人体的电流效应

陈

（上海交通大学医学院附属卫生学校，上海201318）

人体的电流效应

（上海交通大学医学院附属卫生学校，上海201318）

人体电现象；人体电阻；电流生物效应

人体生物电在现代医学上早已广泛应用，人体生命过程中的新陈代谢及一切活动都会产生电，如大家所熟悉的心电图、脑电图、肌电图、胃电图等这些生命的足迹就是医生诊断疾病的科学依据。我们知道金属能导电，能通过电流。而人并非金属，为什么也会导电。

1 人体电现象的本质

人体含有大量水分，血液、淋巴液和脑脊液主要是由水组成的，构成了人的体液，体液占体重的70%。体液中阳离子主要有等，阴离子有，有机酸离子和蛋白质等，所以人体体液是电解质溶液，人体组织是电解质导体，能够导电[1~2]。

2 人体电阻

2.1 人体电阻的组成

人体并非纯电阻，而是由电阻与电容组成的阻抗。如图1所示：Rs1和Rs2是皮肤电阻、Cs1和Cs1是皮肤电容、RI及与其并联的虚线支路是体内阻抗。人体电容只有数皮法至数微法，工频条件下可以忽略不计，将人体阻抗看当作是纯电阻。

图1 人体电阻的示意图

2.1.1 皮肤电阻皮肤最外层表皮是角质层，厚度一般不超过0.05mm~0.2mm。在干燥和干净的状态下，角质层的电阻率可达1×105~1×106Ω·m，表皮电阻高达10万欧姆。但表皮有很多微孔保持内外相通，而且容易受到机械破坏和电击穿，在计算人体电阻时一般不予考虑。

人体皮肤电阻与皮肤状态有关，随条件不同在很大范围内变化。如皮肤在干燥、洁净、无破损的情况下，可高达几十千欧，而潮湿的皮肤，其电阻可能在1 000Ω以下。在通电瞬间，人体各部电容由于尚未充电而相当于短路状态。此时的人体电阻近似等于体内电阻。

2.1.2 体内电阻体内电阻由人体内部组织、血液、骨骼组成。由于血液、脂肪、器官等大量的蛋白分子，含水量可达体重的70%，所以人体内部电阻的导电性能好。实践证明，人体内部电阻的平均值大约是500Ω。一般情况下，人体电阻可按1 000Ω~2 000Ω考虑。

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2.2 人体电阻影响因素

2.2.1 人体电阻与接触电压有关在干燥、电流经左手到右手、接触面积50 cm2~100 cm2的条件下，人体电阻，见表1。

表1 人体电阻（W）

表1说明，随着接触电压的升高人体电阻急剧降低。原因之一是角质层和表皮被击穿，人体电阻下降，数十伏的电压即可击穿角质层。原因之二是随着电流的增加，皮肤局部发热增加，汗腺增多，使人体电阻下降。

2.2.2 人体电阻与皮肤状态有关皮肤状态对人体电阻的影响很大。如将皮肤与电极接触的表面用干净的水浸湿后测量，所得人体电阻比干燥条件下的低15%~25%；如改用导电性溶液浸湿，则人体电阻锐减为干燥条件下的1/2；如皮肤长时间湿润，则角质层变得柔软而饱含水分，皮肤电阻几乎完全消失。大量出汗后，人体电阻也明显降低。同时，人体电阻还与皮肤的粗糙程度有关。

2.2.3 人体电阻与通电时间有关电流持续时间延长，人体电阻由于出汗等原因而下降。在20 V~30 V电压下的试验表明，电流持续1~2min后，人体电阻下降10%~20%。

2.2.4 其它方面对人体电阻的影响接触面积增大、接触压力增大、温度升高时人体电阻也会降低。此外，人体电阻也与个体特征有关[1~2]。

3 电流对人体的生物效应

3.1 电热作用

3.2 电解作用

电流通过可导电的体液时，可以使体液内的化合物电解。水是氢和氧化合产生的物质，在电流作用下，在阳极端的水会产生氧的气泡，在阴极端的水会产生氢气泡。在人体组织内，电流的电解作用也产生气泡。电流通过组织同样会使化合物分解，例如皮脂可以分解为脂肪酸。

3.3电机械作用

电流产生的蒸汽或气体，以及电能转变为机械能，引起组织的机械性损伤，例如伤口的形成，以及骨小梁的折断等等[3~4]。

4 电流对人体的危害

电流较小时对人体无害，用于诊断和治疗的某些医疗电器设备，接触人体时通过微量电流还能治病救人，对人体有益，这种电接触被称作微电接触。如通过人体的电流较大，持续时间过长，则可使人体受到伤害甚至死亡，被称作电击，电击可危及生命。

电流通过人体内部，能使肌肉产生突然收缩效应，产生针刺感、压迫感、打击感、痉挛、疼痛、血压升高、昏迷、心律不齐、心室颤动等症状。数十毫安的电流通过人体即可引起呼吸停止。数十微安的电流直接流过心脏会导致心室纤维性颤动。电流对人体损伤的程度与下列因素有关[3~4]。

4.1 电流大小

通过人体的电流大小不同，引起人体的生理反应也不同。按照通过人体的电流大小和人体呈现的不同反应，可将电流划分为感知电流、摆脱电流和致命电流。

4.1.1 感知电流就是能引起人的感觉的最小电流，一般成年男性约为1.1mA，成年女性约为0.7mA。

4.1.2 摆脱电流（见表2）是指人体触电以后能够自己摆脱的最大电流。成年男性约为13mA，成年女性约为10.5mA，儿童的摆脱电流比成年人要小。应当指出，一旦触电后不能摆脱电源时，后果是比较严重的。

表2 摆脱电流范围内，触电后人的生理反应

4.1.3 致命电流是指在较短的时间内危及人的生命的最小电流。电击致死是电流引起心室纤颤造成的，通常100mA为致命电流。导致心室纤颤的通过人体的15 Hz～100 Hz交流电流与通电时间t的关系曲线如图2曲线所示[4]。

图2 交流电流通过人体时的效应

从图2可知，当电击电流和其持续时间在④区内，人体就有死亡的危险。通常以③区内距离曲线c有一段距离的曲线L作为人体是否安全的界限，从曲线L可知，只要电流小于30mA，人体就不致因发生心室纤颤而电击致死。

4.2 电流持续时间

电流持续时间与机体的损伤程度有密切关系，通电时间越短，对机体的影响越小；通电时间越长，对机体损伤就越大，危险性也增大，特别是电流持续流过人体的时间超过人的心脏博动周期时对心脏的威胁更大，极易产生心室纤颤。人的心脏每收缩扩张一次约有0.1 s的间隙，这0.1 s的间隙期对电流特别敏感。

如果通过人体的电流只有20mA~25mA，一般不会直接引起心室颤动或心脏停止跳动。但如时间较长，仍可导致心室颤动或心脏停止跳动（如表3），这主要是由于呼吸停止，导致机体缺氧引起的，但当通过人体的电流超过数安时，由于刺激强烈，也可能先使呼吸停止。数安培的电流流过人体，还可能导致严重的烧伤甚至死亡。

表3 电流与时间的关系

4.3 电流通过人体的途径

通过人体的电流途径不同，对人体的损伤情况也不同。电流通过心脏、脊椎和中枢神经等重要部位时，电击的伤害最为严重。因此从左手到胸部以及从左手到右脚是最危险的电流通过途径，从脚到脚一般危险性较小，但不代表没有危险。

4.4 电流种类

直流电、交流电流对人体都有伤害作用，以交流电中25Hz~ 300Hz的电流对人体损害最大，且极易引起心室纤颤，20 000Hz以上的交流电对人体影响较小，故可用来作为理疗之用。平时使用的工频交流电源为50 Hz，人体对工频交流电要比直流电敏感得多，接触直流电时，当强度达250mA时也不会引起特殊损伤，而接触50 Hz交流电时只要有50mA的电流通过人体，持续数十秒，便可引起心室纤颤，甚至死亡。故一定要提高警惕，搞好安全用电工作[2~3]。

4.5 电压与人体电阻

通过人体的电流取决于外加电压和人体电阻。据测量，在带电体电压一定的情况下，触电时人体电阻愈大，通过人体的电流就越小，危险程度也愈小。反之，危险程度越高。人体触及带电体的面积越大，接触越紧密，则电阻越小，危险程度也越大。同理，接触的电压越高，对人体的损伤也就越大。一般将36伏以下的电压称为安全电压。但在特别潮湿的环境中即使接触36伏的电源也有生命危险，所以在这种场所，一般宜使用12伏安全电压。

4.6 人体状况

人体的健康状况和精神状态是否正常，对于触电伤害的程度是不同的。患有心脏病、结核病、精神病、内分泌系统疾病及酒醉的人，触电引起的伤害程度更加严重。

[1]杜松怀.人体电阻等值电路的分析[J].电气时代，1995，5：19~20.

[2]任超世.生物电阻抗技术与人体功能信息[J].电子科技导报，1998，11: 17~19.

[3]冯绍勇.对安全用电的思考[D].上海：中国科学院上海冶金研究所，2000.

[4]丁文彦.谈人体电阻及其安全因素[J].农业机械化与电气化，1997，1：16.

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1671-1246（2011）04-0158-02