Действие электрического тока на организм человека
Все нормальные функции организма обусловлены электрическими взаимодействиями. Работа мышц, в том числе дыхание и удары сердца, контролируется электрическими токами. Информация, получаемая различными органами чувств, передается в мозг с помощью электрических сигналов. Хотя электрические токи и участвуют в функционировании организма, токи от внешних источников при прохождении через жизненно важные органы могут вызвать их повреждение или даже смерть человека.
Электрический ток, проходя через тело человека, может оказывать биологическое, механическое и химическое действия. Биологическое действие заключается в способности электрического тока раздражать и возбуждать живые ткани организма. Тепловое действие – в способности вызывать ожоги тела, приводить к разрыву тканей, а химическое – к электролизу крови.
К факторам, влияющим на исход поражения электрическим током, относятся:
величина тока,
величина напряжения,
время действия,
род и частота тока,
путь замыкания,
сопротивление тела человека,
окружающая среда,
фактор внимания.
Величина тока. По величине ток подразделяется на:
· неощущаемый (0,6 – 1,6 мА);
· ощущаемый (3 мА) – ток, вызывающий в организме ощутимые раздражения, при этом человек может самостоятельно отключиться от электрической цепи;
· отпускающий (6 мА);
· неотпускающий (10 - 15 мА) – ток, вызывающий непреодолимые судорожные сокращения мышц, в результате чего человек не может самостоятельно освободиться от действия тока;
· удушающий (25 – 50 мА);
· фибрилляционный (100 – 200 мА) – ток, вызывающий фибрилляцию сердца, т.е. беспорядочное сокращение сердечной мышцы;
· тепловые воздействия (5 А и выше).
Минимальные значения рассмотренных токов называются пороговыми: пороговый ощутимый ток, пороговый неотпускающий и пороговый фибрилляционный токи.
Величина напряжения. Время действия. Факторы величины напряжения и время воздействия электрического тока, приведены в таблице 1.
Таблица 1
| Время действия, с | Длительно | До 30 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | |
| Величина тока, мА | ||||||
| Величина напряжения, В |
При кратковременном воздействии (0,1 - 0,5 с) ток порядка 100 мА не вызывает фибрилляции сердца. Если увеличить длительность воздействия до 1 с, то этот же ток может привести к смертельному исходу. С уменьшением длительности воздействия значение допустимых для человека токов существенно увеличивается. При изменении времени воздействия от 1 до 0,1 с допустимый ток возрастает в 16 раз.
Кроме того, сокращение длительности воздействия электрического тока уменьшает опасность поражения человека исходя из некоторых особенностей работы сердца. Полный цикл работы сердца составляет около 1 с (рис.1), причем в каждом цикле в течение 0,15 - 0,2 с сердце наиболее чувствительно к току (фаза Т), а в остальное время цикла сравнительно большие токи не вызывают фибрилляцию сердца, т.к. при кратковременном действии тока уменьшается вероятность совпадения с фазой Т.
Рис.1
Род и частота тока. Постоянный и переменный токи оказывают различные воздействия на организм главным образом при напряжениях до 500 В. При таких напряжениях степень поражения постоянным током меньше, чем переменным той же величины. Считают, что напряжение 120 В постоянного тока при одинаковых условиях эквивалентно по опасности напряжению 40 В переменного тока промышленной частоты. При напряжении 500 В и выше различий в воздействии постоянного и переменного токов практически не наблюдаются.
Самыми неблагоприятными для человека являются токи промышленной частоты (50 Гц). При увеличении частоты (более 50 Гц) значения неотпускающего тока возрастает. С уменьшением частоты (от 50 Гц до 0) значения неотпускающего тока тоже возрастает и при частоте, равной нулю (постоянный ток – болевой эффект), они становятся больше примерно в три раза.
Значения фибрилляционного тока при частотах 50-100 Гц равны, с повышением частоты до 200 Гц этот ток возрастает примерно в 2 раза, а при частоте 400 Гц – почти в 3,5 раза.
Сопротивление организма. Величина тока, проходящего через какой-либо участок тела человека, согласно закону Ома зависит от приложенного напряжения (напряжения прикосновения) и электрического сопротивления оказываемого току данным участком тела.
Сопротивление тела человека зависит от состояния кожи (сухая, влажная, чистая и т.п.); плотности и площади контакта; величины и частоты тока и приложенного напряжения; времени воздействия тока на человека.
Между воздействующим током и напряжением существует нелинейная зависимость: с увеличением напряжения ток растет быстрее. Это объясняется главным образом нелинейностью электрического сопротивления тела человека. На участке между двумя электродами электрическое сопротивление тела человека в основном состоит из сопротивлений двух тонких наружных слоев кожи, касающихся электродов, и внутреннего сопротивления остальной части тела. Плохо проводящий ток наружный слой кожи, прилегающий к электроду, и внутренняя ткань, находящаяся под плохо проводящим слоем, как бы образуют обкладки конденсатора емкостью С и сопротивлением его изоляции R. С увеличением частоты тока сопротивление тела человека уменьшается и при больших частотах практически становится равным внутреннему сопротивлению.
При напряжении на электродах 40 – 45 В в наружном слое кожи возникают значительные напряженности поля, которые полностью или частично нарушают полупроводящие свойства этого слоя. При увеличении напряжения сопротивление тела уменьшается и при напряжении 100 – 200 В падает до значения внутреннего сопротивления тела. Это сопротивление для практических расчетов может быть принято равным 1000 Ом.
В таблице 2 приведены значения удельного сопротивления различных тканей и жидкостей организма.
Таблица 2
| r, Ом × м | r, Ом × м | ||
| Спинномозговая жидкость | 0,55 | Ткань жировая | 33,3 |
| Кровь | 1,66 | Кожа сухая | 105 |
| Мышцы | Кость без надкостницы | 107 | |
| Ткань мозговая и нервная | 14,3 |
Электропроводимость тканей и органов зависит от их функционального состояния и, следовательно, может быть использована как диагностический показатель.
Так, например, при воспалении, когда клетки набухают, уменьшается сечение межклеточных соединений и увеличивается электрическое сопротивление; физиологические явления, вызывающие потливость, сопровождаются возрастанием электропроводимости кожи и т.д.
Путь замыкания тока (петля тока). При прикосновении человека к токоведущим частям путь тока может быть различным. Всего существует 18 вариантов путей замыкания тока через человека. Основные из них: рука – рука; рука – ноги; голова – ноги.
Степень поражения в этих случаях зависит от того, какие органы человека подвергаются воздействию тока, и от величины тока, проходящего непосредственно через сердце. Наиболее тяжелое поражение вероятно, если на пути тока оказывается сердце, грудная клетка, головной или спинной мозг, нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце.
Окружающая среда. Влажность и температура воздуха, наличие заземленных металлических конструкций и полов, токопроводящая пыль и другие факторы окружающей среды оказывают дополнительное влияние на условие электробезопасности.
Фактор внимания также имеет значение, т.к. воздействие тяжелее, когда оно неожиданно.
Гальванизация
Гальванизация– лечебное применение постоянного электрического тока напряжением 60 – 80 В.
Под действием приложенного к тканям электрического поля в них возникает ток проводимости. При этом положительно заряженные частицы (катионы) движутся по направлению к отрицательному полюсу (катоду), а отрицательно заряженные (анионы) – к положительному (аноду). Подойдя к полюсу (металлической пластине электрода), ионы восстанавливают свою наружную электронную оболочку и превращаются в атомы, обладающие высокой химической активностью (электролиз). Взаимодействуя с водой, эти атомы образуют продукты электролиза. Под анодом образуется кислота (HCl), а под катодом – щелочь (KOH, NaOH).
Продукты электролиза являются химически активными веществами и при нарастании концентрации могут вызывать химический ожог подлежащих тканей. Для его предотвращения под электродами размещают смоченные водой прокладки, что позволяет добиться достаточного разведения химически активных соединений.
Лечебный эффект гальванизации достигается: 1) в основном за счет стимуляции обменных процессов вследствие электрокинетических явлений при прохождении постоянного тока; 2) в зависимости от места приложения электродов, воздействие может передаваться рефлекторно по нервным тканям на внутренний орган, в котором происходит изменение обменных процессов.
Таким образом, при гальванизации улучшается микроциркуляция, повышается проницаемость сосудистых стенок, усиливается обмен веществ, происходит активация фагоцитоза, за счет раздражения рецепторов кожи оказывается отвлекающее и обезболивающее действие. Показаниями к применению гальванизации являются болезни периферической нервной системы (невралгии, невриты, радикулиты); функциональные и органические заболевания ЦНС; хронические воспалительные процессы и т. д.
Параметры. С лечебной целью применяют постоянный ток низкого напряжения (до 80 В) и небольшой силы (до 50 мА). При этом максимальный ток применяют при гальванизации конечностей (20 - 30 мА) и туловища (15 - 20 мА). При гальванизации лица величина тока обычно не превышает 3 – 5 мА, а слизистых рта и носа – 2 – 3 мА.
Подводимый ток дозируют по плотности – отношению силы тока к площади электрода. Допустимая плотность тока при местной гальванизации не должна превышать 0,1 мА/см2. При общих и сегментарных воздействиях допустимая плотность тока на порядок ниже – 0,01 – 0,05 мА/см2. Помимо объективных показателей, при дозировании учитывают и субъективные ощущения пациента. Во время процедуры он должен чувствовать легкое покалывание (пощипывание) под электродами. Появление чувства жжения служит сигналом к снижению плотности подводимого тока.
Методика.Для гальванизации чаще всего используют аппарат «Поток-1». Он состоит из корпуса, платы, на которой смонтированы все элементы схемы, и потенциометра. Электрический ток подается на область для гальванизации с помощью электродов, которые соединяются: с аппаратом проводами с зажимами. Электроды должны плотно и равномерно прилегать к телу, поэтому они имеют разную форму и размера (полумаски, воротник, воронки и т.д.) в зависимости от области воздействия. Чаще применяются электроды прямоугольной формы из свинца или станиоля (сплав свинца с оловом). Пластинки эти гибкие и легко принимают конфигурации участков тела, на которые их накладывают. Электроды могут быть разной площади, при этом электрод меньшей площади называется активным, поскольку на 1 см его площади приходится большая сила тока. Можно одновременно применять и больше 2-х электродов. Между электродами и телом помещают гидрофильнуюпрокладку для задержки продуктов электролиза, образующихся между внешней поверхностью прокладки и металлической пластиной, и хорошего контакта электрода с тканями.
Электрофорез
Лекарственный электрофорез – комплексное воздействие на организм постоянного электрического тока и вводимого с его помощью лекарственного вещества. При этом к рассмотренным выше механизмам действия постоянного тока добавляются лечебные эффекты вводимого лекарственного вещества. Последние зависят от форетической подвижности, способа введения, количества поступающего в организм лекарства и области его введения.
Лекарственные вещества в растворе диссоциируют (распадаются) преимущественно на ионы и заряженные гидрофильные комплексы. При помещении таких растворов в электрическое поле содержащиеся в них ионы перемещаются по направлению к противоположным полюсам (электрофорез), проникают в глубь тканей и оказывают лечебное действие.
Вводимые лекарственные вещества проникают в эпидермис и накапливаются в верхних слоях дермы, из которой они диффундируют в интерстиций, фенестрированный эндотелий сосудов микроциркуляторного русла и лимфатические сосуды. Период выведения различных препаратов из кожного «депо» колеблется от 3 ч до 15 – 20 суток, что обусловливает продолжительное пребывание лекарственных веществ в организме и их пролонгированное лечебное действие.
Доля лекарственного вещества, проникающего в организм путем электрофореза, составляет 5 – 10 % от используемого при проведении процедуры. Повышение концентрации растворов (свыше 5 %) для увеличения количества вводимых в организм веществ себя не оправдало. В этом случае вследствие электростатического взаимодействия ионов возникают электрофоретические и релаксационные силы торможения (феномен Дебая – Хюккеля), которые тормозят перемещение ионов лекарств в ткани.
С учетом незначительного количества поступающих в организм лекарственных веществ их фармакологические эффекты проявляются наиболее значимо при введении сильнодействующих препаратов и ионов металлов.
Показаниями к применению лекарственного электрофореза являются болезни периферической нервной системы, в том числе травматические повреждения нервов; функциональные заболевания ЦНС; сердечно-сосудистой, пищеварительной систем; опорно-двигательного аппарата; кожи и т. д.
Параметры и методика.Параметры тока, используемого для проведения электрофореза, такие же, как при гальванизации. Кардинальная особенность лечебных процедур состоит в том, что между гидрофильной прокладкой и кожей пациента размещают лекарственную прослойку, состоящую из 1 – 2 слоев фильтровальной бумаги (марли) и пропитанную раствором лекарственного вещества.
Лекарственные вещества вводят в организм с одноименного полюса, заряд которого соответствует знаку активной части лекарственного вещества: анионы вводят с катода, катионы с анода. Если необходимо ввести обе части лекарственного вещества, его вводят с обоих полюсов.