Особенности биологического действия тока

Основное отличие живого организма от неодушевленных предметов связано с функционированием двух систем - центральной нервной системы и сердечно-сосудистой. Центральная нервная система (ЦНС) обеспечивает связь человека с окружающим миром.

Сердечно-сосудистая система, наряду с другими функциями, снабжает ЦНС и органы человека энергией, необходимой для их жизнедеятельности: к каждой клетке организма эта система с частотой пульса доставляет очередные порции кислорода. Сердце - это насос для перекачки крови в организме, непрерывно работающий с момента формирования его у эмбриона в теле матери. Установлено, что функционирование обеих систем основано на электрических процессах. Поэтому электрический ток, пришедший извне, разрушает работу этих систем, он физиологически несовместим с ними.

Действие тока на центральную нервную систему. Воздействие любого внешнего раздражителя воспринимается ЦНС с помощью рецепторов (датчиков), расположенных как на внешней поверхности тела, так и внутри организма (различают температурные, световые, вестибулярные и другие рецепторы). Например, каждая из 4000 осязательных ворсинок, находящихся на языке человека, имеет 50 рецепторов. Информация от рецептора о превышении того или иного физического параметра через нервные ткани поступает в кору головного мозга (КГМ) - центральный орган ЦНС. Рассчитав координаты точки тела, получившей ненормированное воздействие, КГМ определяет нужный исполнительный орган и выдает ему соответствующую команду. Весь этот процесс происходит без участия сознательной деятельности человека, это так называемая рефлекторная цепь. В качестве примера на рисунке 3 показано функционирование рефлекторной цепи при случайном прикосновении к нагретому жалу паяльника 1.

Рисунок 3 ¾ Рефлекторная цепь

Температурный рецептор 1, находящийся на коже пальца, через нервные волокна 2 передает информацию о превышении температуры в КГМ 3. Последняя рассчитывает координаты мышцы, отдергивающей руку от паяльника, и передает ей команду по нервным волокнам 4. Информационные и командные сигналы представляют собой импульсы тока

Рефлекторные цепи сформировались в процессе длительного развития человеческого организма; они многообразны, т.к. обеспечивают защитные функции от действия различных факторов.

Электрический ток, проходящий через тело человека от внешнего источника, вызывает раздражение всех рецепторов, находящихся на его пути (рисунок 4).

Рисунок 4 ¾ Действие электрического тока на рефлекторную цепь

Каждый из рецепторов 1 по нервным волокнам 2 выдает информацию в КГМ о наличии контролируемого им физического воздействия. Согласно этой информации КГМ вырабатывает одновременные команды 4 различным исполнительным органам. Например, в простейшем варианте случайного легкого прикосновения рукой к токоведущей части у человека одновременно формируется несколько разнородных реакций организма: рука отдергивается, колени дрожат, человек потеет, у него возникает чувство страха и пр.

При малых токах через тело человека задействовано ограниченное количество рецепторов. Чем больше ток, тем большее число рецепторов дает ложную информацию и, соответственно, тем больше команд поступает исполнительным органам от КГМ. Когда организм оказывается не способен одновременно выполнить эти многообразные команды, возникает судорожная реакция. Человек не может разжать пальцы и освободиться от токоведущей части, он не может позвать на помощь из-за судороги голосовых связок; после судорожной реакции мышц легких прекращается доступ кислорода в организм, человек теряет сознание и наступает клиническая смерть.

При судорожной реакции организма мышцы резко сокращаются (" закостеневают"). Усилия мышц при этом необычайно велики.

Достаточно отметить факты перелома ими костей задних ног у подопытных свиней, зафиксированные в процессе разработки норм на предельно допустимые значения токов через тело человека. Из практики казней на электрическом стуле известен случай, когда при первом ударе тока Джон Луи Зван, 33 лет, порвал привязные ремни.

При судороге, соответственно, возникают и необычно сильные болевые ощущения.

Ток, при котором человек начинает ощущать его действие, называют пороговым ощутимым током. Его значения одинаковы для всех людей и находятся в диапазоне 0, 5...1, 5 мА частотой 50 Гц и 4...8 мА при постоянном токе. При таких токах чувствуется легкий зуд, жжение и подобные ощущения. Судорожная реакция наступает при пороговом неотпускающем токе (ПНТ). Для мужчин этот ток составляет 16 мА частотой 50 Гц и 40...80 мА при постоянном токе. Для женщин и детей значение ПНТ ниже ¾ соответственно, 11 мА и 8 мА при частоте 50 Гц.

Действие тока на функционирование сердца. Как было сказано выше, сердце - это, упрощенно, насос для перекачки крови, работающий всю человеческую жизнь. Медиками подсчитано, что за 70 лет жизни оно днем и ночью, ни на мгновение не останавливаясь, перекачивает до 400 миллионов литров крови. Этот объем эквивалентен водоносности реки Сена за 10 минут. Этот насос - не вечный двигатель, он работает под воздействием электрических процессов.

Нормальный пульс человека ¾ 60...80 ударов в минуту, т.е. частота сокращения сердечной мышцы равняется примерно 1 Гц.

Применяемый медиками прибор для усиления сердечной деятельности - электростимулятор, по существу, представляет собой мультивибратор, формирующий импульсы с заданными амплитудой и частотой.

Электрический ток, протекающий через область сердца от внешнего источника, может прекратить циклическую деятельность сердца. При этом возникает фибрилляция сердечной мышцы - ее беспорядочное сокращение - и сердце, как насос для перекачки крови, перестает функционировать. Кровь, обогащенная кислородом, не достигает клеток, наступает клиническая смерть человека. Через 6...7 минут после прекращения подачи кислорода наступает биологическая смерть, характеризующаяся началом необратимых процессов распада клеток, в первую очередь клеток коры головного мозга.

Значение фибрилляционного тока для людей составляет около 100 мА.