Электричество в теле человека кратко
Обновлено: 04.07.2024
Электричества, которое генерирует человек, может хватить для зарядки мобильного телефона. Наши нейроны находятся под постоянным напряжением, а разницу между жизнью и смертью можно определять по электрическим волнам на энцефалограмме.
Электричество в каждом
Как это работает
Но это всего лишь один из примеров – в нашем теле много химических процессов, которые вырабатывают электричество. Каждый человек – это настоящая электростанция, и ее вполне можно использовать в быту.
Много ли мы производим ватт?
Энергия человека как альтернативный источник питания уже давно перестала быть мечтой фантастов. У людей большие перспективы в качестве генераторов электричества, его можно вырабатывать практически из любого нашего действия. Так, от одного вдоха можно получить 1 Вт, а спокойного шага хватит, чтобы питать лампочку в 60 Вт, да и зарядить телефон будет достаточно. Так что проблему с ресурсами и альтернативными источниками энергии, человек может решить, в буквальном смысле, сам.
Чем отличаются электричество нашего организма и электричество, которое подается к розеткам в наших домах? Как передают сигналы нервные клетки? Почему ботокс — это яд и как он работает? Обо всем этом — в выпуске Маши Осетровой.
Всем привет, я Маша Осетрова, и сегодня я немного расскажу вам про электричество в теле человека.
Сюжет о Викторе Франкенштейне, создавшем монстра из неживой материи, идейно восходит к проведенным в XVIII веке опытам Луиджи Гальвани, который заставил мышцы лягушки сокращаться под действием электрического тока. Его эксперименты вдохновили многих исследователей на изучение функций электричества в теле живых существ. На сегодняшний день ученые сильно продвинулись в этой области: придумали обезболивающие, выяснили, что заставляет наше сердце биться, что происходит в голове у влюбленных и многое другое.
Между электричеством нашего организм, и электричеством, которое обеспечивает наши дома, есть два фундаментальных различия. Электричество из розетки представляет собой поток электронов. В отличие от этого практически все токи в живых существах являются потоками ионов — атомов, имеющих электрический заряд. Токи в нашем организме связаны с пятью типами частиц: четырьмя положительными ионами — натрия, калия, кальция и водорода — и одним отрицательным хлорид-аниона.
Второе важное различие связано с направлением движения частиц. Ток в электрической цепи течет вдоль проводника, в то время как распространению электрического импульса по нейрону способствует движение ионов в перпендикулярном направлении.
В состоянии покоя на мембране всех клеток существует разность потенциалов в 70 мВ, которую также называют потенциалом покоя. Изменение этого потенциала возможно при проходе заряженных частиц через мембрану внутрь и наружу клетки через специальные шлюзы — ионные каналы.
Для управления ионными каналами соседей нервные клетки выпускают в синаптическую щель — место контакта нейронов — специальные вещества, нейромедиаторы. Они специфично взаимодействуют с ионными каналами в мембране целевой клетки, подходя к определенному типу каналов как ключ к замку. В результате взаимодействия канал открывается, пропуская через себя ионы внутрь или наружу клетки. Направление движения частиц при этом зависит от концентрации ионов и распределения зарядов.
В состоянии покоя потенциал-зависимые натриевые и калиевые каналы клеток нервной и мышечной ткани находятся в закрытом состоянии под действием потенциала покоя. Они открываются только тогда, когда потенциал смещается в положительную сторону: когда это происходит, генерируется нервный импульс.
Хотя потенциально нервные волокна могут проводить импульсы в любую сторону, обычно они передают их только в одном направлении. Двигательные нервы передают сигнал от головного и спинного мозга к мышцам для управления их сокращением, а чувствительные нервы передают информацию в обратном направлении — от органов чувств к головному мозгу.
Поддержание клеток в поляризованном состоянии жизненно важно для организма и крайне энергозатратно. Один лишь мозг использует около 10% вдыхаемого кислорода для поддержания работы натриевого насоса и подзарядки аккумуляторов нервных клеток.
Наибольшее значение для генерации нервного импульса имеют калиевые и натриевые каналы. Это подчеркивает тот факт, что яды пауков, моллюсков, актиний, лягушек, змей, скорпионов и множества других экзотических существ воздействуют именно на них и, таким образом, нарушают функционирование нервов и мышц. Многие токсины крайне специфичны и нацелены на какой-нибудь один вид ионных каналов.
Еще один токсин, ради эффекта которого люди готовы рискнуть — ботокс, используемый в косметических целях для разглаживания морщин. Ботокс, он же ботулотоксин — яд бактерий вида Clostridium botulinum, — один из самых сильных известных природных ядов. Он препятствует сокращению мышц и постепенно приводит к смерти от удушья. В количестве, умещающемся на кончике иглы, он смертелен для взрослого человека, однако инъекции ботокса под кожу в ничтожных концентрациях способствуют избавлению от мимических морщин.
Организм человека - сложная система, которая при воздействии на него различных внешних факторов активизирует собственные функции регулирования и защитные реакции. Однако, при таких опасных воздействиях как статическое электричество и низкие температуры, требуется всесторонний учет физиологических особенностей человека.
В зависимости от знака, величины и места накопления электростатического заряда, электрическое поле, им созданное, может оказывать негативное влияние на организм человека и даже представлять опасность его здоровью 17.
Стекание с наэлектризованной одежды накопленного на ней электрического заряда посредством газового разряда может стать причиной первичных травм, связанных с прохождением электрического тока через тело человека, ожогом искрой, или в результате возгорания находящихся в окружающей среде опасных веществ, а также вторичных - ушибы и травмы при падении. Даже если возникающий при электризации или нейтрализации сред электрический ток не опасен для человека, длительное воздействие на организм даже слабых токов разрядки вызывает расстройство нервной системы и ухудшает общее состояние человека. Длительное пребывание во внешнем электростатическом поле может вызвать функциональные нарушения нервной и сердечно - сосудистой систем.
Влияние электрического поля на живой организм достаточно сложно, так как система управления живого организма построена на нейро-электрических импульсах (смертельным уровнем тока для человека является 0,1А). Кроме этого, воздействие электрической энергии связано с возникновением электрического разряда через газовый промежуток, который не менее опасен. При газовом разряде концентрация на малой площади огромной температуры (до 20000 К) приводит к появлению огромной тепловой энергии. Этот мощный тепловой поток и является основным поражающим фактором при воздействии электрического разряда, вызывающим возгорание одежды и сильные ожоги (нередко с летальным исходом).
Таблица 1.3 - Физиологические процессы при воздействии электрического поля и электрического тока на человека.
Причины и источники
Электрическое поле, источник которого находится вне человеческого организма, разрушает работу центральной нервной системы и сердечно-сосудистой системы этих систем, нормальное функционирование которых основано на внутренних электрических процессах определенной частоты.
Снижение активности головного мозга, нарушения в работе сердца
образующийся на коже человека (трибоэлектризация)
Нарушение молекулярных структур и проницаемости клеточных мембран, изменение ферментативной активности и ионного состава крови, снижение активности печени и мозга, при Е≥200 кВ/м - уменьшение иммунных и розеткообразующих клеток селезенки, при Е≥260 кВ/м - перестройка сухих волокон ДНК (Е - напряженность электрического поля). Возможно общее нарушение первичного иммунитета.
Пробой и воспламенение производственных газовых смесей
Ожоги различной степени (в том числе открытым пламенем), разрушение кожных покровов, мышечной и костной ткани
Продолжение таблицы 1.3
Под действием внешнего электрического поля возникает направленное движение неполярных молекул, катионов и анионов, обеспечивающих жизнедеятельность человека.
Нарушение нормального функционирования организма
Резкое непроизвольное движение частей тела под действием электрического разряда или его последствий.
Механические повреждения о расположенные вблизи предметы, в результате падения.
Сведения, представленные в таблице, показывают, что воздействия на человека статического электричества приводят к разносторонним изменениям в организме и представляют угрозу его жизни и здоровью.
Проведенные в ИЗМИРАН (Институт Земного Магнетизма и Ионосферы РАН) [6] измерения показали, что эксплуатация одежды, изготовленной из натуральных материалов, не вызывает значительной электризации кожи человека, в то время как синтетические материалы - наоборот. Негативное влияние на человека оказывает положительный электрический заряд, сгенерированный на поверхности кожи, тогда как незначительный отрицательный заряд оказывает благоприятное воздействие. Отрицательный заряд возникает на коже человека при контакте ее с натуральными материалами, такими как хлопок, шерсть. Воздух, содержащий отрицательные ионы, способствует лечению больных туберкулезом легких, а пребывание человека в среде с избытком положительных ионов приводит к отклонениям от нормальной деятельности сосудистой и нервной систем, вызывает головные боли, сонливость или излишнюю нервозность.
Отрицательное биологическое воздействие большинства синтетических материалов свидетельствуют о том, что к выбору одежды в целом, и специальной защитной одежды в том числе, необходимо подходить очень внимательно [7].
Постоянный ток распространяется в тканях по пути наименьшего сопротивления, по межклеточным пространствам, кровеносным и лимфатическим сосудам.
В действии постоянного тока на организм большое значение имеет электропроводность тканей, зависящая от их влажности. Сухая кожа обладает сопротивлением в десятки тысяч ом; тонкая, нежная, особенно влажная, а также поврежденная кожа лучше проводит постоянный ток. Электропроводность других сред и тканей организма гораздо больше.
Наибольшей электропроводностью обладают спинномозговая жидкость, меньшей - мышцы и цельная кровь. Значительная величина сопротивления кожи приводит к тому, что во время действия постоянного тока на организм почти все напряжение, подводимое к электродам, приходится на кожу, на внутренние же ткани приходится относительно малый потенциал.
Электропроводность тела - величина непостоянная; она может меняться в широких пределах. Усиление кожного кровообращения и потливость усиливают электропроводность. Функциональное состояние организма влияет на электропроводность; она увеличивается при переутомлении, переживаниях, опьянении. У одного и того же человека электропроводность в течение дня и в различные сезоны года колеблется; на разных участках кожи она неодинакова. Силовые линии тока, пройдя через поверхностные слои кожи, встречают дальше меньшее сопротивление и направляются вглубь в основном по кровеносным и лимфатическим сосудам, мышцам и , что важно отметить , по оболочкам нервных стволов.
Постоянный ток оказывает раздражающее действие на организм не только при его замыкании и размыкании, но и во время прохождения тока. При раздражении кожи силой тока, превышающей пороговую величину, человек ощущает боль в виде покалывания. Если электрод расположен на коже вблизи нервного ствола, ощущение раздражения сильнее. В момент замыкания тока раздражение происходит на катоде, в момент размыкания - на аноде. Установлено, что на катоде во время замыкания возбудимость и проводимость повышаются, а на аноде, наоборот, понижаются. Эти изменения на катоде называют катэлектротоном, на аноде - анэлектротоном. Функциональные изменения происходят не только на месте локализации электродов, но и на расстоянии от них. В момент размыкания возбудимость и проводимость на каждом полюсе меняются в обратном направлении.
Напомним, что каждая клетка является генератором электричества. Между клеткой и окружающей ее средой существует разность потенциалов из-за неравномерного распределения ионов между клеточными мембранами. В покое внутренняя поверхность оболочки клетки заряжена отрицательно, наружная – положительно.
Мембраны клеток имеют большое сопротивление, поэтому через них постоянный ток не проходит. Свободные заряды (в основном ионы K+, Na+) могут перемещаться только от мембраны к мембране.
При воздействии на ткани постоянного электрического тока распределение ионов изменяется. Наружная поверхность мембраны клетки заряжается отрицательно, что согласно ионной теории возбуждения П.П. Лазарева приводит к возбуждению данного участка клетки. Между возбуждёнными и невозбуждёнными участками мембраны возникают локальные токи, что ведёт к изменению концентрации ионов, а это, в свою очередь, - к возбуждению всей клетки. Такое возбуждение клетки вызывает раздражение нервных рецепторов и возникновение рефлекторных реакций местного и общего характера.
Местные реакции заключаются в улучшении проницаемости клеточных мембран, расширении кровеносных сосудов, ускорении кровотока, улучшении обмена веществ между клеткой и межклеточным пространством. В месте воздействия тока образуются биологически активные вещества.
Нервные импульсы, возникающие при раздражении рецепторов, передаются в центральную нервную систему и вызывают сложные ответные реакции органов и систем организма.
Читайте также: