第二节　电流对人体的危害

电流对人体作用的规律，可定量地分析触电事故，也可运用这些规律科学地评价一些防触电措施和设施是否完善，科学地评定一些电器产品是否合格等。

一、作用机理和征象

1.作用机理

电流通过人体时破坏人体内细胞的正常工作，主要表现为生物学效应。电流作用于人体还包括有热效应、化学效应和机械效应。

电流的生物学效应主要表现为使人体产生刺激和兴奋行为，使人体活的组织发生变异，从一种状态变为另外一种状态。电流通过肌肉组织，引起肌肉收缩。由于电流引起神经细胞激动，产生脉冲形式的神经兴奋波，当这兴奋波迅速地传到中枢神经系统后，后者即发出不同的指令，使人体各部作相应的反应，因此，当人体触及带电体时，一些没有电流通过的部位也可能受到刺激，发生强烈的反应，重要器官的工作可能受到破坏。

在活的机体上，特别是肌肉和神经系统，有微弱的生物电存在。如果引入局外电流，生物电的正常规律将受到破坏，人体也将受到不同程度的伤害。

电流通过人体还有热作用。电流所经过的血管、神经、心脏、大脑等器官将因为热量增加而导致功能障碍。

电流通过人体，还会引起机体内液体物质发生离解、分解导致破坏。

电流通过人体，还会使机体各种组织产生蒸汽，乃至发生剥离、断裂等严重破坏。

2.作用征象

小电流通过人体，会引起麻感、针刺感、压迫感、打击感、痉挛、疼痛、呼吸困难、血压异常、昏迷、心律不齐、窒息、心室颤动等症状。数安以上的电流通过人体，还可能导致严重的烧伤。

人体工频电流试验的典型资料见表2-1。

小电流电击使人致命的最危险、最主要的原因是引起心室颤动。麻痹和中止呼吸、电休克虽然也可能导致死亡，但其危险性比引起心室颤动要小得多。发生心室颤动时的心电图和血压的变化如图2-2所示。发生心室颤动时，心脏每分钟颤动1000次以上，但幅值很小，而且没有规则，血液实际上中止循环。图2-2表明，心室颤动是在心电圈上T波的前半部发生的。心室颤动能够持续的时间是不会太长的。在心室颤动状态下，如不及时抢救，心脏很快将停止跳动，并导致生物性死亡。

当人体遭受电击时，如果有电流通过心脏，可能直接作用于心肌，引起心室颤动；如果没有电流通过心脏，亦可能经中枢神经系统反射作用心肌，引起心室颤动。

由于电流的瞬时作用而发生心室颤动时，呼吸可能持续2～3min。在其丧失知觉之前，有时还能叫喊几声，有的还能走几步。但是，由于其心脏已进入心室颤动状态，血液已中止循环，大脑和全身迅速缺氧，病情将急剧恶化。如不及时抢救，很快将导致生物性死亡。

人体遭受电击时，如有电流作用于心肌，还特使胸肌发生痉挛，使人感到呼吸困难。电流越大，感觉越明显。如果时间较长，将发生憋气、窒息等呼吸障碍。窒息后，意识、感觉、生理反射相继消失，继而呼吸中止。稍后，即发生心室颤动或心脏停止跳动。在这种情况下，心室颤动或心脏停止跳动不是由电流通过心脏引起的，而是由机体缺氧和中枢神经系统反射引起的。

电休克是机体受到电流的强烈刺激后，发生强烈的神经系统反射，使血液循环、呼吸及其他新陈代谢都发生障碍，以致神经系统受到抑制，出现血压急剧下降、脉搏减弱、呼吸衰竭、神志昏迷的现象。电休克状态可以延续数十分钟到数天。其后果可能是得到有效的治疗而痊愈，也可能由于重要生命机能完全丧失而死亡。

二、作用影响因素

不同的人于不同的时间、不同的地点与同一根带电导线接触，后果将是千差万别的。这是因为电流对人体的作用受很多因素的影响。

1.电流大小的影响

通过人体的电流越大，人的生理反应和病理反应越明显，引起心室颤动所用的时间越短，致命的危险性越大。按照人体呈现的状态，可将预期通过人体的电流分为三个级别。

（1）感知电流在一定概率下，通过人体引起人有任何感觉的最小电流（有效值，下同）称为该概率下的感知电流。概率为50％时，成年男子平均感知电流约为1.1mA，成年女子约为0.7mA。

感知电流一般不会对人体构成伤害，但当电流增大时，感觉增强，反应加剧，可能导致坠落等二次事故。

（2）摆脱电流当通过人体的电流超过感知电流时，肌肉收缩增加，刺痛感觉增强，感觉部位扩展。当电流增大到一定程度时，由于中枢神经反射和肌肉收缩、痉挛，触电人将不能自行摆脱带电体。在一定概率下，人触电后能自行摆脱带电体的最大电流称为该概率下的摆脱电流。

摆脱电流的概率曲线如图2-3所示。概率为50％时，成年男子和成年女子的摆脱电流分别约为16mA和10.5mA；摆脱概率为99.5％时，成年男子和成年女子的摆脱电流约为9mA和6mA。

摆脱电流是人体可以忍受但一般尚不致造成不良后果的电流。电流超过摆脱电流以后，会感到异常痛苦、恐慌和难以忍受；如时间过长，则可能昏迷、窒息，甚至死亡。因此，可以认为摆脱电流是有较大危险的界限。

（3）室颤电流

通过人体引起心室发生纤维性颤动的最小电流称为室颤电流。电击致死的原因是比较复杂的。例如，高压触电事故中，可能因为强电弧或很大的电流导致的烧伤使人致命；低压触电事故中，正如前面说过的，可能因为心室颤动，也可能因为窒息时间过长使人致命。一旦发生心室颤动，数分钟内即可导致死亡。因此，在小电流（不超过数百毫安）的作用下，电击致命的主要原因，是电流引起心室颤动。因此，可以认为室颤电流是短时间作用的最小致命电流。

实验表明，室颤电流与电流持续时间有很大关系。如图2-4所示，室颤电流与时间的关系符合“Z”形曲线的规律。当电流持续时间超过心脏搏动周期时，人的室颤电流约为50mA；当电流持续时间短于心脏搏动周期时，人的室颤电流约为数百毫安，当电流持续时间在0.1s以下时，如电击发生在心脏易损期，500mA以上乃至数安的电流可引起心室颤动；在同样电流下，如果电流持续时间超过心脏跳动周期，可能导致心脏停止跳动。

对于从左手到双脚的电流途径，可按图2-5划分电流对人体作用的带域。图中，a以下的AC-1区通常是无生理效应，没有感觉的带域；a线与b线之间的AC-2区通常是有感觉，但没有有害的生理效应的带域；b线与c1线之间的AC-3区通常是没有机体损伤、不发生心室颤动，但可能引起肌肉收缩和呼吸困难，可能引起心脏组织和心脏脉冲传导障碍，还可能引起心房颤动以及转变为心脏停止跳动等可复性病理效应的带域；c1线以上的AC-4区是除AC-3区各项效应外，还有心室颤动危险的带域。c1线上500mA、100ms点相应于心室颤动的概率为0.14％；c2线相应于心室颤动的概率为5％；c3线相应于心室颤动的概率为50％。相应于AC-4区内的电流和时间，还可能引起呼吸中止、心脏停止跳动、严重烧伤等病理效应。但c1线的特征是：当电击持续时间从10ms升至100ms时，室颤电流从500mA降至400mA；当电击持续时间从1s至3s时，室颤电流从50mA降至40mA；两段之间用平滑曲线连接起来。

工频电流对人体的作用亦可参考表2-2确定。

2.电流持续时间的影响

图2-5和表2-2都表明，电击持续时间越长，则电击危险性越大。其原因有四点。

（1）电流持续时间越长，则体内积累局外电能越多，伤害越严重，表现为室颤电流减小。

（2）心电图上心脏收缩与舒张之间约0.2s的T波（特别是T波的前半部，参见图2-2）是对电流最为敏感的心脏易损期（易激期）。电击持续时间延长，必然重合心脏易损期，电击危险性增大。

（3）随着电击持续时间的延长，人体电阻由于出汗、击穿、电解而下降，如接触电压不变，流经人体的电流必然增加，电击危险性随之增大。

（4）电击持续时间越长，中枢神经反射越强烈，电击危险性越大。

3.电流途径的影响

人体在电流的作用下，没有绝对安全的途径。电流通过心脏会引起心室颤动及至心脏停止跳动而导致死亡；电流通过中枢神经及有关部位，会引起中枢神经强烈失调而导致死亡；电流通过头部，严重损伤大脑，亦可能使人昏迷不醒而死亡；电流通过脊髓会使人截瘫；电流通过人的局部肢体亦可能引起中枢神经强烈反射而导致严重后果。

流过心脏的电流越多、电流路线越短的途径是电击危险性越大的途径。

可用心脏电流因数粗略衡量不同电流途径的危险程度。心脏电流因数是表明电流途径影响的无量纲系数。如通过人体左手至脚途径的电流I0与通过人体某一途径的电流I引起室颤动的危险性相同，则该途径的心脏电流因数为不同途径的心脏电流因数见表2-3。

可以看出，左手至前胸是最危险的电流途径；右手至前胸、单手至单脚、单手至双脚、双手至双脚等也都是很危险的电流途径。除表中所列各途径以外，头至手、头至脚也是很危险的电流途径；左脚至右脚的电流途径也有相当的危险，而且这条途径还可能使人站立不稳而导致电流通过全身，大幅度增加电击的危险性。局部肢体电流途径的危险性较小，但可能引起中枢神经强烈反射而导致严重后果或造成其他二次事故。

各种电流途径发生的概率也是不一样的。例如，左手至右手的概率为40％、右手至双脚的概率为20％、左手至双脚的概率为17％。

4.电流种类的影响

不同种类电流对人体伤害的构成不同，危险程度也不同，但各种电流对人体都有致命危险。

（1）直流电流的作用，在接通和断开瞬间，直流平均感知电流约为2mA。300mA以下的直流电流没有确定的摆脱电流值；300mA以上的直流电流将导致不能摆脱或数秒至数分钟以后才能摆脱带电体。电流持续时间超过心脏搏动周期时，直流室颤电流为交流的数倍；电流持续时间200ms以下时，直流室颤电流与交流大致相同。

（2）100Hz以上电流的作用，通常引进频率因数评价高频电流电击的危险性。频率因数是通过人体的某种频率电流与有相应生理效应的工频电流之比。100Hz以上电流的频率因数都大于1。当频率超过50Hz时，频率因数由慢至快，逐渐增大。

感知电流、摆脱电流与频率的关系可按图2-6确定。图中，1、2、3为感知电流曲线，1线感知概率为0.5％、2线感知概率为50％、3线感知概率为99.5％；4、5、6为摆脱电流曲线，摆脱概率分别为99.5％、50％和99.5％。

（3）冲击电流的作用。冲击电流指作用时间不超过0.1～10ms的电流，包括方脉冲波电流、正弦脉冲波电流和电容放电脉冲波电流。冲击电流对人体的作用有感知界限、疼痛界限和室颤界限，没有摆脱界限。冲击电流的疼痛界限常用比能量I2t表示。在电流流经四肢、接触面积较大的情况下，疼痛界限为50×10-6～10×10-6A2s。对于左手双脚的电流途径，冲击电流的室颤界限如图2-7所示。图中，C1以下是不发生室颤的区域；C1与C2之间是低度（概率5％以下）室颤危险的区域；C2与C3之间是中等（概率50％）室颤危险的区域；C3以上是高度（概率50％以上）室颤危险的区域。

5.个体特征的影响

身体健康、肌肉发达者摆脱电流较大；室颤电流约与心脏质量成正比。患有心脏病、中枢神经系统疾病、肺病的人电击后的危险性较大。精神状态和心理因素对电击后果也有影响。女性的感知电流和摆脱电流约为男性的2/3。儿童遭受电击后的危险性较大。

三、人体阻抗

人体阻抗是确定和限制人体电流的参数之一。因此，它是处理很多电气安全问题必须考虑的基本因素。人体阻抗是包括皮肤、血液、肌肉、细胞组织及与其结合部在内的含有电阻和电容的阻抗。

1.人体电阻组成和分布

人体不是纯电阻，其等值电路如图2-8所示。图中，Rs1和Rs2是皮肤电阻、Cs1和Cs2是皮肤电容、Ri及其并联的虚线支路是体内阻抗。但是，人体电容很小，工频条件下可忽略不计，从而可将人体阻抗看作是纯电阻。

皮肤表面厚0.05～0.2mm的角质层的电阻值很高。在干燥和干净的状态下，其电阻率可达1×105～1×106Ω·m。但因其不是一张完整的薄膜，又很容易受到破坏，计算人体电阻时一般不予考虑。皮肤电阻在人体电阻中占有较大的比例，皮肤破坏后，人体电阻急剧下降。

体内电阻是除去表皮之后的人体电阻，主要决定于电流途径和接触面积。在接触面积仅数平方毫米的情况下，体内电阻增大。

人体电阻是皮肤电阻与体内电阻之和。接触电压大致在50V以下时，由于皮肤电阻的变化，人体电阻也在较大范围内变化；而在接触电压较高时，人体电阻与皮肤电阻的关系不大，而且皮肤击穿后，近似等于体内电阻。

2.人体电阻变动范围

在干燥、电流途径从左手到右手、接触面积50～100cm2的条件下，人体电阻见表2-4。

电流途径为从左手到右手，或单手到单脚时的人体抗阻曲线见图2-9。

皮肤状态对人体电阻的影响很大。干燥条件下，人体电阻约为1000～3000Ω。皮肤沾水、皮肤损伤、皮肤表面沾有导电性粉尘等都会使人体电阻下降。当接触电压在50V以下时，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，则角质层变得松软而饱含水分，皮肤电阻几乎完全消失。当然，如大量出汗，皮肤电阻也将明显下降。

图2-9表明，随着接触电压升高人体电阻急剧降低。角质层的击穿强度只有500～2000V/m，数十伏的电压即可击穿角质层，使人体电阻大大降低。随着电流增加，皮肤局部发热增加，使汗腺增多，人体电阻下降。

电流持续时间越长，人体电阻由于出汗等原因而下降。在20～30V电压下的试验表明，电流持续1～2min后，人体电阻下降10％～20％。

接触压力增加、接触面积增大也会降低人体电阻。

除上述外，女子的人体电阻比男子的小、儿童的比成人的小、青年人的比中年人的小。