Роль электрических процессов в функционировании живых организмов

По структуре живой организм, как правило, состоит из совокупности клеточных тканей, образующих мышечную, кровеносную, лимфотическую, нервную и иные системы. Внутренняя среда организма является электропроводящей. В ней, представляющей собой электролиты, осуществляется передвижение ионов, молекул, циркулируют электрические токи, которыми возбуждаются, определяются и регулируются все жизненно важные процессы. Токи возбуждаются электрическими полями, создаваемыми ионами, концентрация которых зависит от вида химических реакций, протекающих в организме, вида и скорости обменных процессов.

Следует отметить ключевую роль электрических процессов в двигательных функциях мышечных тканей. В них осуществляется преобразование энергии электрического поля в механическую работу.

Нормальное функционирование клеток организма связано с обменом веществ через мембраны. Обмен осуществляется путем открытия каналов в мембране, через которые проходят ионы различных элементов. Открытие каналов происходит за счет электростатических сил, действующих на белковые молекулы мембраны, при изменениях напряжения между стенками мембраны, вследствие различия концентраций ионов внутри и снаружи клетки. Изменение концентрации ионов внутри и снаружи клетки. Изменение концентрации ионов снаружи клетки и возникновение разности потенциалов являются неотъемлемыми элементами механизмов электрохимической передачи информации по тканям. В спокойном состоянии напряжение составляет примерно 80 мВ. Для того, чтобы каналы мембраны оказались прозрачными для ионов натрия, достаточно уменьшить напряжение на 20 мВ. С учетом электропроводности и структуры нервных тканей этому состоянию соответствует усредненные напряженность электрического поля в организме человека 40 В/м и плотность тока 4 А/м². Если внутри тела человека искусственно создать поле и плотность тока, то будут нарушены естественные процессы функционирования органов, например, наступит паралич нервных тканей или нарушится ритм сокращений сердечной мышцы. Таким образом, указанные значения напряженности поля или плотности тока являются безусловно опасными.

Поле внутри тела может быть создано как при непосредственном касании человеком токоведущих частей, так и за счет протекания по телу токов смещения, если человек находится в переменном электромагнитном поле. Указанной напряженности поля или плотности тока внутри тела человека соответствует напряженность внешнего электрического поля промышленной частоты 100 МВ/м или магнитного поля примерно 1 МА/м. Следует отметить, что ни магнитные, ни электрические поля указанной напряженности на практике не встречаются и случаев непосредственного поражения человека магнитным или электрическим полем промышленной частоты не зарегистрировано.

Согласно многочисленным исследованиям полей на человека неопасной считается плотность тока в организме ~10 мА/м², что соответствует при частоте 50 Гц напряженности внешних полей 20 кВ/м и 4 кА/м.

При больших плотностях наблюдаются такие последствия, как изменения синтеза протеинов и ДНК, нарушение ионного равновесия, концентрации промежуточных продуктов обмена и активных веществ в клетках изменения процессов деления клеток и т. п. При плотностях тока 100-1000 мА/м² могут происходить сильные возбуждения клеток и тканей центральной нервной системы, возникают болевые ощущения, а при больших плотностях тока возможны аритмия и фибрилляция сердца.

Более удобным для пользования является не плотность тока, а ток, протекающий через тело по направлению рука-рука. Безопасный для человека ток зависит от времени его воздействия. Согласно ГОСТ 12.1.038 эти зависимости для производственных и бытовых условий приведены в таблице.

Таблица 7.1

Предельно допустимые токи через тело человека в зависимости от времени протекания при частоте 50 Гц, мА

Условия	Время протекания, с
0,01-0,08	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	более 1,0
Производственные
Бытовые

Используя эти нормированные токи, можно оценить внешние поля, которые создают указанные в таблице токи. Такие оценки как уже отмечалось, при времени воздействия более 1 с дают значения 25 кВ/м и 4 кА/м.

Дата добавления: 2014-01-05