电的生理效应
电压或电流作用于人体时,人体便成为电路的组成部分,电流的大小等于外加电压除以人体阻抗。
体表有一层导电性最差的皮肤,体内为导电性较强的体液和具有不同导电性的各种组织。影响人体阻抗的因素有:
❶电流的形式与频率。在相同的接触条件下,人体阻抗在通过直流时比交流时大; 交流电频率低时比频率高时大;
❷皮肤的干湿程度;
❸电极与皮肤的接触情况。由于电场的作用,使离子发生移动,形成反电动势,阻碍电流的通路,相当于增加了人体的阻抗。此外,电极和皮肤的接触松紧,接触面的大小及清洁程度,电极和皮肤之间有无导电膏之类化学物质,都直接影响接触阻抗。当这些因素变化而使人体呈现不同的阻抗时,即使相同的电压加于人体,流过人体的电流大小也不相同。当流过人体的电流密度约在1mA/cm2以下时,可认为人体是一种线性的电气材料,而当电流增大至1mA/cm2以上时,神经、肌肉、感受器等组织的细胞出现兴奋现象,人体呈现非线性阻抗性质。
电流通过人体时,会发生许多物理、化学变化,并引起多种复杂的生理效应。这些生理效应主要有热效应、刺激效应和电化学效应。较大的电流将会引起电击,甚至使人体受到损伤(参见“电击”条)。
热效应 任何形式的电流通过人体组织时都能产生热量,使组织温度升高。应用电的热效应的热疗法,可促进新陈代谢,使微血管系统松弛,促进血液循环。如果因热效应而使组织温度过高,组织就可能被烧伤、碳化。电流引起的烧伤与一般烧伤不同,它能造成深层组织的严重损伤,而皮肤表面却损伤较小。低频与直流电的热效应主要是由于电阻损耗;而高频电的热效应除电阻损耗外,还有介质损耗。
刺激效应 当足够强的外加电流通过人体时,能在人体组织中形成局部电位,从而刺激神经和激发动作电位。由于动作电位在神经中传播,进而引起组织反应。当电刺激感觉神经时,在一定条件下能引起痛觉;当电刺激肌肉或运动神经时,能使受影响的肌肉或肌肉群的纤维发生收缩和不随意的运动。足够强的低频刺激能使肌肉强直,造成强直肌肉中所有可能的肌纤维都收缩,使肌肉处于极度紧张状态,以致产生过度疲劳和可能的生理功能损伤。心肌受到刺激,可能产生心房、心室颤动及心脏停搏。刺激呼吸可能导致呼吸停止。实验证明,当从体外加入刺激电流时,在体内电流将扩散开,电流密度将随着进入人体深度的增加而急剧减小,受到刺激的主要是距电极很近的神经和肌肉细胞。在低频电流作用下,当刺激电极植入体内时,大约100μA的电流引入,将引起室颤;当电极置于体表时,流入电流大约1μA即有刺激感,10mA时会发生不随意运动,100mA时会引起心脏停搏。在采取安全措施时,应取以上值的十分之一作为临界值。在频率增高时,刺激作用会逐渐减小,一般认为,当频率超过1,000Hz时,刺激作用与频率成反比地减小。
化学效应 在直流电以及低频电的作用下,组织液内的离子将分别向异性的电极移动,在电极处形成新物质。这些生成物往往是酸碱之类的腐蚀性物质,因此对皮肤有刺激和损伤作用,必须注意防护。组织液中带电离子的移动,还可能改变局部代谢过程,以及引起渗透压的变化。