Физиологические эффекты электричества

Большинство из нас испытали ту или иную форму электрического «шока», когда электричество заставляет наше тело испытывать боль или травмы. Если нам повезет, степень этого переживания ограничится покалыванием или приступами боли из-за накопления статического электричества, проходящего через наши тела.

Когда мы работаем над электрическими цепями, способными передавать большую мощность нагрузкам, поражение электрическим током становится гораздо более серьезной проблемой, а боль - наименее значимым результатом поражения электрическим током.

Поскольку электрический ток проходит через материал, любое противодействие току (сопротивлению) приводит к рассеиванию энергии, обычно в виде тепла. Это самый простой и понятный эффект воздействия электричества на живую ткань:ток заставляет ее нагреваться. Если количество выделяемого тепла достаточно, ткань может обжечься.

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

Как электрический ток влияет на нервную систему

Еще одно воздействие электрического тока на организм, возможно, наиболее опасное, касается нервной системы. Под «нервной системой» я имею в виду сеть особых клеток в организме, называемых нервными клетками или нейронами, которые обрабатывают и проводят множество сигналов, ответственных за регуляцию многих функций организма.

Мозг, спинной мозг и сенсорные / двигательные органы в теле функционируют вместе, позволяя ему чувствовать, двигаться, реагировать, думать и запоминать.

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

Если электрический ток достаточной силы проходит через живое существо (человека или другое), его эффект будет заключаться в подавлении крошечных электрических импульсов, обычно генерируемых нейронами, перегрузка нервной системы и предотвращение активации как рефлекторных, так и волевых сигналов. мышцы. Мышцы, вызванные внешним (шоковым) током, непроизвольно сокращаются, и жертва ничего не может с этим поделать.

Эта проблема особенно опасна, если пострадавший касается руками проводника под напряжением. Мышцы предплечья, отвечающие за сгибание пальцев, как правило, лучше развиты, чем мышцы, отвечающие за разгибание пальцев, и поэтому, если оба набора мышц будут пытаться сокращаться из-за электрического тока, проводимого через руку человека, «сгибающие» мышцы выиграют, сжимая пальцы в кулак.

Если проводник, подводящий ток к жертве, обращен к ладони его или ее руки, это сжимающее действие заставит руку крепко ухватиться за провод, тем самым ухудшив ситуацию, обеспечивая отличный контакт с проводом. Пострадавший совершенно не сможет отпустить проволоку.

С медицинской точки зрения это состояние непроизвольного сокращения мышц называется столбняком . . Электрики, знакомые с этим эффектом поражения электрическим током, часто называют обездвиженную жертву поражения электрическим током «зависшей в цепи». Столбняк, вызванный электрошоком, можно остановить, только отключив ток через пострадавшего.

Даже когда ток прекращается, жертва может некоторое время не восстанавливать добровольный контроль над своими мышцами, поскольку химический состав нейротрансмиттеров находится в беспорядке. Этот принцип был применен в устройствах «электрошокера», таких как тазеры, которые основаны на принципе мгновенного поражения жертвы высоковольтным импульсом, передаваемым между двумя электродами.

Удачно нанесенный электрошокер временно (на несколько минут) обездвиживает жертву.

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

Даже токи, слишком слабые для того, чтобы вызвать столбняк, часто способны перебивать сигналы нервных клеток настолько, что сердце не может биться должным образом, что приводит к состоянию, известному как фибрилляция . . Фибриллирующее сердце скорее трепещет, чем бьется, и не может перекачивать кровь к жизненно важным органам тела.

В любом случае смерть от удушья и / или остановки сердца обязательно наступит в результате прохождения через тело достаточно сильного электрического тока. По иронии судьбы, медицинский персонал использует сильный электрический ток, прикладываемый к груди жертвы, чтобы «подтолкнуть» фибриллирующее сердце к нормальному ритму биений.

Эта последняя деталь подводит нас к еще одной опасности поражения электрическим током, свойственной общественным энергосистемам. Хотя наше первоначальное исследование электрических цепей будет сосредоточено почти исключительно на постоянном токе (постоянный ток или электричество, которое движется в непрерывном направлении в цепи), в современных энергосистемах используется переменный ток, или переменный ток.

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

То, как переменный ток влияет на организм, во многом зависит от частоты. Низкочастотный (от 50 до 60 Гц) переменный ток используется в домашних хозяйствах США (60 Гц) и Европы (50 Гц); он может быть опаснее высокочастотного переменного тока и в 3-5 раз опаснее постоянного тока того же напряжения и силы тока. Низкочастотный переменный ток вызывает продолжительное сокращение мышц (тетанию), которое может прижать руку к источнику тока, продлевая воздействие. Постоянный ток, скорее всего, вызовет однократное судорожное сокращение, которое часто уводит жертву от источника тока.

Переменный характер переменного тока имеет большую тенденцию приводить нейроны кардиостимулятора сердца в состояние фибрилляции, в то время как постоянный ток имеет тенденцию просто заставлять сердце останавливаться. Как только ток разряда прекращается, у «замороженного» сердца больше шансов восстановить нормальный ритм сердечных сокращений, чем у фибриллирующего сердца.

Вот почему «дефибриллирующее» оборудование, используемое врачами скорой помощи, работает:разряд тока, подаваемого дефибриллятором, является постоянным, что останавливает фибрилляцию и дает сердцу шанс восстановиться.

В любом случае электрические токи, достаточно высокие, чтобы вызвать непроизвольное действие мышц, опасны, и их следует избегать любой ценой. В следующем разделе мы рассмотрим, как такие токи обычно входят в тело и выходят из него, и рассмотрим меры предосторожности против таких случаев.

ОБЗОР:

• Электрический ток может вызвать глубокие и серьезные ожоги тела из-за рассеивания мощности через электрическое сопротивление тела.
• Столбняк это состояние, при котором мышцы непроизвольно сокращаются из-за прохождения внешнего электрического тока через тело. Когда непроизвольное сокращение мышц, управляющих пальцами, приводит к тому, что жертва не может отпустить проводник, находящийся под напряжением, жертва считается «замороженной в цепи».
• Диафрагма (легкие) и сердечные мышцы одинаково подвержены действию электрического тока. Даже токи, слишком слабые, чтобы вызвать столбняк, могут быть достаточно сильными, чтобы повлиять на нейроны кардиостимулятора, заставляя сердце трепетать, а не сильно биться.
• Постоянный ток (DC) с большей вероятностью может вызвать столбняк в мышцах, чем переменный ток (AC), поэтому постоянный ток с большей вероятностью «заморозит» жертву в случае шока. Однако переменный ток с большей вероятностью вызовет фибрилляцию сердца жертвы, что является более опасным состоянием для жертвы после прекращения действия электрического тока.