人體的電流效應(yīng)

陳

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬衛(wèi)生學(xué)校，上海201318）

人體的電流效應(yīng)

（上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬衛(wèi)生學(xué)校，上海201318）

人體電現(xiàn)象；人體電阻；電流生物效應(yīng)

人體生物電在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)上早已廣泛應(yīng)用，人體生命過程中的新陳代謝及一切活動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生電，如大家所熟悉的心電圖、腦電圖、肌電圖、胃電圖等這些生命的足跡就是醫(yī)生診斷疾病的科學(xué)依據(jù)。我們知道金屬能導(dǎo)電，能通過電流。而人并非金屬，為什么也會(huì)導(dǎo)電。

1 人體電現(xiàn)象的本質(zhì)

人體含有大量水分，血液、淋巴液和腦脊液主要是由水組成的，構(gòu)成了人的體液，體液占體重的70%。體液中陽(yáng)離子主要有等，陰離子有，有機(jī)酸離子和蛋白質(zhì)等，所以人體體液是電解質(zhì)溶液，人體組織是電解質(zhì)導(dǎo)體，能夠?qū)щ奫1~2]。

2 人體電阻

2.1 人體電阻的組成

人體并非純電阻，而是由電阻與電容組成的阻抗。如圖1所示：Rs1和Rs2是皮膚電阻、Cs1和Cs1是皮膚電容、RI及與其并聯(lián)的虛線支路是體內(nèi)阻抗。人體電容只有數(shù)皮法至數(shù)微法，工頻條件下可以忽略不計(jì)，將人體阻抗看當(dāng)作是純電阻。

圖1 人體電阻的示意圖

2.1.1 皮膚電阻皮膚最外層表皮是角質(zhì)層，厚度一般不超過0.05mm~0.2mm。在干燥和干凈的狀態(tài)下，角質(zhì)層的電阻率可達(dá)1×105~1×106Ω·m，表皮電阻高達(dá)10萬歐姆。但表皮有很多微孔保持內(nèi)外相通，而且容易受到機(jī)械破壞和電擊穿，在計(jì)算人體電阻時(shí)一般不予考慮。

人體皮膚電阻與皮膚狀態(tài)有關(guān)，隨條件不同在很大范圍內(nèi)變化。如皮膚在干燥、潔凈、無破損的情況下，可高達(dá)幾十千歐，而潮濕的皮膚，其電阻可能在1 000Ω以下。在通電瞬間，人體各部電容由于尚未充電而相當(dāng)于短路狀態(tài)。此時(shí)的人體電阻近似等于體內(nèi)電阻。

2.1.2 體內(nèi)電阻體內(nèi)電阻由人體內(nèi)部組織、血液、骨骼組成。由于血液、脂肪、器官等大量的蛋白分子，含水量可達(dá)體重的70%，所以人體內(nèi)部電阻的導(dǎo)電性能好。實(shí)踐證明，人體內(nèi)部電阻的平均值大約是500Ω。一般情況下，人體電阻可按1 000Ω~2 000Ω考慮。

管理類沙盤實(shí)訓(xùn)課程以其知識(shí)性、挑戰(zhàn)性、趣味性受到高校的青睞，越來越多的院校開設(shè)了各類沙盤實(shí)訓(xùn)課程，且很多此類課程均有省級(jí)或國(guó)家級(jí)的技能競(jìng)賽為背景。但在課程實(shí)施過程中，由于其復(fù)雜性、團(tuán)隊(duì)協(xié)作等特點(diǎn)，導(dǎo)致部分學(xué)生難以全身心投入，因此如何激勵(lì)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，是課程順利實(shí)施的關(guān)鍵。

2.2 人體電阻影響因素

2.2.1 人體電阻與接觸電壓有關(guān)在干燥、電流經(jīng)左手到右手、接觸面積50 cm2~100 cm2的條件下，人體電阻，見表1。

表1 人體電阻（W）

表1說明，隨著接觸電壓的升高人體電阻急劇降低。原因之一是角質(zhì)層和表皮被擊穿，人體電阻下降，數(shù)十伏的電壓即可擊穿角質(zhì)層。原因之二是隨著電流的增加，皮膚局部發(fā)熱增加，汗腺增多，使人體電阻下降。

2.2.2 人體電阻與皮膚狀態(tài)有關(guān)皮膚狀態(tài)對(duì)人體電阻的影響很大。如將皮膚與電極接觸的表面用干凈的水浸濕后測(cè)量，所得人體電阻比干燥條件下的低15%~25%；如改用導(dǎo)電性溶液浸濕，則人體電阻銳減為干燥條件下的1/2；如皮膚長(zhǎng)時(shí)間濕潤(rùn)，則角質(zhì)層變得柔軟而飽含水分，皮膚電阻幾乎完全消失。大量出汗后，人體電阻也明顯降低。同時(shí)，人體電阻還與皮膚的粗糙程度有關(guān)。

2.2.3 人體電阻與通電時(shí)間有關(guān)電流持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)，人體電阻由于出汗等原因而下降。在20 V~30 V電壓下的試驗(yàn)表明，電流持續(xù)1~2min后，人體電阻下降10%~20%。

2.2.4 其它方面對(duì)人體電阻的影響接觸面積增大、接觸壓力增大、溫度升高時(shí)人體電阻也會(huì)降低。此外，人體電阻也與個(gè)體特征有關(guān)[1~2]。

3 電流對(duì)人體的生物效應(yīng)

3.1 電熱作用

3.2 電解作用

電流通過可導(dǎo)電的體液時(shí)，可以使體液內(nèi)的化合物電解。水是氫和氧化合產(chǎn)生的物質(zhì)，在電流作用下，在陽(yáng)極端的水會(huì)產(chǎn)生氧的氣泡，在陰極端的水會(huì)產(chǎn)生氫氣泡。在人體組織內(nèi)，電流的電解作用也產(chǎn)生氣泡。電流通過組織同樣會(huì)使化合物分解，例如皮脂可以分解為脂肪酸。

3.3電機(jī)械作用

電流產(chǎn)生的蒸汽或氣體，以及電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，引起組織的機(jī)械性損傷，例如傷口的形成，以及骨小梁的折斷等等[3~4]。

4 電流對(duì)人體的危害

電流較小時(shí)對(duì)人體無害，用于診斷和治療的某些醫(yī)療電器設(shè)備，接觸人體時(shí)通過微量電流還能治病救人，對(duì)人體有益，這種電接觸被稱作微電接觸。如通過人體的電流較大，持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)，則可使人體受到傷害甚至死亡，被稱作電擊，電擊可危及生命。

電流通過人體內(nèi)部，能使肌肉產(chǎn)生突然收縮效應(yīng)，產(chǎn)生針刺感、壓迫感、打擊感、痙攣、疼痛、血壓升高、昏迷、心律不齊、心室顫動(dòng)等癥狀。數(shù)十毫安的電流通過人體即可引起呼吸停止。數(shù)十微安的電流直接流過心臟會(huì)導(dǎo)致心室纖維性顫動(dòng)。電流對(duì)人體損傷的程度與下列因素有關(guān)[3~4]。

4.1 電流大小

通過人體的電流大小不同，引起人體的生理反應(yīng)也不同。按照通過人體的電流大小和人體呈現(xiàn)的不同反應(yīng)，可將電流劃分為感知電流、擺脫電流和致命電流。

4.1.1 感知電流就是能引起人的感覺的最小電流，一般成年男性約為1.1mA，成年女性約為0.7mA。

4.1.2 擺脫電流（見表2）是指人體觸電以后能夠自己擺脫的最大電流。成年男性約為13mA，成年女性約為10.5mA，兒童的擺脫電流比成年人要小。應(yīng)當(dāng)指出，一旦觸電后不能擺脫電源時(shí)，后果是比較嚴(yán)重的。

表2 擺脫電流范圍內(nèi)，觸電后人的生理反應(yīng)

4.1.3 致命電流是指在較短的時(shí)間內(nèi)危及人的生命的最小電流。電擊致死是電流引起心室纖顫造成的，通常100mA為致命電流。導(dǎo)致心室纖顫的通過人體的15 Hz～100 Hz交流電流與通電時(shí)間t的關(guān)系曲線如圖2曲線所示[4]。

圖2 交流電流通過人體時(shí)的效應(yīng)

從圖2可知，當(dāng)電擊電流和其持續(xù)時(shí)間在④區(qū)內(nèi)，人體就有死亡的危險(xiǎn)。通常以③區(qū)內(nèi)距離曲線c有一段距離的曲線L作為人體是否安全的界限，從曲線L可知，只要電流小于30mA，人體就不致因發(fā)生心室纖顫而電擊致死。

4.2 電流持續(xù)時(shí)間

電流持續(xù)時(shí)間與機(jī)體的損傷程度有密切關(guān)系，通電時(shí)間越短，對(duì)機(jī)體的影響越??；通電時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)機(jī)體損傷就越大，危險(xiǎn)性也增大，特別是電流持續(xù)流過人體的時(shí)間超過人的心臟博動(dòng)周期時(shí)對(duì)心臟的威脅更大，極易產(chǎn)生心室纖顫。人的心臟每收縮擴(kuò)張一次約有0.1 s的間隙，這0.1 s的間隙期對(duì)電流特別敏感。

如果通過人體的電流只有20mA~25mA，一般不會(huì)直接引起心室顫動(dòng)或心臟停止跳動(dòng)。但如時(shí)間較長(zhǎng)，仍可導(dǎo)致心室顫動(dòng)或心臟停止跳動(dòng)（如表3），這主要是由于呼吸停止，導(dǎo)致機(jī)體缺氧引起的，但當(dāng)通過人體的電流超過數(shù)安時(shí)，由于刺激強(qiáng)烈，也可能先使呼吸停止。數(shù)安培的電流流過人體，還可能導(dǎo)致嚴(yán)重的燒傷甚至死亡。

表3 電流與時(shí)間的關(guān)系

4.3 電流通過人體的途徑

通過人體的電流途徑不同，對(duì)人體的損傷情況也不同。電流通過心臟、脊椎和中樞神經(jīng)等重要部位時(shí)，電擊的傷害最為嚴(yán)重。因此從左手到胸部以及從左手到右腳是最危險(xiǎn)的電流通過途徑，從腳到腳一般危險(xiǎn)性較小，但不代表沒有危險(xiǎn)。

4.4 電流種類

直流電、交流電流對(duì)人體都有傷害作用，以交流電中25Hz~ 300Hz的電流對(duì)人體損害最大，且極易引起心室纖顫，20 000Hz以上的交流電對(duì)人體影響較小，故可用來作為理療之用。平時(shí)使用的工頻交流電源為50 Hz，人體對(duì)工頻交流電要比直流電敏感得多，接觸直流電時(shí)，當(dāng)強(qiáng)度達(dá)250mA時(shí)也不會(huì)引起特殊損傷，而接觸50 Hz交流電時(shí)只要有50mA的電流通過人體，持續(xù)數(shù)十秒，便可引起心室纖顫，甚至死亡。故一定要提高警惕，搞好安全用電工作[2~3]。

4.5 電壓與人體電阻

通過人體的電流取決于外加電壓和人體電阻。據(jù)測(cè)量，在帶電體電壓一定的情況下，觸電時(shí)人體電阻愈大，通過人體的電流就越小，危險(xiǎn)程度也愈小。反之，危險(xiǎn)程度越高。人體觸及帶電體的面積越大，接觸越緊密，則電阻越小，危險(xiǎn)程度也越大。同理，接觸的電壓越高，對(duì)人體的損傷也就越大。一般將36伏以下的電壓稱為安全電壓。但在特別潮濕的環(huán)境中即使接觸36伏的電源也有生命危險(xiǎn)，所以在這種場(chǎng)所，一般宜使用12伏安全電壓。

4.6 人體狀況

人體的健康狀況和精神狀態(tài)是否正常，對(duì)于觸電傷害的程度是不同的?；加行呐K病、結(jié)核病、精神病、內(nèi)分泌系統(tǒng)疾病及酒醉的人，觸電引起的傷害程度更加嚴(yán)重。

[1]杜松懷.人體電阻等值電路的分析[J].電氣時(shí)代，1995，5：19~20.

[2]任超世.生物電阻抗技術(shù)與人體功能信息[J].電子科技導(dǎo)報(bào)，1998，11: 17~19.

[3]馮紹勇.對(duì)安全用電的思考[D].上海：中國(guó)科學(xué)院上海冶金研究所，2000.

[4]丁文彥.談人體電阻及其安全因素[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械化與電氣化，1997，1：16.

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