Воздействие электрического тока на организм человека

Несчастные случаи, связанные с опасным воздействием элек­трического тока на организм человека, происходят при соприкос­новении человека с токоведущими частями или же от действия разрядного тока при приближении к токоведущим частям на достаточное для образования разряда расстояние.

Механизм поражения электрическим током весьма сложен и еще недостаточно изучен.

Действие электрического тока на организм человека может быть тепловым (ожоги), механическим (разрыв тканей, растрес­кивание костей), химическим (электролиз), и биологическим (нарушение функций нервной системы и управляемых ею процес­сов в живом организме).

При электротравмах могут быть внутренние (электрический удар) или внешние (ожог, металлизация, электрический знак) поражения организма человека.

Наиболее тяжелым видом электротравм являются электри­ческие удары.

Наблюдения и исследования данных об электротравматизме показывают, что решающее влияние на исход электрических травм оказывают следующие факторы:

а) величина поражающего тока, протекающего через тело человека;

б) напряжение в электроустановках;

в) продолжительность воздействия тока на организм чело­века;

г) путь прохождения тока;

д) род и частота тока;

е) состояние окружающей среды;

ж) состояние организма человека в момент получения элек­тротравмы.

Величина поражающего тока. До настоящего времени вопрос о том, какая величина тока является опасной и какая смертельно опасной для человека, окончательно не разрешен.

Под безопасным током обычно понимают ток такой величины, который дает возможность человеку самостоятельно оторваться от токоведущих частей. Величина тока зависит от сопротивления тела человека и приложенного к нему напряжения.

Наибольшей величиной отпускающего переменного тока с час­тотой 50 периодов в секунду можно принять 15—20 ма и наи­большую величину отпускающего постоянного тока можно при­нять в среднем 60—70 ма.

Примерная зависимость характера воздействия тока на орга­низм человека от его величины, составленная по данным изуче­ния электротравматизма и экспериментов над животными, дана в табл. 24.

Продолжительность воздействия тока. Длительность воздей­ствия тока на организм человека также имеет большое значение. Установлено, что с увеличением времени действия тока электрическое

Т а б л и ц а 24

 

 

сопротивление тела человека уменьшается. Следовательно, с увеличением длительности воздействия тока, величина тока, про­ходящего через тело человека, возрастает; поэтому чем дольше человек находится под током, тем более тяжелыми получаются последствия.

Путь прохождения тока. Путь прохождения тока в организме, повидимому, также оказывает влияние на исход электротравм. В настоящее время считается установленным, что с увеличением пути прохождения электрического тока через организм тяжесть исхода несчастного случая возрастает.

В связи с тем, что прохождение электрического тока через тело человека вызывает различные сложные патологические про­цессы в организме человека, вопрос о влиянии пути прохождения тока на исход электротравм не является окончательно решенным.

Род и частота тока. Изучение воздействия переменного и по­стоянного тока на организм человека показывает, что опасность переменного тока для возникновения электротравмы выше опас­ности постоянного тока при низких напряжениях.

Изучение влияния тока различной частоты на организм чело­века показывает, что опасность поражения током с увеличением частоты уменьшается.

Установлено, что наиболее опасными для человека частотами являются частоты 50—60 Гц, и что значительное увеличение частоты тока снижает опасность поражения.

Опыт эксплуатации высокочастотных генераторов показывает, что с точки зрения поражения организма электрическим ударом токи высокой частоты не представляют опасности поражения организма, но они при прикосновении к токоведущим частям вызывают ожоги.

Состояние человека в момент электротравмы. Различный со­став тканей человеческого тела является причиной различного сопротивления электрическому току. Удельное сопротивление тела человека, когда кожный покров находится в сухом состоя­нии, составляет от 40 000 до 100 000 Ом, причем свыше 90% этого сопротивления приходится па кожный покров. Однако сопротивление наружного слоя кожного покрова не остается величиной постоянной, а меняется в весьма широких пределах и зависит: а) от влажности и чистоты кожи, б) от величины по­верхности и плотности контакта, в) от величины тока и продол­жительности прохождения его через тело человека; г) от вели­чины приложенного напряжения.

С.Филин, 2014

Действие электрического тока на организм человека

Поражение человеческого организма электрическим током может быть разнообразным. Разряд, проходящий через ткани оказывает на него тепловое, электролитическое, биологическое и динамическое действие.

После теплового действия на поверхность кожи появятся ожоги различной степени тяжести. Электрический ток воздействует на внутренние органы потерпевшего, вызывая серьёзные изменения в их работе.

В результате электролитического поражения происходит разложение органических жидкостей организма, в том числе крови и лимфы. В результате поражения электрическим током состав этих жидкостей существенно изменяется.

В результате динамического (механического) воздействия заряда на человеческое тело происходит расслоение, разрыв или иные повреждения мышц и внутренних органов пострадавшего. В результате проникновения тока осуществляется мгновенное образование пара, вызванного нагреванием биологических жидкостей в пострадавшего.

Всё это ведёт к появлению необратимых изменений в тканях.

После биологической травмы электротока на человеческие органы возбуждаются его ткани. После травмы происходят нарушения биологических процессов, нормально протекающих в обычном организме.

Каким бывает поражение

Как видите, воздействие может быть разнообразным. Различают несколько разновидностей электротравм:

• местные — вызывающие точечное повреждение;

• общие — в том случае поражается все органы. При этом происходит нарушение жизнедеятельности всего организма.

Под определением электротравмы понимают ранение, вызванное действием электродуги или тока.

Под местной электротравмой понимают видимое действие разряда. При этом, можно увидеть ярко выраженные нарушения целости человеческих тканей. Вызывается такая травма проникновением заряда или дуги. От степени воздействия на мягкие ткани электротоком зависит способ лечения такой травмы. Учитывается их характер и место воздействия разряда. Учитывается реакция организма на произошедшее. Местные травмы легче поддаются излечению. После получения такого повреждения пострадавший полностью или частично сохраняет способность обслуживать себя.

Чаще всего, поражения, вызванные воздействием электроразряда, характеризуются как: ожоги, металлизация, пятна тёмного цвета. Ярко выделяющиеся на коже, внешние повреждения или электроофтальмия.

Чаще всего разделяют дуговые контактные ожоги.

Тёмно-серые пятна на коже ещё называют «электрическими метками». Различают ещё и пятна бледно-жёлтого оттенка. Такие метки появляются у человека, перенёсшего удар электротоком.

Под металлизацией кожного покрова понимается попадание внутрь неё оплавившихся частиц железа. Появляется эта травма после воздействия электродуги.

Под механическим ранением подразумевается резкое и неожиданное сокращение мышц. Проявляется оно после воздействия на человека электрического разряда. После таких непроизвольных сокращений мышечной ткани могут возникнуть разрывы кровеносных сосудов, вывихи конечностей и прочие повреждения пострадавшего. Под определение электротравмы не попадают ранения, полученные после падения с большой высоты или ушибов, полученных в результате столкновения с различными конструкциями.

Под электроофтальмией подразумевается воспалительный процесс глазной оболочки — конъюнктивы и роговицы. Вызывается это повреждение мощным действием лучей ультрафиолета, поглощаемых раненым в момент получения травмы. Облучается организм человека под воздействием электрической дуги. Происходит непроизвольное сжатие мышц человеческого тела. В результате пострадавшего мучают судороги.

Результат поражения человека разрядом может быть самым непредсказуемым. Всё зависит от времени его прохождения человеческого тела или индивидуальных особенностей организма. Влияет на это и сила тока, проходящего через человеческое тело.

Даже если повреждения не привели к смерти, то организм человека может получить серьёзные поражения, выражающиеся в дальнейшем нарушении его функций. Последствия могут проявиться не сразу. Иногда проявляются заболевания спустя определённый период. После поражения током у человека проявляются заболевания сердечно-сосудистой системы или поражение нервной системы.

Все несчастные случаи поможет предотвратить обучение по электробезопасности. Пройдя обучающий курс, человек будет иметь элементарные знания о безопасном обращении с электроприборами и не допустит смертельной ошибки.

Действие электрического тока на организм человека

Электротравматизм по сравнению с другими видами производственного травматизма составляет небольшой процент, но по числу случаев со смертельным исходом занимает одно из первых мест. Из каждых 100 расследованных случаев, связанных с электрическим током, 90 заканчиваются летальным исходом. Вот почему обслуживание-электрических установок относят к работам, выполняемым в условиях повышенной опасности. Опасность поражения электрическим током усугубляется еще и тем, что пострадавший не может сам оказать себе помощь.

Действие электрического тока на человека носит сложный и разнообразный характер. При замыкании электрической цепи через организм человека ток оказывает термическое, электролитическое, биологическое и механическое воздействие.

Термическое действие тока проявляется в виде ожогов как наружных участков тела, так и внутренних органов, в том числе кровеносных сосудов и нервных тканей. Электроожоги излечиваются значительно труднее и медленнее обычных термических, сопровождаются внезапно возникающими кровотечениями, омертвением отдельных участков тела.

Тело человека является проводником электрического тока. Однако разные ткани тела оказывают току неодинаковое сопротивление. Большое сопротивление оказывают кожа, особенно ее верхний слой, называемый эпидермисом, кости и жировая ткань. Малое сопротивление оказывают внутренние органы, головной и спинной мозг, кровь, оголенные мышцы. Сопротивление R_lt зависит от пола и возраста людей. У женщин это сопротивление меньше, чем у мужчин, у детей — меньше, чем у взрослых, у молодых людей — меньше, чем у пожилых. Объясняется это толщиной и степенью огрубения верхнего слоя кожи.

Сопротивление тела человека воздействию электрического тока -величина переменная и зависит от многих факторов, в том числе от параметров электрической цепи, физиологического состояния человека, условий окружающей среды и т. п. Во всех расчетах по обеспечению электробезопасности принимают 1000 Ом, т. е. такое сопротивление, когда человек находится в наихудших для себя условиях (нервно-психическое или болезненное состояние, повышенная влажность окружающей среды, наличие большого числа металлических конструкций и т. п.).

Основным поражающим фактором является сила электрического тока, проходящего через тело человека.

Человек начинает ощущать воздействие переменного тока величиной 0,5 . .. 1,5 мА (1 А = 10³ мА). Это порог ощутимого тока, который не представляет серьезной опасности, так как человек самостоятельно может нарушить контакт с токоведущей частью электроустановки.

Величину тока 10 … 15 мА называют порогом неотпускающего тока. Эта величина тока при промышленной частоте 50 Гц вызывает непроизвольное сокращение мышц кисти руки и предплечья, сопровождающееся резкой болью. При воздействии этого тока на организм человек не может разжать руку, отбросить от себя провод, т. е. он не в состоянии самостоятельно нарушить контакт с токоведущей частью и оказывается как бы прикованным к ней.

Ток 40 мА поражает органы дыхания и сердечно-сосудистую систему, вызывает фибрилляцию сердца. Фибрилляция — это такое состояние сердца, когда оно перестает сокращаться как единое целое в определенной последовательности. При этом происходят отдельные подергивания волокон сердечной мышцы, насосная функция сердца прекращается. Отсутствие кровообращения вызывает в организме недостаток кислорода, что в свою очередь приводит к прекращению дыхания. Такое состояние человека называют клинической смертью -переходным периодом от жизни к смерти. Однако в этот период почти во всех тканях организма еще продолжаются слабые обменные процессы, достаточные для поддержания минимальной жизнедеятельности. При клинической смерти первыми начинают погибать чувствительные к кислородному голоданию клетки коры головного мозга, с деятельностью которых связаны сознание и мышление. В связи с этим длительность клинической смерти определяется временем с момента прекращения сердечной деятельности и дыхания до начала гибели клеток головного мозга. В большинстве случаев это время составляет 4 … 5 мин, но не более 7 мин. Человека, находящегося в состоянии клинической смерти, вернуть к жизни можно, оказав ему оперативную помощь. При доступе свежего воздуха необходимо сделать искусственное дыхание или использовать дефибриллятор — аппарат для прекращения фибрилляции.

Ток 100 мА (0,1 А) считается смертельным, так как происходят немедленная остановка сердца и паралич дыхания.

Тело человека имеет участки, особенно уязвимые к воздействию электрического тока, так называемые акупунктурные точки. Их электрическое сопротивление всегда меньше других зон тела. Наиболее уязвимыми являются тыльная часть кисти, рука на участке выше кисти, шея, висок, спина, передняя часть ноги, плечо.

Чем продолжительнее действие тока, тем больше вероятность тяжелого или смертельного исхода. Такая зависимость объясняется тем, что с увеличением времени действия тока резко снижается сопротивление организма , а величина тока, прошедшего через тело, возрастает при постоянном напряжении электрической сети

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.

Исход поражения электрическим током во многом зависит от индивидуальных особенностей человека. Установлено, что здоровые и физически крепкие люди легче переносят воздействие электрического тока, чем больные и слабые. Повышенной восприимчивостью к току обладают лица, страдающие болезнями кожи, сердечно-сосудистой системы, органов внутренней секреции и др. Состояние возбуждения нервной системы, депрессии, утомления, опьянения способствует более тяжелому исходу электротравматизма.

Действие электрического тока не всегда проходит бесследно, возможны отдаленные последствия электротравмы. Наблюдались случаи развития диабета, заболеваний щитовидной железы, половых органов, органического изменения сердечно-сосудистой системы и вегетативно-эндокринного расстройства.

Воздействие электрического тока на организм человека. Оказание первой помощи при поражении электрическим током

Как проявляется воздействие электрического тока на организм человека?

От каких факторов зависит исход электротравмы?

Как следует помогать человеку, попавшему под напряжение?

***

Воздействие тока

Взаимосвязь между электрическими величинами определяется законом Ома (Георг Симон Ом опубликовал его в 1827 году).

I = U / R

где R — сопротивление участка цепи, и U = Ф1 — Ф2 — напряжение на рассматриваемом участке (разность потенциалов).

Соответственно чем выше разность потенциалов, тем больший ток идет через участок цепи.

Различают несколько видов воздействия тока на человека:

Термическое воздействие проявляется в виде выделения тепла при прохождении через организм человека тока или вследствие воздействия электрической дуги.

При электролитическом воздействии страдает кровь и другие органические жидкости. Электрический ток может нарушить их физико-химический состав.

Биологическое воздействие выражается в раздражении и возбуждении живых клеток организма, что приводит к непроизвольным судорожным сокращениям мышц, нарушению нервной системы, органов дыхания и кровообращения.

Факторы воздействующие на исход электротравмы:

1. Сила тока

От ее величины зависит общая реакция организма. Чем выше ток, тем сильнее ощущаются последствия контакта с ним. От легкого дрожания руки касающейся проводника до остановки сердца. Мы начинаем ощущать ток от 0,6 мА. Опасным для жизни считается ток от 15 мА. Ток более 100 мА смертелен.

2. Род тока. Частота электрического тока

Переменный ток намного опаснее для человека в силу возможного возникновения судорог и фибрилляции. Фибрилляция сердечных желудочков может наступить уже при воздействии тока с частотой 10 Гц. Принятая промышленная частота тока в 50 Гц в 5 раз выше этого уровня.

Но на больших значениях постоянный ток не менее опасен из-за электролитического воздействия.

3. Сопротивление тела человека

Сопротивление тела человека складывается из сопротивления кожи и внутренних органов. Это индивидуальный показатель, колеблющийся от 600 до 1200 Ом. Расчетная величина принимается равной 1 кОм.

4. Продолжительность воздействия тока

Чем дольше продолжается контакт с проводником, тем больше снижается сопротивление и, как мы помним из закона Ома, выше значение тока.

С другой стороны человек может выдержать контакт с током более 100 мА если продолжительность такого контакта была не более 0,5 секунд. По этой причине УЗО должны произвести отключение не более чем за 0,2 секунды.

5. Путь тока

Наиболее опасно, когда ток проходит через жизненно важные органы — сердце, легкие, головной мозг.

Освобождение пострадавшего от воздействия электрического тока

При нахождении в зоне шагового напряжения Необходимо обеспечь свою безопасность. По возможности надеть резиновые сапоги, отключить источник тока.

Покидая зону или при подходе к пострадавшему следует иди мелкими, не более 10 см, шагами. Помним про разность потенциалов. Пострадавшего следует отнести на расстояние не менее 8-10 метров.

 

Если пострадавший находится в контакте с токоведущими частями, освобождать его следует, используя сухие, не проводящие ток предметы. Обязательно одеть диэлектрические перчатки.

Если у пострадавшего отсутствует пульс необходимо преступить к реанимационным мероприятиям. См. Правила оказания первой помощи. Пульс проверяют только после того как пострадавший освобожден от действия тока.

В любом случае при поражении электрическим током пострадавший должен обратиться к врачу. Последствия могут проявиться спустя несколько часов, а в некоторых случаях и дней.

Действие электрического тока на организм человека

Электротравма – это травма, вызванная воздействием электрического тока или электрической дуги. При этом электрический ток, проходя через тело человека, производит тепловое, химическое и биологическое воздействие, тем самым нарушая нормальную жизнедеятельность человека.

Химическое действие тока ведет к электролизу крови и других содержащихся в организме растворов, что приводит к изменению их химического состава и, следовательно, к нарушении их функций.

Биологическое действие электрического тока проявляется в опасном возбуждении живых клеток организма, в частности нервных клеток и всей нервной системы. Такое возбуждение может сопровождаться судорогами, явлениями паралича. В ряде случаев возможен паралич дыхательного аппарата (паралич мышц грудной клетки) и паралич сердца (мышц желудочков сердца).

Паралич дыхания и паралич сердца приводит к смертельному исходу.

При электротравме могут быть поражения отдельных частей тела, электрические ожоги, электрические знаки, металлизация кожи, механические повреждения тела и др.

Электрические ожоги могут быть вызваны действием электрической дуги, когда ее пламя непосредственно воздействует на наружные ткани тела (главным образом кожу). Могут быть ожоги, вызванные непосредственным протеканием электрического тока, особенно в месте контакта кожи с токоведущими частями.

Металлизация кожи может быть в результате проникновения частичек металла в верхние ее слои, например, при горении электрической дуги.

Механические повреждения организма человека возможны в результате резких, непроизвольных движений вследствие внезапного раздражения током. При этом не исключены падение, ушибы тела.

При более тяжелых случаях (при большей силе тока и длительности его прохождения)  возможны поражения центральной нервной системы, паралич дыхания, паралич сердца. В ряде случаев вследствие паралича дыхания и паралича сердца может наступить клиническая («мнимая») смерть. При этом отсутствуют пульс и дыхание, но клетки организма еще живы. При отсутствии срочной и правильно оказываемой медицинской помощи клиническая смерть переходит в смерть биологическую. Биологическая смерть наступает не сразу, а постепенно, через промежуток времени 7-10 мин. Следовательно, если сразу же на месте происшествия после освобождения от действия электрического тока пострадавшему оказана первая медицинская помощь в виде искусственного дыхания и непрямого массажа сердца, пострадавшего можно оживить, вернуть ему жизнь.

Прекращение работы сердца под действием электрического тока может быть или в результате непосредственного действия тока на сердечную мышцу, когда ток проходит по пути, например, «рука-рука» через область сердца, или рефлекторно вследствие нарушения функции центральной нервной системы, ведающей работой органов тела.

Степень поражения человека и тяжесть электрического удара зависят главным образом от величины тока, проходящего через тело человека, и длительность его прохождения. В свою очередь величина тока по закону Ома зависит от приложенного к телу напряжения и от сопротивления тела. Вещество, составляющее живые ткани организма, его внутренние органы и кожный покров, весьма сложно по своему химическому составу, поэтому величина электрического сопротивления тела, человека может быть различной как для разных людей, так и для одного человека, но в разных условиях. Электрическое сопротивление внутренних органов и тканей живого организма невелико, а кожа, особенно сухая, оказывает значительное сопротивление току. Верхний роговой слой кожи (эпидермис) по своей структуре и химическому составу представляет собой плохой проводник электрического тока. Если же кожа влажная, то сопротивление ее, а следовательно, и всего участка пути тока через человека резко снижается. Кроме эпидермиса, другие слои кожи, насыщенные кровеносными сосудами, нервными окончаниями, так же как и внутренние органы, имеют малое электрическое сопротивление. Измерения показывают, что при сухой коже сопротивление тела человека по пути тока «рука — рука» равно 20-50 кОм. Если же руки увлажнить, то сопротивление и принимают за расчетную величину.

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменной тока промышленной частоты (50 Гц) при токе около 1 мА и постоянного тока около 5 мА. Эти токи называются пороговыми ощутимыми токами и не представляют собой опасности, поскольку при таком раздражении человек свободно может самостоятельно освободиться от действия электрического тока.

При переменном токе 5-10 мА раздражающее действие становится более сильным, судороги и боль ощутимее. При токах 10-15 мА боль становится трудно переносимой, а судороги мышц рук и ног столь сильными, что человек не в состоянии  самостоятельно освободится от действия электрического тока. Длительное пребывание под таким током может вызвать тяжелое состояние под таким током может вызвать тяжелое состояние, вплоть до паралича дыхания. Переменные токи 10-15 мА называют неотпускающими токами.

Переменный ток промышленной частоты 25 мА и выше воздействует не только на мышцы рук ног, но и на мышцы грудной клетки, что может быть причиной остановки дыхания. Ток около 50 мА вызывает быстрое нарушение дыхания, а ток в 100 мА при частоте 50 Гц за короткое время (1-2с) поражает сердечную мышцу, вызывая ее фибрилляцию (трепетание). При фибрилляции сердца его нормальная работа и, следовательно кровообращение в организме прекращается. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода прекращаются. Поэтому вследствие недостатка в организме кислорода прекращается жизнедеятельность всех органов, т. е. наступает смерть.

Чем продолжительнее протекание тока через человека, тем тяжелее его последствия, вероятнее смертельный исход.

Степень тяжести поражения зависит и от пути тока через тело человека. Поражение будет более тяжелым, если на пути тока оказываются такие органы, как сердце, мышцы грудной клетки, головной и спинной мозг. Наиболее опасными путями тока являются пути «правая рука-нога», «рука-рука». Мене опасный путь «нога-нога».

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.

Факторы, влияющие на исход поражения электрическим током — урок. Физика, 8 класс.

Тело человека проводит электрический ток.

 

Обрати внимание!

Воздействие электрического тока на организм человека зависит от многих факторов: от силы тока, от длительности контакта, от вида тока и его частоты, от индивидуальных особенностей тела человека, от места прохождения тока.

 

1) Длительность протекания тока.

Чем дольше проходит ток через тело человека, тем больше снижается сопротивление организма, тем сильнее последствия, вызванные током.

 

2) Вид тока и его частота.

Переменный и постоянный токи по-разному воздействуют на человека.

При прикосновении к токоведущим частям, находящимся под напряжением, переменный ток, протекающий через человека, приводит к судорожным сокращениям мышц руки, в которой зажат проводник, при этом пострадавший самостоятельно не может освободиться от действия тока.

Постоянный ток приводит к отбросу пострадавшего от токоведущих частей, что может привести к механическим повреждениям (вывихи, ушибы, переломы и т.п.).

Если напряжение протекающего тока не превышает \(500\) В, то воздействие постоянного тока на организм человека меньше, чем переменного тока. А если напряжение выше \(500\) В, то постоянный ток становится опаснее переменного.

Чем больше частота переменного тока превышает \(50\) Гц, тем меньше последствия электротравмы.

 

3) Особенности человеческого тела.

Имеют значение также индивидуальные особенности тела человека. Полностью здоровые люди во много раз выносливее, чем больные.

 

4) Путь протекания тока.

Существенное значение имеет и путь протекания тока через тело человека. Наиболее часто встречающиеся пути протекания тока через организм человека: «правая рука — ноги», «левая рука — ноги», «рука — рука», «нога — нога» (рис. 1).

 

 

Рис. \(1\). Схема, пути протекания тока

Наибольшая опасность возникает при непосредственном прохождении тока через жизненно важные органы (сердце, лёгкие, головной мозг). Поэтому наиболее опасными следует признать пути протекания: «левая рука — ноги», «рука — рука», а также «голова — рука», «голова — ноги».

Наименее опасным путём тока (из наиболее часто встречающихся) является путь «нога — нога», когда человек попадает под шаговое напряжение.

Опасность поражения электрическим током зависит также от места контакта тела человека с токоведущей частью, то есть от места «входа тока» в организм. Например, при касании человека токоведущей части рукой, ток может входить через ладонь или тыльную часть руки, через пальцы или всю поверхность руки и т.д.

Наиболее опасными местами входа тока являются: тыльная сторона ладони, шея, голень, виски, грудь. Следует отметить, что данные места на теле человека обладают повышенной электропроводностью.

 

5) Сила тока.

Ниже рассмотрены реакции человеческого организма, вызванные электрическим током различного вида и различной силы при прохождении тока в направлении «рука — рука» или «рука — нога».

 

Обычно человек начинает ощущать раздражающее действие переменного тока промышленной частоты \(50\) Гц при величине \(0,6—1,5\) мА и постоянного тока \(5—7\) мА.

Эти токи называются ощутимыми пороговыми токами. Они не представляют опасности для человека, и человек может самостоятельно отключиться от цепи.

 

При переменных токах \(5—10\) мА раздражающее действие электрического тока становится более сильным, появляется боль в мышцах и непроизвольное их сокращение.

При токах \(10—15 \)мА боль в мышцах становится такой сильной, что человек уже не в состоянии самостоятельно освободиться от действия тока (не может разжать руку, отбросить от себя провод и т. д.).

Переменные токи \(10—15\) мА и выше и постоянные токи \(50—80\) мА и выше называются неотпускающими токами.

 

Переменный ток \(25\) мА и выше (в зависимости от пути прохождения тока) воздействует на мышцы грудной клетки, что может привести к параличу дыхания и вызвать смерть человека.

 

Электрический ток около \(100\) мА и более при частоте \(50\) Гц и \(300\) мА и более при постоянном напряжении за короткое время (\(1—2\) с) поражает мышцу сердца человека и вызывает его фибрилляцию. Эти токи называются фибрилляционными.

 

Токи более \(5\) А вызывают паралич сердца и дыхания, минуя стадию фибрилляции сердца.

При длительном протекании тока (несколько секунд) — тяжёлые ожоги, разрушение тканей организма человека.

Источники:

Рис. 1. Схема, пути протекания тока. © ЯКласс.

Проведение электрического тока к телу человека и через него: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

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

Raymond M. Fish

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

Лесли А. Геддес

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

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

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

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

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

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

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

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

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

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

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

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц ^*

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

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

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

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

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

Напряжение

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

Разрыв кожи

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

Электропорация

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

Нагрев

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

Переменный и постоянный ток

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

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

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

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

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

Токовый путь (-а)

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

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

Применение модели к человеческому телу

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

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

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

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

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

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

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

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

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

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

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

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

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

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

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то и другое

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

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

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

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

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

Так называемые входные и выходные раны

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

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

Молния

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

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

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

Путь тока

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

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

Явление отпускания при низком (

<600 В) контакте

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

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

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

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

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. ^{9 (стр. 57)}

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

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

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

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

Действие электрического тока

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

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

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

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

Общее сопротивление тела в воде

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

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

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

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

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

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

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

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

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

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

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

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

Измерения потери мышечного контроля в воде

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

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

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

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

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

Проведение электрического тока через человеческое тело: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

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

Raymond M. Fish

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

Лесли А. Геддес

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

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

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

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

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

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

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

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

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

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

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

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц ^*

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

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

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

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

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

Напряжение

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

Разрыв кожи

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

Электропорация

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

Нагрев

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

Переменный и постоянный ток

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

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

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

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

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

Токовый путь (-а)

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

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

Применение модели к человеческому телу

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

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

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

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

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

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

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

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

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

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

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

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

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

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

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то и другое

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

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

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

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

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

Так называемые входные и выходные раны

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

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

Молния

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

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

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

Путь тока

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

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

Явление отпускания при низком (

<600 В) контакте

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

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

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

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

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. ^{9 (стр. 57)}

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

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

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

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

Действие электрического тока

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

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

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

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

Общее сопротивление тела в воде

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

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

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

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

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

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

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

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

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

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

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

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

Измерения потери мышечного контроля в воде

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

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

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

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

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

Проведение электрического тока через человеческое тело: обзор

Эпластика. 2009; 9: e44.

Опубликовано в Интернете 12 октября 2009 г.

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

Raymond M. Fish

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

Лесли А. Геддес

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

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

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

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

Эта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

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

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

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

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

Очень небольшое количество электрического тока приводит к серьезным физиологическим эффектам.

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

Таблица 1

Расчетное влияние переменного тока 60 Гц ^*

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

Сопротивление кожи защищает тело от электричества

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

Таблица 2

Способы значительного снижения защитного сопротивления кожи

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

Напряжение

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

Разрыв кожи

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

Электропорация

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

Нагрев

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

Переменный и постоянный ток

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

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

Как связаны ток, напряжение и сопротивление

Закон Ома выглядит следующим образом:

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

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

Токовый путь (-а)

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

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

Применение модели к человеческому телу

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

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

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

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

Схема человека, подключенного к источнику напряжения.

Высоковольтный контакт

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

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

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

ЧАСТЬ B: ВИДЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО КОНТАКТА

Шаговый и контактный потенциалы

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

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

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

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

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

Мгновенное горение, нагрев электрическим током или и то и другое

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

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

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

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

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

Так называемые входные и выходные раны

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

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

Молния

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

Контакт с проводниками

Низкое напряжение (

<600 В)

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

Путь тока

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

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

Явление отпускания при низком (

<600 В) контакте

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

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

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

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

Явление отпускания для высокого (> 600 В) контакта

Несколько разных результатов могут произойти, когда человек схватится за провод, подающий из рук в руки напряжение 10 кВ переменного тока. Такой контакт занимает более 0,5 секунды, прежде чем большая часть клеток дистального отдела предплечья подвергнется тепловому повреждению.Однако в течение 10–100 миллисекунд мышцы на пути тока сильно сократятся. Человека можно стимулировать, чтобы он сильнее сжимал провод, создавая более сильный механический контакт. Или человека может оттолкнуть от контакта. Какое из этих событий произойдет, зависит от положения руки относительно проводника. Большинство очевидцев сообщают, что жертвы отталкиваются от проводника, возможно, из-за общих мышечных сокращений. В таких случаях время контакта оценивается примерно в 100 миллисекунд или меньше. ^{9 (стр. 57)}

Контакт с погружением: утопление электрическим током

Клинические проблемы

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

Таблица 3

Почему погружение в воду при очень низких напряжениях может быть фатальным

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

Действие электрического тока

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

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

Таблица 4

Механизмы смерти при утоплении электрическим током

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

Общее сопротивление тела в воде

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

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

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

Какое напряжение в воде может быть смертельным?

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

Требуемое напряжение = Ток × Сопротивление

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

Напряжение = 100 мА × 300 Ом = 30 В

Рисунки для других механизмов смерти указаны в табл.

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

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

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

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

Измерения потери мышечного контроля в воде

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

Установка для измерения напряжения и тока в воде.

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

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

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

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

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

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

Благодарности

Авторы благодарят Энди Фиша за иллюстрации.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

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

Воздействие электрического тока на человеческое тело — Видео и стенограмма урока

Что слишком много тока?

Электрический ток в организме человека опасен по двум основным причинам. Во-первых, это нарушает нормальную работу нервной и мышечной систем, вызывая сильные сокращения мышц. Во-вторых, как и в лампочке, когда ток проходит через ваше тело, он превращается в тепловую энергию. Это может вызвать серьезные ожоги как внутри тела, так и на коже.

Сколько именно тока нужно, чтобы вызвать эти серьезные проблемы? Немного!

Поскольку ваше тело очень чувствительно к воздействию электрического тока, даже небольшое количество тока может быть очень опасным. Ток около 10 мА может вызвать очень болезненный шок и настолько сильные сокращения мышц, что вы не сможете отпустить все, что вас шокирует. Каждую секунду ток продолжает проходить через вас, выделяется все больше тепла и увеличивается ущерб вашему телу, поэтому неспособность отпустить может вызвать серьезные проблемы.

При токе от 20 до 100 мА мышцы, позволяющие дышать, парализуются, а при токе выше 100 мА сердце перестает ритмично биться. Вместо этого он будет дрожать в нескоординированном виде, известном как фибрилляция желудочков, который является фатальным, если не исправить в течение нескольких секунд. Токи выше примерно 100 мА почти всегда приводят к летальному исходу, если не будет оказана немедленная медицинская помощь, и смерть может наступить даже при более низких токах в зависимости от того, как долго присутствует ток.

Что определяет текущую сумму?

Количество тока, проходящего через человеческое тело, зависит от двух вещей: напряжения, подаваемого источником, и электрического сопротивления вашего тела. Напряжение можно рассматривать как силу, проталкивающую ток, а сопротивление, относится к способности чего-то (в данном случае, вашего тела) противодействовать или сопротивляться этому току.

Иногда люди получают смертельный удар от небольших портативных устройств, работающих при напряжении менее 100 Вольт, а иногда люди выживают после удара молнии, когда напряжение между облаком и землей может достигать 100 миллионов вольт! Как это возможно?

Хотя для установления тока необходимо задействовать напряжение, величина приложенного напряжения не является причиной повреждения тела.Напротив, опасно течение. Учтите: если у вас высокое напряжение, но низкий ток, это просто большая сила, проталкивающая через вас небольшое количество заряда. Это не так уж и страшно. Но если у вас большой ток, независимо от напряжения, через ваше тело проходит много энергии!

Электрическое сопротивление вашего тела току также важно для определения того, сколько тока проходит через вас. Ваше сопротивление зависит от многих факторов, включая площадь, через которую протекает ток, количество вашего тела, которое контактирует с источником тока, а также от того, мокрые вы или сухие.Сухая кожа имеет очень высокое сопротивление, но это сопротивление значительно снижается, если ваша кожа влажная. Вот почему рядом с водой часто происходят смертельные случаи поражения электрическим током. При таком же исходном напряжении через вас будет проходить гораздо больше тока, когда ваша кожа влажная.

Что делать?

Что делать, если вы видите, что кого-то бьет током? Во-первых, не прикасайтесь к человеку напрямую. Если вы прикоснетесь к человеку, по телу которого проходит ток, вы тоже можете получить шок.Попробуйте использовать непроводящий материал, например кусок дерева или пластика, чтобы отделить человека от объекта, который его шокирует. Это особенно важно, потому что сокращения мышц, вызванные током, могут помешать человеку расслабиться самостоятельно. При серьезном поражении электрическим током требуется немедленная медицинская помощь, поэтому немедленно обратитесь за помощью в больницу или к другим работникам скорой помощи!

Резюме урока

Давайте сделаем пару минут, чтобы повторить то, что мы узнали.Электрический ток — это поток заряженных частиц через объект. Величина протекающего тока зависит от напряжения или силы, проталкивающей ток. Это, в частности, зависит от приложенного напряжения и сопротивления или способности противодействовать току объекта. Когда ток течет по человеческому телу, это может вызвать множество проблем. Ток до 10 мА может вызвать серьезные мышечные сокращения и ожоги, а ток 20 мА и выше может вызвать паралич мышц, позволяющих дышать.Любой ток, превышающий 100 мА, может вызвать остановку сердечного ритма и фибрилляцию желудочков. Это состояние является фатальным в течение нескольких секунд, если его не изменить.

Заявление об ограничении ответственности в отношении медицинских услуг: Информация на этом сайте предназначена только для вашего сведения и не заменяет профессиональные медицинские консультации.

Как электричество влияет на ваше тело

Поражение электрическим током происходит, когда ваше тело становится частью замкнутой цепи, и электрический ток течет в одну часть вашего тела и выходит из другой, например, в ваши руки и ноги.

Постоянный ток (DC) обычно менее опасен, чем переменный ток (AC).

Воздействие переменного тока на организм во многом зависит от частоты. Токи низкой частоты от 50 до 60 Гц обычно более опасны, чем токи высокой частоты.

Степень поражения электрическим током зависит от того, как ток проходит через ваше тело. Ток, идущий от руки к ноге, скорее всего, пройдет через сердце, что делает его более опасным, чем ток, идущий между ногой и землей.

Воздействие электрического тока на тело человека

• Ток, протекающий через сердце , вызывает фибрилляцию сердца.
• Ток, протекающий через мышц, вызывает сокращение мышц.
• Ток, протекающий через головной мозг, вызывает потерю сознания и захват.

Во многих случаях поражение электрическим током приводит к смерти. Порог восприятия тока, поступающего в руку, составляет около 5-10 мА для постоянного тока и около 1-5 мА для переменного тока при 60 Гц.

Отпускаемый ток — это максимальная сила тока, при которой мышцы руки могут сокращаться, сохраняя при этом способность освободить руку от источника тока. Ток отпускания варьируется в зависимости от мышечной массы. Для постоянного тока отпускной ток составляет около 75 мА для тела весом 70 кг; для переменного тока это около 15 мА.

Фибрилляция желудочков возникает при токах от 60 до 100 мА в системах переменного тока. Для постоянного тока примерно от 300 до 500 мА.

Степень поражения электрическим током зависит от того, как ток проходит через ваше тело.

---

Как рассчитать ток, протекающий через тело

Человеческое тело является хорошим проводником электрического тока просто потому, что оно на 70% состоит из воды. Ткани человека очень чувствительны к прохождению электрического тока и более восприимчивы к поражению электрическим током, когда они влажные.

Сколько тока проходит через тело человека, можно оценить с помощью закона Ома (I = E / R). Среднее сопротивление сухого человеческого тела может достигать 100000 Ом, конечно, оно варьируется от человека к человеку в зависимости от строения их тела.Во влажном состоянии сопротивление может упасть до 500 Ом в зависимости от уровня напряжения.

---

Электрические ожоги

Нагревание из-за сопротивления тела является причиной электрических ожогов. Если сопротивление кожи низкое, ожогов мало, если они вообще возникнут. Если сопротивление кожи высокое, энергия может рассеиваться на поверхности, что приводит к обширным поверхностным ожогам.

Внутренние ткани обжигаются в зависимости от их сопротивления; нервы, кровеносные сосуды и мышцы проводят электричество лучше, чем более плотные ткани, такие как жир, сухожилия и кости.Температура вспышки дуги может достигать или превышать 19 400 C (35 000 F) в источнике дуги, что может привести к сильному ожогу кожи.

---

Неврологические эффекты

Электрический ток может воздействовать на центральную нервную систему, особенно на сердце и легкие. Сильные или повторяющиеся удары, не связанные с кожей, могут повредить нервы, что может ухудшить чувствительность, движения и функцию желез или органов.

---

Профилактика

Обучение уважению к электричеству и безопасным методам работы имеет решающее значение для предотвращения травм от поражения электрическим током.Любое электрическое устройство, к которому может прикоснуться тело, может быть опасным для жизни и должно быть надлежащим образом заземлено и защищено.

---

Список литературы

Комментарии

Всего комментариев 2

Оставить комментарий Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы оставить комментарий.

Безопасность и гигиена труда в электротехнике (Пособие для учащихся)

Тяжесть поражения электрическим током зависит от количества электрического удара. ток и продолжительность времени, в течение которого ток проходит через тело.Для Например, 1/10 ампера (Ампер) электричества, проходящего через тело для всего 2 секунды достаточно, чтобы вызвать смерть. Величина внутреннего тока человек может выдерживать и при этом контролировать мышцы руки и стрелка может быть меньше 10 миллиампер (миллиампер или мА). Токи выше 10 мА может парализовать или «заморозить» мышцы. Когда это «замораживание» Случается, что человек больше не может высвободить инструмент, проволоку или другой предмет. Фактически, наэлектризованный объект может удерживаться еще сильнее, в результате чего при более длительном воздействии шокового тока.По этой причине ручные инструменты это может быть очень опасно. Если ты не можешь отпустить инструмент, ток продолжается через ваше тело в течение более длительного времени, что может привести к к параличу дыхания (мышцы, контролирующие дыхание, не могут двигаться). Вы перестаете дышать на какое-то время. Люди перестали дышать, когда был поражен током от напряжения до 49 вольт. Обычно требуется ток около 30 мА, чтобы вызвать паралич дыхания.

Токи более 75 мА вызывают фибрилляцию желудочков (очень быстро, неэффективное сердцебиение).Это состояние приведет к смерти в течение нескольких минут. если для спасения жертвы не используется специальное устройство, называемое дефибриллятором. Паралич сердца возникает при 4 амперах, что означает, что сердце не перекачивает все. Ткань обжигается током более 5 ампер. ₂

В таблице показано, что обычно происходит для диапазона токов (длительный второй) при типичных бытовых напряжениях. Более длительное время выдержки увеличивает опасность для пострадавшего от электрошока.Например, ток 100 мА применяется для 3 секунды так же опасны, как ток 900 мА, приложенный к дробной части. секунды (0,03 секунды). Мышечная структура человека также составляет разница. Люди с меньшим количеством мышечной ткани обычно страдают при более низкой текущие уровни. Даже низкое напряжение может быть чрезвычайно опасным, потому что степень травмы зависит не только от силы тока, но и от время, в течение которого тело находится в контакте с цепью.

НИЗКИЙ НАПРЯЖЕНИЕ НЕ ОЗНАЧАЕТ НИЗКОЙ ОПАСНОСТИ!

Дефибриллятор в употреблении

ампер (ампер) — единица измерения силы тока.

миллиампер (миллиампер или мА) — 1/1000 ампера

шокирует ток — электрический ток, проходящий через часть тела

Вы будет больнее, если вы не сможете отпустить инструмент, дающий шок.

The чем дольше шок, тем серьезнее травма.

Высокая напряжение вызывает дополнительные травмы!

Высшее напряжения могут вызвать большие токи и более сильные удары.

Некоторые травм от поражения электрическим током не видно.

Эффекты электрического тока * на теле 3
Текущий	Реакция
1 миллиампер	Просто обморок покалывание.
5 миллиампер	легкий шок чувствовала. Тревожно, но не больно. Большинство людей могут «отпустить». Однако сильные непроизвольные движения могут стать причиной травм.
6-25 миллиампер (женщины) †	Болезненный шок. Мышечный контроль потерян. Это диапазон, в котором «замораживание токи ».Может быть, невозможно «отпустить».
9-30 миллиампер (мужчины)
50–150 миллиампер	Чрезвычайно болевой шок, остановка дыхания (остановка дыхания), тяжелая мышца схватки. Мышцы-сгибатели могут вызывать удержание; мышцы-разгибатели может вызвать сильное отталкивание. Смерть возможна.
1,000- 4300 миллиампер (1-4,3 ампера)	желудочковый возникает фибрилляция (неритмичное сердцебиение). Мышцы договор; происходит повреждение нервов. Вероятна смерть.
10 000 миллиампер (10 ампер)	остановка сердца возникают сильные ожоги.Вероятна смерть.
15 000 миллиампер (15 ампер)	Самый низкий максимальный ток при котором обычный предохранитель или автоматический выключатель размыкает цепь!
* Эффекты предназначены для напряжений менее 600 вольт. Более высокие напряжения также вызвать сильные ожоги. † Различия в содержании мышц и жира влияют на тяжесть шока.

Иногда высокий напряжения приводят к дополнительным травмам. Высокое напряжение может вызвать сильное мышечные сокращения. Вы можете потерять равновесие и упасть, что может вызвать травму или даже смерть, если вы упадете в механизм, который может раздавить ты. Высокое напряжение также может вызвать серьезные ожоги (как показано на страницах 9 и 9). 10).

При 600 вольт ток через тело может достигать 4 ампер, вызывая повреждение внутренних органов, таких как сердце.Высокие напряжения также производить ожоги. Кроме того, могут образовываться тромбы внутренние кровеносные сосуды. Нервы в зоне контакта могут быть повреждены. Мышечные сокращения может вызвать переломы костей либо из-за самих сокращений, либо из-за от водопадов.

Сильный шок может нанести гораздо больший вред телу, чем это видно. Человек может страдать внутренним кровотечением и разрушением тканей, нервов, и мышцы.Иногда скрытые травмы, вызванные поражением электрическим током привести к отсроченной смерти. Шок часто — это только начало цепочки событий. Даже если электрический ток слишком мал, чтобы вызвать травму, ваша реакция на шок может привести к падению и появлению синяков, сломанные кости или даже смерть.

Продолжительность разряда сильно влияет на количество травм. Если шок непродолжительный, он может быть только болезненным.Более длинный шок (длящийся несколько секунд) может быть фатальным, если уровень ток достаточно высок, чтобы вызвать фибрилляцию желудочков в сердце. Это не так много тока, когда вы понимаете, что небольшая дрель использует В 30 раз больше тока, чем то, что убьет. При относительно больших токах смерть неизбежна, если шок будет достаточно продолжительным. Однако если шок короткий и сердце не повреждено, нормальное сердцебиение может возобновить, если устранен контакт с электрическим током.(Этот тип восстановления бывает редко.)

Сумма тока прохождение через тело также влияет на тяжесть электрического шок. Чем выше напряжение, тем больше ток. Итак, больше опасность сверху
напряжения. Сопротивление препятствует току. Чем ниже сопротивление (или импеданс в цепях переменного тока), тем больше будет ток. Сухая кожа может иметь сопротивление 100 000 Ом и более.Мокрый
кожа может иметь сопротивление всего 1000 Ом. Влажные условия труда или сломанная кожа резко снизит сопротивление. Низкое сопротивление влажной кожи позволяет току легче проходить в тело и давать больший шок. Когда к точке контакта или когда площадь контакта больше, сопротивление ниже, что приводит к более сильному потрясения.

Электродрели используйте в 30 раз больше тока, чем то, что убивает.

Путь электрический ток через тело влияет на силу удара. Наиболее опасны токи, проходящие через сердце или нервную систему. Если вы касаетесь головой провода под напряжением, ваша нервная система будет поврежден. Прикосновение к токоведущей электрической части одной рукой — в то время как вы заземлены с другой стороны вашего тела — вызовет электрический ток проходит через вашу грудь, что может повредить ваше сердце и легкие.

Большее ток, тем сильнее шок!

Степень серьезности Ударная нагрузка зависит от напряжения, силы тока и сопротивления.

сопротивление- способность материала уменьшать или останавливать электрический ток

Ом единица измерения электрического сопротивления

Нижний сопротивление вызывает большие токи.

Токи через грудь очень опасны.

Мужчина сервисный техник прибыл на дом к заказчику для выполнения предзимний ремонт на масляной печи. Затем клиент ушел дом и вернулся через 90 минут.Она заметила сервис грузовик все еще стоял на подъездной дорожке. Еще через 2 часа заказчик вошел в лазарет с фонариком, чтобы найти техника но не мог его видеть. Затем она позвонила владельцу компании, кто пришел в дом. Он обыскал пространство для обхода и нашел техника на животе, опираясь на локти перед печь. Был вызван и объявлен помощник коронера округа. техник мертв на месте.У пострадавшего были электрические ожоги. на его скальпе и правом локте. После происшествия электрик осмотрел место происшествия. Переключатель выключатель, который предположительно регулирует электрическую мощность в печи находился в положении «выключено». Электрик описал проводка как «случайная и запутанная». Две недели спустя окружной электротехнический инспектор выполнил еще одну осмотр. Он обнаружил, что неправильная проводка тумблера позволял току течь в печь, даже когда переключатель был в положение «выключено».Владелец компании заявил, что потерпевший был очень скрупулезным работником. Возможно, жертва исполнила больше обслуживания печи, чем предыдущие техники, подвергая сам к электрике опасность. Эту смерть можно было предотвратить! The Пострадавший должен был проверить цепь, чтобы убедиться, что она обесточена. Работодатели должны обеспечить рабочих соответствующим оборудованием и обучением.Использование защитного оборудования должно быть требованием работы. В в этом случае простой тестер цепей мог спасти жертву жизнь. Жилая электропроводка должна соответствовать Национальным электротехническим нормам и правилам (NEC). Несмотря на то что NEC не имеет обратной силы, все домовладельцы должны убедиться, что их системы безопасны.

	NEC — N национал. E электрическая C ode — исчерпывающий перечень методов защиты рабочих и оборудования от поражения электрическим током, например, пожара или поражения электрическим током
Электрооборудование ожог кисти и руки

Были случаи сильного ожога руки или ноги электрическим током высокого напряжения. ток до точки отрыва, и пострадавшего не ударит током.В этих случаях ток проходит только через часть конечности, прежде чем он выходит из тела в другой проводник. Таким образом, нынешний не проходит через область груди и не может вызвать смерть, даже если жертва сильно изуродована. Если ток проходит через грудь, человек будет почти
обязательно быть пораженным электрическим током. Большое количество тяжелых электротравм. включают прохождение тока от рук к ногам.Такой путь предполагает и сердце, и легкие. Этот тип шока часто заканчивается летальным исходом.

Плечо с ожогом третьей степени от высоковольтной линии.

Сводка Раздела 2

Опасность поражения электрическим током зависит от •••

количества электрического тока через тело,
длительность электрошокового тока через тело, и
путь электрического тока через тело.

(PDF) Проведение электрического тока через человеческое тело: обзор

FISH AND GEDDES

ССЫЛКИ

1. Национальный институт охраны труда. Смерть рабочих от удара током. Публикация НИОШ №

№ 98-131. Доступно по адресу: http://www.cdc.gov/niosh/docs/98-131/overview.html. По состоянию на

20 марта 2009 г.

2. Fish RM, Geddes LA. Электрофизиология всплесков тока подключения. Cardiovasc Eng.2008. 8 (4): 219–24.

3. Гримнес С. Диэлектрический пробой кожи человека in vivo. Med Biol Eng Comp. 1983; 21: 379–81.

4. Бернштейн Т. Расследование предполагаемых случаев поражения электрическим током и пожаров, вызванных внутренним напряжением

. IEEE Ind Appl. 1989. 25 (4): 664–8.

5. Капелли-Шеллпфеффер М., Ли Р.С., Тонер М., Диллер К.Р. Связь между параметрами

электротравмы и травмой. Документ представлен на конференции IEEE PCIC; 23-25 ​​сентября 1996 г .; Филадельфия, Пенсильвания.

6. Dalziel CF. Опасность поражения электрическим током. IEEE Spectr. 1972; 9 (2): 41–50.

7. Dalziel CF. Воздействие электрического шока на человека. ИРЭ Транс Мед Электрон. 1956; PGME-5: 44–62.

8. Рыба, РМ. Феномен отпускания. В: Fish RM, Geddes LA, ред. Электрическая травма: медицинские и

биоинженерные аспекты. Тусон, Аризона: Издательство юристов и судей; 2009: глава 2.

9. Ли Р. К., Кравальо Э. Г., Берк Дж. Ф., ред. Электрическая травма. Кембридж, Англия: Издательство Кембриджского университета;

1992.

10. Далзил Чарльз Ф., Ли В. Р. Переоценка смертельных электрических токов. IEEE Trans Indus Gen Appl.1968; IGA-

4 (5): 467–476. D.O.I.10.1109 / TIGA.1968.4180929

11. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна, IEEE Trans

Power Apparat Sys. 1964. 83 (9): 945–964.

12. Smoot AW, Bentel CA. Опасность поражения электрическим током осветительных приборов подводного плавательного бассейна. Спонсор

: Underwriter’s Laboratories Inc., Нью-Йорк.Документ представлен на: IEEE Winter Power Meeting;

февраля

1964 г .; Нью-Йорк (раздел на страницах 4 и 5).

13. ВМС США. Учебная серия по электричеству и электронике военно-морского флота. Модуль 1 — Введение в материю,

Энергия и постоянный ток. Иногородний учебный курс. Пенсакола, штат Флорида: военно-морское образование и обучение

Центр профессионального развития и технологий; 1998: 3–108. Доступно по адресу: www.hnsa.org/doc/neets/

mod01.pdf. По состоянию на 26 марта 2009 г.

14. Управление военно-морского флота, Управление военно-морских операций. Руководство по программе «Безопасность и охрана труда военно-морских сил США»

. Том III. Вашингтон, округ Колумбия: Департамент

ВМС, Офис начальника военно-морских операций; 2007: D5–9. Доступно по адресу: http // doni.daps.dla.mil / Directive /

05000% 20General% 20Management% 20Security% 20and% 20Safety% 20Services / 05-100% 20Safety% 20

and% 20Occupational% 20Health% 20Services / 5100 .

No related posts.