Электрическое сопротивление тела человека

Величина тока в электрической цепи через тело человека определяется сопротивлением этой цепи и приложенным напряжением. Электрическое сопротивление тела человека с точки зрения электротехники является специфическим – нелинейным и зависящим от частоты переменного тока. Электрическое сопротивление тела зависит от индивидуальных особенностей человека веса, роста, состояния кожного покрова ладоней рук и ступней ног. Внутренние ткани организма имеют различное удельное электрическое сопротивление (табл.1).

Анализ табл.1 показывает, что кожа, входящая в непосредственное соприкосновение, как правило, с металлическим контактом (электродом) электрической цепи, обладает наивысшим удельным электрическим сопротивлением и может определять электрическое сопротивление всей цепи через тело человека, однако это оказывается справедливым только для малых значений напряжения электрической цепи (до 50 В).

 

 

                                                                                 Таблица 1

Удельное объёмное электрическое сопротивление тканей человеческого организма

 

№	Наименование тканей	Удельное электрическое сопротивление, Ом.м
1 2 3 4 5 6	Кожа сухая Костная ткань (без надкостницы) Жировая ткань Мышечная ткань Кровь Спинномозговая жидкость	3 . 104…2 . 105 104…2 . 105 300…600 15,0…30,0 10,0…20,0 5,0…6,0

 

Сравнительно большую величину электрического сопротивления кожи составляет электрическое сопротивление её достаточно тонкого (до 0,1 мм) наружного рогового слоя (эпидермиса), а внутренний слой обладает электрическим удельным сопротивлением близким по значению жировой и мышечной ткани (до 200 Ом^.м).

 

Наружный слой кожи, располагающийся между электродом электрической цепи и сравнительно хорошо проводящей внутренней областью кожи (рис.1), для анализа электрической цепи через тело человека можно представить в виде электрической схемы замещения, представляющей собой схему несовершенного конденсатора С_н, включённого параллельно с активным сопротивлением R_н. Как показывают экспериментальные исследования, величина удельной ёмкости контакта колеблется в пределах 0,0047…0,0152 мкФ/м² в зависимости от изменения толщины эпидермиса и его относительной диэлектрической проницаемости. 

Электрическую схему замещения всего тела человека по характерным путям протекания тока: ладонь – ладонь, ступня – ступня, ладони – ступни, ладонь – ступни с учётом электрической схемы замещения каждого контакта и внутреннего электрического сопротивления живых тканей организма R_в при напряжениях и токах, существенно превышающих внутренние биотоки и биопотенциалы организма, можно представить в виде последовательной электрической схемы (рис.1).

 

 

 

Сн

Rн

Ток электрической цепи через тело человека

Протекание тока внутри тела человека

Внутренние ткани организма

Внутренний слой кожи

Наружный слой кожи (эпидермис)

 

    

    

 

 

          

 

   

    

           

 

 

 

Рис.1 Структура контакта электрода электрической цепи и

кожи человека и электрическая схема замещения этого контакта в виде несовершенной ёмкости

 

 

Контакт 2

внутреняя область тела

Контакт 1

Rвн

Сн1

Rн1

Сн2

Rн2

Ладонь 1

Ладонь 2

 

 

Рис. 2 Электрическая схема замещения тела человека

 

 

Тело человека в электрической цепи может рассматриваться как простой физический проводник только при определённых допущениях, потому что при протекании тока в теле человека происходят сложные биофизические процессы. Как было показано, процесс протекания тока в живых тканях значительно сложнее процесса протекания тока в металлах, изоляции, электролитах и полупроводниках.

Большое значение имеет путь протекания тока. Схема замещения отражает только характерные пути протекания тока. При этом названия путей: «ладонь – ладонь», «ступня – ступня» и т.п., - более точные по сравнению с названиями, часто применяемыми в технической литературе: «рука – рука», «нога – нога» и т.п. Дело в том, что при рассмотрении электрической схемы замещения тела человека не рассматриваются любые пути протекания тока. Как показано в трудах Манойлова В.Е., воздействие, например, электрического тока на акупунктурные точки человеческого тела, слизистые оболочки, область головы может вызвать летальный исход при очень малых значениях тока. Электрическая схема замещения в этом случае будет иметь особенности с точки зрения учёта малой проводимости нервных клеток или специфики внутреннего сопротивления электрической цепи. Такие сложные электрические воздействия на организм человека могут быть предметом специального исследования и в данном учебном курсе не рассматриваются.

 

Активное сопротивление R_н и ёмкость С_н составляют полное сопротивление наружного слоя кожи Z_н. Внутреннее сопротивление тела человека R_в в основном зависит от пути протекания (рис.3) и может колебаться в пределах 300…800 Ом. Экспериментальными исследованиями, проведёнными на основе выборки, состоящей из 87 человек (МИИТ - МГТУПС), получены средние значения внутренних сопротивлений в зависимости от пути протекания тока по телу человека (табл.2). 

 

 

 

Рис. 3 Характерные пути протекания тока по организму человека

 

Полное электрическое сопротивление тела человека по характерным путям протекания, принимая допущение о равенстве площадей и условий возникновения контактов тела человека и электрической цепи, например, по пути «ладонь – ладонь» или «ступня – ступня», может быть выражено соотношением:

где  - полная комплексная величина электрического сопротивления тела человека, Ом;

 - комплексное значение электрического сопротивления наружного слоя кожи человека в месте контакта, Ом;

R_в – внутреннее электрическое сопротивление тела человека, Ом.

 

 

Таблица 2

Средние значения внутреннего электрического сопротивления тела человека

 

№	Путь тока по телу человека	Rв, Ом
1 2 3 4	Ладонь – ладонь (рука – рука) Ладонь – ступни (рука – ноги) Ладони – ступни (руки – ноги) Ступня – ступня (нога – нога)	660 510 330 520