Вопросы электробезопасности медицинской аппаратуры
Электропроводность тела человека
В электрической сети действие на организм или органы оказывает электрический ток, то есть заряд, протекающий через биологический объект в единицу времени.
Сопротивление тела человека между двумя касаниями (электродами) складывается из сопротивления внутренних тканей и органов и сопротивления кожи. Электросопротивление можно смоделировать электрической цепью, представленной на рис. 23.1, состоящей из резисторов и конденсаторов, отображающих омические (R) и емкостные (С) свойства биологических тканей.
Рис.
Эквивалентная электрическая схема тела
между двумя касаниями (электродами)
Сопротивление RВН внутренних частей организма слабо зависит от общего состояния человека, в расчетах принимают RВН = 1 кОм (для пути «ладонь-ступня»). Сопротивление кожи RK при прохождении тока от ее поверхности к внутренним тканям в десятки раз больше RBH. Поэтому для постоянного и низкочастотного тока (50-60 Гц) сопротивление кожи при точечном контакте является определяющим фактором, который определяет ток. (При высоких частотах более существенным фактором является внутреннее сопротивление тела). Электропроводность кожи зависит от ее толщины, состояния ее слоев и содержания воды. Толщина эпидермиса большинства участков тела составляет 0,07-0,12 мм, а на ладонных поверхностях кистей и подошвенных поверхностях стоп достигает 0,8-1,4 мм. Содержание воды в поверхностном слое составляет всего 10 % от массы клеток, тогда как в нижележащих слоях достигает 70%. Площадь потовых и сальных желез, волосяных фолликулов на разных участках тела неодинакова и составляет 0,5 % поверхности кожных покровов. С учетом этих особенностей удельная электропроводность отдельных участков кожи существенно различается и составляет 10–3-2·10–2 Ом–1м–1. Следовательно, в большинстве ситуаций ток, протекающий через тело, в основном зависит от состояния тела в точке контакта. Сухая кожа имеет высокое сопротивление, а влажная или мокрая кожа будет обладать низким сопротивлением, так как ионы, находящиеся во влаге, обеспечат прохождение тока в тело. При сухой коже сопротивление между крайними точками тела (ладонь-ступня) может быть равным 105 Ом, а при мокрой коже может составить 1 % этого значения. Полное сопротивление тела между потными руками принимают равным 1500 Ом.
Максимальные токи, которые возникнут при контакте с бытовой электросетью с напряжением 220 В, будут равны: 2,2 мА (сухая кожа), 146 мА ( мокрая кожа).
Ток 1 мА при прохождении через тело будет едва заметен, но ток 146 мА будет смертелен даже при кратковременном воздействии.
Сопротивление кожи RK существенно зависит от внутренних и внешних причин (потливость, влажность, наличие раневого повреждения). Кроме того, на разных участках тела кожа имеет разную толщину и, следовательно, различное сопротивление. Поэтому, учитывая изменчивость сопротивления кожи, принимают RK = 0. Ток, протекающий через тело, рассчитывают по формуле
I = U/RBH =U/1000 Ом.
При действии электрического тока на человека может иметь место электротравма. Наиболее чувствительными к электрическому току частями организма являются мозг, грудные мышцы и нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце. Поэтому последствия электротравмы зависят от того, какая часть тела оказалась включенной в электрическую цепь. Очень опасно, если электрический ток идет через сердце. Опасно и действие тока на кожу лица, где слабо развит роговой слой, обеспечивающий высокое сопротивление кожных покровов. Низким сопротивлением обладают слизистые оболочки.
Удельная электропроводность высокая (0,6-2,0 Ом–1м–1) |
Удельная электропроводность низкая (10–3-10–6 Ом–1м–1) |
Кровь, лимфа, желчь, спинномозговая жидкость, моча, мышечная ткань, ткань головного мозга |
Ткань костная, жировая, нервная, грубоволокнистая соединительная, зубная эмаль |
Характер электротравмы зависит и от силы тока. Так, при включении в цепь обеих рук с органами грудной клетки, расположенными между ними, происходит следующее:
ток 10 мА вызывает сокращение мышц обеих рук;
ток 20 мА вызывает расстройства дыхания, связанные с те-таническим сокращением дыхательных мышц;
ток 80 мА вызывает нарушение сердечной деятельности;
ток 100-400 мА вызывает необратимые расстройства в функционировании возбудимых тканей сердца (одна из причин гибели при электротравме).