Ανθρώπινο σώμα και ρεύμα! Όλες οι λεπτομέρειες. Μέρος 2o…

πολύ σημαντικές πληροφορίες δίνονται στο πρώτο και δεύτερο μέρος του άρθρου. Επειδή οι πληροφορίες είναι αρκετές, δημοσιεύουμε σε δύο μέρη, ώστε να μην είναι κουραστικό και όλα όσα διαβάζετε να σας μένουν.

Είδαμε για τις επιπτώσεις που μπορεί να έχει το ρεύμα στον άνθρωπο και καταλαβαίνουμε όσο σημαντικά είναι τα μέτρα προστασίας που προτείνουμε συνεχώς, για την αποφυγή τέτοιων περιστατικών.

Με κάποιους πίνακες που θα δείτε στα δύο άρθρα και κάποια νούμερα, θα καταλάβετε πόσο σημαντικό είναι το επιτρεπτό ρεύμα διαρροής από τις διατάξεις προστασίας (ρελέ διαρροής κλπ) και για ποιούς λόγους, ιδίως σε κατοικίες προτείνεται ρελέ διαρροής και μάλιστα ακόμη και των 10mA σε δωμάτια παιδικά.

Θυμηθείτε το πρώτο μέρος στον παρακάτω σύνδεσμο: ”Ανθρώπινο σώμα και ρεύμα”

Ας περάσουμε όμως στο δεύτερο μέρος και κρατήστε σημειώσεις ή αποθηκεύστε τις σελίδες αυτές…

Η αντίσταση του ανθρώπινου σώματος

Η αντίσταση του ανθρώπινου σώματος είναι εξαιρετικά ευμετάβλητη. Το δέρμα αποτελεί την κύρια αντίσταση («αντίσταση επαφής») που συναντά το ρεύμα και ο βαθμός αυτός της αντίστασης εξαρτάται από το πάχος και την υγρασία του δέρματος, καθώς και από την επιφάνεια της επαφής. Κυμαίνεται από 500 Ω/cm² για λεπτό και υγρό δέρμα μέχρι 1-2 MΩ/cm² για πολύ παχύ και ξηρό δέρμα. Γενικά, το υγρό δέρμα έχει μόνο το 1% της αντίστασης του στεγνού. Αν το δέρμα δεν είναι άθικτο (έχει αμυχές) ή το ρεύμα εφαρμοστεί σε υγρούς βλεννογόνους (π.χ. στόμα) η αντίσταση  μπορεί να είναι μόλις 100 Ω/cm².

Χαμηλότερη αντίσταση έχουν τα νεύρα, οι μύες και τα αιμοφόρα αγγεία. Γενικότερα, τα υγρά του σώματος είναι καλοί αγωγοί λόγω των σημαντικών συγκεντρώσεων ιόντων. Την υψηλότερη αντίσταση την έχουν τα οστά. Πρέπει να σημειώσουμε ότι τα παιδιά έχουν εκτός από λεπτότερο δέρμα και μεγαλύτερο ποσοστό ύδατος στο σώμα τους και ως εκ τούτου είναι πιο ευάλωτα σε ηλεκτροπληξία.

Αν η αντίσταση του δέρματος είναι μεγάλη η ηλεκτρική ενέργεια μετατρέπεται σε θερμική, με αποτέλεσμα σοβαρά δερματικά εγκαύματα στα σημεία επαφής, αλλά λιγότερες εσωτερικές βλάβες. Αν η αντίσταση του δέρματος είναι χαμηλή τα δερματικά εγκαύματα είναι λιγότερο εκτεταμένα ή απουσιάζουν, με περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια να εκλύεται σε εσωτερικές δομές. Αυτό σημαίνει ότι η απουσία επιφανειακών εγκαυμάτων δε συνεπάγεται την απουσία βλαβών και η σοβαρότητα των εγκαυμάτων δεν είναι ενδεικτική της σοβαρότητα των εσωτερικών βλαβών.

Η βλάβη στους εσωτερικούς ιστούς εξαρτάται εκτός από την αντίσταση τους και από την πυκνότητα του ρεύματος (ρεύμα ανά μονάδα επιφάνειας) και αυτό γιατί περισσότερη ενέργεια συγκεντρώνεται σε ένα σημείο όταν το ίδιο ρεύμα ρέει διαμέσου μικρότερης επιφάνειας. Για παράδειγμα, καθώς η ηλεκτρική ενέργεια ρέει σε ένα χέρι (κυρίως διαμέσου ιστών χαμηλής αντίστασης όπως νεύρα, μύες, αγγεία), η πυκνότητα του ρεύματος αυξάνει στις αρθρώσεις γιατί σε μεγάλο ποσοστό αποτελούνται από ιστούς με μεγάλη αντίσταση (π.χ. οστά, τένοντες), με αποτέλεσμα να μειώνεται η επιφάνεια ιστών χαμηλής αντίστασης. Έτσι, η βλάβη που προκαλείται στους χαμηλής αντίστασης ιστούς τείνει να είναι πιο σοβαρή στις αρθρώσεις.

Η διάρκεια έκθεσης στο ηλεκτρικό ρεύμα

Από δεδομένα που συλλέχτηκαν κυρίως από πειράματα σε ζώα προκύπτει ότι τα επίπεδα ρεύματος που απαιτούνται για την πρόκληση κοιλιακής μαρμαρυγής στους ανθρώπους εξαρτώνται από τη διάρκεια έκθεσης, τη μάζα του σώματος, τη διαδρομή του ρεύματος και την ένταση του ρεύματος.

Έχει βρεθεί μια εμπειρική εξίσωση που συνδέει το διάστημα του χρόνου με το ελάχιστο ρεύμα το οποίο απαιτείται για να προκληθεί κοιλιακή μαρμαρυγή: I_min= 116 / t^1/2

Όπως βλέπουμε το ελάχιστο ρεύμα για κοιλιακή μαρμαρυγή είναι αντιστρόφως ανάλογο της τετραγωνική ρίζας του χρόνου έκθεσης.

Διάγραμμα με ζώνες χρόνου-ρεύματος των αποτελεσμάτων του εναλλασσόμενου ρεύματος (50Hz) στο ανθρώπινο σώμα όταν ακολουθεί διαδρομή από το αριστερό χέρι στα πόδια. 

Για μικρής διάρκειας σοκ, μικρότερης του καρδιακού κύκλου (< 1 s) το ηλεκτρικό ρεύμα που θα προκαλέσει κοιλιακή μαρμαρυγή πρέπει να είναι μεγάλο και να επιδράσει στην ευάλωτη φάση του καρδιακού κύκλου (κύμα Τ, φάση επαναπόλωσης των κοιλιών). Σοκ μεγαλύτερης διάρκειας από τον καρδιακό κύκλο προκαλούν πρόωρες έκτατες συστολές,  που καθιστούν πιο ευάλωτο το μυοκάρδιο ύστερα από 4-5 κύκλους.

Το ποσό της θερμότητας που εκλύεται ισούται Q = I²*R*t. Άρα, για ένα δεδομένο ρεύμα όσο μεγαλύτερη η διάρκεια έκθεσης τόσο μεγαλύτερη θερμική βλάβη υφίστανται οι ιστοί.

Τέλος, πρέπει να σημειώσουμε ότι όταν ένας άνθρωπος υφίσταται ηλεκτροπληξία διεγείρονται οι ιδρωτοποιοί αδένες με αποτέλεσμα την έκκριση ιδρώτα που μειώνει την αντίσταση του δέρματος με συνέπεια να αυξάνει το ρεύμα καθώς περνάει ο χρόνος.

Το είδος του ρεύματος AC/DC

Ένας από τους παράγοντες που επηρεάζουν τη φύση και τη σοβαρότητα των βλαβών που προκαλούνται από ηλεκτροπληξία είναι το είδος του ρεύματος, αν δηλαδή πρόκειται για συνεχές (DC) ή για εναλλασσόμενο ρεύμα (AC). Γενικά, η έκθεση σε εναλλασσόμενη πηγή θεωρείται 3-5 φορές πιο επικίνδυνη από την έκθεση σε συνεχή της ίδιας τάσης, εξαιτίας της ενδεχόμενης τετανίας που μπορεί να προκληθεί με συνέπεια την παρατεταμένη επαφή του θύματος με την πηγή. Επιπλέον, η επαναληπτική φύση του εναλλασσόμενου ρεύματος αυξάνει την πιθανότητα πρόκλησης θανατηφόρας κοιλιακής μαρμαρυγής. Όπως είδαμε, απαιτείται πολύ μεγαλύτερη ένταση συνεχούς για να έχουμε αντίστοιχα με το εναλλασσόμενο ρεύμα αποτελέσματα.

Αντίθετα, η επαφή με υψηλής τάσης συνεχές προκαλεί συνήθως μία μοναδική βίαια μυϊκή σύσπαση που, συχνά, εκτινάσσει το θύμα μακριά από την πηγή. Το γεγονός αυτό καθιστά μικρότερη τη διάρκεια έκθεσης αλλά αυξάνει την πιθανότητα μηχανικού τραυματισμού. Ακόμη, το συνεχές ρεύμα μπορεί να προκαλέσει καρδιακή ασυστολή, η οποία, όμως, έχει καλύτερη πρόγνωση από την κοιλιακή μαρμαρυγή αφού η καρδιά σε αυτή την περίπτωση έχει καλές πιθανότητες να επανέλθει από μόνη της. Τέλος, το συνεχές επιφέρει και ηλεκτρολυτική διάσπαση των φυσιολογικών υγρών του σώματος.

Η Συχνότητα του ρεύματος 

Η συχνότητα του ρεύματος επηρεάζει τόσο το κατώφλι όσο και το αίσθημα της αντίληψης του ρεύματος. Απαιτείται ρεύμα 7 mA συχνότητας 5 kHz για να προκαλέσει αίσθημα μυρμηγκιάσματος, ενώ ανάμεσα στα 100 με 200 kHzη αντίληψη αλλάζει σε αίσθημα θερμότητας.

Συνεχής μυϊκή σύσπαση (τετανία) προκαλείται όταν οι μυϊκές ίνες διεγείρονται 40-110 φόρες το δευτερόλεπτο.

Γραφική παράσταση του μέγιστου ρεύματος που επιτρέπει απαγκίστρωση από τα ηλεκτρόδια που κρατά ένας άνθρωπος, ένα σε κάθε χέρι του, σε συνάρτηση με τη συχνότητα του ρεύματος.

Έχει βρεθεί ότι εναλλασσόμενα ρεύματα 30 – 60 Hz είναι τα πιο επικίνδυνα να προκαλέσουν κοιλιακή μαρμαρυγή απαιτώντας τη μικρότερη ένταση από ρεύμα οποιασδήποτε άλλης συχνότητας. Δυστυχώς, η συχνότητα μεταφοράς του οικιακού ρεύματος είναι 50 Hz στην Ευρώπη και 60 Hz στις Η.Π.Α.

Εναλλασσόμενα ρεύματα με συχνότητες της τάξης του 10⁶ Hz (1 ΜHz) δεν παρεμβαίνουν σημαντικά στις λειτουργίες των νεύρων και μπορούν να χρησιμοποιηθούν για διαθερμίες σε περιπτώσεις αρθρίτιδας, ιγμορίτιδας κ.α. Αν κάποιο ηλεκτρόδιο είναι πολύ μικρό, η προκύπτουσα συγκεντρωμένη θέρμανση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την τοπική καταστροφή των ιστών όπως όγκων ή για κοπή ιστών σε μερικές χειρουργικές επεμβάσεις.

Η εμπέδηση του σώματος στα 50 Hz είναι ουσιαστικά ωμική. Καθώς η συχνότητα αυξάνει η εμπέδηση διαφοροποιείται και λειτουργεί σαν ένα δίκτυο αντιστάτη-πυκνωτή και γίνεται μη γραμμική. Περίπου στα 50 kHz η εμπέδηση του σώματος μπορεί να μειωθεί περισσότερο από 50% και η αντίσταση επαφής είναι αμελητέα.

Τα ρεύματα χαμηλής συχνότητας ρέουν, κυρίως, διαμέσου του εξωκυττάριου υγρού λόγω της μεγάλης εμπέδησης που εμφανίζει η κυτταρική μεμβράνη. Τα ρεύματα υψηλής συχνότητας ρέουν και στο εξωκυττάριο και στο ενδοκυττάριο υγρό.

Το μηχανικό τραύμα

Εάν ένα άτομο π.χ. βρίσκεται πάνω σε μια σκαλωσιά, μια ξαφνική μυϊκή σύσπαση μπορεί να τον κάνει να χάσει την ισορροπία και να τον ρίξει από ύψος με συνέπεια βαρύτατο μηχανικό τραυματισμό. Σε υψηλά ρεύματα οι μυϊκές συσπάσεις μπορεί να είναι τόσο βίαιες ώστε να προκαλέσουν οι ίδιες οστικά κατάγματα και ρήξη συνδέσμων και τενόντων.

Η γενική κατάσταση της υγείας

Ηλεκτροπληξίες που κανονικά δεν είναι απειλητικές για τη ζωή μπορούν να αποβούν μοιραίες σε ειδικές καταστάσεις, όταν η γενική κατάσταση υγείας του θύματος δεν είναι ιδανική. Παραδείγματος χάριν ένα άτομο που πάσχει από καρδιολογικά  προβλήματα είναι πιο πιθανό να εμφανίσει θανατηφόρες αρρυθμίες. Επίσης, έχει βρεθεί ότι όταν ένα άτομο είναι καταβεβλημένο είτε από κούραση είτε από ασθένεια αυξάνεται η αγωγιμότητα του σώματός του. Οι έγκυες γυναίκες είναι, επίσης, πιο ευαίσθητες στα αποτελέσματα του ρεύματος, ίσως λόγω του μεγαλύτερου ποσοστού ύδατος που έχουν εξαιτίας της κατακράτησης υγρών, της ανάπτυξης του εμβρύου, αλλά και διαφόρων άλλων ορμονοεπαγόμενων αλλαγών που υφίσταται το σώμα τους.

‘Ηταν άρθρα από το https://sites.google.com/site/electriccurrentonhuman