人體的電流效應

陳

（上海交通大學醫學院附屬衛生學校，上海201318）

人體的電流效應

（上海交通大學醫學院附屬衛生學校，上海201318）

人體電現象；人體電阻；電流生物效應

人體生物電在現代醫學上早已廣泛應用，人體生命過程中的新陳代謝及一切活動都會產生電，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生診斷疾病的科學依據。我們知道金屬能導電，能通過電流。而人并非金屬，為什么也會導電。

1 人體電現象的本質

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，構成了人的體液，體液占體重的70%。體液中陽離子主要有等，陰離子有，有機酸離子和蛋白質等，所以人體體液是電解質溶液，人體組織是電解質導體，能夠導電[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及與其并聯的虛線支路是體內阻抗。人體電容只有數皮法至數微法，工頻條件下可以忽略不計，將人體阻抗看當作是純電阻。

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層，厚度一般不超過0.05mm~0.2mm。在干燥和干凈的狀態下，角質層的電阻率可達1×105~1×106Ω·m，表皮電阻高達10萬歐姆。但表皮有很多微孔保持內外相通，而且容易受到機械破壞和電擊穿，在計算人體電阻時一般不予考慮。

人體皮膚電阻與皮膚狀態有關，隨條件不同在很大范圍內變化。如皮膚在干燥、潔凈、無破損的情況下，可高達幾十千歐，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于短路狀態。此時的人體電阻近似等于體內電阻。

2.1.2 體內電阻體內電阻由人體內部組織、血液、骨骼組成。由于血液、脂肪、器官等大量的蛋白分子，含水量可達體重的70%，所以人體內部電阻的導電性能好。實踐證明，人體內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。

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2.2 人體電阻影響因素

2.2.1 人體電阻與接觸電壓有關在干燥、電流經左手到右手、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。原因之一是角質層和表皮被擊穿，人體電阻下降，數十伏的電壓即可擊穿角質層。原因之二是隨著電流的增加，皮膚局部發熱增加，汗腺增多，使人體電阻下降。

2.2.2 人體電阻與皮膚狀態有關皮膚狀態對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量，所得人體電阻比干燥條件下的低15%~25%；如改用導電性溶液浸濕，則人體電阻銳減為干燥條件下的1/2；如皮膚長時間濕潤，則角質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，人體電阻還與皮膚的粗糙程度有關。

2.2.3 人體電阻與通電時間有關電流持續時間延長，人體電阻由于出汗等原因而下降。在20 V~30 V電壓下的試驗表明，電流持續1~2min后，人體電阻下降10%~20%。

2.2.4 其它方面對人體電阻的影響接觸面積增大、接觸壓力增大、溫度升高時人體電阻也會降低。此外，人體電阻也與個體特征有關[1~2]。

3 電流對人體的生物效應

3.1 電熱作用

3.2 電解作用

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

3.3電機械作用

電流產生的蒸汽或氣體，以及電能轉變為機械能，引起組織的機械性損傷，例如傷口的形成，以及骨小梁的折斷等等[3~4]。

4 電流對人體的危害

電流較小時對人體無害，用于診斷和治療的某些醫療電器設備，接觸人體時通過微量電流還能治病救人，對人體有益，這種電接觸被稱作微電接觸。如通過人體的電流較大，持續時間過長，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。

電流通過人體內部，能使肌肉產生突然收縮效應，產生針刺感、壓迫感、打擊感、痙攣、疼痛、血壓升高、昏迷、心律不齊、心室顫動等癥狀。數十毫安的電流通過人體即可引起呼吸停止。數十微安的電流直接流過心臟會導致心室纖維性顫動。電流對人體損傷的程度與下列因素有關[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也不同。按照通過人體的電流大小和人體呈現的不同反應，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。應當指出，一旦觸電后不能擺脫電源時，后果是比較嚴重的。

表2 擺脫電流范圍內，觸電后人的生理反應

4.1.3 致命電流是指在較短的時間內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。導致心室纖顫的通過人體的15 Hz～100 Hz交流電流與通電時間t的關系曲線如圖2曲線所示[4]。

圖2 交流電流通過人體時的效應

從圖2可知，當電擊電流和其持續時間在④區內，人體就有死亡的危險。通常以③區內距離曲線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，人體就不致因發生心室纖顫而電擊致死。

4.2 電流持續時間

電流持續時間與機體的損傷程度有密切關系，通電時間越短，對機體的影響越小；通電時間越長，對機體損傷就越大，危險性也增大，特別是電流持續流過人體的時間超過人的心臟博動周期時對心臟的威脅更大，極易產生心室纖顫。人的心臟每收縮擴張一次約有0.1 s的間隙，這0.1 s的間隙期對電流特別敏感。

如果通過人體的電流只有20mA~25mA，一般不會直接引起心室顫動或心臟停止跳動。但如時間較長，仍可導致心室顫動或心臟停止跳動（如表3），這主要是由于呼吸停止，導致機體缺氧引起的，但當通過人體的電流超過數安時，由于刺激強烈，也可能先使呼吸停止。數安培的電流流過人體，還可能導致嚴重的燒傷甚至死亡。

表3 電流與時間的關系

4.3 電流通過人體的途徑

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

4.4 電流種類

直流電、交流電流對人體都有傷害作用，以交流電中25Hz~ 300Hz的電流對人體損害最大，且極易引起心室纖顫，20 000Hz以上的交流電對人體影響較小，故可用來作為理療之用。平時使用的工頻交流電源為50 Hz，人體對工頻交流電要比直流電敏感得多，接觸直流電時，當強度達250mA時也不會引起特殊損傷，而接觸50 Hz交流電時只要有50mA的電流通過人體，持續數十秒，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。據測量，在帶電體電壓一定的情況下，觸電時人體電阻愈大，通過人體的電流就越小，危險程度也愈小。反之，危險程度越高。人體觸及帶電體的面積越大，接觸越緊密，則電阻越小，危險程度也越大。同理，接觸的電壓越高，對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。但在特別潮濕的環境中即使接觸36伏的電源也有生命危險，所以在這種場所，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是否正常，對于觸電傷害的程度是不同的。患有心臟病、結核病、精神病、內分泌系統疾病及酒醉的人，觸電引起的傷害程度更加嚴重。

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

[2]任超世.生物電阻抗技術與人體功能信息[J].電子科技導報，1998，11: 17~19.

[3]馮紹勇.對安全用電的思考[D].上海：中國科學院上海冶金研究所，2000.

[4]丁文彥.談人體電阻及其安全因素[J].農業機械化與電氣化，1997，1：16.

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1671-1246（2011）04-0158-02