Вопрос 5. Пассивные электрические свойства тканей тела человека
Вопрос 2, 3. Процессы, происходящие в тканях под действием электрических токов
Все вещества состоят из молекул, каждая из них является системой зарядов. Поэтому состояние тел существенно зависит от протекающих через них токов и от воздействующего электромагнитного поля. Электрические свойства биологических тел более сложны, чем свойства неживых объектов, ибо организм – это еще и совокупность ионов с переменной концентрацией в пространстве.
Первичный механизм воздействия токов и электромагнитных полей на организм – физический.
Первичное действие постоянного тока на ткани организма. Гальванизация. Электрофорез лекарственных веществ
Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах. Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов в разных элементах тканей.
Воздействие постоянного тока на организм зависит от силы тока, поэтому весьма существенное значение имеет электрическое сопротивление тканей, прежде всего кожи. Влага, пот значительно уменьшают сопротивление, что даже при небольшом напряжении может вызвать прохождение тока через организм. Непрерывный постоянный ток напряжением 60–80 В используют как лечебный метод физиотерапии (гальванизация). Источником тока служит двухполупериод-ный выпрямитель – аппарат гальванизации. Применяют для этого электроды из листового свинца толщиной 0,3–0,5 мм. Так как продукты электролиза раствора поваренной соли, содержащиеся в тканях, вызывают прижигание, то между электродами и кожей помещают гидрофильные прокладки, смоченные теплой водой.
Постоянный ток используют в лечебной практике также и для введения лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки. Этот метод получил название электрофореза лекарственных веществ. Для этой цели поступают так же, как и при гальванизации, но прокладку активного электрода смачивают раствором соответствующего лекарственного вещества. Лекарство вводят с того полюса, зарядом которого оно обладает: анионы вводят с катода, катионы – с анода.
Гальванизацию и электрофорез лекарственных веществ можно осуществлять с помощью жидкостных электродов в виде ванн, в которые погружают конечности пациента.
Вопрос 5. Пассивные электрические свойства тканей тела человека
К пассивным электрическим свойствам биологических объектов относятся: сопротивление, электропроводимость, емкость, диэлектрическая проницаемость. В норме и патологии эти параметры меняются и поэтому могут быть использованы для изучения структуры и физико-химического состояния биологического вещества. Эти свойства проявляются, если к исследуемому участку ткани приложить напряжение небольшой величины.
При приложении постоянной разности потенциалов к тканям организма в них наблюдается два явления:
1. Постоянный электрический ток в проводящих тканях.
2. Различные виды поляризации в диэлектрических тканях. Величина тока в тканях определяется по закону Ома для участка цепи, однако для электролитов, а следовательно и биообъектов, закон имеет своеобразный вид:
В этой формуле U — приложенное к участку ткани напряжение, R — активное сопротивление этого участка, εn (t) – ЭДС поляризации, которая возникает в результате поляризационных явлений как на электродах, так и внутри ткани на полупроницаемых и непроницаемых для ионов перегородках. ЭДС поляризации со временем возрастает, а ток в тканях уменьшается и при длительном воздействии становится равным нулю
.
В диэлектриках заряды связаны, однако они перемещаются при наложении внешнего электрического поля внутри микроструктуры: атома, молекулы, клетки или в пределах границы проводящей и непроводящей среды. Для каждого вида поляризации приводится значение времени релаксации τ.
Время релаксации — это время, в течение которого поляризация увеличивается от нуля до максимума, с момента приложения внешнего напряжения.
1. При электронной поляризации под воздействием внешнего электрического поля происходит деформация электронных орбиталей атомов, ориентированных вдоль поля. Время релаксации = (10 -16 — 10 -14 ) с.
2. При ионной поляризации происходит смещение ионов в кристаллической решетке вдоль направления электрического поля, = (10 -8 — 10 -3 )с.
Читайте также: Дышащая ткань в коляске трости
3. Дипольно-ориентационная поляризация происходит в структурах, в которых уже имеются полярные молекулы — диполи, ориентированные хаотично. Под действием электрического поля они выстраиваются вдоль поля, = (10 -13 — 10 -7 ) с.
4. При микроструктурной поляризации происходит перераспределение ионов в результате действия электрического поля на различных полупроницаемых и непроницаемых для ионов перегородках, например: на цитоплазматических мембранах, мембранах клеточных органоидов, некоторых разделительных тканевых оболочках. В результате такого перераспределения возникает структура, подобная гигантской поляризованной молекуле, = (10 -8 — 10 -3 ) с.
5. Электролитическая или электрохимическая поляризация возникает между электродами, опущенными в электролит. Ионы, подходящие к электродам, не полностью успевают нейтрализоваться по причине вторичных реакций на электродах и неодинаковой подвижности ионов. В результате, вокруг каждого электрода возникает «облако» зарядов противоположного знака, что ведет к образованию поля, направленного противоположно внешнему и постепенному уменьшению тока, проходящего через электролит, = (10 -3 — 10 2 ) с.
6. Поверхностная поляризация возникает на образованиях, имеющих двойной электрический слой. Ионы дисперсионной части двойного электрического слоя связаны с атомами поверхности и не являются свободными. Диффузионный слой образуется за счет притяжения ионами дисперсионного слоя. При приложении внешнего поля происходит частичное смещение ионов обеих слоев, образуются так называемые наведенные диполи, = (10 -3 — 1) с.
Все рассмотренные явления поляризации в той или иной степени присущи биологическим объектам. При приложении внешнего поля в тканях индуцируется противоположно направленное поле за счет поляризационных явлений, которое уменьшает внешнее поле и обуславливает высокое удельное сопротивление тканей постоянному току. Количественно явление поляризации характеризуется величиной относительной диэлектрической проницаемости.
где Ео — напряженность внешнего электрического поля в вакууме, Е — напряженность поля в среде, оно равно разности Ео и Еn, где Еn — напряженность поля, создаваемая наведенными диполями при поляризации. Относительную диэлектрическую проницаемость можно определить также соотношением емкостей
где Со — емкость электродов в вакууме, С — емкость электродов в среде.
При приложении к биологическому объекту переменного (как правило, синусоидального) напряжения, в нем также возникают электрический ток и поляризационные явления. Электрическую модель биологического объекта для переменного тока можно представить в виде двух сопротивлений:
— активного, определяемого по формуле Ra = (pL)/S
— индуктивное сопротивление равно нулю.
Эти сопротивления в самой ткани могут быть соединены как последовательно так и параллельно.
Общее сопротивление ткани в цепи переменного тока называется импедансом и обозначается Z. Импеданс определяется по формуле:
— при последовательном соединении
— при параллельном соединении:
Импеданс ткани изменяется с частотой. Это явление называют дисперсией. Величина импеданса определяется сопротивлением самой ткани, а также зависит от соотношения частоты или перио-
да приложенного напряжения и времени релаксации:
1) если Т/4 > τ (Т/4 — время возрастания приложенного напряжения от 0 до max, τ — время релаксации), проводимость объекта и диэлектрическая проницаемость с частотой не меняется,
Действие электрического тока на живую ткань
Знакомство с особенностями действия электрического тока на организм человека. Общая характеристика факторов определяющих исход поражения электрическим током: психологическая готовность к удару, продолжительность воздействия тока, сопротивление тела.
1.Действие электрического тока на организм человека
электрический ток организм человек
Действие электрического тока на живую ткань в отличие от действия других материальных факторов (пара, химических веществ, излучения и др.) носит своеобразный и разносторонний характер. Проходя через организм человека, электрический ток производит термическое, электролитическое и механическое воздействия, являющиеся физикохимическими процессами, присущими как живой, так и неживой материи; одновременно электрический ток производит и биологическое действие, которое является специфическим процессом, свойственным лишь живой ткани:
* Термическое действие тока проявляется в ожогах отдельных участков тела, нагреве до высокой температуры кровеносных сосудов, нервов, сердца, мозга и других органов, находящихся на пути тока, что вызывает в них серьезные функциональные расстройства.
Читайте также: Чем плохая ткань полиэстер
* Электролитическое действие тока проявляется в разложении органических жидкостей, в том числе и крови, что сопровождается значительными нарушениями их физикохимического состава.
* Механическое (динамическое) действие тока выражается в разрыве, расслоении и других повреждениях различных тканей организма, в том числе мышечной ткани, стенок кровеносных сосудов, сосудов легочной ткани и др.
* Биологическое действие тока проявляется в раздражении и возбуждении живых тканей организма, а также в нарушении внутренних биоэлектрических процессов, протекающих в нормально действующем организме и связанных с его жизненными функциями.
Электрический ток, проходя через организм, раздражает живые ткани, вызывая в них ответную реакцию — возбуждение, являющееся одним из основных физиологических процессов и характеризующееся тем, что живые образования переходят из состояния относительного физиологического покоя в состояние специфической для них деятельности.
Так, если электрический ток проходит непосредственно через мышечную ткань, то возбуждение, обусловленное раздражающим действием тока, проявляется в виде непроизвольного сокращения мышц. Это так называемое прямое, или непосредственное, раздражающее действие тока на ткани, по которым он проходит.
Однако действие тока может быть не только прямым, но и рефлекторным, то есть осуществляться через центральную нервную систему. Иначе говоря, ток может вызывать возбуждение тех тканей, которые не находятся у него на пути. Дело в том, что электрический ток, проходя через тело человека, вызывает раздражение рецепторов — особых клеток, имеющихся в большом количестве во всех тканях организма и обладающих высокой чувствительностью к воздействию факторов внешней и внутренней среды.
Центральная нервная система перерабатывает нервный импульс и передает его подобно исполнительной команде к рабочим органам: мышцам, железам, сосудам, которые могут находиться вне зоны прохождения тока.
2.Факторы определяющие исход поражения электрическим током
Основными факторами, определяющими исход поражения, являются:
— величина тока и напряжения;
— продолжительность воздействия тока;
— психологическая готовность к удару.
Величина тока и напряжения.
Электрический ток, как поражающий фактор, определяет степень физиологического воздействия на человека. Напряжение следует рассматривать лишь как фактор, обуславливающий протекание того или иного тока в конкретных условиях — чем больше напряжение прикосновения, тем больше поражающий ток.
По степени физиологического воздействия можно выделить следующие поражающие токи:
— 0.8 — 1.2 мА — пороговый ощутимый ток (то есть то наименьшее значение тока, которое человек начинает ощущать);
— 10 — 16 мА — пороговый неотпускающий (приковывающий) ток, когда из-за судорожного сокращения рук человек самостоятельно не может освободиться от токоведущих частей;
— 100 мА — пороговый фибрилляционный ток; он является расчетным поражающим током. При этом необходимо иметь в виду, что вероятность поражения таким током равна 50% при продолжительности его воздействия не менее 0.5 секунды.
Следует отметить, что никакое напряжение нельзя признать полностью безопасным и работать без средств защиты. Так, например, автомобильный аккумулятор имеет напряжение 12-15 Вольт и не вызывает поражения электрическим током при прикосновении (ток через тело человека меньше порогового ощутимого тока). Но при случайном замыкании клемм аккумулятора возникает мощная дуга, способная сильно обжечь кожу или сетчатку глаз; также возможны механические травмы (человек инстинктивно отшатывается от дуги и может неудачно упасть). Точно также человек инстинктивно отшатывается при прикосновении к сети временного освещения (36 Вольт, ток уже ощущается), что грозит падением с высоты, даже если ток, протекающий через тело невелик, и не мог бы вызвать поражения сам по себе.
Таким образом, сколь угодно низкое напряжение не отменяет использования средств защиты, а лишь изменяет их номенклатуру (вид), например, при работе с аккумулятором следует пользоваться защитными очками. Производить работы на токоведущих частях без применения средств защиты можно только при полном снятии напряжения!
Продолжительность воздействия тока
Читайте также: Аппликация надписей из ткани
Установлено, что поражение электрическим током возможно лишь в стоянии полного покоя сердца человека, когда отсутствуют сжатие (систола) или расслабление (диастола) желудочков сердца и предсердий. Поэтому при малом времени воздействие тока может не совпадать с фазой полного расслабления, однако всё, что увеличивает темп работы сердца, способствует повышению вероятности остановки сердца при ударе током любой длительности. К таким причинам следует отнести: усталость, возбуждение, голод, жажду, испуг, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни и т.п.
Величина непостоянная, зависит от конкретных условий, меняется в пределах от нескольких сотен Ом до нескольких мегом. С достаточной степенью точности можно считать, что при воздействии напряжения промышленной частоты 50 Герц, сопротивление тела человека являйся активной величиной, состоящей из внутренней и наружной составляющих. Внутреннее сопротивление у всех людей примерно одинаково и составляет 600 — 800 Ом. Из этого можно сделать вывод, что сопротивление тела человека определяется в основном величиной наружного сопротивления, а конкретно — состоянием кожи рук толщиной всего лишь 0.2 мм (в первую очередь ее наружным слоем — эпидермисом). Примеров тому немало, вот один из них. Рабочий опускает в электролитическую ванну средний и указательный пальцы руки и получает смертельный удар. Оказалось, что причиной гибели явился имевший место порез кожи на одном из пальцев. Эпидермис не оказал своего защитного действия, и поражение произошло при явно безопасной петле тока. Действительно, если оценить этот факт в относительных единицах и принять сопротивление кожи за 1, то сопротивление внутренних тканей, костей, лимфы, крови составит 0.15 — 0.20, а сопротивление нервных волокон — всего лишь 0.025 («нервы» — отличные проводники электрического тока!). Кстати, именно поэтому опасно приложение электродов к так называемым акупунктурным точкам. Так как они соединены нервными волокнами, поражающий ток может возникнуть при очень малых напряжениях. Именно один из таких случаев описан в литературе, когда поражение человека произошло при напряжении 5 Вольт. Сопротивление тела не является постоянной величиной: в условиях повышенной влажности оно снижается в 12 раз, в воде — в 25 раз, резко снижает его принятие алкоголя. Таким образом, к факторам состояния человека, существенно увеличивающим вероятность смертельного поражения человека электрическим током следует отнести:
всё, что увеличивает темп работы сердца — усталость, возбуждение, принятие алкоголя, наркотиков, некоторых лекарств, курение, болезни;
все, что уменьшает сопротивление кожи — потливость, порезы, принятие алкоголя.
Путь («петля») тока через тело человека
При расследовании несчастных случаев, связанных с воздействием электрического тока, прежде всего выясняется, по какому пути протекал ток. Человек может коснуться токоведущих частей (или металлических нетоковедущих частей, которые могут оказаться под напряжением) самыми различными частями тела. Отсюда — многообразие возможных путей тока.
Наиболее вероятными признаны следующие:
«правая рука — ноги» (20% случаев поражения);
Все петли, кроме последней, называются «большими», или «полными» петлями, ток захватывает область сердца и они наиболее опасны. В этих случаях через сердце протекает 8-12 процентов от полного значения тока.
Петля «нога — нога» называется «малой», через сердце протекает всего 0.4% от полного тока. Эта петля возникает, когда человек оказывается в зоне растекания тока, попадая под шаговое напряжение. Шаговым называется напряжение между двумя точками земли, обусловленное растеканием тока в земле, при одновременном касании их ногами человека. При этом чем шире шаг, тем больший ток протекает через ноги. Такой путь тока не несет прямой опасности жизни, однако под его действием человек может упасть и путь протекания тока станет опасным для жизни.
3. Допустимые значения напряжений прикосновения и токов по ГОСТ 12.1.038-82
Напряжения прикосновения и токи, протекающие через тело человека при нормальном (неаварийном) режиме электроустановки, не должны превышать значений, указанных в табл.1.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом