Механизмы повреждающего действия электрического тока

Повреждающее действие электрической энергии

Раздел III. БОЛЕЗНЕТВОРНЫЕ ДЕЙСТВИЯ ФАКТОРОВ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

Предыдущая: Глава 6. Повреждающее действие лучей солнечного спектра

Глава 7. Повреждающее действие электрической энергии

Человек подвергается повреждающему действию чаще технического, реже природного (разряды молнии, электрических органов некоторых животных) электричества. При ударе молнии на человека оказывает кратковременное действие электричество огромного напряжения (иногда до миллионов вольт). Поражение молнией обусловлено действием электрического разряда на жизненно важные органы — паралич дыхания, остановка сердца. Возможно механическое (отрывы тканей, частей тела) и термическое действие (ожоги, обгорания вследствие образования джоулева тепла).

Техническое электричество поражает человека обычно при прямом контакте с проводниками, находящимися под током (в быту, промышленности, на транспорте, в военных условиях и пр.). Кроме того, токи высокого напряжения могут поражать разрядом через воздух или землю (вольтова дуга, шаговое напряжение).

Повреждающее действие электричества определяют следующие факторы: 1) физические параметры тока (напряжение, сила, характер тока, сопротивление току тканей); 2) направление и продолжительность прохождения тока через тело; 3) состояние реактивности организма в момент прохождения электричества.

Следует, однако, помнить, что общая реакция организма на действие электрического тока не зависит от одного какого-либо фактора, аслагается в результате суммарного влияния всех указанных факторов в различных их сочетаниях. Особое значение имеет реактивность организма и состояние центральной нервной системы.

§ 47. Факторы, определяющие степень поражения электрическим током

• Сила тока. Повреждающее действие электрического тока пропорционально силе проходящего через организм тока. При одной и той же силе переменный ток опаснее постоянного (табл. 8).
  

  Таблица 8. Действие электрического тока на организм человека (при положении электродов рука — рука или рука — нога) (Кулебакин В. С., Морозов В. Т.)
  Ток, мА	Характер восприятия
  переменный ток 50-60 Гц	постоянный ток
  0,6-1,5	Начало ощущения, легкое дрожание пальцев рук	Не ощущается
  2-3	Сильное дрожание пальцев рук	Не ощущается
  5-10	Судороги в руках	Зуд, ощущение нагрева
  12-15	Руки трудно оторвать от электродов. Сильные боли в пальцах, кистях рук. Состояние терпимо 5-10 с	Усиление нагрева
  20-25	Руки парализуются немедленно, «неотпускающий» ток. Очень сильные боли. Затрудняется дыхание. Состояние терпимо не более 5 с	Еще большее усиление нагрева. Незначительное сокращение мышц рук
  50-80	Паралич дыхания. Начало трепетания желудочков сердца (Эти данные получены не при непосредственном опыте, а главным образом путем анализа несчастных случаев и последующего подсчета величины тока.)	Сильное ощущение нагрева. Сокращение мышц рук. Судороги, Затруднение дыхания
  90-110	Паралич дыхания. При длительности 3 с паралич сердца или устойчивое трепетание желудочков (Эти данные получены не при непосредственном опыте, а главным образом путем анализа несчастных случаев и последующего подсчета величины тока.)	Паралич дыхания
  3000 и более	Паралич дыхания и сердца при воздействии более 0,1 с. Разрушение тканей тела образовавшимся джоулевым теплом	Паралич дыхания

• Напряжение. Чем выше напряжение воздействующего на организм источника тока, тем сильнее его повреждающее действие. Напряжение источника является одним из факторов, определяющих силу проходящего через организм тока. Другим фактором является сопротивление тканей.
• Сопротивление тканей. Полное сопротивление тела человека к переменному электрическому току (импеданс) складывается из активного (омического) и реактивного (емкостного) сопротивления тканей. Различные ткани организма оказывают неодинаковое сопротивление току. Так, кости, хрящи, связки и кожа представляют для тока большое сопротивление. Мышцы и кровь — сравнительно малое.Наибольшее сопротивление прохождению электрического тока оказывает лишенный кровеносных сосудов и нервов роговой слой кожи — эпидермис. Этот слой при определенных условиях может даже рассматриваться как диэлектрик. Благодаря этому общее сопротивление тела человека, пока эпидермис цел, определяется в основном сопротивлением кожи. При сухой неповрежденной коже электрическое сопротивление тела человека имеет порядок 40 000-100 000 Ом, при снятом роговом слое оно снижается до 800-1000 Ом.Сопротивление кожи резко снижается при увлажнении, при потоотделении. Уменьшается оно при увеличении силы проходящего через кожу тока. Это объясняется нагревом кожи при прохождении тока и увеличением потоотделения. Очень сильно зависит сопротивление кожи от величины приложенного напряжения. Это объясняется тем, что при определенной величине напряжения наступает пробой верхнего рогового слоя кожи. Пробой при тонкой коже наступает уже при напряжении 10-30 В. При напряжении 220 В пробой настолько значителен, что сопротивление тела приближается к таковому при отсутствии эпидермиса.
• Направление и время прохождения электрического тока через тело оказывают существенное влияние на степень поражения электрическим током. В эксперименте пропускание тока (при одних и тех же параметрах) через задние конечности животного вызывает ограниченные судороги мышц, пропускание тока через голову — судороги всего тела, паралич дыхания, электрошок. Пропускание тока через сердце вызывает его фибрилляцию и мерцательную аритмию.И в случаях электротравмы человека определяющим является доля тока, прошедшая через сердце.Степень повреждения электрическим током возрастает с увеличением времени прохождения тока через организм. Если время действия не превышает 0,02 с, ток в 1000 В не оказывает резкого патогенного действия. Электротравма в течение 1 с при таком же напряжении неизбежно смертельна.
• Состояние реактивности организма в момент прохождения электрического тока существенно отражается на характере электротравмы. Так, повышение обмена веществ (тиреотоксикоз, перегревание), кровопотеря, алкогольное опьянение повышают чувствительность организма к поражающему действию электрического тока. Эмоциональное напряжение, вызванное ожиданием действия тока, значительно повышает устойчивость к току и, наоборот, утомление, снижение внимания увеличивают чувствительность к току. Тяжесть электротравмы зависит и от степени насыщения организма кислородом — в условиях гипоксии чувствительность к току возрастает, а гипероксия (например, в кессоне) уменьшает опасность электротравмы. В эксперименте четко показана зависимость тяжести электротравмы от функции надпочечников. Экстирпация надпочечников у белых крыс, например, значительно снижает пороговые величины поражающего тока.

§ 48. Патологические изменения в организме при действии электрического тока

Электрический ток, проходящий через живое тело, вызывает местные и общие изменения.

Местные изменения (знаки тока, ожоги) образуются на месте его прохождения, представляют собой небольшие участки на коже круглой или овальной формы серовато-белого цвета, твердой консистенции, окаймленные волнообразным возвышением. По окружности поврежденных тканей нередко наблюдается ветвистый рисунок красного цвета, обусловленный параличом кровеносных сосудов.

Ожоги возникают при непосредственном прохождении тока через тело, если при этом контактное сопротивление велико, а напряжение достаточно, чтобы возник ток значительной силы. Тогда контакты нагреваются настолько сильно, что возникают ожоги. Ожог может быть и результатом воздействия сильно нагретых током частей электрооборудования или электрической (вольтовой) дуги на кожный покров. Особенно серьезными являются ожоги от электрической дуги. В результате воздействия лучистой энергии может наступить и поражение глаз.

Общие реакции организма на электротравму — быстро развивающаяся потеря сознания, остановка дыхания, снижение артериального давления (стадия мнимой смерти), фибрилляция желудочков сердца и прекращение сердечной деятельности (истинная смерть).

Остановка дыхания обусловлена: а — повреждением электрическим током дыхательного центра; б — его гипоксией в результате фибрилляции желудочков; в — резким сужением питающих продолговатый мозг сосудов.

Остановка сердца может произойти в результате: а — фибрилляции желудочков; б — раздражения блуждающего нерва; в — сильного сужения коронарных сосудов.

При несмертельной электротравме происходит временная потеря сознания, кратковременная остановка дыхания, повышение артериального давления. После травмы остаются головокружение, головная боль, светобоязнь, тошнота. Артериальное давление часто понижено, дыхание поверхностное, пульс учащен.

§ 49. Механизмы повреждающего действия электрического тока

Электрический ток, проходящий через организм, оказывает биологическое, электрохимическое, электротермическое и электромеханическое действие.

Биологическое действие электрического тока характеризуется возбуждением скелетной и гладкой мускулатуры, железистых тканей, нервных рецепторов и проводников. Вследствие этого возникают тонические судороги скелетных мышц, которые могут привести к остановке дыхания, спазму ых связок, отрывным переломам и вывихам конечностей.

Тоническое сокращение гладких мышц сопровождается часто повышением кровяного давления, непроизвольным мочеиспусканием, дефекацией. Воздействие на нервную систему и непосредственно на органы внутренней секреции приводит к выбросу в большом количестве катехоламинов и кортикостероидов.

Действие тока на сердечную мышцу может вызвать фибрилляцию желудочков сердца.

Электрохимическое действие тока проявляется в электролизе.

При прохождении через ткани постоянного тока электролиз приводит к поляризации клеточных мембран — на одних участках тканей скапливаются положительно заряженные ионы (у анода возникает кислая реакция), у катода скапливаются отрицательно заряженные ионы (возникает щелочная реакция).

Действие переменного тока также обусловлено смещением ионов из равновесного положения. Движение ионов происходит с частотой приложенного переменного тока.

При низкой частоте порядка 50-100 Гц смещения ионов таковы, что возникает изменение их концентрации у клеточной мембраны с соответствующими нарушениями биологических функций (мембранного потенциала, проницаемости и пр.). При средних частотах (до 3000 Гц) путь пробегов ионов уменьшается, уменьшается и повреждающее действие тока.

При высоких частотах тока порядка сотен килогерц смещения ионов становятся малыми, соизмеримыми с их смещениями при тепловом движении, что уже не вызывает изменения концентрации ионов у мембран и не оказывает повреждающего действия.

Тепловое действие электрического тока проявляется ожогами кожного покрова и гибелью подлежащих тканей вплоть до обугливания. Поскольку неповрежденный эпидермис обладает наибольшим сопротивлением к электрическому току, ожоги чаще возникают на месте входа и выхода тока. Иногда в костях образуются своеобразные вздутия — «жемчужные бусы». Они возникают в результате расплавления костного вещества с выделением фосфата кальция.

Механическое (или динамическое) действие электричества проявляется в случае приложения токов очень высокого напряжения. При этом могут возникнуть расслоения тканей, отрыв частей тела и даже конечностей.

Происходит это потому, что токи высокого напряжения обладают колоссальной тепловой и механической энергией. При большом напряжении и относительно низком сопротивлении тела (например, V = 220 кВ, сопротивление R=1200 0m, сила тока I будет равной 220 000/1200 = 183 А) выделяется мгновенно очень много тепла.

Совместное действие тепловой и механической энергии оказывает взрывоподобный эффект.

Продолжение: Глава 8. Повреждающее действие изменений барометрического давления

К оглавлению

Источник: http://bono-esse.ru/blizzard/A/Fiziologija/Ado/03-07_EE.html

Экспертиза при воздействии электричества

Экспертиза при воздействии электричества относится к группе судебно-медицинских исследований. Наиболее часто поражения электричеством встречаются в быту при взаимодействии с электроприборами, а также на производстве при несоблюдении техники безопасности. Гораздо реже происходит контакт с атмосферным электричеством (удар молнии).

Электрический ток является довольно мощным травматическим фактором, он оказывает на организм человека механическое, тепловое и электрохимическое воздействие.

Несмотря на то, что среди всего травматического разнообразия повреждения в результате контакта с электрическим током случаются в 1,5-2% случаев, по количеству смертельных исходов электротравма занимает одно из ведущих мест.

Степень воздействия электричества на организм человека определяется такими характеристиками тока, как напряжение, частота, сила тока. Воздействовать может как постоянный ток, так и переменный. Контакт с переменным током, имеющим частоту в 50 герц и популярное для бытовых сетей напряжение размером 220 или 360 ватт, может привести к смерти человека от электротравмы. Постоянный ток более высокого напряжения – от 450-ти до 550-ти ватт – представляет собой меньшую опасность. Ток, обладающий силой в 1 ампер, в подавляющем большинстве случаев приводит к летальному исходу.

На результат соприкосновения человека с электрическим током влияют также условия окружающей среды, состояние кожных покровов и здоровья человека, а также длительность контакта. Плотная сухая кожа обладает довольно высоким показателем сопротивления электричеству. Влажная, тонкая кожа, слизистые оболочки, наличие пота на поверхности кожи улучшают проводимость электрического тока. Наиболее сильное воздействие ток оказывает на детей и людей пожилого возраста.

Постоянные токи более высокого напряжения менее опасны и только в редких случаях вызывают наступление смерти. Это следствие феномена, при котором между источником тока и человеческим телом возникает так называемый «эффект вспышки», представляющий собой электрическую дугу. При таком воздействии значительная часть электрической энергии преобразуется в тепловую и вызывает местную реакцию, а именно – ожоги.

Виды воздействия электрического тока на ткани и органы человеческого тела

Контакт с электрическим током вызывает различные повреждения органов и тканей, а также функциональные нарушения работы систем человеческого организма. Изучением данных изменений занимается экспертиза при воздействии электричества. Современная судебно-медицинская экспертная практика выделяет следующие типы влияния электрического тока на организм человека:

1. Специфическое повреждающее действие.
2. Неспецифическое повреждающее действие.
3. Механическое повреждающее действие.
4. Термическое повреждающее действие.
5. Электрохимическое повреждающее действие.

Специфическое повреждающее воздействие заключается в раздражении и возбуждении гладкой и скелетной мускулатуры, нервной ткани. Оно вызывает фибрилляцию сердечных желудочков, спазм диафрагмы и ых связок, остановку дыхания. При специфическом воздействии также развиваются тонические судороги скелетных мышц, сопровождающиеся отрывными переломами, вывихами и разрывами мышечных фасций.

При неспецифическом повреждающем воздействии электрического тока развивается раздражение тканей железистых органов, которое сопровождается выбросом большого количества физиологически активных веществ – катехоламинов. К природным катехоламинам относятся дофамин, адреналин и норадреналин. На клеточном уровне наблюдается нарушение калиево-натриевых концентрационных градиентов и мембранных потенциалов, что приводит к сбоям процессов передачи возбуждения, а потом и к остановке сердца.

Механическое повреждающее действие приводит к разрывам тканей. Электрические токи большой силы производят взрывообразный эффект, в результате которого организму наносятся значительные повреждения, в том числе полные отрывы частей тела.

Термическое повреждающее действие оказывается в результате преобразования электрической энергии в тепловую, вызванного сопротивлением тканей  при прохождении через них электрического тока. Этот эффект описывается законом Джоуля-Ленца. Последствия данного воздействия представляют собой ожоги различной степени и площади.

Если термическое воздействие оказывается в течение длительного времени, отдельные участки тела обугливаются, а на костях образуется выпот расплавленного (а впоследствии застывшего) фосфорнокислого кальция в виде белых округлых пустотелых капель, размером от одного до пяти миллиметров – так называемые «жемчужные бусы».

Электрохимическое повреждающее действие выражается в нарушении ионного баланса в тканях, которое является причиной специфического вытягивания клеток в виде метелочки, щетки или частокола, видимых при микроскопическом исследовании. Электрохимическое воздействие вызывает также значительное изменение физико-химического равновесия органических жидкостей (в том числе крови), что приводит к отсроченному летальному исходу в результате токсикоза.

Повреждения, причиняемые организму человека электрическим током

Экспертиза при воздействии электричества выделяет следующие разновидности травматических последствий контакта к источником или проводниками электрического тока:

• Общая электротравма или электрический удар.
• Местная электротравма, приводящая к повреждению тканей.
• Электрические знаки (электрометки).
• Металлизация кожи.
• Механические повреждения.

К электрическим ударам относят травмы, включающие повреждения всего организма в целом вследствие резкого изменения привычной жизнедеятельности основных органов и систем человеческого тела. Согласно наблюдаемым патологическим процессам, возникающим в результате воздействия электрического тока, выделяют четыре степени электротравмы:

• I степень – сопровождается судорожными сокращениями мышц при сохранении сознания.
• II степень – потеря сознания вместе с судорожными сокращениями мышц.
• III степень – наблюдается потеря сознания, которая сопровождается нарушением функционирования дыхательной и/или сердечно-сосудистой системы.
• IV степень – наступает клиническая смерть.

Местные электротравмы представляют собой электрические ожоги, степень которых определяется физическими характеристиками электрического тока и длительностью воздействия.

Электрометками или электрическими знаками называют характерные поражения, в основном являющиеся результатом совокупного механического и химического действия электрического тока. Электрометки наблюдаются как пятна с четко выраженными границами, размером от одного до трех миллиметров, имеющие бледно-желтую или серую окраску. Форма электрических знаков может быть овальной или округлой, при этом кратерообразного характера, с углублением в центре. В отдельных случаях электрометки приобретают форму источника тока, с которым произошел контакт.

Специфической разновидностью электроповреждений является металлизация кожи, возникающая в результате проникновения мельчайших металлических частиц в поверхностные слои кожи. Металлы расплавляются в результате воздействия электрической дуги, а также во время непосредственного плотного прикосновения кожных покровов к металлической токоведущей части. В зависимости от вида и состава металла образуется характерная окраска металлизированной поверхности.

В результате длительного одновременного специфического и механического действия электрического тока возникают механические повреждения. Подобные травмы наблюдаются в виде разрывов кожи, сухожилий, нервной ткани и кровеносных сосудов. Иногда встречаются переломы костей и вывихи суставов.

Следует заметить, что в отдельных случаях электротравма возникает без прямого контакта с источником тока. Такие повреждения могут быть вызваны в результате возникновения вольтовой дуги или при образовании шагового напряжения. Шаговое напряжение – это разность потенциалов, которые возникают на расстоянии, равном промежутку между стопами при выполнении обычного шага.

Например, в случае обрыва электролинии и попадании провода на землю, ток распределяется вокруг разрыва по поверхности почвы в радиусе, примерно равном десяти метрам. По мере удалении от места разрыва, ток постепенно сходит на нет. если войти в этот незримый круг, разница электрических потенциалов под правой и левой стопами вызывает повреждение, называемое шаговой электротравмой.

Причем, поражение тем тяжелее, чем больше расстояние между стопами, так как разница потенциалов увеличивается пропорционально длине шага.

Экспертиза при воздействии электричества в случаях поражения атмосферным электричеством

После удара молнии на теле пострадавшего наблюдаются практически такие же повреждения, как и при воздействии электрического тока. Пострадавший теряет сознание, что может сопровождаться судорожными сокращениями мускулатуры. Нарушения работы основных жизнеобеспечивающих функций, как, например, остановка сердцебиения и прекращение дыхания в результате воздействия разряда на сосудодвигательный и дыхательный центр, расположенный в продолговатом мозге, могут стать причиной наступления летального исхода.

Основное действие, оказываемое молнией, заключается в механическом и тепловом воздействии. Обычно наблюдаются ярко выраженные опаления волос, иногда – отрывы конечностей. На одежде потерпевшего присутствуют множественные разрывы, имеющие оплавленные или опаленные края. Также оплавляются металлическая фурнитура на одежде и металлические детали обуви. В результате расширения капилляров на коже пострадавшего в месте контакта с молнией образуются древовидные полосы красного или светло-розового цвета. Их называют «знаками молнии».

Знаки молнии видны с течение 24-48 часов после наступления смерти и исчезают, если надавить на них пальцами.

Так, в месте, куда ударила молния, обычно обнаруживаются характерные признаки – обугливание, расщепление столбов и деревьев, оплавленные конгломераты почвы и углубления на поверхности земли, имеющие форму воронки.

Неподалеку от обнаруженного тела пострадавшего часто находят трупы птиц и животных, которые тоже попали в область воздействия молнии.

Правовая база производства экспертизы при воздействии электричества

Часть 2 статьи 293 Уголовного кодекса РФ предписывает ответственность должностному лицу за халатность, повлекшую за собой летальный исход или нанесение тяжкого вреда здоровью пострадавшего.

Часть 3 той же статьи предусматривает более суровое наказание за то же деяние, приведшее к смерти двух и более людей.

Подобная халатность может проявляться в виде пренебрежения правилами безопасности или нарушения требований нормативных документов, которые повлекли за собой травмы, вызванные воздействием электричества на организм пострадавшего (или пострадавших).

Вопросы, на которые отвечает специалист по производству экспертизы при воздействии электричества

1. Какова истинная причина смерти? Наступила ли смерть в результате воздействия электрического тока?
2. На какой части тела пострадавшего находится область контакта с источником или проводником электрического тока?
3. Как именно располагался пострадавший относительно источника тока?
4. Какие внешние, а также внутренние факторы привели к наступлению смерти от воздействия электрического тока?
5. Какие хронические заболевания были у пострадавшего?
6. Каково содержание алкоголя в крови потерпевшего?
7. Имеются ли на теле пострадавшего иные повреждения, не связанные с воздействием электрического тока?
8. Какова давность образования повреждений, а также характер, механизм образования и локализация?

Источник: https://sudexpa.ru/expertises/ekspertiza-pri-vozdeistvii-elektrichestva/