Физиологическое воздействие электричества

Большинство из нас испытывали ту или иную форму электрического «удара», когда электричество заставляет наше тело испытывать боль или травмы. Если вам повезет, степень этого опыта ограничится покалыванием или болью из-за прохождения через ваше тело накопленного статического электрического заряда.

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

Поскольку электрический ток проходит через материал, любое противодействие (сопротивление) току 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 велико, ткань может сгореть.

Этот эффект физиологически аналогичен повреждению, вызванному открытым пламенем или другим высокотемпературным источником тепла. Кроме того, электричество обладает способностью сжигать ткани под кожей, обжигая даже внутренние органы.

Как электрический ток воздействует 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.

Головной 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 (нейромедиаторами), и высвобождая эти нейротрансмиттеры при стимуляции электрическими сигналами.

Если электрический ток достаточной силы проходит через живое существо (человека или другое существо), его влияние будет заключаться в подавлении крошечных электрических импульсов, обычно генерируемых нейронами, перегрузка нервной системы и предотвращение активации как рефлекторных, так и волевых сигналов для задействования мышц. Мышцы под воздействием внешнего электрического тока, непроизвольно сокращаются, и пострадавший ничего не может с этим поделать.

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

Если проводник, от которого ток течет к пострадавшему, обращен к ладони его руки, это сжимающее действие заставит руку крепко схватить провод, тем самым ухудшив ситуацию, обеспечивая отличный контакт с проводом. И пострадавший совсем не сможет отпустить провод.

С медицинской точки зрения это состояние непроизвольного сокращения мышц называется тетанус (др.-греч., оцепенение, судорога). Электрики, знакомые с этим эффектом поражения электрическим током, часто называют обездвиженную жертву поражения электрическим током «зависшей в цепи». Вызванное током оцепенение можно прервать, только прервав протекание тока через пострадавшего.

Даже после остановки тока у пострадавшего некоторое время может не восстанавливаться контроль над своими мышцами, поскольку химический состав нейромедиаторов нарушен. Этот принцип был применен в устройствах «электрошокера», таких как тазеры, принцип действия которых основан на мгновенном поражении жертвы высоковольтным импульсом, передаваемым между двумя электродами. Правильно нанесенный удар электрошокером временно (на несколько минут) обездвиживает жертву.

Однако электрический ток может воздействовать не только на скелетные мышцы пострадавшего. Мышца диафрагмы, контролирующая легкие, и сердце (которое само по себе является мышцей) также могут «замереть» в состоянии оцепенения под действием электрического тока.

Даже токи, которые слишком слабы, чтобы вызвать оцепенение, 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, при достаточно большом электрическом токе, проходящем через тело, смерть обязательно наступит от удушья и/или от остановки сердца. По иронии судьбы, медицинский персонал использует сильный разряд электрического тока, прикладываемый к груди пострадавшего, чтобы «подтолкнуть» бьющееся сердце к нормальному ритму биений.

Эта последняя деталь подводит нас к другой опасности поражения электрическим током, свойственной бытовым энергосистемам. Хотя наше первоначальное исследование электрических цепей будет сосредоточено почти исключительно на постоянном токе (который движется в непрерывном направлении в цепи), современные энергетические системы используют переменный ток.

Технические причины этого предпочтения использования переменного тока, а не постоянного тока, в энергосистемах не имеют отношения к этому обсуждению, но опасности, особенные для каждого вида электроэнергии, очень важны для темы безопасности.

Переменный характер переменного тока имеет большую тенденцию приводить нейроны стимулятора работы сердца в состояние фибрилляции, тогда как постоянный ток просто заставляет сердце останавливаться. Как только протекание тока электрического удара прекращается, у «замершего» сердца больше шансов восстановить нормальный ритм сердечных сокращений, чем у фибриллирующего.

Вот почему «дефибриллирующее» оборудование, используемое медиками скорой помощи, работает: дефибриллятор подает разряд постоянного тока, 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.

Резюме

• Электрический ток может вызвать глубокие и серьезные ожоги тела из-за рассеивания мощности при прохождении через электрическое сопротивление тела.
• Тетанус (оцепенение, судороги) – это состояние, при котором мышцы непроизвольно сокращаются из-за прохождения через тело внешнего электрического тока. Когда непроизвольное сокращение мышц, управляющих пальцами, приводит к тому, что пострадавший не может отпустить проводник под напряжением, жертва считается «зависшей в цепи».
• Электрический ток аналогичным образом воздействует на диафрагму (легкие) и сердечные мышцы. Даже слишком слабые, чтобы вызвать оцепенение, токи могут быть достаточно сильными, чтобы мешать работе нейронов кардиостимулятора, заставляя сердце трепетать, а не биться.
• Постоянный ток (DC) с большей вероятностью вызовет оцепенение в мышцах, чем переменный ток (AC), поэтому постоянный ток с большей вероятностью заставит пострадавшего «замереть» в случае электрического удара. Однако переменный ток с большей вероятностью вызовет фибрилляцию сердца пострадавшего, что является более опасным состоянием после прекращения действия электрического тока.

Теги