным исходам. Во-первых, он нарушает нормальную работу нашей нервной и мышечной систем. Другая причина, когда ток проходит через ваше тело, он преобразуется в тепловую энергию. Это может вызвать серьезные ожоги, как внутри вашего тела, так и на вашей коже.

Токи около 10 мА могут вызвать очень болезненный шок. Чем дольше ток продолжает проходить через вас, тем хуже он становится. Больше тепла генерируется и повреждение вашего тела увеличивается, поэтому неспособность отпустить источник может вызвать некоторые серьезные проблемы. Токи выше 100 мА почти всегда смертельны, если не будет оказана немедленная медицинская помощь.

Величина тока, проходящего через человеческое тело, зависит от двух факторов: напряжения, подаваемого источником, и электрического сопротивления вашего тела. Количество электрического тока, проходящего через тело, определяет различные эффекты поражения электрическим током. Большинство эффектов, связанных с током, являются результатом нагрева тканей и стимуляции мышц и нервов.

По материалам сайта https://electricvdome.ru/electrobezopastnost/deystvie-elektricheskogo-toka-na-cheloveka.html

Действие электрического тока на организм человека — Глашнев Кирилл МОЦИ 20- Действие электрического

Глашнев Кирилл МОЦИ 20-01

Действие электрического тока на организм человека.

Действие электрического тока на организм человека вызывает травмы различного

характера и приводит к летальному исходу. Это происходит во время контакта с

источником электроэнергии. Во время касания проводника тока организм человека

становится продолжением электрической системы. Тела людей представляют собой

сосуды, наполненные большим количеством жидкости и солей, которые могут хорошо

пропускать через себя электрическую энергию. От совокупности факторов, при которых

происходит контакт с электродом, зависит степень поражения человеческого организма.

Организм ощущает электричество силой больше 1 мА. При увеличении показателя

возникает чувство дискомфорта. Уже при величине 12 мА в мышечной массе возникают

болезненные ощущения. В дальнейшем человек перестаёт владеть своим телом и не имеет

возможности самостоятельно избавиться от контакта с проводником тока.

Электролитическое действие тока вызывает электролиз крови и лимфатической

жидкости, в результате чего нарушается их химический состав и ткани организма в целом.

Биологическое воздействие выражается в раздражении живых тканей организма.

Электрический ток нарушает действие биотоков, управляющих внутренним движением

ткани, вызывает непроизвольное, противоестественное судорожное сокращение мышц

сердца и легких.

Механическое действие тока, на организм является причиной электрических травм.

Характерными видами электротравм являются ожоги, электрические знаки, металлизация

кожи, электроофтальмия, разрывы тканей, вывихи суставов и переломы костей.

Ожоги бывают двух видов — токовый, или контактный, и дуговой. Токовый ожог

возникает в результате контакта человека с токоведущей частью и является следствием

преобразования электрической энергии в тепловую.

Дуговой ожог обусловлен воздействием на тело электрической дуги, обладающей высокой

температурой и большой энергией. Дуговой ожог возникает в электроустановках

различных напряжений, часто является следствием случайных коротких замыканий,

отключений разъединителей и рубильников под напряжением. В этом случае дуга может

переброситься на человека и через него пройдет ток большой величины — до нескольких

десятков ампер.

Электрические знаки представляют собой четко очерченные пятна серого или бледно-

желтого цвета на поверхности кожи человека, подвергшегося действию тока. В

большинстве случаев электрические знаки безболезненны и их лечение заканчивается

благополучно.

Металлизация кожи — проникновение в ее верхние слои мельчайших частичек металла,

расплавившегося под действием электрической дуги. С течением времени больная кожа

сходит, пораженный участок приобретает нормальный вид и болезненные ощущения

исчезают.

Электроофтальмия — воспаление наружных оболочек глаз, возникающее в результате

воздействия мощного потока ультрафиолетовых лучей электрической дуги. При

поражении глаз лечение может оказаться длительным и сложным.

Разрывы тканей, вывихи суставов и переломы костей могут произойти в результате

резких, непроизвольных судорожных сокращений мышц под действием тока или при

падении вниз при выполнении работ на электроустановке, расположенной на высоте.

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: особенности и различные факты

Электрический ток очень схож с потоком воды, только вместо ее молекул, движущихся вниз по реке, заряженные частицы движутся по проводнику.

Для того чтобы электрический ток протекал через тело, оно должно стать частью электрической цепи.

Постоянный и переменный ток

Степень поражающего действия электрического тока на организм человека будет зависеть от его вида.

Если ток протекает только в одном направлении, он называется постоянным (DC).

Если ток меняет направление, он называется переменным (AC). Переменный ток – лучший способ передачи электроэнергии на большие расстояния.

AC с тем же напряжением, что и DC, является более опасным и вызывает худшие последствия. Действие электрического тока на организм человека в этом случае может вызвать эффект «замораживание мышцы руки». То есть произойдет настолько сильное сокращение мышц (тетания), которое человек будет не в состоянии преодолеть.

Пути получения удара

Прямой контакт с электричеством произойдет, когда кто-то коснется токопроводящей части, например, неизолированного провода. В частных домах это возможно в редких случаях. Косвенный контакт возникает, когда происходит взаимодействие с какой-либо техникой или электроприбором, а из-за неисправности или нарушении правил хранения и эксплуатации корпус устройства может ударить током.

Интересный факт: почему птицы никогда не подвергаются электрическому удару от сидения на кабелях?

Это потому, что между пернатой и кабелем электропередач не возникает разницы напряжений. Ведь земли она не касается, как и другого кабеля. Отсюда совпадает напряжение птицы и кабеля. Но если вдруг крыло птицы коснется, допустим, металлической обмотки на столбе, удар тока не заставит себя ждать.

Сила удара и его последствия

Рассмотрим действие электрического тока на организм человека кратко:

Когда ток протекает через тело, нервная система испытывает электрический шок. Интенсивность удара зависит главным образом от силы тока, его пути, проходящего через тело, и продолжительности контакта. В крайних случаях шок вызывает перебои в обычной работе сердца и легких, приводящие к бессознательному состоянию или смерти. Виды действия электрического тока на организм человека подразделяются в зависимости от того, какие осложнения ток нанес организму.

Электролиз

Тут все просто: удар током поспособствует изменению химического состава крови и других жидкостей в организме. Что в дальнейшем скажется на работе всех систем в целом. Если постоянный ток проходит через ткани тела в течение нескольких минут, начинается изъязвление. Такие язвы, хотя обычно не смертельны, могут быть болезненными и лечиться долго.

Ожоги

Термическое действие электрического тока на организм человека проявляется в виде ожогов. Когда электрический ток проходит через любое вещество, имеющее электрическое сопротивление, выделяется тепло. Количество тепла зависит от рассеиваемой мощности.

Электрические ожоги часто оказываются наиболее заметны вблизи участка входа тока в тело, хотя довольно часто возникают и внутренние ожоги, которые, если они не смертельны, могут вызывать долговременную и болезненную травму.

Мышечные судороги

Раздражая и возбуждая живые ткани, электрический разряд поступает к мышце, мышца противоестественно и судорожно начинает сжиматься. Происходят различные нарушения в работе организма. Так проявляется биологическое действие электрического тока на организм человека. Длительное непроизвольное сокращение мышц, вызванное внешним электрическим стимулом, несет за собой одно неблагоприятное последствие, когда человек, который держит электрический объект, не может его отпустить.

Остановка дыхания и сердца

Мускулы между ребрами (межреберные мышцы) должны многократно сокращаться и расслабляться, чтобы человек дышал. Таким образом, длительное сокращение этих мышц может препятствовать дыханию.

Сердце – это мускулистый орган, который должен постоянно сокращаться и расслабляться, чтобы выполнять свою функцию в качестве насоса для перекачки крови. Длительное сокращение сердечной мускулатуры будет препятствовать данному процессу и приведет к его остановке.

Фибрилляция желудочков

Желудочки – это камеры, ответственные за перекачку крови из сердца. При ударе током мускулатура желудочков будет претерпевать нерегулярные, несогласованные подергивания, в результате перестанет работать «насосная» функция в сердце. Этот фактор может оказаться фатальным, если не будет исправлен за очень короткий промежуток времени.

Фибрилляция желудочков может быть вызвана очень небольшими электрическими раздражителями. Достаточно тока 20 мкА, проходящего непосредственно через сердце. Именно по этой причине большинство смертей обусловлено возникновением фибрилляции желудочков.

Факторы естественной защиты

У тела есть собственное сопротивление действиям, оказываемым электрическим током на организм человека в виде кожи. Однако оно зависит от множества факторов: от части тела (более толстая или более тонкая кожа), влажности кожи и площади тела, на которую оказывается вредное воздействие. Сухая и влажная кожа имеют очень разные значения сопротивления, но не являются единственным аспектом, который следует учитывать при поражении электрическим током. Порезы и глубокие ссадины способствуют значительному снижению сопротивляемости. Конечно же, сопротивление кожи будет зависеть и от мощности поступаемого тока. Но все-таки существует немало случаев, когда из-за высокой сопротивляемости кожи человек, кроме неприятного удара током, не получал ни единой электротравмы. Действие электрического тока на организм человека не приносило никаких нежелательных последствий.

Как предотвратить поражение электрическим током

Предотвращение ударов электрическим током, особенно в обыденной жизни, является обязательным условием для безопасной жизни. Используется изоляция для любых токоведущих частей. Например, кабели представляют собой изолированные электрические провода, что позволяет их использование без риска каких-либо электрических ударов, а выключатели света, заключенные в коробки, предотвращают доступ к находящимся под напряжением деталям.

Существуют специальные низковольтные аппараты, которые обеспечивают дополнительную защиту от получения электрического удара.

УЗО (устройства защитного отключения) могут обеспечивать дополнительную электробезопасность. Действие электрического тока на организм человека в этом случае будет нулевым. Данное устройство в случае нежелательной утечки за несколько секунд отключит поврежденный участок электропроводки или неисправный электроприбор, чем не только спасет человека от получения тока, но и убережет от пожара.

Дифавтомат, помимо описанных выше возможностей, обладает защитой от перегрузок и короткого замыкания.

Важно убедиться, что любая электрическая работа, проводимая в доме, осуществляется квалифицированным специалистом-электриком, у которого есть технические знания и опыт, чтобы обеспечить безопасность работы.

Сила электричества в живых существах

Электрохимическая энергия производится в каждой клетке каждого живого организма. Нервная система животного или человека посылает свои сигналы посредством электрохимических реакций.

Практически каждый электрохимический процесс и его технологическое применение играют определенную роль в современной медицине.

В фильме о Франкенштейне используется специфическое действие электрического тока на организм человека. Сила электричества превращает мертвого мужчину в живого монстра. Хотя использование электричества в таком контексте все еще невозможно, электрохимические силы необходимы для того, чтобы наши тела функционировали. Понимание этих сил очень помогло развитию медицины.

Действие электрического тока: первые эксперименты

С 1730 года, после опытов Стивена Грея по передаче электрического тока на расстояние, в течение следующих пятидесяти лет другие исследователи обнаружили, что прикосновение электрически заряженного стержня может привести к сокращению мускулов мертвых животных. Типичным примером влияния электрического тока на биологический объект является ряд экспериментов итальянского врача, физика и биолога Луиджи Гальвани, который считается одним из отцов-основателей электрохимии. В этих экспериментах он посылал электрический ток через нервы в лапку лягушки, и это вызывало сокращение мышц и движение конечности.

В конце девятнадцатого века некоторые врачи начали изучать действие электрического тока на организм человека, но не мертвого, а живого! Это позволило им сделать более подробные карты мышечной системы, которые ранее были недоступны.

Электротерапия и фокусы

В течение восемнадцатого и начала девятнадцатого столетий электрический ток использовался повсеместно. Врачи, ученые и шарлатаны, не всегда отличающиеся друг от друга, использовали электрохимические удары, чтобы лечить любую болезнь, особенно паралич и радикулит.

Тогда же появились специфические шоу, одновременно ужасающие и приводящие в дикий восторг. Суть таковых состояла в том, чтобы оживить труп. Преуспел в этом деле Джованни Альдини, который с помощью электрического тока делал так, чтобы мертвец «оживал»: открывал глаза, шевелил конечностями, приподнимался.

Ток в современной медицине

Действие электрического тока на организм человека, помимо лечения (как пример, физиотерапия), также может быть использовано для раннего обнаружения проблем со здоровьем. Специальные устройства записи теперь превращают естественную электрическую активность тела в диаграммы, которые затем используют доктора для анализа отклонений. Врачи теперь диагностируют сердечные аномалии с помощью электрокардиограмм (ЭКГ), нарушения мозга с помощью электроэнцефалограмм (ЭЭГ) и потери нервной функции с помощью электромиограмм (ЭМГ).

Жизнь благодаря электрическому току

Одним из наиболее драматических применений электричества является дефибрилляция, которая в фильмах иногда показана как «запуск» сердца, которое уже перестало работать.

Действительно, запуск кратковременного импульса значительной величины может иногда (но очень редко) перезапускать сердце. Однако чаще дефибрилляторы используются для коррекции аритмии и восстановления его нормального состояния. Современные автоматизированные внешние дефибрилляторы могут регистрировать электрическую активность сердца, определять фибрилляцию желудочков сердца, а затем вычислять силу тока, необходимую для пациента на основе этих факторов. Многие общественные места теперь имеют дефибрилляторы, для того чтобы электрический ток и его действие на организм человека в этом случае предотвратил смерти, вызванные дисфункцией сердца.

Следует также упомянуть искусственные кардиостимуляторы, которые контролируют сокращения сердца. Эти устройства имплантируются под кожу или под мышцы груди пациента и передают импульсы электрического тока около 3 В через электрод и сердечную мышцу. Это стимулирует нормальный сердечный ритм. Современные кардиостимуляторы могут работать в течение 14 лет, прежде чем их нужно будет заменить.

Действие электрического тока на организм человека стало обыденным и не только в медицине, но и физиотерапии.

Проводимость электрического тока в теле человека и через него: обзор

Эпластика. 2009 г.; 9: е44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP ^a и, MS, PhD, DSc ^b

Raymond M. Fish

^{, Департамент биоакустических исследований Университета биоакустики Illinois at Urbana-Champaign}

Leslie A. Geddes

^b Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, W Lafayette, Ind

^a Bioacoustics Research Lab & Department of Surgery, University of Illinois at

^b Школа биомедицинской инженерии Уэлдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья с открытым доступом, авторы которой сохраняют авторские права на произведение. Статья распространяется в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Abstract

Objective: Целью этой статьи является объяснение способов прохождения электрического тока через тело человека и его влияние на характер повреждений. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется первым обзором электрических и патофизиологических принципов.Ведутся дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются кожное сопротивление (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, повреждение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, аритмия и остановка сердца, а также утопление от электрошока. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов несчастных случаев и их медицинских последствий.Темы, связанные с ожогами высоким напряжением, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, шаговые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. Результаты: 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 клиницисту понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы можно ожидать.

В этой статье объясняется, как электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A сначала путем рассмотрения электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов аварий. Ведутся дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются кожное сопротивление (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, повреждение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечные аритмии и остановка сердца, а также утопление от удара электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов несчастных случаев и их медицинских последствий. Темы, связанные с ожогами высоким напряжением, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, шаговые 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 можно ожидать.

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

Поражение электрическим током определяется как внезапная насильственная реакция на прохождение электрического тока через любую часть тела человека. Поражение электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичная электрическая травма — это повреждение тканей, вызванное непосредственно электрическим током или напряжением. Вторичные травмы, такие как падения, распространены. Если не указано иное, в этой статье речь идет о токах и напряжениях переменного тока с частотой 60 (или 50) Гц (среднеквадратичное значение). Также под сопротивлением мы фактически подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к 600 В переменного тока или более, среднеквадратичное значение.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам

Ток относится к количеству электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Сила тока измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные последствия поражения электрическим током. Как указано в Таблице, различное количество тока приводит к определенным эффектам. Большинство эффектов, связанных с током, возникают 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 и заканчивая остановкой дыхания или сердца. Для возникновения физиологических эффектов требуется относительно небольшое количество тока.Как показано в таблице, для срабатывания автоматического выключателя на 20 А требуется ток в тысячу раз больший, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Таблица 1

Расчетные эффекты 60 Гц переменного тока ^*

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току. Более 99% сопротивления тела электрическому току приходится на кожу. Сопротивление измеряется в омах. Мозолистая, сухая рука может иметь более 100 000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом, что связано с влажными, относительно солеными тканями под кожей. Кожное сопротивление можно эффективно обойти, если имеется пробой кожи от высокого напряжения, пореза, глубокого истирания или погружения в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что она позволяет протекать большему току, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если она держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст гораздо большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. ²

Таблица 2

Спуги 2

Спутей Защитное сопротивление кожи может быть значительно уменьшено

Напряжение, которое проталкивает через тело электрический ток

^{. В зависимости от сопротивления при любом заданном напряжении будет протекать определенный ток. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение влияет на исход поражения электрическим током несколькими способами, как обсуждается ниже.}

Повреждение кожи

При напряжении 500 В и выше происходит разрушение внешнего слоя кожи с высоким сопротивлением. ³ Это значительно снижает сопротивление тела току. Результатом является увеличение количества тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области повреждения кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые можно легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в организм может попасть большое количество тока. Можно ожидать, что этот ток приведет к глубокому повреждению тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой часто имеет место значительное повреждение глубоких тканей, мало похожее на ожог кожи при поражении электрическим током.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) возникает в результате приложения большого напряжения к ткани по всей ее длине.Это произошло бы с 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 не высокое, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение подается с руки на руку или с головы на ногу. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к тяжелым травмам мышц и других тканей. Электропорация является еще одной причиной возникновения глубокого повреждения тканей.

Нагрев

При прочих равных условиях тепловая энергия, доставляемая 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) наиболее эффективно пропускают ток в клетки при изменении приложенного напряжения. Кожа несколько похожа на то, что она пропускает больший ток при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения, причем в секунду происходит 60 циклов изменения напряжения. При переменном токе, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение поражения электрическим током, пока есть контакт.Если тока достаточно, клетки скелетных мышц будут стимулироваться так быстро, как только смогут отреагировать. Эта скорость меньше, чем 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 достаточна, возникает фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который приходится на большую часть зубца Т.

Напротив, при постоянном токе ощущение удара током возникает только при замыкании или разрыве цепи, если только напряжение не относительно высокое. ⁴ Даже если амплитуда тока большая, она может не возникать в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе разряд продолжительностью более 1 сердечного цикла обязательно даст стимуляцию в период уязвимости.

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 питания 120 В, будет иметь

. Напряжение заставляет ток ( I ) течь через данное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Пути тока

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

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схему можно применить к автомобилю. Например, минусовая клемма автомобильного аккумулятора соединена («заземлена») с металлическим шасси автомобиля. Плюсовая клемма подключается к красному кабелю из отдельных проводов, которые идут к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток протекает по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отключение положительной или отрицательной клеммы батареи остановит протекание тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

Пример автомобиля облегчает понимание течения 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 соединение или отключено, ток не течет.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, по нервам, мышцам и костям предплечья. Величина тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок продвигает модель на шаг вперед. На нем изображен аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты как на положительной, так и на отрицательной клеммах аккумулятора. Общее сопротивление, через которое напряжение должно проталкивать ток, равно сопротивлению двух ржавых соединений в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогично внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты увеличивают 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 связи с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека состоит из очень низкого (примерно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 контактных сопротивления кожи. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100 000 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.

Контакт высокого напряжения

Контакты высокого напряжения (≥600 В) иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередач. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает, коснувшись борта грузовика, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика задело линию электропередач. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, в том числе краску, кожу, большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными для определенных уровней напряжения. Эти элементы должны периодически проверяться на наличие (иногда точечных) разрывов изоляции. Изоляция может быть неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

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

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

ЧАСТЬ B: ТИПЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Шаговые и сенсорные потенциалы

Обычно считается, что земля под нашими ногами имеет напряжение 0 В. Линии электропередач и радиоантенны заземляются путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек стоит босиком на земле с расставленными ступнями, между двумя ступнями должно быть 0 В. Это нормальное положение дел нарушается, если проводник от высоковольтной линии электропередач достигает земли или если в землю ударяет молния.

Напряжение от воздушных линий электропередач может попасть на землю несколькими путями. Линия может порваться или оторваться от своих изолированных опор и войти в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Поддерживающие провода (растяжки) могут отсоединиться от своих соединений у земли и оказаться под напряжением при контакте с линией электропередач. В этом случае оттяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если оттяжка соприкасается с землей, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

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

На рисунке представлена ​​типичная кривая распределения градиента напряжения. На этом графике видно, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница потенциалов между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница потенциалов между рукой человека и 2 ногами, называемая потенциалом прикосновения.Существует также ступенчатый потенциал между 2 ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются изменениями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

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

Вспышка, нагрев электрическим током или и то, и другое

Дуги высокого напряжения связаны с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации возможны серьезные ожоги от тепла дуги (вспышка).Также могут быть ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги могут также возникнуть в результате прикосновения к предметам, которые термически нагреты, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут создавать ударные волны, связанные со взрывом. ⁵ Удар тупым предметом может отбросить человека, разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы.

Если дуга или проводник, находящийся под напряжением, контактируют с человеком и через него или ее проходит электрический ток, в дополнение к упомянутым выше механизмам повреждения может быть травма от протекания электрического тока через тело.

Клинически важно определить, связано ли поражение электрическим током с протеканием электрического тока через тело. Протекание тока через тело из-за высокого напряжения может привести к состояниям, 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, проходил ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это, как правило, полнослойные ожоги. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда и множественными из-за искрения. Если проводник, такой как кусок проволоки, коснулся кожи, может возникнуть ожоговая травма из-за формы предмета, с которым соприкасается.

Вспышка ожога без тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, в то время как ожог контакта высокого напряжения будет полной толщины.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает только 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины связаны с тем, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, течет по телу в другую точку контакта, где 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, поскольку она напоминает одно из пулевых ранений, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные отверстия. 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 отверстие пули, потому что пуля остается в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают прохождение тока через тело. Диффузный, неполный ожог не предполагает прохождения тока через тело.

Помимо признаков, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, имело ли место протекание тока через глубокие ткани. Например, ожидается, что контакт высокого напряжения с рукой, связанный с протеканием тока в руку, вызовет твердость и болезненность предплечья. Будет боль при пассивных и активных движениях пальцев, может быть дефицит чувствительности в руке.

Молния

Молния обычно бьет по поверхности тела, причиняя некоторым людям на удивление мало повреждений. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы способствуют прохождению тока по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда наносит вред человеку из-за протекания тока в теле, тупого механического воздействия, эффекта взрыва, который может привести к разрыву барабанных перепонок и поражению внутренних органов, а также из-за сильного света, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Последствия ударов током низкого напряжения перечислены в таблице . Приведенные уровни тока варьируются в зависимости от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, возникающие в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. К этим факторам относятся текущий путь, влажность, если не было возможности отпустить, и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, непрерывные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Dalziel, ⁶ , проводивший измерения на людях, рассказывает, что токи силой свыше 18 мА стимулируют грудные мышцы, так что во время разряда останавливается дыхание.

Другим эффектом, возникающим при трансторакальном пути тока, является фибрилляция желудочков. Пути трансторакального тока включают руки в руки, руки в ноги и от передней части грудной клетки к задней части грудной клетки.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Феномен отпускания при слабом (

<600 В) контакте

Фактором, который сильно влияет на травму, полученную при низком напряжении, является невозможность отпустить. Величина тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сильно сжиматься, называется током отпускания. ⁷ Если пальцы человека обвиваются, например, большим кабелем или ручкой пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его при силе тока менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с током отпускания, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. ⁷ При протекании тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако мышцы сгибания сильнее, что делает человека неспособным добровольно отпустить. Почти все случаи неспособности отпустить связаны с переменным током. 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 сильнее сжимает проводник, в результате электрический ток продолжает течь через человека и снижается контактное сопротивление. ⁸

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током при контакте. Напротив, при постоянном токе возникает только ощущение удара при замыкании или разрыве цепи. Пока контакт сохраняется, ощущения шока нет. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, поскольку рука не зажимается непроизвольно.При прохождении тока через руку возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе свыше 300 мА отпустить его может быть невозможно. ⁴ Порог фибрилляции желудочков при разрядах постоянного тока продолжительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА при разрядах частотой 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов частотой 60 Гц, то есть примерно 500 мА. ⁴

Мощность нагрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что крепкий захват увеличивает площадь контакта кожи с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками скапливается пот с высокой проводимостью. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает величину протекающего тока. Кроме того, нагрев больше потому, что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для отхода от болевого раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к большему току в течение более длительного периода времени.Это увеличит ущерб из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиливаться боль и частота остановок дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с сопутствующим повреждением сухожилий и связок, а также переломы костей в области плеч.

Феномен отпускания при высоком (>600 В) контакте

Несколько различных результатов могут произойти, когда человек сжимает проводник, подающий напряжение 10 кВ переменного тока в рукопашную. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть дистальных клеток предплечья повреждается теплом. Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на текущем пути будут сильно сокращаться. Человеку может быть предложено более крепко сжать проводник, 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 жертв сбрасывало с кондуктора, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. ^{9 (стр. 57)}

Контакт с погружением: поражение электрическим током утопление

Клинические проблемы

Утопление и почти утопление могут быть результатом воздействия электричества в воде. Условия, требующие лечения утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и состояния, связанные с утоплением без электричества. Эти состояния включают повышение уровня миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (выявляемой по повышению уровня креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, включая желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков. Уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления, как полагают, связаны с насильственной борьбой, наряду с иногда длительной гипоксией и дисбалансом электролитов. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она чуть не утонул. Это привело бы к дальнейшему увеличению уровней КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые были бы результатом неэлектрического почти утопающего стола. Уровни креатинкиназы иногда повышаются в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотензии и других состояний, которые могут влиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду может быть смертельным при очень низком напряжении

1	Погружение очень эффективно смачивает кожу и значительно снижает кожное сопротивление на единицу площади
площадь контакта большой процент всей поверхности тела
3	Электрический ток может также 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 сердца

Воздействие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. ¹⁰ Для любого данного эффекта, такого как тетанические мышечные сокращения, существует диапазон уровней тока, которые производят эффект из-за индивидуальных различий субъектов. Например, ток, необходимый для того, чтобы вызвать тетанические сокращения мышц предплечья («ток отпускания»), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от субъекта.Поэтому текущие уровни, указанные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями в зависимости от обсуждаемых вопросов. Для вопросов безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel ⁷ обнаружил, что 10 мА вызывает тетанические сокращения мышц и, таким образом, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot и Bentel ¹² обнаружили, что силы тока 10 мА достаточно, чтобы вызвать потерю контроля над мышцами в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

9002 Таблица 4

Механизмы смерти в электрическом ударе Утопление

3

Общая сопротивление тела в воде

Всего сопротивление тела от руки до ноги в воде считается равным 300 Ом при соблюдении техники безопасности. ^{13 – 15} Smoot ^{11 , 16} измерил общее сопротивление тела 400 Ом при погружении.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает очень высокой электропроводностью по сравнению с человеческим телом, поэтому утопление в соленой воде с электрическим током происходит относительно редко. Это связано с тем, что большая часть электрического тока шунтируется снаружи тела.

Если есть разница в напряжении, например, между одной рукой и другой, то через тело потечет электрический ток. Величина тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

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

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для возникновения фибрилляции желудочков требуется следующее напряжение:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

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 предполагает, что человек в воде вытягивается из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек хорошо заземляется, сидя в ванне. Сопротивление контакта его руки с находящимся под напряжением предметом за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта мала.

Второй контактный механизм заключается в том, что человек в воде находится в электрическом поле из-за проводника под напряжением, находящегося в воде. Например, в воду падает электронагреватель, подключенный к горячему проводу розетки 120 В переменного тока. Заземленная сливная труба находится близко к плечам человека, а обогреватель – к его или ее ногам. Это дает разницу в напряжении 120 В переменного тока от плеч до ног. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает ток 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для возникновения фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воду. Расположение напряжений в воде можно измерить. В воде может присутствовать напряжение 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 выделяют электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный ситуации, описанной выше для шагового и сенсорного потенциалов.Ситуацию в воде сложнее анализировать, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и вбок — на север, юг, восток и запад). Трансторакальное и трансконечное напряжение будет 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 днище контейнеров. Поверх каждой металлической пластины помещали резиновый коврик с отверстиями. К одной пластине был подключен (изолированный) заземляющий провод источника питания, а к другой пластине был подключен источник переменного напряжения 60 Гц от источника питания. Испытуемый стоял, поставив 1 ступню на каждый резиновый коврик, как показано на рисунке. Таким образом, контакт испытуемого с электрическим током происходил в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Этот путь течения от ноги к ноге имитировал ситуации рукопашного боя и рук к ногам, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка минимизировала ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 субъект.

Установка для измерения напряжения и силы тока в воде.

Пресная (не соленая) вода с электропроводностью 320 мкмо/см заполнила каждое ведро до уровня бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные мышечные сокращения сильно изменялись в зависимости от положения ног в воде.

Первоначальные испытания показали, что при подаче 3,05 В (60 Гц переменного тока, среднеквадратичное значение) между пластинами протекал ток силой 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена до 90°. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось более чем на 90° сгибания. Непроизвольное острое сгибание возникало при подъеме ноги (путем сгибания бедра) так, чтобы бедро находилось в горизонтальном положении, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию, когда человек плавает.Мышечный контроль постепенно восстанавливался, когда стопа опускалась на дно ведра (за счет разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становилась вертикальной. Общее сопротивление тела можно рассчитать следующим образом:

При напряжении 4,05 В протекал ток силой 12,6 мА. Колено было согнуто на 135°, что означало, что пятка находилась рядом с ягодицами. Этого нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это происходило, когда ногу поднимали так, чтобы колено находилось на уровне воды, как в случае плавания.Меньшие нарушения мышечного контроля были отмечены при других положениях ног. Мышечный контроль постепенно восстанавливался, когда стопа опускалась на дно ведра и нога становилась вертикальной. Сопротивление будет 4,05 В/12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с теми, о которых сообщает Dalziel, ⁷ Smoot, ¹¹ и NIOSH, ¹ , как указано в таблицах и . Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, так часто упоминаемому 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 клиницисту понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы можно ожидать.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

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. По состоянию на 20 марта. [Google Scholar]2. Фиш Р.М., Геддес Л.А. Электрофизиология всплесков тока связи. Кардиоваск инж. 2008;8(4):219–24. [PubMed] [Google Scholar]3. Гримнес С. Пробой диэлектрика кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar]4. Бернштейн Т. Расследования предполагаемых случаев поражения электрическим током и пожаров, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989;25(4):664–8. [Google Академия]5. Капелли-Шеллпфеффер М., Ли Р.К., Тонер М., Диллер К.Р. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами поражения электрическим током и травмами. 23–25 сентября. [Google Академия]6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE спектр. 1972;9(2):41–50. [Google Академия]7. Далзил CF. Последствия поражения электрическим током человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. ПГМЭ-5. [Google Академия]8. Рыба РМ. Феномен отпущения. В: Fish RM, Geddes LA, редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство Lawyers & Judges Publishing; 2009. глава 2. [Google Scholar]9. Lee RC, Cravalho EG, Burke JF, редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar]10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. Приложение IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4(5):467–476. Д.О.И.10.1109/ТИГА.1968.4180929. [Google Академия] 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 Академия] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Документ представлен на: IEEE Winter Power Meeting; февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar]13. ВМС США. Серия учебных курсов по электротехнике и электронике ВМФ. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998.стр. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Департамент военно-морского флота, Управление начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда (SOH) ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: Департамент военно-морского флота, Управление начальника военно-морских операций; 2007. стр. 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 Академия] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Блуждающие напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный вариант] Форест-Парк, Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Академия] 16. Гладкий АВ. Панельное совещание по импедансу тела В. В: Бриджес Дж. Э., Форд Г. Л., Шерман И. А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям безопасности при поражении электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

Проводимость электрического тока в человеческом теле и через него: обзор

Эпластика. 2009 г.; 9: е44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP ^a и, MS, PhD, DSc ^b

Raymond M. Fish

^{, Департамент биоакустических исследований Университета биоакустики Illinois at Urbana-Champaign}

Leslie A.

Geddes

^b Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, W Lafayette, Ind

^a Bioacoustics Research Lab & Department of Surgery, University of Illinois at

^b Школа биомедицинской инженерии Уэлдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья с открытым доступом, авторы которой сохраняют авторские права на произведение.Статья распространяется в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Abstract

Objective: Целью этой статьи является объяснение способов прохождения электрического тока через тело человека и его влияние на характер повреждений. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется первым обзором электрических и патофизиологических принципов. Ведутся дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются кожное сопротивление (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, повреждение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, аритмия и остановка сердца, а также утопление от электрошока. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов несчастных случаев и их медицинских последствий.Темы, связанные с ожогами высоким напряжением, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, шаговые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. Результаты: 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 клиницисту понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы можно ожидать.

В этой статье объясняется, как электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A сначала путем рассмотрения электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов аварий. Ведутся дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются кожное сопротивление (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, повреждение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечные аритмии и остановка сердца, а также утопление от удара электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов несчастных случаев и их медицинских последствий. Темы, связанные с ожогами высоким напряжением, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, шаговые 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 можно ожидать.

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

Поражение электрическим током определяется как внезапная насильственная реакция на прохождение электрического тока через любую часть тела человека. Поражение электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичная электрическая травма — это повреждение тканей, вызванное непосредственно электрическим током или напряжением. Вторичные травмы, такие как падения, распространены. Если не указано иное, в этой статье речь идет о токах и напряжениях переменного тока с частотой 60 (или 50) Гц (среднеквадратичное значение). Также под сопротивлением мы фактически подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к 600 В переменного тока или более, среднеквадратичное значение.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам

Ток относится к количеству электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Сила тока измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные последствия поражения электрическим током. Как указано в Таблице, различное количество тока приводит к определенным эффектам. Большинство эффектов, связанных с током, возникают 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 и заканчивая остановкой дыхания или сердца. Для возникновения физиологических эффектов требуется относительно небольшое количество тока.Как показано в таблице, для срабатывания автоматического выключателя на 20 А требуется ток в тысячу раз больший, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Таблица 1

Расчетные эффекты 60 Гц переменного тока ^*

Механизм	Текущий Требуется, MA	Требуется напряжение, V AC
Электрическая стимуляция сердца, вызывающая желудочковая фибрилляция	100	30
Сокращение тетанической связи (эффективно паралич) мышц дыхания	20	6
потерю мышечного контроля конечностей: 16 мА для среднего человека 1	16	4 . 8
Потеря мускул управления конечностями: всего 10 мА для самой чувствительной женщины 7 , 11	10	3
3

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току. Более 99% сопротивления тела электрическому току приходится на кожу. Сопротивление измеряется в омах. Мозолистая, сухая рука может иметь более 100 000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом, что связано с влажными, относительно солеными тканями под кожей. Кожное сопротивление можно эффективно обойти, если имеется пробой кожи от высокого напряжения, пореза, глубокого истирания или погружения в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что она позволяет протекать большему току, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если она держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст гораздо большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. ²

Таблица 2

Спуги 2

Спутей Защитное сопротивление кожи может быть значительно уменьшено

Напряжение, которое проталкивает через тело электрический ток

^{. В зависимости от сопротивления при любом заданном напряжении будет протекать определенный ток. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение влияет на исход поражения электрическим током несколькими способами, как обсуждается ниже.}

Повреждение кожи

При напряжении 500 В и выше происходит разрушение внешнего слоя кожи с высоким сопротивлением. ³ Это значительно снижает сопротивление тела току. Результатом является увеличение количества тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области повреждения кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые можно легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в организм может попасть большое количество тока. Можно ожидать, что этот ток приведет к глубокому повреждению тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой часто имеет место значительное повреждение глубоких тканей, мало похожее на ожог кожи при поражении электрическим током.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) возникает в результате приложения большого напряжения к ткани по всей ее длине.Это произошло бы с 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 не высокое, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение подается с руки на руку или с головы на ногу. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к тяжелым травмам мышц и других тканей. Электропорация является еще одной причиной возникновения глубокого повреждения тканей.

Нагрев

При прочих равных условиях тепловая энергия, доставляемая 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) наиболее эффективно пропускают ток в клетки при изменении приложенного напряжения. Кожа несколько похожа на то, что она пропускает больший ток при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения, причем в секунду происходит 60 циклов изменения напряжения. При переменном токе, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение поражения электрическим током, пока есть контакт.Если тока достаточно, клетки скелетных мышц будут стимулироваться так быстро, как только смогут отреагировать. Эта скорость меньше, чем 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 достаточна, возникает фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который приходится на большую часть зубца Т.

Напротив, при постоянном токе ощущение удара током возникает только при замыкании или разрыве цепи, если только напряжение не относительно высокое. ⁴ Даже если амплитуда тока большая, она может не возникать в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе разряд продолжительностью более 1 сердечного цикла обязательно даст стимуляцию в период уязвимости.

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 питания 120 В, будет иметь

. Напряжение заставляет ток ( I ) течь через данное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Пути тока

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

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схему можно применить к автомобилю. Например, минусовая клемма автомобильного аккумулятора соединена («заземлена») с металлическим шасси автомобиля. Плюсовая клемма подключается к красному кабелю из отдельных проводов, которые идут к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток протекает по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отключение положительной или отрицательной клеммы батареи остановит протекание тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

Пример автомобиля облегчает понимание течения 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 соединение или отключено, ток не течет.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, по нервам, мышцам и костям предплечья. Величина тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок продвигает модель на шаг вперед. На нем изображен аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты как на положительной, так и на отрицательной клеммах аккумулятора. Общее сопротивление, через которое напряжение должно проталкивать ток, равно сопротивлению двух ржавых соединений в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогично внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты увеличивают 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 связи с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека состоит из очень низкого (примерно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 контактных сопротивления кожи. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100 000 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.

Контакт высокого напряжения

Контакты высокого напряжения (≥600 В) иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередач. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает, коснувшись борта грузовика, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика задело линию электропередач. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, в том числе краску, кожу, большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными для определенных уровней напряжения. Эти элементы должны периодически проверяться на наличие (иногда точечных) разрывов изоляции. Изоляция может быть неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

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

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

ЧАСТЬ B: ТИПЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Шаговые и сенсорные потенциалы

Обычно считается, что земля под нашими ногами имеет напряжение 0 В. Линии электропередач и радиоантенны заземляются путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек стоит босиком на земле с расставленными ступнями, между двумя ступнями должно быть 0 В. Это нормальное положение дел нарушается, если проводник от высоковольтной линии электропередач достигает земли или если в землю ударяет молния.

Напряжение от воздушных линий электропередач может попасть на землю несколькими путями. Линия может порваться или оторваться от своих изолированных опор и войти в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Поддерживающие провода (растяжки) могут отсоединиться от своих соединений у земли и оказаться под напряжением при контакте с линией электропередач. В этом случае оттяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если оттяжка соприкасается с землей, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

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

На рисунке представлена ​​типичная кривая распределения градиента напряжения. На этом графике видно, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница потенциалов между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница потенциалов между рукой человека и 2 ногами, называемая потенциалом прикосновения.Существует также ступенчатый потенциал между 2 ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются изменениями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

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

Вспышка, нагрев электрическим током или и то, и другое

Дуги высокого напряжения связаны с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации возможны серьезные ожоги от тепла дуги (вспышка).Также могут быть ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги могут также возникнуть в результате прикосновения к предметам, которые термически нагреты, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут создавать ударные волны, связанные со взрывом. ⁵ Удар тупым предметом может отбросить человека, разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы.

Если дуга или проводник, находящийся под напряжением, контактируют с человеком и через него или ее проходит электрический ток, в дополнение к упомянутым выше механизмам повреждения может быть травма от протекания электрического тока через тело.

Клинически важно определить, связано ли поражение электрическим током с протеканием электрического тока через тело. Протекание тока через тело из-за высокого напряжения может привести к состояниям, 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, проходил ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это, как правило, полнослойные ожоги. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда и множественными из-за искрения. Если проводник, такой как кусок проволоки, коснулся кожи, может возникнуть ожоговая травма из-за формы предмета, с которым соприкасается.

Вспышка ожога без тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, в то время как ожог контакта высокого напряжения будет полной толщины.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает только 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины связаны с тем, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, течет по телу в другую точку контакта, где 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, поскольку она напоминает одно из пулевых ранений, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные отверстия. 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 отверстие пули, потому что пуля остается в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают прохождение тока через тело. Диффузный, неполный ожог не предполагает прохождения тока через тело.

Помимо признаков, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, имело ли место протекание тока через глубокие ткани. Например, ожидается, что контакт высокого напряжения с рукой, связанный с протеканием тока в руку, вызовет твердость и болезненность предплечья. Будет боль при пассивных и активных движениях пальцев, может быть дефицит чувствительности в руке.

Молния

Молния обычно бьет по поверхности тела, причиняя некоторым людям на удивление мало повреждений. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы способствуют прохождению тока по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда наносит вред человеку из-за протекания тока в теле, тупого механического воздействия, эффекта взрыва, который может привести к разрыву барабанных перепонок и поражению внутренних органов, а также из-за сильного света, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Последствия ударов током низкого напряжения перечислены в таблице . Приведенные уровни тока варьируются в зависимости от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, возникающие в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. К этим факторам относятся текущий путь, влажность, если не было возможности отпустить, и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, непрерывные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Dalziel, ⁶ , проводивший измерения на людях, рассказывает, что токи силой свыше 18 мА стимулируют грудные мышцы, так что во время разряда останавливается дыхание.

Другим эффектом, возникающим при трансторакальном пути тока, является фибрилляция желудочков. Пути трансторакального тока включают руки в руки, руки в ноги и от передней части грудной клетки к задней части грудной клетки.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Феномен отпускания при слабом (

<600 В) контакте

Фактором, который сильно влияет на травму, полученную при низком напряжении, является невозможность отпустить. Величина тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сильно сжиматься, называется током отпускания. ⁷ Если пальцы человека обвиваются, например, большим кабелем или ручкой пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его при силе тока менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с током отпускания, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. ⁷ При протекании тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако мышцы сгибания сильнее, что делает человека неспособным добровольно отпустить. Почти все случаи неспособности отпустить связаны с переменным током. 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 сильнее сжимает проводник, в результате электрический ток продолжает течь через человека и снижается контактное сопротивление. ⁸

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током при контакте. Напротив, при постоянном токе возникает только ощущение удара при замыкании или разрыве цепи. Пока контакт сохраняется, ощущения шока нет. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, поскольку рука не зажимается непроизвольно.При прохождении тока через руку возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе свыше 300 мА отпустить его может быть невозможно. ⁴ Порог фибрилляции желудочков при разрядах постоянного тока продолжительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА при разрядах частотой 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов частотой 60 Гц, то есть примерно 500 мА. ⁴

Мощность нагрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что крепкий захват увеличивает площадь контакта кожи с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками скапливается пот с высокой проводимостью. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает величину протекающего тока. Кроме того, нагрев больше потому, что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для отхода от болевого раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к большему току в течение более длительного периода времени.Это увеличит ущерб из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиливаться боль и частота остановок дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с сопутствующим повреждением сухожилий и связок, а также переломы костей в области плеч.

Феномен отпускания при высоком (>600 В) контакте

Несколько различных результатов могут произойти, когда человек сжимает проводник, подающий напряжение 10 кВ переменного тока в рукопашную. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть дистальных клеток предплечья повреждается теплом. Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на текущем пути будут сильно сокращаться. Человеку может быть предложено более крепко сжать проводник, 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 жертв сбрасывало с кондуктора, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. ^{9 (стр. 57)}

Контакт с погружением: поражение электрическим током утопление

Клинические проблемы

Утопление и почти утопление могут быть результатом воздействия электричества в воде. Условия, требующие лечения утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и состояния, связанные с утоплением без электричества. Эти состояния включают повышение уровня миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (выявляемой по повышению уровня креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, включая желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков. Уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления, как полагают, связаны с насильственной борьбой, наряду с иногда длительной гипоксией и дисбалансом электролитов. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она чуть не утонул. Это привело бы к дальнейшему увеличению уровней КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые были бы результатом неэлектрического почти утопающего стола. Уровни креатинкиназы иногда повышаются в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотензии и других состояний, которые могут влиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду может быть смертельным при очень низком напряжении

1	Погружение очень эффективно смачивает кожу и значительно снижает кожное сопротивление на единицу площади
площадь контакта большой процент всей поверхности тела
3	Электрический ток может также 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 сердца

Воздействие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. ¹⁰ Для любого данного эффекта, такого как тетанические мышечные сокращения, существует диапазон уровней тока, которые производят эффект из-за индивидуальных различий субъектов. Например, ток, необходимый для того, чтобы вызвать тетанические сокращения мышц предплечья («ток отпускания»), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от субъекта.Поэтому текущие уровни, указанные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями в зависимости от обсуждаемых вопросов. Для вопросов безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel ⁷ обнаружил, что 10 мА вызывает тетанические сокращения мышц и, таким образом, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot и Bentel ¹² обнаружили, что силы тока 10 мА достаточно, чтобы вызвать потерю контроля над мышцами в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

9002 Таблица 4

Механизмы смерти в электрическом ударе Утопление

3

Общая сопротивление тела в воде

Всего сопротивление тела от руки до ноги в воде считается равным 300 Ом при соблюдении техники безопасности. ^{13 – 15} Smoot ^{11 , 16} измерил общее сопротивление тела 400 Ом при погружении.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает очень высокой электропроводностью по сравнению с человеческим телом, поэтому утопление в соленой воде с электрическим током происходит относительно редко. Это связано с тем, что большая часть электрического тока шунтируется снаружи тела.

Если есть разница в напряжении, например, между одной рукой и другой, то через тело потечет электрический ток. Величина тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

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

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для возникновения фибрилляции желудочков требуется следующее напряжение:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

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 предполагает, что человек в воде вытягивается из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек хорошо заземляется, сидя в ванне. Сопротивление контакта его руки с находящимся под напряжением предметом за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта мала.

Второй контактный механизм заключается в том, что человек в воде находится в электрическом поле из-за проводника под напряжением, находящегося в воде. Например, в воду падает электронагреватель, подключенный к горячему проводу розетки 120 В переменного тока. Заземленная сливная труба находится близко к плечам человека, а обогреватель – к его или ее ногам. Это дает разницу в напряжении 120 В переменного тока от плеч до ног. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает ток 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для возникновения фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воду. Расположение напряжений в воде можно измерить. В воде может присутствовать напряжение 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 выделяют электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный ситуации, описанной выше для шагового и сенсорного потенциалов.Ситуацию в воде сложнее анализировать, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и вбок — на север, юг, восток и запад). Трансторакальное и трансконечное напряжение будет 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 днище контейнеров. Поверх каждой металлической пластины помещали резиновый коврик с отверстиями. К одной пластине был подключен (изолированный) заземляющий провод источника питания, а к другой пластине был подключен источник переменного напряжения 60 Гц от источника питания. Испытуемый стоял, поставив 1 ступню на каждый резиновый коврик, как показано на рисунке. Таким образом, контакт испытуемого с электрическим током происходил в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Этот путь течения от ноги к ноге имитировал ситуации рукопашного боя и рук к ногам, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка минимизировала ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 субъект.

Установка для измерения напряжения и силы тока в воде.

Пресная (не соленая) вода с электропроводностью 320 мкмо/см заполнила каждое ведро до уровня бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные мышечные сокращения сильно изменялись в зависимости от положения ног в воде.

Первоначальные испытания показали, что при подаче 3,05 В (60 Гц переменного тока, среднеквадратичное значение) между пластинами протекал ток силой 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена до 90°. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось более чем на 90° сгибания. Непроизвольное острое сгибание возникало при подъеме ноги (путем сгибания бедра) так, чтобы бедро находилось в горизонтальном положении, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию, когда человек плавает.Мышечный контроль постепенно восстанавливался, когда стопа опускалась на дно ведра (за счет разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становилась вертикальной. Общее сопротивление тела можно рассчитать следующим образом:

При напряжении 4,05 В протекал ток силой 12,6 мА. Колено было согнуто на 135°, что означало, что пятка находилась рядом с ягодицами. Этого нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это происходило, когда ногу поднимали так, чтобы колено находилось на уровне воды, как в случае плавания.Меньшие нарушения мышечного контроля были отмечены при других положениях ног. Мышечный контроль постепенно восстанавливался, когда стопа опускалась на дно ведра и нога становилась вертикальной. Сопротивление будет 4,05 В/12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с теми, о которых сообщает Dalziel, ⁷ Smoot, ¹¹ и NIOSH, ¹ , как указано в таблицах и . Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, так часто упоминаемому 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 клиницисту понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы можно ожидать.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

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. По состоянию на 20 марта. [Google Scholar]2. Фиш Р.М., Геддес Л.А. Электрофизиология всплесков тока связи. Кардиоваск инж. 2008;8(4):219–24. [PubMed] [Google Scholar]3. Гримнес С. Пробой диэлектрика кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar]4. Бернштейн Т. Расследования предполагаемых случаев поражения электрическим током и пожаров, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989;25(4):664–8. [Google Академия]5. Капелли-Шеллпфеффер М., Ли Р.К., Тонер М., Диллер К.Р. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами поражения электрическим током и травмами. 23–25 сентября. [Google Академия]6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE спектр. 1972;9(2):41–50. [Google Академия]7. Далзил CF. Последствия поражения электрическим током человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. ПГМЭ-5. [Google Академия]8. Рыба РМ. Феномен отпущения. В: Fish RM, Geddes LA, редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство Lawyers & Judges Publishing; 2009. глава 2. [Google Scholar]9. Lee RC, Cravalho EG, Burke JF, редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar]10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. Приложение IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4(5):467–476. Д.О.И.10.1109/ТИГА.1968.4180929. [Google Академия] 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 Академия] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Документ представлен на: IEEE Winter Power Meeting; февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar]13. ВМС США. Серия учебных курсов по электротехнике и электронике ВМФ. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998.стр. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Департамент военно-морского флота, Управление начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда (SOH) ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: Департамент военно-морского флота, Управление начальника военно-морских операций; 2007. стр. 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 Академия] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Блуждающие напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный вариант] Форест-Парк, Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Академия] 16. Гладкий АВ. Панельное совещание по импедансу тела В. В: Бриджес Дж. Э., Форд Г. Л., Шерман И. А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям безопасности при поражении электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

Проводимость электрического тока в человеческом теле и через него: обзор

Эпластика. 2009 г.; 9: е44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

, PhD, MD, FACEP ^a и, MS, PhD, DSc ^b

Raymond M. Fish

^{, Департамент биоакустических исследований Университета биоакустики Illinois at Urbana-Champaign}

Leslie A. Geddes

^b Weldon School of Biomedical Engineering, Purdue University, W Lafayette, Ind

^a Bioacoustics Research Lab & Department of Surgery, University of Illinois at

^b Школа биомедицинской инженерии Уэлдона, Университет Пердью, W Lafayette, Ind

Это статья с открытым доступом, авторы которой сохраняют авторские права на произведение.Статья распространяется в соответствии с лицензией Creative Commons Attribution License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии надлежащего цитирования оригинальной работы.

Эта статья была процитирована другими статьями в PMC.

Abstract

Objective: Целью этой статьи является объяснение способов прохождения электрического тока через тело человека и его влияние на характер повреждений. Методы: Эта междисциплинарная тема объясняется первым обзором электрических и патофизиологических принципов.Ведутся дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Также обсуждаются кожное сопротивление (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, повреждение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, аритмия и остановка сердца, а также утопление от электрошока. После обзора основных принципов обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов несчастных случаев и их медицинских последствий.Темы, связанные с ожогами высоким напряжением, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, шаговые потенциалы и потенциалы прикосновения, дуги и молнии. Результаты: 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 клиницисту понять, как и почему происходят определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы можно ожидать.

В этой статье объясняется, как электрический ток проходит через тело человека и как это влияет на характер травм. Эта междисциплинарная тема объясняется в части A сначала путем рассмотрения электрических и патофизиологических принципов, а затем в части B путем рассмотрения конкретных типов аварий. Ведутся дискуссии о том, как электрический ток проходит через тело через воздух, воду, землю и искусственные проводящие материалы. Обсуждаются кожное сопротивление (импеданс), внутреннее сопротивление тела, путь тока через тело, феномен отпускания, повреждение кожи, электрическая стимуляция скелетных мышц и нервов, сердечные аритмии и остановка сердца, а также утопление от удара электрическим током.После обзора основных принципов в части B обсуждается ряд клинически значимых примеров механизмов несчастных случаев и их медицинских последствий. Темы, связанные с ожогами высоким напряжением, включают замыкания на землю, градиент потенциала земли, шаговые 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 можно ожидать.

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

Поражение электрическим током определяется как внезапная насильственная реакция на прохождение электрического тока через любую часть тела человека. Поражение электрическим током — смерть от поражения электрическим током. Первичная электрическая травма — это повреждение тканей, вызванное непосредственно электрическим током или напряжением. Вторичные травмы, такие как падения, распространены. Если не указано иное, в этой статье речь идет о токах и напряжениях переменного тока с частотой 60 (или 50) Гц (среднеквадратичное значение). Также под сопротивлением мы фактически подразумеваем величину импеданса. Высокое напряжение относится к 600 В переменного тока или более, среднеквадратичное значение.

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам

Ток относится к количеству электричества (электронов или ионов), протекающего в секунду.Сила тока измеряется в амперах или миллиамперах (1 мА = 1/1000 ампера). Количество электрического тока, протекающего через тело, определяет различные последствия поражения электрическим током. Как указано в Таблице, различное количество тока приводит к определенным эффектам. Большинство эффектов, связанных с током, возникают 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 и заканчивая остановкой дыхания или сердца. Для возникновения физиологических эффектов требуется относительно небольшое количество тока.Как показано в таблице, для срабатывания автоматического выключателя на 20 А требуется ток в тысячу раз больший, чем для остановки дыхания.

Таблица 1

Таблица 1

Расчетные эффекты 60 Гц переменного тока ^*

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

Тело имеет сопротивление току.Более 99% сопротивления тела электрическому току приходится на кожу. Сопротивление измеряется в омах. Мозолистая, сухая рука может иметь более 100 000 Ом из-за толстого внешнего слоя мертвых клеток в роговом слое. Внутреннее сопротивление тела составляет около 300 Ом, что связано с влажными, относительно солеными тканями под кожей. Кожное сопротивление можно эффективно обойти, если имеется пробой кожи от высокого напряжения, пореза, глубокого истирания или погружения в воду (таблица). Кожа действует как электрическое устройство, такое как конденсатор, в том смысле, что она позволяет протекать большему току, если напряжение быстро меняется.Быстро меняющееся напряжение будет приложено к ладони и пальцам руки, если она держит металлический инструмент, который внезапно касается источника напряжения. Этот тип контакта даст гораздо большую амплитуду тока в теле, чем это могло бы произойти в противном случае. ²

Таблица 2

Спуги 2

Спутей Защитное сопротивление кожи может быть значительно уменьшено

Напряжение, которое проталкивает через тело электрический ток

^{.В зависимости от сопротивления при любом заданном напряжении будет протекать определенный ток. Именно ток определяет физиологические эффекты . Тем не менее, напряжение влияет на исход поражения электрическим током несколькими способами, как обсуждается ниже.}

Повреждение кожи

При напряжении 500 В и выше происходит разрушение внешнего слоя кожи с высоким сопротивлением. ³ Это значительно снижает сопротивление тела току. Результатом является увеличение количества тока, протекающего при любом заданном напряжении.Области повреждения кожи иногда представляют собой раны размером с булавочную головку, которые можно легко не заметить. Они часто являются признаком того, что в организм может попасть большое количество тока. Можно ожидать, что этот ток приведет к глубокому повреждению тканей мышц, нервов и других структур. Это одна из причин, по которой часто имеет место значительное повреждение глубоких тканей, мало похожее на ожог кожи при поражении электрическим током.

Электропорация

Электропорация (повреждение клеточной мембраны) возникает в результате приложения большого напряжения к ткани по всей ее длине.Это произошло бы с 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 не высокое, но вольт на дюйм ткани такое же, как и в случае, когда высокое напряжение подается с руки на руку или с головы на ногу. В результате электропорации даже кратковременный контакт может привести к тяжелым травмам мышц и других тканей. Электропорация является еще одной причиной возникновения глубокого повреждения тканей.

Нагрев

При прочих равных условиях тепловая энергия, доставляемая 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) наиболее эффективно пропускают ток в клетки при изменении приложенного напряжения. Кожа несколько похожа на то, что она пропускает больший ток при изменении напряжения. Следовательно, при переменном токе происходит непрерывное изменение напряжения, причем в секунду происходит 60 циклов изменения напряжения. При переменном токе, если уровень тока достаточно высок, будет ощущение поражения электрическим током, пока есть контакт.Если тока достаточно, клетки скелетных мышц будут стимулироваться так быстро, как только смогут отреагировать. Эта скорость меньше, чем 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 достаточна, возникает фибрилляция желудочков. Сердце наиболее чувствительно к такой стимуляции в «уязвимый период» сердечного цикла, который приходится на большую часть зубца Т.

Напротив, при постоянном токе ощущение удара током возникает только при замыкании или разрыве цепи, если только напряжение не относительно высокое. ⁴ Даже если амплитуда тока большая, она может не возникать в уязвимый период сердечного цикла. При переменном токе разряд продолжительностью более 1 сердечного цикла обязательно даст стимуляцию в период уязвимости.

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 питания 120 В, будет иметь

. Напряжение заставляет ток ( I ) течь через данное сопротивление. Несколько круговой путь тока называется цепью.

Пути тока

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

Чтобы проиллюстрировать некоторые важные моменты, эту схему можно применить к автомобилю. Например, минусовая клемма автомобильного аккумулятора соединена («заземлена») с металлическим шасси автомобиля. Плюсовая клемма подключается к красному кабелю из отдельных проводов, которые идут к стартеру, фарам, кондиционеру и другим устройствам. Электрический ток протекает по множеству параллельных путей: радио, стартер, свет и многие другие пути тока.Ток в каждом пути зависит от сопротивления каждого устройства. Отключение положительной или отрицательной клеммы батареи остановит протекание тока, хотя другое соединение не повреждено.

Применение модели к человеческому телу

Пример автомобиля облегчает понимание течения 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 соединение или отключено, ток не течет.Аналогия также объясняет, как ток может проходить по множеству параллельных путей, например, по нервам, мышцам и костям предплечья. Величина тока в каждом автомобильном приборе или типе ткани зависит от сопротивления каждого компонента.

Рисунок продвигает модель на шаг вперед. На нем изображен аккумулятор и фары на велосипеде. Ржавые контакты как на положительной, так и на отрицательной клеммах аккумулятора. Общее сопротивление, через которое напряжение должно проталкивать ток, равно сопротивлению двух ржавых соединений в дополнение к сопротивлению фар. Чем больше сопротивление, тем меньше ток . Ржавое соединение аналогично сопротивлению кожи, а фара аналогично внутреннему сопротивлению кузова. Общее сопротивление тела равно внутреннему сопротивлению тела плюс 2 сопротивления кожи .

Ржавые контакты увеличивают 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 связи с левой рукой и левой ногой. «Общее сопротивление тела» человека состоит из очень низкого (примерно 300 Ом) внутреннего сопротивления тела плюс 2 контактных сопротивления кожи. Сопротивление контакта с кожей обычно составляет от 1000 до 100 000 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.

Контакт высокого напряжения

Контакты высокого напряжения (≥600 В) иногда кажутся парадоксальными. Птица удобно сидит на высоковольтной линии электропередач. Но человек в рабочих ботинках, стоящий рядом с грузовиком, погибает, коснувшись борта грузовика, потому что приподнятое навесное оборудование грузовика задело линию электропередач. Высокое напряжение разрушает электрические изоляторы, в том числе краску, кожу, большую часть обуви и перчаток. Специальная обувь, перчатки и инструменты считаются защитными для определенных уровней напряжения.Эти элементы должны периодически проверяться на наличие (иногда точечных) разрывов изоляции. Изоляция может быть неэффективной, если на поверхности предмета есть влага или загрязнения.

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

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

ЧАСТЬ B: ТИПЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ

Шаговые и сенсорные потенциалы

Обычно считается, что земля под нашими ногами имеет напряжение 0 В.Линии электропередач и радиоантенны заземляются путем соединения их с металлическими стержнями, вбитыми в землю. Если человек стоит босиком на земле с расставленными ступнями, между двумя ступнями должно быть 0 В. Это нормальное положение дел нарушается, если проводник от высоковольтной линии электропередач достигает земли или если в землю ударяет молния.

Напряжение от воздушных линий электропередач может попасть на землю несколькими путями. Линия может порваться или оторваться от своих изолированных опор и войти в контакт с самой землей или с конструкциями, которые сами связаны с землей.Поддерживающие провода (растяжки) могут отсоединиться от своих соединений у земли и оказаться под напряжением при контакте с линией электропередач. В этом случае оттяжка под напряжением находится под высоким напряжением. Если оттяжка соприкасается с землей, напряжение на земле в точке контакта и вокруг нее больше не равно 0 В.

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

На рисунке представлена ​​типичная кривая распределения градиента напряжения. На этом графике видно, что напряжение уменьшается с увеличением расстояния от заземляющего объекта. Слева от заземленного объекта, находящегося под напряжением, есть разница потенциалов между двумя ногами человека, называемая ступенчатым потенциалом. Справа есть разница потенциалов между рукой человека и 2 ногами, называемая потенциалом прикосновения.Существует также ступенчатый потенциал между 2 ногами человека справа. (Рисунок и этот раздел являются изменениями части правил OSHA [Standards-29 CFR].)

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

Вспышка, нагрев электрическим током или и то, и другое

Дуги высокого напряжения связаны с прохождением электричества по воздуху. В некоторых случаях дуга не касается человека. В этой ситуации возможны серьезные ожоги от тепла дуги (вспышка).Также могут быть ожоги от горящей одежды и других веществ. Ожоги могут также возникнуть в результате прикосновения к предметам, которые термически нагреты, но не находятся под напряжением.

Дуги высокой энергии могут создавать ударные волны, связанные со взрывом. ⁵ Удар тупым предметом может отбросить человека, разорвать барабанные перепонки и ушибить внутренние органы.

Если дуга или проводник, находящийся под напряжением, контактируют с человеком и через него или ее проходит электрический ток, в дополнение к упомянутым выше механизмам повреждения может быть травма от протекания электрического тока через тело.

Клинически важно определить, связано ли поражение электрическим током с протеканием электрического тока через тело. Протекание тока через тело из-за высокого напряжения может привести к состояниям, 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, проходил ли ток через тело. Во-первых, для протекания электрического тока через тело требуется как минимум 2 точки контакта.При высоком напряжении это, как правило, полнослойные ожоги. Они могут быть размером с булавочную головку, а иногда и множественными из-за искрения. Если проводник, такой как кусок проволоки, коснулся кожи, может возникнуть ожоговая травма из-за формы предмета, с которым соприкасается.

Вспышка ожога без тока через тело, напротив, имеет тенденцию быть диффузным и относительно однородным. Мгновенные ожоги на иногда на меньше полной толщины, в то время как ожог контакта высокого напряжения будет полной толщины.

Так называемые входные и выходные раны

Часто бывает только 2 контактных ожога, которые обычно называют входными и выходными ранами.Эти термины связаны с тем, что электрический ток исходит от источника напряжения, входит в тело в одной точке, течет по телу в другую точку контакта, где 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, поскольку она напоминает одно из пулевых ранений, которые иногда имеют небольшие входные и более крупные выходные отверстия. 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 отверстие пули, потому что пуля остается в человеке. Таким образом, 2 отдельных ожога третьей степени предполагают прохождение тока через тело. Диффузный, неполный ожог не предполагает прохождения тока через тело.

Помимо признаков, связанных с контактом, существуют клинические признаки, которые могут помочь определить, имело ли место протекание тока через глубокие ткани. Например, ожидается, что контакт высокого напряжения с рукой, связанный с протеканием тока в руку, вызовет твердость и болезненность предплечья.Будет боль при пассивных и активных движениях пальцев, может быть дефицит чувствительности в руке.

Молния

Молния обычно бьет по поверхности тела, причиняя некоторым людям на удивление мало повреждений. Влажная кожа и очень короткие электрические импульсы способствуют прохождению тока по поверхности тела. Тем не менее, молния иногда наносит вред человеку из-за протекания тока в теле, тупого механического воздействия, эффекта взрыва, который может привести к разрыву барабанных перепонок и поражению внутренних органов, а также из-за сильного света, который может привести к катаракте.

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

Последствия ударов током низкого напряжения перечислены в таблице . Приведенные уровни тока варьируются в зависимости от конкретного пути тока, продолжительности контакта, веса, роста и телосложения человека (особенно мускулатуры и костных структур) и других факторов. Эффекты, возникающие в каждом конкретном случае, сильно зависят от нескольких факторов, связанных с тем, как осуществляется контакт с источником электричества. К этим факторам относятся текущий путь, влажность, если не было возможности отпустить, и размер областей контакта.

Путь тока

Если путь тока проходит через грудную клетку, непрерывные тетанические сокращения мышц грудной стенки могут привести к остановке дыхания. Dalziel, ⁶ , проводивший измерения на людях, рассказывает, что токи силой свыше 18 мА стимулируют грудные мышцы, так что во время разряда останавливается дыхание.

Другим эффектом, возникающим при трансторакальном пути тока, является фибрилляция желудочков. Пути трансторакального тока включают руки в руки, руки в ноги и от передней части грудной клетки к задней части грудной клетки.Эксперименты на животных показали, что порог фибрилляции желудочков обратно пропорционален квадратному корню из продолжительности тока.

Феномен отпускания при слабом (

<600 В) контакте

Фактором, который сильно влияет на травму, полученную при низком напряжении, является невозможность отпустить. Величина тока в руке, которая заставляет руку непроизвольно сильно сжиматься, называется током отпускания. ⁷ Если пальцы человека обвиваются, например, большим кабелем или ручкой пылесоса под напряжением, большинство взрослых смогут отпустить его при силе тока менее 6 мА.При 22 мА более 99% взрослых не смогут отпустить. Боль, связанная с током отпускания, настолько сильна, что молодые мотивированные добровольцы могли терпеть ее всего несколько секунд. ⁷ При протекании тока в предплечье стимулируются мышцы сгибания и разгибания. Однако мышцы сгибания сильнее, что делает человека неспособным добровольно отпустить. Почти все случаи неспособности отпустить связаны с переменным током. 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 сильнее сжимает проводник, в результате электрический ток продолжает течь через человека и снижается контактное сопротивление. ⁸

При переменном токе возникает ощущение поражения электрическим током при контакте. Напротив, при постоянном токе возникает только ощущение удара при замыкании или разрыве цепи. Пока контакт сохраняется, ощущения шока нет. Ниже 300 мА постоянного тока (среднеквадратичное значение) явление отпускания отсутствует, поскольку рука не зажимается непроизвольно.При прохождении тока через руку возникает ощущение тепла. Замыкание или разрыв цепи приводит к болезненным неприятным ударам. При токе свыше 300 мА отпустить его может быть невозможно. ⁴ Порог фибрилляции желудочков при разрядах постоянного тока продолжительностью более 2 секунд составляет 150 мА по сравнению с 50 мА при разрядах частотой 60 Гц; для разрядов короче 0,2 секунды порог такой же, как и для разрядов частотой 60 Гц, то есть примерно 500 мА. ⁴

Мощность нагрева также увеличивается, когда человек не может отпустить.Это связано с тем, что крепкий захват увеличивает площадь контакта кожи с проводниками. Кроме того, со временем между кожей и проводниками скапливается пот с высокой проводимостью. Оба эти фактора снижают контактное сопротивление, что увеличивает величину протекающего тока. Кроме того, нагрев больше потому, что продолжительность контакта часто составляет несколько минут по сравнению с долей секунды, необходимой для отхода от болевого раздражителя.

Неспособность отпустить приводит к большему току в течение более длительного периода времени.Это увеличит ущерб из-за нагрева мышц и нервов. Также будет усиливаться боль и частота остановок дыхания и сердца. Также может быть вывих плеча с сопутствующим повреждением сухожилий и связок, а также переломы костей в области плеч.

Феномен отпускания при высоком (>600 В) контакте

Несколько различных результатов могут произойти, когда человек сжимает проводник, подающий напряжение 10 кВ переменного тока в рукопашную. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть дистальных клеток предплечья повреждается теплом.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на текущем пути будут сильно сокращаться. Человеку может быть предложено более крепко сжать проводник, 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 жертв сбрасывало с кондуктора, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. ^{9 (стр. 57)}

Контакт с погружением: поражение электрическим током утопление

Клинические проблемы

Утопление и почти утопление могут быть результатом воздействия электричества в воде. Условия, требующие лечения утопления, вызванного электричеством, в основном такие же, как и состояния, связанные с утоплением без электричества. Эти состояния включают повышение уровня миоглобина, которое может привести к почечной недостаточности (выявляемой по повышению уровня креатинкиназы [КФК] и анализу мочи), респираторному дистресс-синдрому взрослых, гипотермии, гипоксии, электролитным нарушениям и аритмиям, включая желудочковую тахикардию и фибрилляцию желудочков.Уровни креатинкиназы и миоглобина в неэлектрических случаях утопления, как полагают, связаны с насильственной борьбой, наряду с иногда длительной гипоксией и дисбалансом электролитов. Электричество в воде может стимулировать мышцы достаточно сильно, чтобы вызвать у человека сильную мышечную боль во время и после того, как он или она чуть не утонул. Это привело бы к дальнейшему увеличению уровней КФК и миоглобина по сравнению с теми, которые были бы результатом неэлектрического почти утопающего стола. Уровни креатинкиназы иногда повышаются в течение дня или более под влиянием проводимого лечения, продолжающейся гипоксии или гипотензии и других состояний, которые могут влиять на продолжающийся некроз тканей.

Таблица 3

Почему погружение в воду может быть смертельным при очень низком напряжении

Воздействие электрического тока

Многие определения воздействия электрического тока на людей были сделаны Далзилом. ¹⁰ Для любого данного эффекта, такого как тетанические мышечные сокращения, существует диапазон уровней тока, которые производят эффект из-за индивидуальных различий субъектов. Например, ток, необходимый для того, чтобы вызвать тетанические сокращения мышц предплечья («ток отпускания»), может составлять от 6 до 24 мА (среднеквадратичное значение переменного тока 60 Гц) в зависимости от субъекта.Поэтому текущие уровни, указанные в публикациях, могут быть максимальными, средними или минимальными уровнями в зависимости от обсуждаемых вопросов. Для вопросов безопасности часто подходят значения, близкие к минимальным.

Как указано в таблице, Dalziel ⁷ обнаружил, что 10 мА вызывает тетанические сокращения мышц и, таким образом, потерю мышечного контроля. Кроме того, Smoot и Bentel ¹² обнаружили, что силы тока 10 мА достаточно, чтобы вызвать потерю контроля над мышцами в воде. Они проводили измерения в соленой воде и не сообщали о приложенных напряжениях.

Таблица 4

9002 Таблица 4

Механизмы смерти в электрическом ударе Утопление

3

Общая сопротивление тела в воде

Всего сопротивление тела от руки до ноги в воде считается равным 300 Ом при соблюдении техники безопасности. ^{13 – 15} Smoot ^{11 , 16} измерил общее сопротивление тела 400 Ом при погружении.Во многом это связано с внутренним сопротивлением тела. Таким образом, погружение устраняет большую часть сопротивления кожи.

Соленая вода обладает очень высокой электропроводностью по сравнению с человеческим телом, поэтому утопление в соленой воде с электрическим током происходит относительно редко. Это связано с тем, что большая часть электрического тока шунтируется снаружи тела.

Если есть разница в напряжении, например, между одной рукой и другой, то через тело потечет электрический ток. Величина тока равна напряжению, деленному на общее сопротивление тела.

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

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

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

Для возникновения фибрилляции желудочков требуется следующее напряжение:

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

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 предполагает, что человек в воде вытягивается из воды и контактирует с токопроводящим объектом, находящимся под напряжением. Например, человек хорошо заземляется, сидя в ванне. Сопротивление контакта его руки с находящимся под напряжением предметом за пределами ванны может быть достаточно высоким, чтобы защитить его или ее, особенно если его или ее рука не мокрая и площадь контакта мала.

Второй контактный механизм заключается в том, что человек в воде находится в электрическом поле из-за проводника под напряжением, находящегося в воде. Например, в воду падает электронагреватель, подключенный к горячему проводу розетки 120 В переменного тока. Заземленная сливная труба находится близко к плечам человека, а обогреватель – к его или ее ногам. Это дает разницу в напряжении 120 В переменного тока от плеч до ног. При общем сопротивлении тела 300 Ом протекает ток 360 мА, что более чем в 3 раза превышает величину, необходимую для возникновения фибрилляции желудочков.

В озерах, прудах и других водоемах источник электроэнергии может генерировать ток в воду. Расположение напряжений в воде можно измерить. В воде может присутствовать напряжение 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 выделяют электрический ток в воду.

Может существовать электрический градиент (или поле), аналогичный ситуации, описанной выше для шагового и сенсорного потенциалов.Ситуацию в воде сложнее анализировать, потому что человек в воде принимает разные позы и ориентации в трех измерениях (вверх, вниз и вбок — на север, юг, восток и запад). Трансторакальное и трансконечное напряжение будет 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 днище контейнеров. Поверх каждой металлической пластины помещали резиновый коврик с отверстиями. К одной пластине был подключен (изолированный) заземляющий провод источника питания, а к другой пластине был подключен источник переменного напряжения 60 Гц от источника питания. Испытуемый стоял, поставив 1 ступню на каждый резиновый коврик, как показано на рисунке. Таким образом, контакт испытуемого с электрическим током происходил в основном через воду, контактирующую с ногами через отверстия, а также через воду, контактирующую с ногами выше.Этот путь течения от ноги к ноге имитировал ситуации рукопашного боя и рук к ногам, которые могут возникнуть у пловцов в воде. Эта установка минимизировала ток через грудную клетку. В исследовании участвовал всего 1 субъект.

Установка для измерения напряжения и силы тока в воде.

Пресная (не соленая) вода с электропроводностью 320 мкмо/см заполнила каждое ведро до уровня бедра. Было обнаружено, что электрически индуцированные мышечные сокращения сильно изменялись в зависимости от положения ног в воде.

Первоначальные испытания показали, что при подаче 3,05 В (60 Гц переменного тока, среднеквадратичное значение) между пластинами протекал ток силой 8,65 мА, что приводило к непроизвольному сгибанию колена до 90°. Это сгибание нельзя было преодолеть произвольным усилием. Колено можно было произвольно сгибать дальше, но оно не выпрямлялось более чем на 90° сгибания. Непроизвольное острое сгибание возникало при подъеме ноги (путем сгибания бедра) так, чтобы бедро находилось в горизонтальном положении, а колено находилось на уровне воды. Это похоже на ситуацию, когда человек плавает.Мышечный контроль постепенно восстанавливался, когда стопа опускалась на дно ведра (за счет разгибания бедра в нейтральное положение) и нога становилась вертикальной. Общее сопротивление тела можно рассчитать следующим образом:

При напряжении 4,05 В протекал ток силой 12,6 мА. Колено было согнуто на 135°, что означало, что пятка находилась рядом с ягодицами. Этого нельзя было преодолеть добровольными усилиями. Опять же, это происходило, когда ногу поднимали так, чтобы колено находилось на уровне воды, как в случае плавания.Меньшие нарушения мышечного контроля были отмечены при других положениях ног. Мышечный контроль постепенно восстанавливался, когда стопа опускалась на дно ведра и нога становилась вертикальной. Сопротивление будет 4,05 В/12,6 мА = 332 Ом.

Текущие уровни, измеренные в этих экспериментах, согласуются с теми, о которых сообщает Dalziel, ⁷ Smoot, ¹¹ и NIOSH, ¹ , как указано в таблицах и . Общее сопротивление системы (вода плюс предмет) близко к 300 Ом, так часто упоминаемому 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 клиницисту понять, как и почему произошли определенные несчастные случаи и какие медицинские и хирургические проблемы можно ожидать.

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

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. По состоянию на 20 марта. [Google Scholar]2. Фиш Р.М., Геддес Л.А. Электрофизиология всплесков тока связи. Кардиоваск инж. 2008;8(4):219–24. [PubMed] [Google Scholar]3. Гримнес С. Пробой диэлектрика кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81. [PubMed] [Google Scholar]4. Бернштейн Т. Расследования предполагаемых случаев поражения электрическим током и пожаров, вызванных внутренним напряжением.IEEE Ind Appl. 1989;25(4):664–8. [Google Академия]5. Капелли-Шеллпфеффер М., Ли Р.К., Тонер М., Диллер К.Р. Документ представлен на конференции IEEE PCIC. Филадельфия, Пенсильвания: 1996. Взаимосвязь между параметрами поражения электрическим током и травмами. 23–25 сентября. [Google Академия]6. Далзил CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE спектр. 1972;9(2):41–50. [Google Академия]7. Далзил CF. Последствия поражения электрическим током человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956: 44–62. ПГМЭ-5. [Google Академия]8. Рыба РМ. Феномен отпущения. В: Fish RM, Geddes LA, редакторы.Электрическая травма: медицинские и биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство Lawyers & Judges Publishing; 2009. глава 2. [Google Scholar]9. Lee RC, Cravalho EG, Burke JF, редакторы. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета; 1992. [Google Scholar]10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. Приложение IEEE Trans Indus Gen Appl. 1968; ИГА-4(5):467–476. Д.О.И.10.1109/ТИГА.1968.4180929. [Google Академия] 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 Академия] 12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Нью-Йорк. При поддержке Underwriter’s Laboratories Inc. Документ представлен на: IEEE Winter Power Meeting; февраль 1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5) [Google Scholar]13. ВМС США. Серия учебных курсов по электротехнике и электронике ВМФ. Модуль 1 — Введение в материю, энергию и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, Флорида: Центр профессионального развития и технологий военно-морского образования и обучения; 1998.стр. 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г. [Google Scholar] 14. Департамент военно-морского флота, Управление начальника военно-морских операций. Руководство по программе безопасности и гигиены труда (SOH) ВМС США для сил на плаву. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: Департамент военно-морского флота, Управление начальника военно-морских операций; 2007. стр. 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 Академия] 15. Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики. Блуждающие напряжения — проблемы, анализ и смягчение последствий [окончательный вариант] Форест-Парк, Джорджия: Национальный центр испытаний и исследований в области электроэнергетики; 2001. С. 5–28. Проект NEETRAC № 00-092. [Google Академия] 16. Гладкий АВ. Панельное совещание по импедансу тела В. В: Бриджес Дж. Э., Форд Г. Л., Шерман И. А., Вайнберг М., редакторы. Материалы Первого международного симпозиума по критериям безопасности при поражении электрическим током.Нью-Йорк: Пергамон; 1985. с. 235. [Google Scholar]

Физиологические эффекты электричества | Электробезопасность

Большинство из нас сталкивались с той или иной формой «электрического шока», когда электричество причиняет нашему телу боль или травму. Если нам повезет, степень этого опыта ограничивается покалыванием или толчками боли из-за накопления статического электричества, разряжающегося через наши тела.

Когда мы работаем с электрическими цепями, способными подавать большую мощность на нагрузку, поражение электрическим током становится гораздо более серьезной проблемой, а боль является наименее значимым последствием удара.

Поскольку электрический ток проходит через материал, любое противодействие току (сопротивление) приводит к рассеянию энергии, обычно в виде тепла. Это самый простой и простой для понимания эффект электричества на живую ткань: ток заставляет ее нагреваться. Если количество выделяемого тепла достаточно, ткань может быть сожжена.

Эффект физиологически такой же, как и повреждение, вызванное открытым пламенем или другим высокотемпературным источником тепла, за исключением того, что электричество способно сжигать ткани глубоко под кожей жертвы, даже обжигая внутренние органы.

Влияние электрического тока на нервную систему

Еще одно воздействие электрического тока на организм, пожалуй, самое значительное с точки зрения опасности, касается нервной системы. Под «нервной системой» я подразумеваю сеть особых клеток в организме, называемых нервными клетками или нейронами, которые обрабатывают и проводят множество сигналов, отвечающих за регуляцию многих функций организма.

Головной мозг, спинной мозг и сенсорные/двигательные органы в организме функционируют вместе, чтобы позволить ему ощущать, двигаться, реагировать, думать и запоминать.

Нервные клетки взаимодействуют друг с другом, действуя как «преобразователи», создавая электрические сигналы (очень небольшие напряжения и токи) в ответ на ввод определенных химических соединений, называемых нейротрансмиттерами , и высвобождая эти нейротрансмиттеры при стимуляции электрическими сигналами.

Если через живое существо (человека или иное) провести электрический ток достаточной силы, его эффект будет заключаться в том, чтобы преобладать над крошечными электрическими импульсами, обычно генерируемыми нейронами, перегружая нервную систему и препятствуя рефлекторным и произвольным сигналам. привести в действие мышцы.Мышцы, спровоцированные внешним (ударным) током, будут непроизвольно сокращаться, и пострадавший ничего не может с этим поделать.

Эта проблема особенно опасна, если пострадавший касается руками проводника под напряжением. Мышцы предплечья, отвечающие за сгибание пальцев, как правило, развиты лучше, чем мышцы, отвечающие за разгибание пальцев, и поэтому, если обе группы мышц попытаются сократиться из-за электрического тока, проходящего через руку человека, «сгибающие» мышцы будут побеждать, сжимая их. пальцы в кулак.

Если проводник, подающий ток к пострадавшему, обращен к ладони его или ее руки, это сжимающее действие заставит руку крепко схватиться за провод, тем самым ухудшив ситуацию, обеспечив отличный контакт с проводом. Жертва будет совершенно не в состоянии отпустить провод.

В медицине это состояние непроизвольного сокращения мышц называется столбняк . Электрики, знакомые с этим эффектом поражения электрическим током, часто называют обездвиженную жертву поражения электрическим током «застывшей на цепи».Столбняк, вызванный шоком, может быть прерван только путем остановки тока через пострадавшего.

Даже когда ток остановлен, жертва может некоторое время не восстанавливать произвольный контроль над своими мышцами, так как химический состав нейротрансмиттеров пришел в беспорядок. Этот принцип был применен в устройствах «электрошокового оружия», таких как электрошокеры, которые основаны на принципе мгновенного поражения жертвы импульсом высокого напряжения, подаваемым между двумя электродами.

Удачный удар током временно (на несколько минут) обездвиживает жертву.

Однако электрический ток способен воздействовать не только на скелетные мышцы жертвы шока. Мышца диафрагмы, управляющая легкими, и сердце, которое само по себе является мышцей, также могут быть «заморожены» в состоянии столбняка электрическим током.

Даже слишком слабые токи, чтобы вызвать столбняк, часто способны искажать сигналы нервных клеток настолько, что сердце не может нормально биться, вызывая состояние, известное как фибрилляция . Фибрилляционное сердце трепещет, а не бьется, и неэффективно перекачивает кровь к жизненно важным органам тела.

В любом случае смерть от удушья и/или остановки сердца обязательно наступит в результате достаточно сильного электрического тока через тело. По иронии судьбы, медицинский персонал использует сильный разряд электрического тока, приложенный к груди пострадавшего, чтобы «завести» фибрилляционное сердце и привести его к нормальному ритму.

Эта последняя деталь приводит нас к еще одной опасности поражения электрическим током, характерной для систем общественного питания. Хотя наше первоначальное исследование электрических цепей будет сосредоточено почти исключительно на постоянном токе (постоянный ток или электричество, которое движется в непрерывном направлении в цепи), современные энергосистемы используют переменный ток или переменный ток.

Технические причины такого предпочтения переменного тока перед постоянным в энергосистемах не имеют отношения к этому обсуждению, но особые опасности каждого вида электроэнергии очень важны для темы безопасности.

Воздействие переменного тока на организм во многом зависит от частоты. Низкочастотный (от 50 до 60 Гц) переменный ток используется в домашних хозяйствах США (60 Гц) и Европы (50 Гц); он может быть опаснее высокочастотного переменного тока и в 3-5 раз опаснее постоянного тока того же напряжения и силы тока.Низкочастотный переменный ток вызывает продолжительное сокращение мышц (тетания), которое может приморозить руку к источнику тока, продлевая воздействие. Постоянный ток чаще всего вызывает однократное судорожное сокращение, которое часто отталкивает пострадавшего от источника тока.

Переменный характер

переменного тока имеет большую тенденцию вызывать фибрилляцию нейронов водителя ритма сердца, тогда как постоянный ток имеет тенденцию просто заставлять сердце останавливаться. Как только ток разряда остановлен, «замороженное» сердце имеет больше шансов восстановить нормальную картину сокращений, чем сердце с фибрилляцией.

Вот почему «дефибрилляционное» оборудование, используемое медиками скорой помощи, работает: импульс тока, подаваемый дефибриллятором, имеет постоянный ток, который останавливает фибрилляцию и дает сердцу возможность восстановиться.

В любом случае электрические токи, достаточно сильные для того, чтобы вызвать непроизвольное сокращение мышц, опасны, и их следует избегать любой ценой. В следующем разделе мы рассмотрим, как такие токи обычно входят в тело и выходят из него, а также рассмотрим меры предосторожности против таких явлений.

ОБЗОР:

• Электрический ток способен вызывать глубокие и тяжелые ожоги тела из-за рассеяния мощности на электрическом сопротивлении тела.
• Столбняк — это состояние, при котором мышцы непроизвольно сокращаются из-за прохождения внешнего электрического тока через тело. Когда непроизвольное сокращение мышц, контролирующих пальцы, приводит к тому, что жертва не может отпустить проводник под напряжением, говорят, что жертва «застыла в цепи».
• Диафрагма (легкое) и сердечная мышца одинаково подвержены воздействию электрического тока. Даже токи, слишком слабые, чтобы вызвать столбняк, могут быть достаточно сильными, чтобы воздействовать на нейроны кардиостимулятора сердца, заставляя сердце трепетать, а не сильно биться.
• Постоянный ток (DC) с большей вероятностью вызовет мышечный столбняк, чем переменный ток (AC), в результате чего постоянный ток с большей вероятностью «заморозит» пострадавшего в сценарии шока. Тем не менее, переменный ток с большей вероятностью вызовет фибрилляцию сердца пострадавшего, что является более опасным состоянием для пострадавшего после того, как ток разряда был остановлен.

Влияние электричества на организм человека

Даже кратковременный контакт с электричеством напряжением 50 вольт переменного тока (V a.c.) или 120 вольт постоянного тока (V d.c.) может иметь серьезные последствия для здоровья и безопасности человека. Удары высоким напряжением более 1000 В переменного тока. или 1500 В пост. может вызвать контактные ожоги и повреждения внутренних органов. Рабочие, использующие электричество, могут быть не единственными, кто подвергается риску. Вот почему каждый должен знать о воздействии электричества на организм человека.

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. Прохождение через тело
4. Продолжительность удара

Ток и напряжение

Хотя высокое напряжение часто вызывает массивное разрушение тканей в местах контакта, обычно считается, что пагубные последствия поражения электрическим током связаны с током, протекающим через тело.Несмотря на то, что действует закон Ома (I=E/R), часто бывает трудно соотнести напряжение с повреждением тела из-за больших колебаний контактного сопротивления, обычно возникающих при авариях. Любое электрическое устройство, используемое в электрической цепи дома, может при определенных условиях передавать ток со смертельным исходом. Хотя токи более 10 мА способны вызвать шок от болезненного до тяжелого, токи силой от 100 до 200 мА могут быть смертельными.

При увеличении переменного тока ощущения покалывания сменяются сокращениями мышц.Мышечные сокращения и сопутствующие ощущения жара усиливаются по мере усиления тока. Развиваются болевые ощущения, а произвольный контроль над мышцами, лежащими на проводящем пути, становится все труднее. При приближении силы тока к 15 мА пострадавший не может отпустить захваченную токопроводящую поверхность. В этот момент говорят, что человек «замораживается» в цепи. Это часто называют порогом «отпускания».

При приближении тока 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 смерть наступит в течение нескольких минут. Для спасения пострадавшего требуется использование специального устройства, называемого дефибриллятором.

Сильный ток может привести к серьезным ожогам и параличу сердца. Если шок кратковременный, сердце останавливается во время текущего прохода и возобновляется в обычном режиме при прерывании тока, повышая шансы пострадавшего на выживание.

Сопротивление

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

Внешний слой кожи, эпидермис, обладает очень высокой устойчивостью в сухом состоянии. Влажные условия, порез или другие повреждения кожи резко снижают сопротивление.

Тяжесть шока увеличивается с увеличением давления контакта.Кроме того, чем больше площадь контакта, тем меньше сопротивление. Какую бы защиту ни обеспечивало сопротивление кожи, оно быстро уменьшается с увеличением напряжения. Более высокие напряжения способны «сломать» внешние слои кожи, тем самым уменьшая сопротивление.

Путь сквозь корпус

Путь, который проходит ток через тело, влияет на степень повреждения. Небольшой ток, проходящий от одной конечности через сердце к другой конечности, может вызвать серьезную травму или поражение электрическим током.Было много случаев, когда рука или нога почти сгорали, когда конечность вступала в контакт с электрическим током, и ток протекал только через часть конечности, прежде чем он вышел в другой проводник, не проходя через туловище. тело. Если бы ток прошел через туловище тела, человек почти наверняка был бы поражен электрическим током.

Большое количество серьезных электротравм в промышленности связано с переходом электрического тока с рук на ноги.Поскольку такой путь затрагивает и сердце, и легкие, результаты могут быть фатальными.

Продолжительность шока

Длительность шока сильно влияет на результат. Если шок кратковременный, он может быть только болезненным для человека.

Если уровень тока достигает приблизительного порога фибрилляции желудочков в 100 мА, разряд продолжительностью в несколько секунд может привести к летальному исходу. Это немного, если учесть, что небольшая легкая портативная электрическая дрель потребляет примерно в 30 раз больше.При относительно высоких токах смерть неизбежна, если удар имеет значительную продолжительность; однако если шок кратковременный и сердце не повреждено, за прекращением тока может последовать спонтанное возобновление его нормальных ритмических сокращений.

Влияние электричества на организм человека

При воздействии напряжения организм человека реагирует как обычный приемник, имеющий заданное внутреннее сопротивление. Через него протекает электрический ток с тремя серьезными рисками:

• Тетанизация: ток удерживает мышцы, через которые он проходит, в сокращении, и если это затрагивает грудную клетку, это может привести к остановке дыхания.
• Фибрилляция желудочков: это полное нарушение сердечного ритма.
• Термическое воздействие: Термическое воздействие вызывает разную степень повреждения тканей, даже глубокие ожоги в случае больших токов. Из приведенной ниже таблицы видно, что при напряжении прикосновения 220 В через тело человека проходит ток силой 147 мА. Поэтому 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, показывают различные пределы воздействия переменного тока частотой 50 Гц на человека и определяют 4 основные зоны риска. В некоторых установках или при определенных условиях (влажные помещения, влажная кожа, напольное покрытие с низким сопротивлением и т. д.) можно учитывать более низкое значение импеданса.

Кривые время/ток, показывающие воздействие переменного тока частотой от 15 до 100 Гц на человека

AC-1: Обычно никакой реакции

AC-2: Как правило, не оказывает опасного физиологического воздействия

AC-3: Как правило, без органических повреждений.Вероятность мышечных сокращений и затруднения дыхания, если ток течет дольше 2 с. Обратимые помехи в формировании распространения сердечного импульса без фибрилляции желудочков, нарастающие с увеличением силы тока и периода течения.

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

АС-4.1: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 5%

AC-4.2: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 50%

AC-4.3: Вероятность фибрилляции желудочков более 50%

Зоны условного времени/тока воздействия постоянного тока токи на людей для продольного восходящего пути тока (руки-ноги)

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

DC-2: Вероятны непроизвольные мышечные сокращения, особенно при создании, прерывании или быстром изменении тока, но обычно без вредных электрических физиологических эффектов.

DC-3: Могут возникать сильные непроизвольные мышечные реакции и обратимые нарушения формирования и проведения импульсов в сердце, нарастающие с величиной тока и временем. Обычно органического повреждения не ожидается

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

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

DC-4.2: Вероятность фибрилляции желудочков примерно до 50 %

DC-4.3: Вероятность фибрилляции желудочков выше 50 %

Ток и тело человека

Причины электротравм

Каждый год несчастные случаи с электрическим током вызывают тысячи травм как среди профессионалов, так и среди непрофессионалов.Около половины этих несчастных случаев связаны с внутренними низковольтными установками. Другая половина связана с рядом причин, включая контакт с воздушными линиями или молнией. При прохождении электрического тока через тело пострадавший «не может отпустить» (тетанизация рук на область, с которой они соприкасаются), либо происходит обратное, мышцы расслабляются, вызывая отбрасывание назад, с сопутствующим риском получения травм (падение с лестницы и т.п.). Соблюдение юридических обязательств по обеспечению защиты (разрешенное оборудование) является гарантией безопасности при правильном проведении технического обслуживания и модернизации; но на сегодняшний день нет никаких правовых обязательств, предусматривающих это.Отсюда важность обеспечения того, чтобы пользователи (включая всех нас) знали о рисках.

Продолжить чтение

[PDF] Скачать Влияние электрического тока на организм человека

Скачать Скачать Влияние электрического тока на организм человека…

Международная конференция по системам, обработке сигналов и электронике (ICSSEE’2012) 26-27 декабря 2012 г. Дубай (ОАЭ)

Влияние электрического тока на организм человека А.Ouazani, A. Khellassi, I. Habi

Тетанизация мышц: От 7 до 8 мА мышцы сокращаются. При напряжении до 10-15 мА сжимание кисти (при контакте — кисти или стопы) на захваченных предметах такое, что можно отпустить: тетанизация, которая может распространяться на руки и ноги. Для токов выше 25 мА траектория тока в организме может включать дыхательные мышцы и приводить к смерти от удушья. Блокирование грудной клетки может повредить сердце и, следовательно, привести к поражению электрическим током (несчастный случай со смертельным исходом).-Фибрилляция сердца: Фибрилляция сердца представляет собой некоординированное сокращение мышц (сердечная аритмия цикла и потеря синхронизма). При фибрилляции нарушается электрическая активность сердца, что препятствует эффективному сокращению сердца.

Резюме — В этом исследовании рассматриваются две части: — В первой анализируются физиологические эффекты: первые ощущения от электрического тока (токи в этом случае не опасны), тетанизация, которая может иметь серьезные последствия, особенно если важно время протекания тока, фибрилляция сердца очень опасна и часто приводит к поражению электрическим током и ожогам.-Вторая часть включает неисчерпывающее исследование различных факторов, участвующих в физиологических эффектах электрического тока, таких как ток, электрический импеданс человеческого тела, время прохождения тока, траектория тока через тело человека. , частота тока.

Ключевые слова— несчастные случаи, ожоги, электрический ток, электрическая энергия, поражение электрическим током, фибрилляция, частота, напряжение. I. ВВЕДЕНИЕ

Когда сердечные сокращения анархические, сердце больше не может выполнять свою роль насоса, и человек теряет сознание и не дышит.При длительном течении этого состояния появляются необратимые повреждения с последующей смертью пострадавшего. -Электрические ожоги: ожоги являются наиболее частым последствием несчастных случаев, вызванных действием электрического тока. Тяжесть электрических ожогов связана со всеми физическими параметрами аварии: током, напряжением и временем протекания тока. Ожоги от высокого напряжения имеют особую тяжесть, так как помимо местных ожогов возникают глубокие ожоги по ходу тока в мышечных массах. Ожоги от дуги возникают из-за воздействия сильного тепла и затрагивают особенно части тела (руки, лицо, глаза), но могут достигать значительной части поверхности кожи и усугубляться воспламенением одежды.Электротермические ожоги обусловлены прохождением электрического тока и связаны с нагревом и их значение напрямую связано с законом W = ITU. При смешанных ожогах электрическая дуга и прохождение электрического тока вместе приводят к поверхностным и глубоким ожогам.

E

ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ энергия сегодня является наиболее часто используемой формой энергии. Его легко транспортировать и преобразовывать в другие формы энергии. В любой электроустановке реальна опасность поражения электрическим током (несмертельного исхода), поражения электрическим током (приведшего к смерти) и пожара.Когда человек соприкасается с двумя электродами, через его тело проходит электрический ток. Интенсивность этого тока зависит от нескольких факторов. Опасность зависит как от тока, времени прохождения тока через тело, траектории, по которой этот ток следует, так и многих других факторов, которые обсуждаются частично. Различные физиологические реакции, возникающие при прохождении электрического тока через тело человека, многочисленны и требуют анализа не только электриков, но и медицинских специалистов (кардиологов, неврологов, профпатологов и т…). II. ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ Ток восприятия: ток очень низкой интенсивности воспринимается языком, вызывая острое ощущение. При более высокой интенсивности он становится ощутимым для кожи и вызывает покалывание, а затем боль.

III. ФАКТОРЫ, УЧАСТВУЮЩИЕ В ФИЗИОЛОГИЧЕСКОМ ВОЗДЕЙСТВИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

А. Уазани, сотрудник Университета Бумердес, Алжир, электронная почта: [email protected] yahoo.fr ). А. Хелласси из Университета Бумердес в Алжире.И. Хаби из Университета Бумердес в Алжире (электронная почта: [email protected]).

A. Ток Электрические токи в зависимости от их значения вызывают различные физиологические воздействия на организм человека. Some 207

Международная конференция по системам, обработке сигналов и электронной инженерии (ICSSEE’2012) 26-27 декабря 2012 г. Дубай (ОАЭ)

C. Сопротивление тела: Сопротивление человеческого тела току нелинейно. . Его значение варьируется в очень больших пропорциях, и ток через человеческое тело, очевидно, является функцией импеданса.Для одного и того же человека импеданс зависит от нескольких факторов (точки контакта, состояние кожи, продолжительность контакта, контактное напряжение…).

значения интересно узнать, какие пороги? -Пороги восприятия: ток до 0,45 мА воспринимается языком. Выше и от 0,3 до 3 мА подача переменного тока (50 Гц) становится заметной на коже и вызывает ощущение покалывания и боли. Опыты на 169 людях показали, что ощущение возникает в среднем при силе тока 1.086 мА от Далзила [2]. Для IEC (Международная электротехническая комиссия) воспринимаемое значение тока составляет 0,5 мА [3,4]. Обратите внимание, что это средние значения, которые зависят от нескольких факторов. Отсюда по Далзиэлю величина восприятия тока колеблется от 0,3 до 99,7 мА [2].

D. Время прохождения тока: Опасность даже больше, чем велико время прохождения тока через тело человека. Так что опасность одинакова для тока 30 мА в течение 5 секунд и 300 мА в течение 0,5 секунд. Действительно, во время прохождения тока сопротивление тела уменьшается, а ток через тело увеличивается.Некоторые авторы разработали эмпирические формулы зависимости тока фибрилляции от времени прохождения через тело человека (8.9). Таким образом, согласно Dalziel и C.E.I.:

Беспороговое падение Для токов, превышающих текущее восприятие, ощущение становится неприятным и достигает всей руки (касание руки или руки к ноге) и может привести к сокращению мышц. Порог срабатывания не определяется IEC как максимальный ток, который может выдержать человек. Порог для невыдачи зависит от нескольких факторов.К числу этих факторов относится время, прошедшее с момента уменьшения электрического импеданса тела человека, предполагающего контактное напряжение для определенного увеличения силы тока через тело человека и приводящего к смерти в течение нескольких минут. Например, текущее значение несрабатывания установлено на уровне 10 мА в соответствии с IEC [3] и в 16 мА в соответствии с требованиями Фоллио и Доллина [6,7]. -Порог фибрилляции желудочков: Порог фибрилляции сердца зависит в основном от величины тока, времени протекания тока в организме и текущей поездки.Для времени прохождения тока, превышающего сердечный цикл (примерно одна секунда), большинство авторов считают, что фибрилляция составляет от 25 мА до 100 мА [3, 4,5]. В районе 25-30 мА, если разрыв цепи происходит быстро, опасность поражения электрическим током маловероятна. Этим и объясняется выбор данного порога законодателями и производителями быстродействующих на КРУ реле защиты.

Ih=

165 √t

и

Ih= 10 +

10 t

Значения фибрилляции токов очень разные, что можно объяснить разным опытом разных моделей в разных условиях.E. Время прохождения тока: Траектория тока имеет большое влияние на опасность, электрический ток циркулирует через самую высокую проводимость человеческого тела. Это траектории, которые могут повредить сердце и вызвать фибрилляцию желудочков. Так, по данным IEC, опасность для траектории с рук на ноги в 3,8 раза больше, чем с рук на руки. F. Частота: Подавляющее большинство общебытовых и промышленных распространяется на частоте 50-60 Гц, которые являются наиболее опасными частотами.Для частот выше 50 Гц ток становится менее опасным. На частоте 1000 Гц значения восприятия тока, невыделения и фибрилляции в 2,1 раза, 6,68 раза и 14 раз выше, чем для частоты 50 Гц.

B. Напряжение: значение напряжения не является критерием опасности, критерием является то, что ток через него зависит от контакта с телом и текущего напряжения и значения электрического сопротивления человеческого тела. Таким образом, средства защиты относятся не к току, который нелегко измерить, а к величине напряжения прикосновения.МЭК считает, что напряжения ниже 50 В не опасны [3,8].

G. Другие влияния: Их очень много. Среди них: -возраст, -здоровье, -физическое состояние, -размер, -психологическое состояние, 208

Международная конференция по системам, обработке сигналов и электронной инженерии (ICSSEE’2012) 26-27 декабря 2012 г. Дубай (ОАЭ) )

[5] [6]

-комнатная температура -окружающая атмосфера, влажность-, -высота над уровнем моря …….

[7] [8] [9]

нт (мА) 0,045 0.от 5 до 1 6-8 10 15,5 20

30

50

от 70 до 100 >500

Воздействие электрического тока

Сенсорный уровень Язык Порог восприятия в зависимости от состояния кожи, легких сокращений мышц Кожа восприятия шок при прикосновении Поражение электрическим током, мышечное сокращение, Пороговое значение определяется неразглашаемым CEI Невозможность самоосвобождения тока Поражение электрическим током, тетанизация грудной клетки, возможность При дыхательной асфиксии, если t больше 3 минут, если интересующий путь тока к диафрагме (контакт рукой) Поражение электрическим током, тетанизация грудной клетки, возможность фибрилляции желудочков, если t больше одной минуты. Возможность фибрилляции желудочков с вероятностью больше 50% и если t больше 1.5 сердечного цикла Фибрилляция желудочков с вероятностью более 50%, если t меньше 0,75 сердечного цикла; ожоги Нервные центры разрушены; внутренний химический состав, ожоги очень важны; почти немедленная смерть

IV. ВЫВОД: Статистика несчастных случаев показывает, что процент несчастных случаев по вине электрического тока очень низок, тогда как несчастных случаев со смертельным исходом значительно больше. Широкое использование электричества приводит ко многим несчастным случаям, которые могут быть очень серьезными, и значительный процент из них приводит к смерти.Необходимо изучение действия электрического тока на организм человека и электрического сопротивления человеческого организма. Неисчерпывающая часть изучена в настоящей работе.

ССЫЛКИ [1] [2] [3]

[4]

A. Ouazani, Théorie et pratique pour l’amélioration de la sécurité dans les Installations électriques. Далзил, Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectrum, 1972.vol.6 N2. Effets du courant passant par le corps humain».Международная электротехническая комиссия, отчеты CEI, публикация 479.1, 1984. C. Remond, Les effets du courant électrique traversant le corps humain JEEE N538, 1986. 209

Рэй Фриш, Все о поражении электрическим током. Радиоэлектронное, 1985, т.35 N8. П. К. Долин, Безопасность электрических установок. Москва, Энергоатомиздат, 1984. Фоллио Д. Познание рисков: физиопатология электризации, JEEE, N462, 1980. Effets du courant passant par le corps humain.C.E.I, rapports de la C.E.I, публикация 479, 1974. C.F. Далзил, Смертельный электрический ток. IEEE Spectrum 1968, том 6 N2.

Биоэлектричество может быть ключом к борьбе с раком — Кварц

Каждое ваше движение, восприятие и мысль контролируются электричеством.

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

Благодаря более чувствительным приборам, лучшим методам измерения нашего врожденного электричества на клеточном уровне и, как следствие, более глубокому пониманию этих клеточных процессов, мы теперь можем сделать гораздо больше для интерпретации, прерывания или перенаправления этих коммуникационных сигналов. Применений бесчисленное множество, но особенно многообещающие и немедленные для исправления тела, когда оно идет не так, как надо, будь то из-за травмы, врожденных дефектов или рака. Виды исправлений, обеспечиваемые биоэлектрическими вмешательствами, просто шокируют .

Тело электрическое

Биоэлектричество — это не то электричество, которое включает свет, когда вы щелкаете выключателем. Этот вид электричества основан на электронах: отрицательно заряженных частицах, движущихся с током. Человеческое тело, включая мозг, работает по совершенно иной версии: это движения в основном положительно заряженных ионов таких элементов, как калий, натрий и кальций.

Именно так все сигналы перемещаются 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, здоровы ли системы, в которых они находятся, или нет.

Это не всегда было очевидно. Луи Лангман, например, опередил свое время. Работая в 1920-х годах в Нью-Йорке, он предлагал пациентам в своем отделении гинекологической службы Белвью необычную диагностику рака: два электрода, один из которых помещался во влагалище, 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, обоснованы ли его подозрения.

Техника оказалась на удивление эффективной. Из 102 случаев, в которых колебания выявили значительный сдвиг градиента напряжения, в 95 были подтверждены злокачественные новообразования. Точные местоположения рака различались, но их часто выявляли до того, как у женщины появлялись очевидные симптомы.

Лангман и его соавтор, анатом из Йельского университета Гарольд Сакстон Бёрр, были среди небольшой группы ученых, исследующих электрические свойства тканей человека. Они считали, что все живые существа — от мышей до людей и растений — формируются и управляются электрическими полями, которые можно измерить и нанести на карту с помощью стандартных вольтметров.

Лангман и Берр были правы, но их открытия были малопонятны до 1949 года, когда Алан Ходжкин и Эндрю Хаксли открыли, как ионы помогают электрическим сигналам проходить через мембраны нервных клеток.Этот прорыв, за который они позже получили Нобелевскую премию, должен был спровоцировать бурный рост исследований, включая поиски ионной связи за пределами нервной системы.

Вскоре мы профилируем электрические свойства тела так же, как мы профилировали его генетическую основу, то есть, чтобы завершить человеческий «электром».

Но как только Ходжкин и Хаксли открыли этот механизм, его затмил другой прорыв: в 1953 году Джеймс Уотсон и Фрэнсис Крик объявили об открытии двойной спирали ДНК.Вся дисциплина биологии быстро реорганизовалась вокруг генов. Биоэлектричество было отнесено к нишевой проблеме в неврологии.

Не помогло и то, что не было возможности изучать потоки ионов во многих других типах клеток в организме, не убивая их, тем самым гася сами изучаемые процессы. То есть до 1976 года, когда Эрвин Неер и Берт Сакманн разработали именно этот инструмент, позволяющий ученым наблюдать, как отдельные ионы проникают в нейроны и выходят из них.Они использовали свою технику «заплатки», чтобы обнаружить каналы, которые позволяют ионам проникать через клеточные мембраны.

Под кожей

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

Одними из первых были клетки кожи, которые при повреждении генерировали электрическое поле.Вы сами можете почувствовать этот так называемый травмирующий ток: сильно прикусите щеку, а затем коснитесь ее языком. Вы почувствуете покалывание. Это вы чувствуете напряжение. Раневой ток взывает к окружающим тканям, привлекая помощников, таких как заживляющие агенты, макрофаги, чтобы убрать беспорядок, и восстанавливающие клетки, сотканные из коллагена, называемые фибробластами.

Но этот ток было сложно измерить еще несколько лет назад — хрупкие, сверхчувствительные устройства, способные идентифицировать 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 отслеживать токи, вызывающие травмы человека. Он обнаружил, что он достигает пика при травме, ослабевает по мере заживления раны и возвращается к неопределяемому уровню, когда заживление завершено.

Но что интересно, он также обнаружил, что люди, чей травмирующий ток был слабым, исцелялись медленнее, чем люди, чей травмирующий ток был «громче». Еще более интересно: сила тока раны снижается с возрастом, излучая сигнал, который у людей старше 65 лет вдвое слабее, чем у людей моложе 25 лет.

Это привело к всплеску интереса к использованию природного электричества нашего тела для ускорения или улучшения заживления ран. Энн Райничек из Абердинского университета обнаружила, что если она использовала препараты, блокирующие каналы, для ингибирования ионов натрия и тем самым прерывания электрических сигналов, посылаемых раневым током у крыс, их раны заживали дольше.

Возможно ли обратное? Может ли усиление естественного электрического поля кожи сократить время заживления или даже способствовать заживлению ран, которые вообще крайне устойчивы к заживлению?

Недавние испытания показывают, что да.Возможно, самые мучительные раны — это тяжелые пролежни, на заживление которых могут уйти месяцы или годы (если они вообще заживают) и которые поражают ткани, мышцы и кости глубоко под кожей. Два недавних метаанализа пришли к выводу, что усиление естественного тока раны с помощью электрической стимуляции предотвратило их ухудшение и даже полностью излечило некоторые из худших. Электростимуляция почти удваивает их заживление. Подобные интригующие результаты были получены для незаживающих диабетических ран — таких, которые приводят к ампутации конечностей, что обычно приводит в течение нескольких лет к смерти.

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

Будущее биоэлектричества 

Так почему же каждый хирург не использует электростимуляцию для каждой раны?

Недавнее исследование показало, что идея о важности электричества в биологии все еще слишком нова и нелогична для широкого признания.И даже когда клиницисты слышали о нем, они не знали, как его использовать: ни в одном из существующих руководств не указывается ни текущий тип (прямой? переменный?), ни параметры (как долго его следует применять? насколько сильным он должен быть? ). Даже инструменты не стандартизированы. Неудивительно, что в отсутствие четких рекомендаций терапевты предпочитают прибегать к антибиотикам, а не брать на себя ответственность за этот пугающий набор вариантов.

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

В конце прошлого года совместная американо-китайская команда из Университета Висконсина и Университета Хуажонг разработала носимый наногенератор, который можно было вставить в повязку для создания усиливающего электрического поля от повседневных движений пользователя.Крысам, носившим эту повязку, требовалось в среднем три дня для заживления; те, кто не принял 12.

Возможно даже усилить раневой ток без электростимуляции. Это важно при травмах, когда вам не нужно применять электричество или повязку, например, при травмах глаз. Мин Чжао из Калифорнийского университета в Дэвисе показал, что разрывы роговицы заживают быстрее, если с помощью простых глазных капель манипулировать определенными ионными каналами, чтобы увеличить величину тока раны — биоэлектричество без электричества.

Связь между раком и электричеством

Если можно завоевать сердца и умы врачей, то заживление ран, вероятно, является самым непосредственным клиническим применением биоэлектрических исследований. Но то, что мы можем ожидать в течение следующих 10 лет, — это большая ясность в отношении того, как отдельные клетки используют электрическую связь для сотрудничества в служении телу в целом.

Рак все чаще начинают рассматривать как недостаток общения.

Раком называют незаживающую рану.Есть много общего. Например, новые кровеносные сосуды образуются как при заживлении ран, так и при злокачественных опухолях клеток, и в обоих случаях происходят изменения в электрических сигналах. Разница в том, что при раке сигналы никогда не прекращаются.

Как Лэнгман и Берр подозревали 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 перестанут работать.

Рак все чаще начинают рассматривать как недостаток общения; нарушение регуляции информационного поля, направляющего деятельность отдельных клеток на функционирование как часть нормальной живой системы. Отдельные клетки «забывают», что они являются частью большего целого, и относятся к остальной части тела как к окружающей среде, ресурсы которой можно использовать, чтобы прокормить себя.

Это большой отход от господствующей точки зрения, согласно которой на протяжении десятилетий здоровая клетка превращается в раковую просто за счет накопления генетических повреждений.Мутации, как гласила история, ведут к неограниченному размножению.

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

Появляется все больше доказательств того, что это так. Электрические поля, генерируемые ионами, прокачивающими кожу или ткани органов, посылают клеткам сигналы начать миграцию, что также имеет решающее значение при распространении рака по всему телу.Мустафа Джамгоз из Имперского колледжа Лондона исследовал роль определенного типа натриевых каналов при раке молочной железы и простаты. Они размножаются в раковых клетках, делая их более электрически активными, чем могут управлять нормальные механизмы контроля организма. Затем такие клетки проникают в другие ткани и метастазируют.

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

Можно ли остановить рак, контролируя биоэлектрические обмены между клетками? В 2013 году группа Левина показала, что они могут предотвратить или обратить вспять некоторые опухоли у головастиков, используя лекарства, воздействующие на их биоэлектрические сигналы. Одни и 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, распространялись и формировали собственное кровоснабжение, пока Левин не добавил новые, активируемые светом ионные каналы с помощью генной терапии.Это привело к тому, что клетки перестали 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 других заболеваний.

Заживление ран похоже на регенерацию, которой славятся саламандры.

Починка сломанной системы биоэлектрической связи может привести к еще более драматичным результатам.Левин стремился обратить вспять катастрофические деформации у головастиков, которые подверглись эквиваленту интенсивного курения или употребления алкоголя во время беременности человека — оба эти фактора вызывают эмбриональные дефекты, препятствуя биоэлектрическим сигналам, посылаемым развивающимися клетками плода. После однократного двухдневного купания в широко доступном препарате ионных каналов головастики перестроились и росли как обычно. Подразумевается, что такие расстройства, как фетальный алкогольный синдром и другие врожденные дефекты, в конечном итоге могут стать обратимыми у людей.

Более широкое значение по-прежнему заключается в том, что в течение следующего десятилетия мы сможем узнать о биоэлектричестве достаточно, чтобы изменить способ взаимодействия сотовых сетей и принимать решения о том, как они растут и развиваются. Важнейшим фактором здесь станут новые инструменты вычислительного моделирования. Исследователи, в том числе Левин, теперь используют их, чтобы сказать им, какие именно каналы необходимо настроить для получения желаемых изменений в более крупных электрических цепях (и, следовательно, физических изменений).

В конечном счете, заживление ран выглядит скорее как регенерация, которой славятся саламандры — и действительно, Левин продемонстрировал в нескольких экспериментах, что конечности и хвосты могут быть регенерированы с помощью биоэлектрической настройки, даже у таких видов, как лягушки, которые не предрасположены к Это.Это повышает перспективы будущих методов лечения, которые включают простое удаление пораженной части тела и ее повторное выращивание.

Переключение выключателя

Очевидно, что предстоит преодолеть очень много препятствий, прежде чем мы начнем обращать рак вспять, отрубая конечности или вырезая жизненно важные органы и выращивая новые. Испытания на людях будет трудно провести, а клетка — это чертовски сложная среда, в которой нужно отслеживать множество переменных: эксперименты по манипулированию биоэлектрическим полем показали, что есть еще много пробелов, которые нужно заполнить.

Тем не менее, мы продолжаем узнавать больше о том, насколько вовлечены и взаимосвязаны наши сети сотовой связи во всех ячейках и между ними. В прошлом году Джамгоз обнаружил, что подавление определенных натриевых каналов лекарством может остановить метастазирование у крыс с раком простаты. Он уже подал патент на перепрофилирование блокаторов потенциалзависимых натриевых каналов в качестве антиметастатических препаратов.

Что стало ясно только в последнее десятилетие, так это возможность подключения к общению, его усиления и прерывания.В следующем десятилетии мы сможем добиться быстрого прогресса, если поймем, что наши тела не менее электрические, чем химические или механические. Отчасти речь идет о том, чтобы выйти за рамки простого понимания того, какие эффекты оказывают биоэлектрические сигналы, и понять, что они на самом деле означают. Вычислительные модели, предполагающие, какие настройки ионных каналов соответствуют каким физическим изменениям, будут становиться все более точными по мере того, как вычислительная мощность становится все более мощной.