Сопротивление кожи на лице
При попадании человека под электрическое напряжение, через его тело начинает течь электрический ток, и величина этого тока зависит не только от величины приложенного напряжения, но и от сопротивления тела человека. Между тем, сопротивление тела человека — величина отнюдь не постоянная, ее значение зависит от многих факторов: от состояния человека на момент контакта (психического и физического), от параметров замкнутой цепи, от внешних условий среды, в которой человек на момент удара находится.
Тело человека состоит из различных тканей, и каждый вид тканей обладает своим сопротивлением. Так например, сухожилия, кожа, жировая ткань, хрящи и кости имеют удельное сопротивление порядка 3 — 20 кОм/м. Кровь, мышцы, лимфа, головной и спинной мозг — всего от 0,5 до 1 Ом/м. Из всех этих тканей наибольшим сопротивлением отличается кожа, поэтому именно кожа в значительной степени определяет сопротивление человеческого тела электрическому току.
Человеческая кожа имеет сложную структуру. Ее наружный слой — эпидермис — включает в себя несколько структурных частей: наружный роговой слой, который не содержит ни нервов, ни кровеносных сосудов, от того и обладает наибольшим сопротивлением, и другие слои, сопротивление которых значительно меньше рогового слоя. Дальше идет дерма — внутренний слой, сопротивление которого также сильно меньше, а значит именно сопротивление рогового слоя имеет решающее значение в полном сопротивлении кожи.
На сопротивление кожи влияет ее состояние. Если кожа сухая и чистая, не имеет повреждений, то ее сопротивление лежит в пределах от 10 до 100 кОм. Если же на коже есть порезы, царапины, микротравмы, они способны сильно снизить сопротивление тела человека до сопротивления лишь внутренних тканей. Очевидно, наличие на коже вышеназванных повреждений делает поражение электрическим током более опасным. Загрязненная и влажная кожа также имеет сопротивление более низкое.
Общее сопротивление человеческого тела, попавшего под напряжение, можно представить состоящим из трех сопротивлений, включенных последовательно: два слоя эпидермиса и одно — сопротивление дермы и внутренних тканей. Таким образом, внутренние ткани служат вместе с приложенными электродами как бы обкладками конденсатора, а эпидермис — диэлектриком.
В результате, если снаружи к телу приложены электроды, то получается цепь из активного сопротивления внутренних тканей и почти емкостного сопротивления эпидермиса. То есть можно сказать, что речь идет о диэлектрической проницаемости от 100 до 200, и об удельном сопротивлении от 10 до 100 кОм/м в цепи, состоящей из конденсатора и резистора.
Внутренние ткани имеют сопротивление активное Rв с небольшой емкостной составляющей, которая почти не зависит ни от площади электродов, ни от частоты, и находится в пределах от 500 до 700 Ом.
Но оно зависит от протяженности и поперечного сечения участков тела, и от удельного сопротивления внутренних органов. То есть в эквивалентном виде общее сопротивление Zт тела человека можно представить так:
При малом сопротивлении тела человека емкостная составляющая утрачивает значение:
Итак, электрическое сопротивление тела человека зависит от следующих пяти факторов:
От общего психологического и физиологического состояния (индивидуальные особенности);
От пола — от толщины кожи (у мужчин сопротивление выше, чем у женщин);
От возраста — от грубости кожи (у взрослых сопротивление выше, чем у детей);
От внешних условий (температура, давление, влажность, плотность);
От общего состояния кожи (раны, грязь, увлажненность и т. д.);
От внешних раздражителей (внезапные удар, укол, свет или звук), способных снизить сопротивление на 20 — 50 % за несколько минут.
Легко видеть, что электрическое сопротивление человеческого тела не постоянно и не линейно, однако для расчетов его принимают равным 1 кОм. Тем не менее, сопротивление тела человека зависит и от приложенного напряжения, поскольку в момент поражения током может оказаться, что цепь включает в себя еще и поверхность пола, грунт, обувь, одежду и т. д. Ток тогда будет определять не только сопротивление собственно тела человека, но и схема его включения в цепь.
Двухфазное прикосновение
При двухфазном прикосновении человек стоит на изолированном основании, касаясь одновременно двух фаз трехфазной сети, либо двух проводников однофазной сети переменного или постоянного тока. В этом случае ток потечет через руки и через жизненно важные органы, что весьма опасно, и еще опаснее, если замыкание происходит по пути рука — голова. При таком прикосновении человек может попасть либо под линейное межфазное напряжение, либо под полное рабочее напряжение электроустановки.
Если человек прикоснулся открытыми частями тела, то сопротивление определяется сопротивлением тела, сопротивлением кожи, если же произошло соприкосновение с полюсами через одежду, то в схему добавляется последовательно сопротивление одежды.
Можно сравнить эти два варианта. Сопротивление сухой одежды — от 10 до 15 кОм, а для влажной — от 0,5 до 1,5 кОм. Очевидно, сопротивление одежды так или иначе ограничивает ток через тело человека, хотя и падает в 10 — 30 раз в случае если одежда влажная.
При сухой одежде удар ощутится в сильном дрожании от пальцев до запястья, это 20мА при 220 вольтах. Если же одежда сырая, то при 140мА руки можно будет лишь с определенными усилиями оторвать от мест контакта. Сопротивление обуви и пола здесь не учитываются, поскольку в цепь они не включены.
Однофазное или однополюсное прикосновение
Человек стоит на земле, и только одной частью тела прикоснулся к электроустановке под напряжением, причем потенциал электроустановки отличается от потенциала земли или другой опорной поверхности. В этом случае человек попадает под напряжение относительно земли, и ток через тело будет током замыкания на землю.
Путь тока по петле голова — ноги или рука — ноги, при том через жизненно важные органы. В цепь окажутся включены сопротивления: тела, одежды, обуви, опоры. Сопротивления обуви и опоры включены между собой параллельно.
В зависимости от материала подошвы, от того влажная ли она или сухая, сопротивление обуви будет разным. Немаловажную роль играет и материал пола (опорной поверхности):
Влажная кожаная подошва обладает сопротивлением 500 Ом, сухая — 100 кОм;
Влажная резиновая подошва — 1,5 кОм, сухая резиновая подошва — 500 кОм;
Металлический пол — от 0 (сухой) до 10 Ом (влажный);
Земля сухая — 20 кОм, влажная — 800 Ом;
Бетон сухой — 2 МОм, влажный бетон — 900 Ом;
Линолеум сухой — 1,5 МОм, линолеум влажный — 50 кОм;
Камень сухой — 8,5 кОм, камень влажный — 5 кОм;
Снег или лед — от 300 Ом до 2 МОм;
Песок сухой — 8 кОм, песок влажный — 1,6 кОм;
Чернозем сухой — 160 Ом, влажный чернозем — 50 Ом.
Как видно, сопротивления опоры и обуви играют важную роль, и часто во много раз превосходят сопротивление тела человека, особенно в сухом состоянии, что может порой спасти жизнь.
При прикосновении к корпусу установки, который по какой-то причине оказался под напряжением, если заземления нет, то весь ток пойдет через тело. Если заземление присутствует, то основная часть тока пойдет через землю, а через тело — лишь малая часть, это представляет меньшую опасность для жизни.
Шаговое напряжение
Если человек стоит на земле неподалеку от заземлителя, и по грунту протекает ток, то частично этот ток может потечь через ноги по телу человека — по петле нога — нога, то есть человек попадет под шаговое напряжение. Образуется последовательная цепь, состоящая из сопротивлений опоры, обуви и тела. Сопротивления обуви и опоры играют здесь решающую роль, и способны в сухом виде принять на себя большее напряжение, чем примет голое тело.
Андрей Повный
Источник
Сопротивление кожи,
а следовательно, и тела в целом резко уменьшается
при повреждении ее рогового слоя, наличии влаги
на ее поверхности, интенсивном потовыделении и
загрязнении.
Повреждение рогового слоя —
порезы, царапины, ссадины и другие микротравмы
могут снизить сопротивление тела человека до
значения, близкого к значению его внутреннего
сопротивления (500 – 700 Ом), что
безусловно увеличивает опасность поражения
человека током.
Увлажнение кожи понижает ее
сопротивление даже в том случае, если влага
обладает большим удельным сопротивлением. Так,
например, увлажнение сухих рук сильно
подсоленной водой, снижает сопротивление тела на
30 – 50%, а дистиллированной водой – на 15 – 35%. Объясняется это
тем, что влага, попавшая на кожу, растворяет
находящиеся на ее поверхности минеральные
вещества и жирные кислоты, выведенные из
организма вместе с потом и кожным салом, и
становится более электропроводной. При
длительном увлажнении кожи наружный слой ее
разрыхляется, насыщается влагой, в результате
чего сопротивление его почти полностью
утрачивается. Таким образом, работа сырыми
руками или в условиях, вызывающих увлажнение
каких-либо участков кожи, создает предпосылки
для тяжелого исхода в случае попадания человека
под напряжение.
Потовыделение обусловлено
деятельностью потовых желез, находящихся в дерме
(собственно коже). У человека насчитывается около
500 потовых желез на 1 см2 кожи.
Пот хорошо проводит электрический ток, поскольку
в его состав входят вода и растворенные в ней
минеральные соли, а также некоторые продукты
обмена веществ. Он выделяется на поверхность
кожи по выводным протокам – тонким трубочкам,
пронизывающим всю толщу кожи. Выделение пота
происходит непрерывно, даже на холоде, но
особенно обильно при высокой температуре
окружающего воздуха, усиленной физической
работе, местном нагреве кожи, заболевании
человека и т. п. Следовательно, в коже всегда
имеются токопроводящие каналы – протоки,
содержащие то или иное количество пота. В обычных
условиях проводимость их незначительна, но при
интенсивном потовыделении, когда протоки
расширяются и по ним перемещается непрерывная
струя пота, сопротивление кожи резко падает.
Этому способствуют также смачивание потом
поверхности кожи и отложение на ней продуктов
потовыделения. Следовательно, работа в условиях,
вызывающих усиленное потовыделение, усугубляет
опасность поражения человека током.
Загрязнение кожи различными
веществами, в особенности хорошо проводящими ток
(металлическая или угольная пыль, окалина и т.п.),
сопровождается снижением ее сопротивления,
подобно тому как это наблюдается при
поверхностном увлажнении кожи. Кроме того,
токопроводящие вещества, проникая в выводные
протоки потовых и сальных желез, создают в коже
длительно существующие токопроводящие каналы,
резко понижающие ее сопротивление. Таким
образом, токарь по металлу, шахтер и лица других
специальностей, у которых руки загрязняются
токопроводящими веществами, подвержены большей
опасности поражения током, чем лица, работающие
чистыми руками.
Источник
Вопросы электробезопасности медицинской аппаратуры
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 RKпри 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 RKсущественно 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).
Источник
Данная информация предназначена для специалистов в области здравоохранения и фармацевтики. Пациенты не должны использовать эту информацию в качестве медицинских советов или рекомендаций.
Дмитрий Петров
(dspu@mail.ru)
В инженерно-психологических и медико-биологических исследованиях, особенно
при оценке уровня психоэмоциональной напряженности оператора (пациента), широко
применяются электрофизиологические показатели состояния человека. Так,
кожно-гальваническая реакция (КГР) широко используется для изучения вегетативной
нервной системы, определения особенностей психофизиологических реакций и
исследования черт личности.
Первым, кто обратил внимание на потенциалы кожи, был наш соотечественник
И.Р.Тарханов, который первым открывает изменение электрических явлений в коже
человека при раздражении органов чувств и различных формах психической
деятельности, о чем он докладывает 22 апреля 1889 г. на заседании
Петербургского общества психиатров и невропатологов: «… течение, хотя бы и
мимолетное, почти всех форм нервной деятельности, начиная от простейших чувств,
ощущений и кончая умственными операциями и волевыми разрядами, сопровождается
усиленной деятельностью кожных желез человека».
И.Р.Тарханов установил, что любое раздражение, нанесенное человеку, через
1-10 сек. латентного периода вызывает сначала легкое и медленное, а затем все
ускорявшееся отклонение зеркала гальванометра, часто выходящее за пределы
шкалы. Это отклонение иногда продолжается еще несколько минут по прекращении
действия раздражителя. Постепенно зеркало гальванометра возвращается в исходное
положение.
Тогда же было замечено, что электрические явления в коже человека резко
усиливаются при мнимом воображении ощущения, при абстрактной умственной
деятельности, при возбуждении нервной системы, при утомлении.
По Тарханову, причина колебаний КГР заключается в усилении нервной активности
человека, что сопровождается повышением секреции пота и проявляется в
возникновении гальванического тока на поверхности кожи. Роли секреции потовых
желез в генезе КГР посвящено большое количество работ. Также зафиксировано, что
кожно-гальваническая реакция не регистрируется на участках тела, анатомически не
имеющих потовых желез (красная кайма губ и др.)
Изучение потенциалов кожи в условиях клиники показало зависимость кожных
потенциалов от состояния вегетативной нервной системы и возможность суждения по
электрическим показателям кожи о целом ряде различных особенностей протекания
патологических процессов.
В 1962 г. в США запатентована система для сигнализации при потере
бдительности оператором. Она основана на изменении электрического сопротивления
кожи поверхности ладони. Это сопротивление резко увеличивается (в три раза) при
высокой температуре тела, во сне или в нетрезвом состоянии.
Аналогичное устройство применяется во Франции для определения степени
трезвости водителей автомашин. Электроды вмонтированы в рулевое колесо, и при
опьянении водителя двигатель завести невозможно.
Интересные записи были получены в момент пробуждения космонавтов — падение
сопротивления кожи совпадает с открыванием глаз.
Импеданс кожи меняется во время еды. В зависимости от времени дня
проводимость кожи увеличивается к полудню и достигает максимума, а затем, к
вечеру, падает. На дневной ритм накладываются психофизиологические влияния.
Сопротивление увеличивается с возрастом, независимо от пола.
Некоторые исследователи не без успеха применяли анализ кожных потенциалов для
определения беременности, для диагностики и прогноза раковых заболеваний.
КГР можно использовать для подбора людей, выполняющих определенные задачи, и
для контроля за состоянием оператора перед работой повышенной трудности. Есть
закономерности, проявлявшиеся в виде статистического подобия действий различных
людей в одинаковых условиях при решении одинаковых задач.
Однако практически во всех работах отмечается, что существенная зависимость
физиологических норм от индивидуальных особенностей пациента позволяет надежно
диагностировать только резко выраженные изменения состояния, такие как шок,
гипоксия и т.п. Установлено, что сопротивление кожи колеблется в пределах от 10
КОм до 2 МОм. Так, ЭКС лица и тыла кисти находится в пределах от 10 до 20 Ком,
кожи бедра — 2 МОм, ладони и подошвы — от 200 КОм до 2 МОм.
Поэтому наибольшую диагностическую ценность имеют не абсолютные значения
сопротивления, физиологические нормы которого значительно варьируются для разных
индивидуумов, а анализ динамики кожно-гальванической реакции, или, что то же
самое, относительное изменение электрокожного сопротивления в зависимости от
навязанного режима работы.
В соответствии с методикой, предложенной Ф.Я.Верховским и модернизированной
О.В.Жбанковым [1], специалистами Московского Государственного Технического
Университета им. Н.Э.Баумана был разработан аппаратно-программный комплекс «Visual
SGR» [2], который позволяет объективно определять психофизическое состояние
человека на основе относительного изменения электрокожного сопротивления.
Согласно теории генеза кожно-гальванической реакции секреторная деятельность
потовых желез тесно связана с активностью нервной системы человека. Активация
психомоторных функций вызывает обильное выделение пота, и сопротивление кожи
падает. При обратном течении процесса пот поглощается, и сопротивление кожи
растет. Причем первое состояние ЦНС принято называть концентрацией, а второе –
релаксацией.
Анализ динамики электрокожного сопротивления привлекателен для исследования
также и с практической стороны. Это:
· Отсутствие влияния постоянного сопротивления элемента «электрод-кожа» в
измерительной цепочке. Система «электрод-кожа» представляет собой комплексное
сопротивление и значительно влияет на результаты конечных измерений. Для его
уменьшения необходимо использовать специальные электроды и смачивание
поверхности контакта электрода с кожей токопроводящим раствором. При измерении
относительного изменения сопротивления эта постоянная величина вычитается и не
влияет на результаты, поэтому нет необходимости использовать специальные
средства измерения.
· Некритичность к постоянной погрешности измерения, обусловленной техническими
характеристиками средства измерения. Такие требования существенно снижают
стоимость технических средств, применяемых для измерения ЭКС.
· Отсутствие влияния внешних факторов на показания измерения, таких как
температура окружающей среды, помехи от бытовых электрических приборов и т.д.
Все постоянные помехи в результате измерения самовычитаются.
· Низкие требования к персоналу, принимающему участие в процессе измерения. Нет
необходимости в навыках нахождения биологически активных точек. Электроды можно
накладывать на любые участки кожи пациента.
Изолируясь от абсолютных значений ЭКС и принимая за физиологическую норму рост
сопротивления в фазе релаксации и уменьшение сопротивления в фазе концентрации,
можно строить объективную картину психофизического состояния человека.
В системе «Visual SGR» тестирование проводят по стандартной программе
«релаксация — концентрация». После наложения электродов на два различных пальца
одной из рук (обычно правой) и включения прибора проходит период установления
переходных процессов и стабилизации показателя ЭКС (1 мин). Затем следуют
периоды релаксации (5 мин) и концентрации (3 мин) с установкой для испытуемого
на достижении состояний максимального расслабления или мобилизации
соответственно. В процессе тестирования фиксируются три значения ЭКС:
· в конце первой минуты, по завершении переходных процессов (R1);
· в конце четвертой минуты, по завершении фазы релаксации (R2);
· в конце девятой минуты, по завершении фазы концентрации (R3).
По окончании времени тестирования строится график, отражающий качественную
сторону процесса, а также количественная оценка — нормализованный индекс
психофизического состояния (ИПФС), что важно отметить, в условных единицах, т.е.
не зависящий от абсолютных значений сопротивления пациента.
Таким образом, исследование обратимого процесса «релаксация – активация»
переводит практическое применение кожно-гальванического рефлекса на новую
ступень развития. Различные физиологические нормы абсолютных значений
электрокожного сопротивления больше не являются преградой для изучения уровня
активности симпатической нервной системы и оценки нейропсихического напряжения
человека.
Полезные ссылки:
[1] Жбанков О.В., Толстой Е.В. – Технология контроля психофизического состояния
студентов и управления им.
https://lib.sportedu.ru/press/tpfk/1997N8/p40-43.htm
[2] Электрокожное сопротивление как показатель психофизического состояния
человека. www.skgr.narod.ru
Если вы заметили орфографическую, стилистическую или другую ошибку на этой странице, просто выделите ошибку мышью и нажмите Ctrl+Enter. Выделенный текст будет немедленно отослан редактору |
Источник
