Дія електричного струму на організм людини

Електричний струм, проходячи через живу тканину людини, спричиняє термічну, електролітичну та біологічну дію. Термічна дія може призвести до перегріву тканин і навіть до опіків окремих частин організму, порушенню їх функціонального стану. Електролітична дія викликає електроліз крові та плазми, порушуючи їх фізико-хімічний склад. Біологічна дія проявляється в подразненні та збудженні живих тканин, що призводить до судорожного скорочення м'язів, у тому числі серця і легень. При цьому може порушитися функція серця і легень або наступити зупинка їх дії.

Усі можливі електротравми класифікуються на місцеві (опіки, електричні знаки, металізація шкіри, електроофтальмія, механічні пошкодження) та загальні (електричний удар).

Електричний удар – це найбільш частий і небезпечний вид ураження, який полягає у збудженні живих тканин організму електричним струмом, що проявляється в їх судомному скороченні. При електричному ударі наслідок може бути різним: від легкого подразнення до зупинки дії серця і легень.

Розрізняють 4 стадії електричного удару: судомне скорочення м'язів без втрати свідомості; судомне скорочення м'язів із втратою свідомості, але без втрати функції легень і серця; втрата свідомості й порушення функції легень і серця; клінічна смерть, тобто відсутність кровообігу і дихання.

Клінічна смерть – перехідний період від життя до смерті, що наступає після зупинки серця. У цей період життя в організмі згасає частково, оскільки ще продовжу­ється обмін речовин на досить низькому рівні. При клінічній смерті першими гинуть клітини головного мозку (нейрони), з діяльністю яких пов'язана свідомість. Клінічна смерть у здорової людини може продовжуватись 4-8 хв., тоді як у тяжкохворої – не перевершує декілька секунд.

Біологічна смерть – явище незворотне, в результаті чого розпадаються білкові клітини.

Причиною смерті при ураженні струмом може бути зупинка серця, порушення функції легень чи електричний шок.

Порушенням функції серця (насосної дії) може бути його зупинка чи фібриляція, тобто хаотичне скорочення окремих волокон. Фібриляція може перейти в нормальну роботу серця, але значно частіше серце гине через гіпоксію (недостатнього забезпечення живої тканини киснем).

Порушення функції дихання може починатися при величині струму 20-25 мА при частоті змінного струму 50Гц, а при більшій величині струму (декілька сотень міліампер) параліч дихання може наступити раптово.

Електричний шок – особлива нервово-рефлекторна реакція організму у відповідь на сильне подразнення струмом, що супроводжується небезпечним розладом обміну речовин, кровообігу, дихання тощо. Шок може призвести до смертельного наслідку.

Електричний опік може бути контактним і дуговим. Контактний опік обумовлений проходженням струму через тіло, а оскільки шкіра має найбільший опір, то в ній виділяється найбільше тепла. Такі опіки мають місце при напрузі до 1000 В. Дуговий опік може бути з проходженням струму через тіло і без проходження. Дугові опіки мають місце при напрузі, більшій 1000 В і, як правило, більш тяжкі (III або IV ступеня). При дугових опіках глибина ураження може бути досить значною.

Електричні знаки – це місцевий опік шкіри, який виникає в місці контакту зі струмопровідними частинами. За формою часто відповідає формі електрода, а уражена ділянка шкіри схожа на мозоль шкіри жовто-білого кольору.

Металізація шкіри – проникнення в її верхні шари пару металу, яка утворюється при короткому замиканні чи електричній дузі. В місці ураження шкіра стає темно-синьою.

Електроофтальмія – запалення поверхневих оболонок очей у результаті дії ультрафіолетових променів, які створюються електричною дугою. Електроофтальмія розвивається через 2-6 год. після ураження.

Механічні пошкодження (забиті місця, переломи, вивихи) з'являються в результаті різких судомних скорочень м'язів при дії струму чи падіння з висоти внаслідок втрати свідомості.

Фактори, які визначають небезпечність ураження електричним струмом, поділяють на дві групи: фактори електричного характеру (струм, який проходить через людину, напруга на людині, опір ланцюга через тіло людини, вид і частота струму) та фактори неелектричного характеру (індивідуальні особливості людини, термін дії струму, шлях проходження струму).

Основним уражаючим фактором є сила струму, яка, в свою чергу, визначається величиною потенціалу на тілі людини і його опором.

Людина починає відчувати дію струму при величині 0,5-1,5 мА та частоті 50 Гц і 5-6 мА при постійному струмі. Цей струм називається порогововідчутним. При величині струму 10-15 мА (пороговий невідпускаючий струм) людина не може сама перебороти скорочення м'язів. Це пояснюється тим, що всі рухи елементів організму керують­ся біострумами, які значно менші, ніж струм, викликаний зовнішнім потенціалом, тобто зовнішній струм блокує біоструми.

Струм 25-50 мА (вражаючий струм) може паралізувати дихальні м'язи і навіть зупинити їх дію, що призведе до смерті через задуху.

Змінний струм 0,05-0,5 А (50 Гц) або постійний 0,3-0,5 А через 1-2 с викликає фібриляцію серця. Струм 50 мА (50 Гц) або 300 мА (постійний) називається фібриляційним.

Струм більше 5 А фібриляцію серця не викликає, а призводить до його зупинки. Але якщо дія струму не перевищує 1 с, то серце може не зупинитись, тоді як дихальна функція порушується, що призводить до гіпоксії і смерті. В такому разі єдиним способом оживлення є застосування штучного дихання.

Різні тканини організму мають різний опір. Так, при частоті струму 50 Гц питомий електричний опір (Ом∙м) сухої шкіри дорівнює 3 10³-20 10³, кісток – 10³-20³, жирової тканини – 300-600, м'язів – 1,5-3, крові – 1-2, спинномозкової рідини – 0,5-0,6.

Таким чином, опір шкіри, як правило, є визначальним. Слід також відзначити, що опір шкіри деяких людей досягає 1-2-10⁵ Ом∙м.

Будова шкіри досить складна і має два основні шари – епідерміс і дерму. Зовнішній шар епідермісу називається роговим, він не має кровоносних судин і нервових волокон, товщина його 0,05-0,2 мм і навіть більше. Цей шар у сухому стані можна віднести до діелектриків. Він має електричний опір 10⁵-10⁶ Ом. Всі інші шари шкіри мають значно менший опір. Так, при знищенні рогового шару опір падає до 1000 Ом, а при травмі шкіри на всю глибину – до 300 Ом. До аналогічних наслідків призводить і зволоження шкіри. Крім того, опір тіла людини залежить від величини напруги (рис. 3.12). Безпечною є напруга менша за 12 В.

Рис. 3.12. Залежність електричного опору тіла людини і струму, що проходять через нього, від прикладеного потенціалу: 1, 2 – змінний струм із частотою 50 Гц; 3, 4 – постійний струм

Вид струму і його частота значно впливають на результат ураження. Вважається, що при напрузі до 250-300 В більш небезпечним є змінній струм частотою 50 Гц, а при більшій напрузі більш небезпечним є постійний струм.

Небезпека змінного струму підвищується при збільшенні його частоти від 0 до 50-60 Гц, а потім повільно зменшується. Електричні удари при частоті понад 150-200 кГц не спостерігаються, але ймовірність опіків при цьому зостається такою ж.

Час дії струму на організм є дуже важливим фактором – чим він більший, тим більша ймовірність тяжкого чи смертельного наслідку.

Шлях струму крізь тіло людини суттєво впливає на характер ураження. Небезпека ураження особливо велика, коли струм проходить через життєво важливі органи (серце, легені, головний мозок) та діє на них безпосередньо.

Шляхи струму в тілі людини називаються петлями струму. Найчастіше зустрічається петля права рука-ноги, а нещасні випадки з тяжким або смертельним наслідком при петлях: рука-рука; права рука-ноги, ліва рука-ноги, нога-нога. Відносно найбільш безпечний шлях – петля нога-нога.

Індивідуальні особливості організму можуть у значній мірі визначити результат ураження струмом. Велика ймовірність зупинки серця при його недостатній функції, деяких нервових захворюваннях та ін. Тому повинен бути обов'язковий відбір персоналу для обслуговування електроустановок.

Наслідки дії струму значно залежать від стану нервової системи та всього організму. В стані роздратованої нервової системи, депресії, хвороби (хвороби шкіри, серцево-судинної системи, нервової системи) людина більш чутлива до електричного струму.

Значну роль відіграє і фактор несподіваності. Коли людина усвідомлює можливість потрапити під напругу, то небезпека різко зменшується, а несподівані удари призводять до більш тяжких наслідків.

Таким чином, основні заходи захисту від ураження струмом повинні бути спрямовані на зниження величини струму та часу його дії. Значення граничної величини струму І залежно від часу дії t можна визначити з емпіричної залежності:

I = 0,165/ t, A (3.13)

Цю залежність використовують для швидкодіючих систем вимикання струму за умови, що t не перевищує 3 с.