Условия окружающей среды

Атмосферные условия. Уменьшение или увеличение парциального давления кислорода в воздухе по сравнению с нормой соответственно снижает или повышает сопротивление тела человека. Следовательно, в закрытых помещениях, где парциальное давление кислорода, как правило, меньше, опасность поражения током при прочих равных условиях выше, чем на открытом воздухе.

Повышенная температура окружающего воздуха (30 - 45 °С) или тепловое облучение человека вызывают некоторое понижение сопротивления тела, даже если человек в этих условиях находится кратковременно (несколько минут) и у него не наблюдается усиления потовыделения. Одной из причин этого может быть усиление снабжения сосудов кожи кровью в результате их расширения, что является ответной реакцией организма на тепловое воздействие.

Углекислый газ. Чувствительность к току изменяется также с изменением содержания в воздухе углекислого газа. С увеличением содержания этого газа в воздухе чувствительность к току возрастает, среднее значение ощутимого тока при этом уменьшается на 30 - 40 %.

Если парциальное содержание углекислого газа превышает значение, допустимое по санитарно-гигиеническим нормам (1 %), то чувствительность к току возрастает в два раза.

Электрическое поле. На человека постоянно действует электрическое поле напряженностью 12 - 150 В/м, а в предгрозовой и грозовой периоды - еще более сильное. Физиологическое воздействие электрических полей на живой организм объясняется контактом электроаэросистем с тканями организма. Активные вещества, образующиеся при этом в процессе биоэлектрохимических реакций в тканях, воздействуют на нервные рецепторные зоны и рефлекторным путем вызывают те или иные сдвиги систем организма, а это сказывается и на изменении его чувствительности к электрическому току. Чем дольше человек находится в электрическом поле, тем ниже его чувствительность к действию электрического тока.

Магнитное поле. Само по себе магнитное поле не вызывает патологии. Нарушения здоровья обуславливаются токами, возникающими в теле организма в процессе изменения численных значений напряженности магнитного поля, и чем она выше, тем выше опасность поражения электрическим током. Анализ факторов, влияющих на исход поражения электрическим током, и последствий этих влияний, позволил разработать методику оказания первой помощи пострадавшему при поражении электрическим током.

Прежде чем изложить порядок проведения практических исследований рассмотрим дополнительные сведения об электрическом сопротивлении тела человека. Рассмотрим лишь те положения, которые не вошли в п. 1.3.

Предметом исследования в данной работе является электрическое сопротивление тела человека, рассмотрим от каких факторов зависит его величина более подробно Сопротивление тела человека - величина нелинейная, меняется в широких пределах и зависит от ряда факторов, действие которых будет изложено ниже; состояние кожи (сухая, влажная, чистая, поврежденная и т.п.), тока через человека и приложенного напряжения, рода и частоты тока, времени воздействия тока на человека, плотности и площади контакта и др.

Разные ткани тела оказывают току разное сопротивление: кожа, кости, жировая ткань - большое, а мышечная ткань, кровь и, особенно спинной и головной мозг - малое. Но кожа, по сравнению с другими тканями, обладает наибольшим удельным сопротивлением и поэтому сопротивление тела человека определяется, главным образом, сопротивлением кожи.

Строение кожи весьма сложно. Кожа, как было указано выше состоит из двух основных слоев: наружного - эпидермиса и внутреннего - дермы. В свою очередь, эпидермис состоит из рогового слоя толщиной 0, 05 - 0, 2 мм, представляющего в электрическом отношении диэлектрик, и росткового слоя (он в несколько раз тоньше рогового и обладает меньшим сопротивлением).

При сухой неповрежденной коже и приложенном напряжении до 15 - 20 В сопротивление тела равно 3 - 10 кОм и может достигать 100 кОм и больше. Если на участках кожи, где прикладываются электроды, соскоблить роговой слой, сопротивление тела упадет до 1 - 5 кОм, а при удалении всего эпидермиса - до 500 - 700 Ом. Если под электродами удалить всю кожу, то будет измерено сопротивление внутренних тканей тела, которое составляет лишь 300 - 500 Ом.

При протекании электрического тока в теле человека происходят биофизические и биохимические процессы, значительно более сложные, чем в электролитах, металлах, проводниках. Однако при определенных допущениях тело человека можно представить в виде электрической схемы замещения. Чаще всего используется для анализа явлений при протекании тока через человека по пути рука - рука и расчета электрических параметров сопротивления человека - две схемы замещения: эквивалентная (рис. 14, а) и упрощенная (рис. 14, б). Здесь R_h и C_h - активное сопротивление и емкость тела человека.

Для упрощенной схемы можно принять R_h ≈ 2 r_Н + r_B, C_h ≈ 0, 5 C_К, где r_Н, r_{B _}- сопротивление соответственно наружного слоя кожи и внутренних органов тела человека; C_К - емкость кожи тела человека, тогда полное сопротивление Z_h тела человека по пути рука - рука будет определяться по формуле

. (1)

Для эквивалентной схемы выражения для Z_h получается относительно сложным и здесь не приводится. Анализируя эквивалентную схему замещения, можно сделать несколько выводов:

а) Наличие емкости в схеме и соответственно реактивной составляющей в выражении для Z_h обусловливает влияние рода и частоты тока на значение сопротивления тела человека.

б) С увеличением частоты f емкостное сопротивление x_C = 1/2 π f c_H уменьшается и шунтирует активное сопротивление r_H. В пределе при ƒ → ∞ полное сопротивление оказывается равным внутреннему сопротивлению r_B. Практически уже на частотах 10 - 20 кГц можно считать: Z_h ≈ r_{В .} Внутреннее сопротивление r_B является активным и от частоты не зависит.

в) При уменьшении частоты емкостное сопротивление возрастает и в пределе приƒ → 0, т.е. при постоянном токе: Z_h = Z ₀ = 2 r_Н + r_В, откуда

. (2)

а) б)

Рис. 14. Электрическая схема замещения тела человека (рука-рука): а) эквивалентная;

б) упрощённая.

Значение Z ₀ находится при пересечении прямой z₁ - z₄ с осью координат.

Рис. 15. График экстраполяции при определении сопротивления

тела человека постоянному току

г) Значение полного сопротивления наружного слоя кожи Z_H при данной частоте может быть найдено из выражения

. (3)

Полное сопротивление наружного слоя кожи Z_H связано с r_H и 1/ ω c_H соотношением: 1/ Z_H ² = 1/ r_H ² + 1/ω ² c_H ². Отсюда можно получить емкость наружного слоя кожи c_H из выражения:

. (4)

Приведенные выражения позволяют при наличии экспериментальной зависимости Z_h (f) определить расчетным путем для заданной частоты f значения r_B, z ₀, r_H, z_H, c_H.

Состояние кожи сильно влияет на значение электрического сопротивления тела человека. Так, повреждение рогового слоя, в том числе порезы, царапины, ссадины и другие микротравмы, могут снизить Z_h до значения, близкого к значению внутреннего сопротивления, что, безусловно, увеличивает опасность поражения током. Такое же влияние оказывает и увлажнение кожи водой или потом, а также загрязнение кожи проводящей пылью или грязью.

Поскольку у одного и того же человека электрическое сопротивление кожи неодинаково на разных участках тела, то на сопротивление в целом влияют и место приложения, а также плотность и площадь контакта.

Значение тока и длительность его прохождения через тело человека непосредственно влияют на полное электрическое сопротивление Z_h: с ростом тока и времени его прохождения сопротивление падает, поскольку при этом усиливается местный нагрев кожи, что приводит к расширению ее сосудов, а следовательно, к усилению снабжения этого участка кровью и увеличению потовыделения.

И наконец, повышение напряжения, приложенного к телу человека, уменьшает в десятки раз сопротивление кожи, а следовательно, и полное сопротивление тела, которое в пределе приближается к своему наименьшему значению 300 - 500 Ом. Это объясняется рядом факторов, прежде всего, пробоем рогового слоя кожи, который наступает при напряжении 50 - 200 В, а также ростом тока, проходящего через кожу (за счет повышения напряжения) и др.

Необходимо отметить, что оценкой электрофизических характеристик кожи, и в первую очередь его сопротивления, можно получить важную информацию о состоянии человека в целом, а также отдельных его органов.

Кожа является не только источником информации о состоянии органов и тканей человека, но в то же время – первой защитной оболочкой человека от вредного действия среды. В частности, на поверхности тела, площадь которого 1, 5м², действуют 15 триллионов микробов, проникновению которых в организм препятствует кожа.

Самым тонким слоем кожи является эпидермис. Эпидермис, несмотря на незначительные размеры, обладает наиболее ответственными функциями - защитной функцией и функцией информации о состоянии органов и тканей. Информация эта необходима для саморегуляции ряда биофизических процессов в организме, прежде всего тепловых и биоэлектрохимических.

Электрофизический метод диагностики о состоянии человека и деятельности его отдельных систем был предложен в 1928 году академиком Павловым И.П. и получил название реографического. Реография основана на оценке изменения значения полного электрического сопротивления между двумя электродами, расположенными на теле больного. С помощью реографии можно оценить функцию внешнего дыхания, представить работу системы периферического кровообращения и дать ряд других диагностических оценок.

Кожа человека не только позволяет оценивать состояние человека, но через нее можно ввести человеку лекарственные средства (электрофорез), а также воздействовать на центральную нервную систему через акупунктурные зоны, куда подходят нервные окончания и где электрическое сопротивление на несколько порядков ниже, чем на соседних участках кожи.

Новые возможности в диагностике появились в связи с созданием простого прибора, измеряющего при напряжении 2 В мостовым способом поверхностное электрическое сопротивление кожи, т.е. эпидермиса, который несет максимальную информацию о воспалительных процессах в органах и тканях человека.