4. Низкочастотные электромагнитные поля.

4.1. Электротравма.

Тело человека по отношению к низкочастотным электромагнитным полям (частота менее 10⁵ Гц) обладает свойствами проводника. Под действием внешнего поля в тканях возникает ток проводимости. Основными носителями электрических зарядов служат ионы. Длина волны на этих частотах многократно превышает размеры тела, поэтому весь организм подвержен действию таких полей. Однако действие на различные ткани различно, поскольку они отличаются как по электрофизическим свойствам, так и по чувствительности к току проводимости. Одной из самых чувствительных к току систем организма является нервная система.

Из курса биофизики мы знаем, что при превышении плотности тока через мембрану нервных клеток некоторой пороговой величины, в нервных стволах возникает потенциал действия. Пороговая плотность тока для наиболее возбудимых нейронов составляет прядка 10^-1 А/м². Такой плотности ток можно индуцировать внешним электрическим полем частотой 10-10³ Гц. при напряженностях поля более 10⁵ – 10⁶ В/м.

В тоже время, при плотном контакте проводник – тело через клеточную мембрану может протекать значительный ток, приводящий к формированию потенциала действия и возбуждению нервных и мышечных тканей. Пороговое значение тока проводимости, вызывающего возбуждение, зависит от частоты электромагнитного поля. С повышением частоты пороговая плотность тока возрастает. В диапазоне частот от 0.1 до 3 кГц. ,а на частотах от 5 до 100 кГц. . Приложением переменного тока с частотой выше 3 кГц. к коже человека практически не удается возбудить его нервы и мышцы. При непосредственном воздействии на нервы и мышцы этот частотный предел отодвигается к 200 кГц., но ткани на этих частотах возбуждаются только сильным током. Повышение I_п с ростом частоты внешнего ЭМП связано, прежде всего, с инерционностью ионных каналов. При частоте выше 10⁵ Гц их воротные процессы не приводятся в действие. Поэтому высокочастотные электромагнитные поля не способны возбудить ткани организма.

Возбуждение нервной и мышечной тканей под действием электромагнитного поля служит биофизическим механизмом электротравмы. Её причиной может быть как постоянный, так и переменный электрический ток. Особенно опасны такие нарушения в сердце, дыхательной мускулатуре, центральной нервной системе. Наибольшую опасность представляют частоты 30-300 Гц. Последствия электротравмы зависят от того, какая часть тела оказывается включенной в электрическую цепь. Очень опасно, если электрический ток течет через сердце. Зависимость характера электротравмы от тока промышленной частоты, прошедшего через определенную часть тела человека, иллюстрирует пример, в котором рассматривается типичный случай включения в электрическую цепь обеих верхних конечностей с органами грудной полости, расположенными между ними. При токе 0.01 А происходит лишь сокращение мышц обеих рук. Ток 0.02 А вызывает расстройства дыхания, связанные с тетаническими сокращениями дыхательных мышц. При токе около 0.08 А. наступают нарушения сердечной деятельности, особенно грозные при нарастании тока до 0.1-0.4 А. Они и служат, как правило, причиной гибели человека при электротравме.

Следует иметь в виду, что на низких частотах джоулево тепло, выделяемое в тканях, при плотностях тока применяемых при электростимуляции либо характерных для электротравмы, существенно меньше, чем уровень основного обмена. Следовательно, тепловыделение, связанное с нагревом не существенно. Другое дело если воздействие приводит к увеличению кровотока, интенсивности биоэнергетических процессов и пр., что в сою очередь приводит к увеличению температуры тканей. Но важно помнить, что это биологические механизмы приводят к повышению температуры, а не джоулево тепло. Кроме того, часто при контакте электродов с кожными покровами создаются местные ожоги (метки тока) связанные с локально большими плотностями тока.