Меню

Снижение силы тока в тканях

Физико-химические основы действия постоянного тока

При чрезкожной методике воздействия гальванический ток, преодолев сопротивление эпидермиса кожи, проходит в глубоко лежащие ткани через протоки потовых и сальных желёз, а при полостной методике – через слизистые оболочки. В кожных покровах развивается выраженная первичная реакция на воздействие постоянного тока, главным образом за счет раздражения нервных рецепторов.

Гальванизация – воздействие на организм с лечебно-профилактической целью постоянным непрерывным электрическим током малой силы ( до 50 мА) и низкого напряжения (30-80 В) через контактно наложенные на тело пациента электроды. Этот ток назван «гальваническим» в честь итальянского учёного Л. Гальвани (1738-1798).

Ткани человека обладают различной электропроводностью. Наибольшей электропроводностью отличается кровь, лимфа, спинномозговая жидкость, мышцы, паренхиматозные органы. Большое сопротивление электрическому току оказывает жировая, костная ткани и мембраны клеток ткани.

При чрезкожной методике воздействия гальванический ток, преодолев сопротивление эпидермиса кожи, проходит в глубоко лежащие ткани через протоки потовых и сальных желёз, а при полостной методике – через слизистые оболочки. В кожных покровах развивается выраженная первичная реакция на воздействие постоянного тока, главным образом за счет раздражения нервных рецепторов.

Неповреждённая кожа человека обладает высоким омическим сопротивлением и низкой удельной электропроводностью, поэтому в организм ток проникает в основном через выводные протоки потовых и сальных желёз, межклеточные щели. Поскольку их общая площадь не превышает 1\200 части поверхности кожи, то на преодоление эпидермиса, обладающего наибольшим сопротивлением, тратится больше всего энергии тока. Поэтому здесь развиваются наиболее выраженные первичные (физико-химические) реакции на воздействие постоянным током, сильнее проявляется раздражение нервных рецепторов.

Преодолев сопротивление эпидермиса и подкожной жировой ткани, ток дальше распространяется по пути наименьшего омического сопротивления, преимущественно по межклеточным пространствам, кровеносным и лимфатическим сосудам, оболочкам нервов и мышцам, значительно отклоняясь от прямой, которой условно можно соединить 2 электрода. В клетки тканей гальванический ток не проникает, т. к. мембраны клеток имеют свой, достаточно высокий электрический потенциал.

Прохождение тока через ткани сопровождается рядом физико-химических сдвигов, которые и определяют первичное действие гальванизации на организм.

Наиболее существенным физико-химическим процессом, обусловленным природой фактора и играющим важную роль в механизме действия постоянного тока, считается изменение йонной конъюнктуры, количественного и качественного соотношения йонов в тканях.

Под действием приложенного извне электрического поля растворы неорганических солей диссоциируют и положительно заряженные йоны (катионы) двигаются к катоду (отрицательному электроду), а отрицательно заряженные йоны (анионы) – к аноду (положительному электроду). В связи с различиями физико-химических свойств (заряд, радиус, гидратация и др. ) йонов скорость их перемещения в тканях будет неодинакова.

В результате этого после гальванизации в тканях организма возникает йонная асимметрия, сказывающаяся на жизнедеятельности клеток, скорости протекания в них биофизических, биохимических и электрофизических процессов. Наиболее характерным проявлением йонной асимметрии является относительное преобладание у катода одновалентных катионов калия и натрия, а у анода – двухвалентных кальция и магния. Именно с этим явлением связывают раздражающее (возбуждающее) действие катода, и успокаивающее (тормозное) – анода.

Наряду с движением йонов происходит перемещение жидкости в направлении к катоду (электроосмос), вследствие этого под катодом наблюдается отек и разрыхление, а под анодом уплотнение и сморщивание тканей. Кроме того, под влиянием постоянного тока в тканях образуются биологически активные вещества (гистамин, ацетилхолин и др. ).

При гальванизации наблюдается увеличение активности йонов в тканях. Это обусловлено переходом части йонов из связанного с полиэлектролитами в свободное состояние. Данный процесс способствует повышению физиологической активности тканей и рассматривается как один из механизмов стимулирующего действия гальванизации.

Существенную роль среди первичных механизмов действия постоянного тока играет явление электрической поляризации – скопление у мембран противоположно зяряженных йонов с образованием электродвижущей силы, имеющей направление, обратно приложенному напряжению. Поляризация приводит к изменению дисперсности коллоидов протоплазмы, гидратации клеток, проницаемости мембран, влияет на процессы диффузии и осмоса. Поляризация затухает в течение нескольких часов и определяет длительное последействие фактора.

Одним из физико-химических эффектов при гальванизации считается изменение кислотно-щелочного состояния в тканях вследствие перемещения положительных йонов водорода к катоду, а отрицательных гидроксильных йонов к аноду. Одновременно происходит направленное перемещение йонов натрия и хлора, восстановление их в атомы, а взаимодействие с водой может привести к образованию под анодом кислоты, а под катодом – щелочи.

Продукты электролиза являются химически активными веществами и при их избыточном образовании могут быть причиной ожога подлежащих тканей. Изменение же рН тканей отражается на деятельности ферментов и тканевом дыхании, состоянии биоколлоидов, служит источником раздражения кожных рецепторов. Названные физико-химические эффекты гальванического тока определяют его физиологическое и терапевтическое действие.

1.Улащик В.С., Лукомский И.В. — Общая физиотерапия 2008 г.
2.Ушаков А.А. – Практическая физиотерапия 2009 г.
3.Улащик В.С. Физиотерапия. Универсальная медицинская энциклопедия 2009 г.

Источник

Воздействие электрического тока на организм человека

Воздействие электрического тока на организм человека

Первые упоминания об электричестве, относятся к IV веку до нашей эры в трудах греческого философа Аристотеля, а в V веке д. н. э., ученый Фалес Милетский упоминал об этом явление в своих трудах. В дальнейшем, вплоть до 17 века в истории человечества не зафиксированы упоминания об электричестве. В конце 18-го века впервые упоминается о влиянии электрического тока на человеческий организм, но в то время ученые еще мало знали о том какую опасность представляет ток для человека.

  1. Основные понятия
  2. Характер и последствия воздействия на человека
  3. Типы поражения электрическим током
  4. Виды воздействия электрического тока на организм человека
  5. Основные виды поражения в результате воздействия электрического тока
  6. Основные причины поражения электрическим током

Основные понятия

Электрический удар – возбуждение живых тканей организма протекающим через него электрическим током, сопровождающееся непроизвольными судорожными сокращениями мышц.

image 4

Формула 1 – Расчет силы тока.

Как мы знаем, по степени электропроводимости все вещества делятся на 3 вида (Рисунок 1)

image 15

Рисунок 1 – Типы веществ по электропроводности

Человеческое тело довольно хорошо проводит электрический ток, а ток проходя через наш организм при превышении определенно его значения способен вызывать различные неприятные последствия, вплоть до летального исхода. Величина тока проходящего через тело попавшего под напряжение, зависит в первую очередь от величин напряжения и сопротивления организма. Сопротивление организма складывается из внутреннего – внутренние ткани, сосуды, и внешнего – кожа.

Внутреннее сопротивление у всех людей относительно мало, и составляет примерно 1000 Ом. Причем если кровь, мышечная ткань, костный и головной мозг имеют удельное сопротивление всего лишь 0,5–1 Ом/м, то сопротивление жира, костей, сухожилий и хрящей достигает 3-20 кОм/м. Сопротивление же чистой сухой кожи может достигать 100 кОм, как раз оно и определяет общее сопротивление тела человека.

Сопротивление человека зависит от многих факторов:

  • места приложения электродов;
  • площади касания (площадь соприкосновения больше – сопротивление организма меньше);
  • время прохождения тока (при увеличении длительности нахождения человека под напряжением — сопротивление организма уменьшается тк в нем нарушаются процессы терморегуляции, происходит местный нагрев внутренних органов и кожи, она выделяет пот, соответственно проводимость кожи возрастает а сопротивление уменьшается, что еще больше увеличивает нагрев…;
  • величины приложенного напряжения — с повышением напряжения уменьшается сопротивление тела в десятки раз: во-первых, за счет упомянутого выше нарушения процесса терморегуляции; во-вторых, за счет развития процессов пробоя кожи при величине приложенного напряжения выше 50 В. при этом величина сопротивления кожи уменьшается до 300 – 500 Ом.

В среднем, общее сопротивление средне-статического человека составляет 50 кОм, оно у всех людей разное, может меняться со временем, в течение жизни, и даже в течении суток и зависит не только от физического состояния кожи, но и от психоэмоционального состояния человека. Прикоснувшись к неизолированному проводнику электрического тока, человек сам становиться «элементом» электрической цепи, и ток протекая через организм оказывает на него специфическое действие.

Характер и последствия воздействия на человека

Характер и последствия опасного и вредного воздействия на человека электрического тока зависит от многих факторов:

  1. от величины и рода (переменный или постоянный) протекающего тока;
  2. продолжительности его воздействия (чем больше время действия тока на человека, тем тяжелее последствия);
  3. пути протекания;
  4. от физического и психологического состояния человека;
  5. от состояния внешней среды, например при высокой влажности воздействие электричества на организм будет сильнее.

Величина и тип протекающего тока является главным фактором от которого зависит исход его воздействия на организм человека (или животного).

По степени воздействия на человека от величины ток делится на три пороговых значения:

  • Человек начинает ощущать воздействие проходящего сквозь него переменного тока при значении 0,6 мА, прямого начиная с 5-7 мА. Эти значения называются пороговыми ощутимыми токами.
  • Следующий порог – порог неотпускающего (удерживающего) тока. Его значение для переменного тока составляет ≥10 мА, для постоянного ≥50 мА.
  • Третье пороговое значение – фибрилляционный ток. Это значение переменного тока 100 мА, а постоянного 300 мА, при длительности воздействия такого тока 0,5 сек, может наступить остановка сердца или его фибрилляция.

В таблице 1 приведены различные реакции организма человека на электрический ток в зависимости от его силы и типа.

Сила тока, мА

Характер воздействия

Постоянный ток

Переменный ток 50 Гц

Начало ощущения — слабый зуд, пощипывание кожи под электродами

Ощущение тока распространяется и на запястье руки, слегка сводит руку

Начало ощущения. Впечатление нагрева кожи под электродом

Болевые ощущения усиливаются во всей кисти руки, сопровождаются судорогами. Руки, как правило, можно оторвать от электродов

Усиление ощущения нагрева

Сильные боли и судороги во всей руке, включая предплечье. Руки трудно оторвать от электродов

Усиление ощущения нагрева

Едва переносимые боли во всей руке. Руки невозможно оторвать от электродов.

Еще большее усиление ощущения нагрева кожи.

Руки парализуются мгновенно, оторваться от электродов невозможно. Сильные боли, дыхание затруднено

Ощущение сильного нагрева, боли и судороги в руках. При отрыве рук от электродов возникают едва переносимые боли в результате судорожного сокращения мышц

Очень сильная боль в руках и груди. Дыхание крайне затруднено. При длительном токе может наступить паралич дыхания или ослабление деятельности сердца с потерей сознания

Ощущение очень сильного поверхностного и внутреннего нагрева, сильные боли во всей руке и в области груди. Затруднение дыхания. Руки невозможно оторвать от электродов из-за сильных болей при нарушении контакта

Дыхание парализуется через несколько секунд, нарушается работа сердца. При длительном протекании тока может наступить фибрилляция сердца

Паралич дыхания при длительном протекании тока

Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич сердца

Фибрилляция сердца через 2-3 с; еще через несколько секунд — паралич дыхания

Читайте также:  В чем заключается различие в направлении индукционного тока с точки зрения правила ленца правило

То же действие за меньшее время

Дыхание парализуется немедленно — через доли секунды. Фибрилляция сердца, как правило, не наступает; возможна временная остановка сердца в период протекания тока. При длительном протекании тока (несколько секунд) тяжелые ожоги, разрушения тканей

Как видно из таблицы 1, переменный ток более опасен чем постоянный. Тем не менее, даже небольшой, ниже порога ощущения постоянный ток, дает сильные удары способные вызвать судороги мышц. А при значении напряжения выше 500 В уже опаснее постоянный ток так как он обладает большой «липучестью» и от него практически невозможно самостоятельно освободиться.

В то же время, хотя переменный ток считается более опасным для человека, но это касается в основном частоты 50 Гц. С увеличением частоты, даже с учетом что сопротивление организма падает и ток текущий через него увеличивается – опасность поражения снижается электротоком и полностью исчезает при частоте 450 — 500 гГц, т.к. при высокой частоте возникает так называемый «skin» эффект – ток идет по поверхности организма, те по коже, и не может поразить человека. Но с токами такой частоты мы практически не сталкиваемся ни в быту, ни на производстве, в отличие от 50 герцового переменного напряжения, которое является стандартом в электросетях России.

Типы поражения электрическим током

В зависимости от того, какой наступает исход от электроудара, выделяют 5 типов:

  1. судорожные сокращения мышц, человек находится в сознании;
  2. судорожные сокращения мышц, человек без сознания, дыхание и работа сердца присутствуют;
  3. отсутствие дыхания с нарушением работы сердца;
  4. электрический шок, сильное расстройство дыхания, расстройство функционирования кровеносной и нервной системы, наступление глубокой депрессии которая может длиться от нескольких десятков минут до нескольких суток и в конечном итоге наступает либо полное выздоровление, либо биологическая смерть;
  5. клиническая смерть, отсутствует дыхания, остановка сердца. Ее еще называют мнимой смертью, длится 6-8 минут, является переходным состоянием от жизни к смерти. По прошествии указанного времени, если не проводить реанимационные мероприятия – наступает биологическая смерть.

Также, большое значение имеет и путь, по которому проходит ток через организм т.е. какими частями тела человек касается токопроводящей части. Чаще всего люди «включаются» в электрическую цепь таким образом, что ток проходит по петлям: «рука-ноги», «рука-рука», «нога-нога», «рука-голова», «ноги-голова».

Наибо̀лее опасны петли прохождения, при которых ток проходит через самые важные жизненные органы: сердце, головной мозг, спинной мозг которые к тому же имеют наименьшее электрическое сопротивление в организме и соответственно пропускают через себя бо̀льшее значение силы тока. Отсюда напрашиваются очевидные выводы что наиболее опасные петли «рука-рака» и пути проходящие через голову, а путь «нога-нога» наименее опасный, но тем не менее это не так, так как при этом возникает шаговое напряжение, ноги парализуются – человек оказывается в лежачем состояние и поражение током наносится всему организму.

Есть два варианта подключения организма к электрической цепи:

  1. двухфазное – человек одновременно прикасается частями тела к двум фазам (рис 2),
  2. однофазное – прикосновение к фазе и нулевой точке (рис 3).

image 16

Рисунок 2 — Схема двухфазного включения человека в электрическую сеть

Где, а – сеть с изолированной нейтралью; б – сеть с глухозаземленной нейтралью.

Двухфазное подключение самое опасное, так как в этом варианте ток зависит только от напряжения и сопротивления человека (формула 1) и будет иметь максимальное значение чем при однофазном подключение (см. рис 3).

image 17

image 18

Рисунок 3 — Схема однофазного включения человека в электрическую сеть (в)

  • а – сеть с изолированной нейтралью;
  • б – сеть с глухозаземленной нейтралью.
  • в – сеть с заземленной нейтралью

При варианте a на рисунке 3, к сопротивлению человека — Rч, добавляется сопротивление обуви Rоб, Rп – сопротивление пола, сопротивление изоляции фаз – Rиз. Те формула силы тока примет следующий вид (формула – 2).

image 5

Формула 2 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение с изолированной нейтралью.

  • Uф – фазное напряжение, В;
  • Rч – сопротивление человека (принимается равным 1000 Ом.

При расчетах принимается наименьшее сопротивление (при сильном опьянении, с мокрой или поврежденной кожей);

  • Rоб – сопротивление обуви;
  • Rп – сопротивление пола;
  • Rиз – сопротивление изоляции.

С учетом что сопротивления пола-обуви-изоляции имеют на порядки большие значения чем сопротивление человека – то и протекающий при таком варианте ток через человека гораздо слабее и менее опасный чем при 2х фазном подключении.

В аварийном режиме (см. рисунок 3б) когда одна из фаз коротит на корпус или уходит в землю, или происходит касание в месте с поврежденной изоляцией – человек может оказаться под полным линейным напряжением, ток проходящий через организм в таком случае рассчитывается по формуле 3:

image 6

Формула 3 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение в аварийном режиме.

Величина тока при однофазном подключении человека к сети с заземленной нейтралью рассчитывается по формуле 4.

image 7

Формула 4 – Сила тока, проходящего через человека при однофазном подключение с заземленной нейтралью.

Виды воздействия электрического тока на организм человека

По типу воздействия на человеческий организм электричества выделяют следующие виды:

  • Биологическое– проявляется раздражением и возбуждением тканей организма, нарушением биологических процессов, в результате чего может произойти остановка сердца и дыхания. Также ток может подавить весьма биотоки протекающие в теле человека, и тем самым вызвать серьезные расстройства в организме вплоть до его гибели.
  • Термическое– ожоги отдельных участков тела: кожи в месте соприкосновения с электродами и внутренних органов и сосудов на пути прохождения электрического тока, а также от воздействия электрической дуги или искры, образующихся при коротком замыкание или приближении человека близко к местам находящимся под высоким напряжением.
  • Электролитическое— разложение биологических жидкостей, в том числе крови, в результате чего нарушается их физико-химический состав.
  • Механическое– приводит к расслоению, разрыву тканей организма в результате электродинамического эффекта, а также взрывоподобного образования пара, образующегося при вскипании биологических жидкостей под действием тока. От сильных судорог могут возникать вывихи, разрыва мышц, сухожилий и даже переломы.

Основные виды поражения в результате воздействия электрического тока

Электрические ожоги — самая распространенная электротравма, возникает в результате локального воздействия тока на ткани. Ожоги бывают двух видов — контактный и дуговой. Контактный ожог является следствием преобразования электрической энергии в тепловую и возникает в основном в электроустановках напряжением до 1 000 В. Дуговой ожог обусловлен воздействием электрической дуги, создающей высокую температуру. Дуговой ожог возникает при работе в электроустановках различных напряжений, часто является следствием случайных коротких замыканий в установках выше 1000 В и до 10 кВ или ошибочных операций персонала. Поражение возникает от перемены электрической дуги или загоревшейся от нее одежды.

Электрические знаки – пятна серого или бледно-желтого цвета, образующиеся на коже. Происходит как бы омертвление верхнего слоя пораженного участка кожи и ее затвердевание наподобие мозоли. Обычно электрические знаки безболезненны и при лечении бесследно исчезают. Знаки после поражения током появляются приблизительно у 11-20 % пострадавших.

Металлизация кожи – проникновение в нее мельчайших частиц металла при его расплавлении и разбрызгивании в случае образования электрической дуги. Металл может проникнуть в кожу также вследствие электролиза в местах соприкосновения человека с токоведущими частями. Возникает приблизительно у каждого десятого пострадавшего. С течением времени пораженный участок кожи регенерирует и приобретает нормальный вид и эластичность. Однако, при поражении глаз, лечение бывает безрезультатным и в результате травмы наступает слепота.

Электроофтальмия – воспаление наружных оболочек глаз в результате воздействия ультрафиолетового излучения электрической дуги. Характерные проявления болезни: слезотечение, частичное ослепление и светобоязнь; боль в глазах продолжается обычно несколько дней.

Механические повреждения проявляются под действием тока непроизвольным судорожным сокращением мышц. Это может привести к разрыву кожи, кровеносных сосудов и нервных тканей. Такие травмы возникают при контакте с напряжением ниже 380 В, когда человек не теряет сознания и пытается самостоятельно освободиться от источника тока.

Основные причины поражения электрическим током

Самые частые причины по которым люди оказываются под действием электротока следующие:

  • прикосновение к неизолированным токоведущим при котором возникает напряжение прикосновения;
  • появление напряжения на частях установок и машин, не находящихся под напряжением в нормальных условиях эксплуатации (корпуса, пульты и др.), что чаще всего происходит вследствие повреждения изоляции;
  • образование электрической дуги между токоведущей частью и человеком, что возможно в электрических установках напряжением 1 кВ;
  • воздействие напряжения шага (в основном при обрыве провода линии электропередачи когда происходит его замыкание на землю);
  • несогласованные и ошибочные действия персонала, отсутствие надзора за электроустановками под напряжением и ряд других организационных причин.

Предугадать электротравмы трудно, так как электричество невидимо, не имеет запаха. И хотя электротравматизм на производстве случается гораздо реже других видов травм – но находиться на первом месте по тяжести и по количеству смертельных исходов от них. К сожалению немалая часть несчастных случаев происходит из-за несоблюдения правил безопасности при работе с электроустановками, а также недостаточной квалификации работников.

Также часть смертельных исходов происходит потому что не все после электрического удара обращаются к врачу, а как было описано выше, существуют виды травм, при которых если не проводить лечение, смерть может наступить не сразу.

Очень важно в организациях проводить периодические инструктажи и объяснять работникам об опасности электрического тока, рассказывать о безопасных способах работы с электроустановками, обучать оказанию первой помощи пострадавшим.

Источник

Сопротивление тела человека — от чего зависит и как может изменяться

При попадании человека под электрическое напряжение, через его тело начинает течь электрический ток, и величина этого тока зависит не только от величины приложенного напряжения, но и от сопротивления тела человека. Между тем, сопротивление тела человека — величина отнюдь не постоянная, ее значение зависит от многих факторов: от состояния человека на момент контакта (психического и физического), от параметров замкнутой цепи, от внешних условий среды, в которой человек на момент удара находится.

Тело человека состоит из различных тканей, и каждый вид тканей обладает своим сопротивлением. Так например, сухожилия, кожа, жировая ткань, хрящи и кости имеют удельное сопротивление порядка 3 — 20 кОм/м. Кровь, мышцы, лимфа, головной и спинной мозг — всего от 0,5 до 1 Ом/м. Из всех этих тканей наибольшим сопротивлением отличается кожа, поэтому именно кожа в значительной степени определяет сопротивление человеческого тела электрическому току.

Сопротивление тела человека - от чего зависит и как может изменяться

Человеческая кожа имеет сложную структуру. Ее наружный слой — эпидермис — включает в себя несколько структурных частей: наружный роговой слой, который не содержит ни нервов, ни кровеносных сосудов, от того и обладает наибольшим сопротивлением, и другие слои, сопротивление которых значительно меньше рогового слоя. Дальше идет дерма — внутренний слой, сопротивление которого также сильно меньше, а значит именно сопротивление рогового слоя имеет решающее значение в полном сопротивлении кожи.

Читайте также:  Блуждающие токи в земле защита

На сопротивление кожи влияет ее состояние. Если кожа сухая и чистая, не имеет повреждений, то ее сопротивление лежит в пределах от 10 до 100 кОм. Если же на коже есть порезы, царапины, микротравмы, они способны сильно снизить сопротивление тела человека до сопротивления лишь внутренних тканей. Очевидно, наличие на коже вышеназванных повреждений делает поражение электрическим током более опасным. Загрязненная и влажная кожа также имеет сопротивление более низкое.

Общее сопротивление человеческого тела, попавшего под напряжение, можно представить состоящим из трех сопротивлений, включенных последовательно: два слоя эпидермиса и одно — сопротивление дермы и внутренних тканей. Таким образом, внутренние ткани служат вместе с приложенными электродами как бы обкладками конденсатора, а эпидермис — диэлектриком.

В результате, если снаружи к телу приложены электроды, то получается цепь из активного сопротивления внутренних тканей и почти емкостного сопротивления эпидермиса. То есть можно сказать, что речь идет о диэлектрической проницаемости от 100 до 200, и об удельном сопротивлении от 10 до 100 кОм/м в цепи, состоящей из конденсатора и резистора.

Внутренние ткани имеют сопротивление активное Rв с небольшой емкостной составляющей, которая почти не зависит ни от площади электродов, ни от частоты, и находится в пределах от 500 до 700 Ом.

Но оно зависит от протяженности и поперечного сечения участков тела, и от удельного сопротивления внутренних органов. То есть в эквивалентном виде общее сопротивление Zт тела человека можно представить так:

При малом сопротивлении тела человека емкостная составляющая утрачивает значение:

Итак, электрическое сопротивление тела человека зависит от следующих пяти факторов:

От общего психологического и физиологического состояния (индивидуальные особенности);

От пола — от толщины кожи (у мужчин сопротивление выше, чем у женщин);

От возраста — от грубости кожи (у взрослых сопротивление выше, чем у детей);

От внешних условий (температура, давление, влажность, плотность);

От общего состояния кожи (раны, грязь, увлажненность и т. д.);

От внешних раздражителей (внезапные удар, укол, свет или звук), способных снизить сопротивление на 20 — 50 % за несколько минут.

Легко видеть, что электрическое сопротивление человеческого тела не постоянно и не линейно, однако для расчетов его принимают равным 1 кОм. Тем не менее, сопротивление тела человека зависит и от приложенного напряжения, поскольку в момент поражения током может оказаться, что цепь включает в себя еще и поверхность пола, грунт, обувь, одежду и т. д. Ток тогда будет определять не только сопротивление собственно тела человека, но и схема его включения в цепь.

Двухфазное прикосновение

При двухфазном прикосновении человек стоит на изолированном основании, касаясь одновременно двух фаз трехфазной сети, либо двух проводников однофазной сети переменного или постоянного тока. В этом случае ток потечет через руки и через жизненно важные органы, что весьма опасно, и еще опаснее, если замыкание происходит по пути рука — голова. При таком прикосновении человек может попасть либо под линейное межфазное напряжение, либо под полное рабочее напряжение электроустановки.

Если человек прикоснулся открытыми частями тела, то сопротивление определяется сопротивлением тела, сопротивлением кожи, если же произошло соприкосновение с полюсами через одежду, то в схему добавляется последовательно сопротивление одежды.

Можно сравнить эти два варианта. Сопротивление сухой одежды — от 10 до 15 кОм, а для влажной — от 0,5 до 1,5 кОм. Очевидно, сопротивление одежды так или иначе ограничивает ток через тело человека, хотя и падает в 10 — 30 раз в случае если одежда влажная.

При сухой одежде удар ощутится в сильном дрожании от пальцев до запястья, это 20мА при 220 вольтах. Если же одежда сырая, то при 140мА руки можно будет лишь с определенными усилиями оторвать от мест контакта. Сопротивление обуви и пола здесь не учитываются, поскольку в цепь они не включены.

Однофазное или однополюсное прикосновение

Человек стоит на земле, и только одной частью тела прикоснулся к электроустановке под напряжением, причем потенциал электроустановки отличается от потенциала земли или другой опорной поверхности. В этом случае человек попадает под напряжение относительно земли, и ток через тело будет током замыкания на землю.

Путь тока по петле голова — ноги или рука — ноги, при том через жизненно важные органы. В цепь окажутся включены сопротивления: тела, одежды, обуви, опоры. Сопротивления обуви и опоры включены между собой параллельно.

В зависимости от материала подошвы, от того влажная ли она или сухая, сопротивление обуви будет разным. Немаловажную роль играет и материал пола (опорной поверхности):

Влажная кожаная подошва обладает сопротивлением 500 Ом, сухая — 100 кОм;

Влажная резиновая подошва — 1,5 кОм, сухая резиновая подошва — 500 кОм;

Металлический пол — от 0 (сухой) до 10 Ом (влажный);

Земля сухая — 20 кОм, влажная — 800 Ом;

Бетон сухой — 2 МОм, влажный бетон — 900 Ом;

Линолеум сухой — 1,5 МОм, линолеум влажный — 50 кОм;

Камень сухой — 8,5 кОм, камень влажный — 5 кОм;

Снег или лед — от 300 Ом до 2 МОм;

Песок сухой — 8 кОм, песок влажный — 1,6 кОм;

Чернозем сухой — 160 Ом, влажный чернозем — 50 Ом.

Как видно, сопротивления опоры и обуви играют важную роль, и часто во много раз превосходят сопротивление тела человека, особенно в сухом состоянии, что может порой спасти жизнь.

При прикосновении к корпусу установки, который по какой-то причине оказался под напряжением, если заземления нет, то весь ток пойдет через тело. Если заземление присутствует, то основная часть тока пойдет через землю, а через тело — лишь малая часть, это представляет меньшую опасность для жизни.

Шаговое напряжение

Если человек стоит на земле неподалеку от заземлителя, и по грунту протекает ток, то частично этот ток может потечь через ноги по телу человека — по петле нога — нога, то есть человек попадет под шаговое напряжение. Образуется последовательная цепь, состоящая из сопротивлений опоры, обуви и тела. Сопротивления обуви и опоры играют здесь решающую роль, и способны в сухом виде принять на себя большее напряжение, чем примет голое тело.

Источник



Постоянный ток. действие постоянного тока на организм.

1. Электропроводимость биологических тканей и жидкостей для постоянного тока. Явление поляризации.

Биологическим объектам присущи пассивные электрические свойства: сопротивление (R), электропроводность , удельное сопротивлени (ρ), удельная электропроводность , емкость (С), диэлектрическая проницаемость (ε). Изучение их пассивных электрических свойств имеет большое значение для понимания структуры и физико-химического состояния биологического вещества.

Биологические объекты обладают свойствами как проводников, так и диэлектриков. Наличие свободных ионов в клетках и тканях обуславливает проводимость этих объектов. Диэлектрические свойства биологических объектов и величина диэлектрической проницаемости определяется их структурными элементами и явлениями поляризации.

Все биологические объекты являются весьма разнообразными образованиями с различными электрическими сопротивлениями, которые могут изменяться при действии электрического тока, что обуславливает трудности измерения этих сопротивлений.

Любой орган или среда живого организма имеют свою характерную для него электропроводность, которая определяется наличием в них свободных носителей зарядов, т.е. определенным количеством положительных и отрицательных ионов. Электропроводность отдельных участков организма, на которых наложены электроды существенно зависит от сопротивления кожи и подкожных слоев. Сопротивление кожи, в свою очередь, определяется: ее состоянием, толщиной, возрастом, влажностью, загрязненностью и т.д. Внутри организма ток распространяется в основном по кровеносным сосудам, мышцам, оболочкам нервных стволов, межклеточной жидкости. Экспериментально установлено, что электропроводность тканей и органов зависит от их функционального состояния и, следовательно, может быть использована как диагностический показатель. Так, при воспалительных процессах, когда клетки набухают, уменьшаются межклеточные промежутки и увеличивается электрическое сопротивление, т.е. уменьшается электропроводность. Физиологические явления, связанные с выделением пота, сопровождаются возрастанием электропроводности.

Электропроводность для постоянного тока чаще всего определяют мостовым методом, а также методом амперметра и вольтметра. Рассмотрим этот метод. Пусть имеется некоторый проводник, представляющий живую ткань сечением S и длиной l . Тогда его сопротивление будет равно:

, (1)

где ρ – удельное сопротивление проводника (вещества), выраженное в Ом·м. Решим это выражение относительно:

Величина, обратная удельному сопротивлению, получила название удельной электропроводности . Она измеряется в Ом -1 ·м -1 . Из формулы (2) видно, что если знаем площадь электродов и расстояние, то, измерив величину R, мы найдем γ (R = U/I).

Величину R находят методом вольтметра и амперметра на постоянном токе. Для этого в U-образную трубку (рис.1) заливают кровь или другую биологическую жидкость и помещают в нее платиновые электроды а,в, которые не взаимодействуют с раствором. Удельную электропроводность γ определяют по формуле:

Определение удельной электропроводности связано с определенными сложностями. При пропускании постоянного тока через живые ткани наблюдаются некоторые особенности, заключающиеся в том, что сила тока не остается постоянной во времени, хотя прикладываемое напряжение не изменяется. Сила тока после включения источника начинает непрерывно уменьшаться и через некоторое время устанавливается на постоянном уровне. При этом она уменьшается во много раз по сравнению с исходными значениями (рис.2,в). Получается как бы отклонение от закона Ома, согласно которому при постоянной разности потенциалов ток в проводнике тоже должен быть постоянным (рис.2,а). Уменьшение тока во времени обусловлено явлением поляризации в тканях. При прохождении постоянного тока через биологическую систему в ней возникает нарастающая до некоторого предела ЭДС (Еп) противоположно направленная приложенному напряжению, что приводит к уменьшению тока. ЭДС поляризации является функцией времени Еп(t). Тогда закон Ома для биологического объекта следует записать так:

Возникновение ЭДС поляризации связано со способностью живых клеток накапливать заряды при прохождении через них тока, т.е. явлением поляризации.

Процесс перемещения зарядов под действием электрического поля и образования вследствие этого электродвижущей силы, направленной против внешнего поля, называется поляризацией.

Если на постоянном токе поляризационные эффекты у электродов значительны, то измерения проводят на переменном токе, при котором поляризационные эффекты на частотах больше 500 кГц малы.

Приведем значения удельных электропроводностей некоторых биологических тканей и жидкостей. Спинномозговая жидкость – 1,81 Ом -1 ·м -1 ; мышцы – 0,5 Ом -1 ·м -1 ; костная ткань –10 -7 Ом -1 ·м -1 .

Читайте также:  По поводу течет электрический ток рис 87

В настоящее время метод измерения электропроводности довольно широко применяется в биологических и медицинских исследованиях. Удобство в применении данного метода заключается в том, что используется напряжение (менее 50 mB), не вносящее существенных изменений в физико-химические процессы, происходящие в биологическом объекте, и тем более повреждающее его. Метод нашел применение при изучении процессов, происходящих в клетках и тканях при изменении физиологического состояния, при патологических состояниях, при действии повреждающих факторов: температуры, радиоактивного излучения, ультразвука и т.д.

2. Механизмы действия постоянного тока на организм.

Действие постоянного тока на организм зависит от силы тока, поэтому весьма существенным фактором является электрическое сопротивление тканей. Как уже было сказано, электрические свойства различных тканей неодинаковы. Хорошей электропроводностью по отношению к постоянному току обладают жидкие среды организма – спинномозговая жидкость, кровь, плазма крови, межклеточная жидкость и др. Большим сопротивлением обладают кость, кожа. Удельное сопротивление сухой кожи примерно равно 10 7 Ом·м. Влажная кожа имеет меньшее удельное сопротивление, примерно 2000 Ом·м, что даже при небольших напряжениях может вызвать значительный ток через тело человека. Встречая большое сопротивление кожи, энергия постоянного тока частично превращается в тепло и это вызывает активизацию кровообращения и ускорению биохимических процессов. Но тепловой эффект является не единственным.

Основным компонентом действия постоянного тока является его влияние на соотношение в тканях различных ионов. Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах. Под влиянием приложенной разности потенциалов в электролите происходит встречное перемещение разноименно заряженных ионов.

Двигаясь с разной скоростью, ионы скапливаются у клеточных мембран, у соединительных тканевых оболочек по обе их стороны, на границе «мягкие ткани – кожа». Это явление получило название внутритканевой поляризации (рис.3). На рисунке показана внутритканевая поляризация: а,б – на границе «мягкие ткани- кожа»; в,г –у клеточных и других оболочек.

Образуется встречное электрическое поле, называемое поляризационным, и возникает внутритканевый поляризационный ток обратного направления. С одной стороны, это создает дополнительное сопротивление действующему току, с другой стороны такие участки внутри тканей являются местами наиболее активного действия тока.

Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов, изменением обычной концентрации в различных элементах тканей, что может вызвать возбуждение или торможение деятельности клеток, изменение кислотно-щелочного равновесия, водосодержания и других свойств тканей. Это вызывает изменение функционального состояния клетки и реакцию всего организма на постоянный ток.

3. Гальванизация. Аппарат гальванизации.

Применение электричества с лечебной целью началось в глубокой древности, когда еще люди не задумывались о сущности происходящих при этом явлений.

Научное изучение действия на организм электрического тока началось в конце XYIII столетия, после открытий, сделанных итальянским ученым Л. Гальвани и А.Вольта, на основании которых были получены новые источники тока.

Однако, лишь в XX столетии развитие физики, электроники, физиологии способствовало научно обоснованному совершенствованию существовавших и разработке новых эффективных методов электротерапии. Многие из них были созданы в Советском Союзе. Одним из методов электротерапии является гальванизация.

Гальванизацией называется лечебный метод, при котором используется действие на ткани человека постоянного тока до 50 mА, плотность до 0,1 mА/см 2 , напряжение 60 – 80 В.

Ток от источника подводится к телу человека с помощью проводов и металлических электродов. Электроды изготавливают обычно из листового свинца или станиоля толщиной 0,3 – 0,5 мм в зависимости от размеров электродов. Проводят гальванизацию и с помощью жидкостных электродов, в виде ванночек, наполненных водой. В них помещают соответствующую кисть или стопу пациента. Поскольку в тканях организма содержатся электролиты, а, следовательно, и разноименно заряженные ионы, например: NaClDNa + + Cl — , то в месте соприкосновения электрода с телом происходит электролиз: выделяются нейтральные атомы, например, натрия и хлора . У анода, соединяясь с водой , хлор образует кислоту, а у катода натрий, соединяясь с водой, образует щелочь, которая вызывает ожоги или раздражение. Поэтому наложение, металлических электродов непосредственно на кожу не допустимо.

Для предотвращения этого, между кожей и электродами помещают смоченную в физиологическом растворе или в воде и хорошо отжатую прокладку из гидрофильного материала. Этим отделяется процесс электролиза от поверхности тела. Прокладку с электродом укрепляют при помощи эластичных бинтов. После процедуры прокладку отмывают, стерилизуют и могут применять повторно.

Постоянный ток для гальванизации получают путем преобразования переменного тока городской сети. Для этого используют ламповый или полупроводниковый выпрямитель с электрическим фильтром. Аппарат для гальванизации – это двухполупериодный выпрямитель.

Принципиальная схема аппарата для гальванизации представлена на рис. 4.

Аппарат содержит трансформатор Тр. Он предназначен для понижения напряжения и обеспечения безопасности больного.

Выпрямитель В состоит из 4-х полупроводниковых диодов, соединенных по мостовой схеме. Одна диагональ моста в точках 1 и 2 присоединена к выводам вторичной обмотки трансформатора, вторая диагональ в точках 3 и 4 соединена с резистором R.

Работа выпрямителя основана на свойстве электронно-дырочного перехода полупроводникового диода. При контакте двух полупроводников с электронной (n) и дырочной (p) проводимостью возникает потенциальный барьер (p-n-переход), который препятствует переходу между полупроводниками основных носителей заряда (рис.5).

Для образования тока в цепи с p-n переходом необходимо приложить внешнее напряжение так, чтобы со стороны p-полупроводника был (+), а со стороны n-полупроводника (-). При изменении полярности- тока не будет. Если к p-n переходу приложить переменное напряжение, то ток в цепи будет проходить только в одном направлении от «p» к «n» — полупроводнику в течение одного полупериода, следующий полупериод тока не будет. Это свойство р-n – перехода (односторонняя проводимость) используется для выпрямления переменного тока. При включении первичной обмотки трансформатора в сеть, во вторичной возникает переменное напряжение и потенциалы точкек 1 и 2 попеременно становятся то положительными, то отрицательными. Когда потенциал точки 1 положителен и в цепи нет фильтра, ток проходит через диод Д , резистор R, диод Д к точке 2 (сплошные линии). Когда потенциал точки 2 положителен, ток идет через диод Д , резистор R, диод Д к точке 1 (штриховая линия). Эти процессы будут повторяться в такт изменения напряжения, но всегда через резистор R ток будет протекать в одном направлении. Все процессы можно представить графиками тока или
напряжения (рис. 6).

Если бы не было фильтра, через резистор протекал бы пульсирующий ток (постоянный по направлению, но переменный по величине), такой ток не применяется для гальванизации, т.к. производит сильное раздражающее действие. Для сглаживания пульсации применяется фильтр, состоящий из дросселя Др., соединенного последовательно с резистором и одного или двух электролитических конденсаторов С, соединенных параллельно с резистором. Дроссель представляет собой катушку индуктивности с железным сердечником. В нем при пульсации тока возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая изменениям тока. В момент нарастания тока ЭДС самоиндукции противоположна направлению тока и ограничивает его нарастание. В момент уменьшения пульсирующего тока ЭДС самоиндукции совпадает с направлением тока и, следовательно, поддерживает его. В результате работы дросселя пульсации тока будут немного сглажены.

Конденсаторы, постепенно заряжаясь во время нарастания импульса и постепенно разряжаясь при его уменьшении, также способствуют сглаживанию пульсаций тока. В результате совместного действия дросселя и конденсатора фильтра через резистор R будет протекать ток почти не меняющийся по величине, т.е. постоянный. В соответствии с законом Ома этот ток создает на резисторе постоянное напряжение, которое подаётся на электроды.

4. Лекарственный электрофорез.

Постоянный ток используют в лечебной практике так же и для введения лекарственных веществ, образующих в растворе ионы, через кожу или слизистые оболочки. Этот метод получил название электрофореза лекарственных веществ, т.е. гальванизация совмещена с введением в ткани лекарственных веществ.

Кожа человека в обычных условиях обладает очень малой проницаемостью для ионов. Это обусловлено тем, что поры кожи заполнены воздухом. Крупные органические ионы вообще не могут проникать через кожу. Так как стенки кожных пор обладают электрическим зарядом, то при наложении внешнего электрического поля возникает электроосмотическое движение жидкости изнутри тканей или снаружи, воздух при этом вытесняется из пор, он заменяется жидкостью, проницаемость кожи значительно увеличивается. Количество введенного при электрофорезе лекарственного вещества будет зависеть от количества электричества, прошедшего через электроды и от концентрации вводимого вещества.

Постоянный ток для электрофореза получают от аппарата гальванизации. Для проведения электрофореза прокладки, помещаемые под электроды, смачивают раствором лекарственного вещества. Из прокладки под положительным электродом вводят в ткани организма положительные ионы металлов (из растворов их солей), алкалоиды и другие соединения (хинин, новокаин); под отрицательным электродом – кислотные радикалы, отрицательные ионы, ионы некоторых органических соединений, например, сульфидина, пенициллина, кокаина, брома, йода и др.

На рис.7 показан некоторый объект, включающий в себя электропроводные ткани организма, содержащие раствор NaCl, прокладки, смоченные раствором СаСl и KJ, и электроды (Э). Показано движение ионов (стрелками) и накопление ионов на тканевых перегородках (а,в) – поляризационные явления.

У отрицательного электрода будет происходить нейтрализация ионов калия, затем реакция с водой и образование Н и КОН, а также переход йода из прокладки в ткань и движение к положительному электроду. У положительного электрода образуется Cl , HCl, а ионы кальция (Са) будут уходить в ткань.

Время проведения процедуры зависит от скорости ионов. Скорость ионов устанавливается под действием напряженности электрического поля Е и силы сопротивления среды, которая будет расти с ростом скорости. Когда сила, действующая со стороны электрического поля, будет равна силе сопротивления, ион будет двигаться с постоянной скоростью J. Эта зависимость выражается формулой J=uE, где коэффициент пропорциональности u – называется подвижностьюионов. Она имеет размерность [ ]. Подвижность иона зависит от сопротивления, которое оказывает среда движению в ней иона (от вязкости, от температуры среды и др.) и от иона (от формы иона, его заряда). Из этого следует, что лечебный электрофорез протекает различно у разных пациентов, а также при использовании различных лекарственных растворов.

Лекарственный электрофорез есть совместное действие постоянного электрического тока и лекарственного вещества. Электрический ток, приводя ткани, в том числе и рецепторы, в состояние повышенной активности, возбуждая их, делает более чувствительными к действию лекарств.

При лекарственном электрофорезе образуется сложная цепь, состоящая из ионов лекарственных веществ, которыми смочены электродные прокладки и растворов электролитов, входящих в состав тканей организма. Вследствие различной подвижности, а также наличия на пути полупроницаемых мембран и оболочек происходит разделение ионов и соответственно изменение концентрации в различных элементах тканевых структур. Изменение концентрации ионов лежит в основе раздражающего действия тока на ткани организма.

Источник