2.1 雷電對人體的生理效應(yīng)

2.1.1 雷電流對人體的作用機(jī)理

2.1.1.1 人體阻抗的組成

雷擊電流的大小由接觸電壓和人體阻抗所決定，合理地考慮人體阻抗的取值是防雷減災(zāi)工程設(shè)計(jì)的需要。我國一般采用弗萊貝爾加等值電路模型分析人體阻抗，電路模型如圖2-1所示。人體總阻抗Z由電阻分量和電容分量組成，它表現(xiàn)為皮膚阻抗Zp和人體內(nèi)阻抗Zi的串聯(lián)。

人體內(nèi)阻抗Zi主要取決于電流路徑，與接觸面積關(guān)系不大，只有當(dāng)接觸面積小到幾平方毫米數(shù)量級時，內(nèi)阻抗才會增大。一般情況下，取人體內(nèi)阻抗為500Ω，而皮膚阻抗Zp隨表面接觸面積、溫度、頻率、潮濕程度等顯著變化。人體觸電面積越大，接觸電壓越高，環(huán)境溫度越高或者電源頻率越高時皮膚阻值越小。此外，當(dāng)通電電流較大且持續(xù)時間較長，觸電者的發(fā)熱出汗或皮膚炭化都會使得皮膚阻抗值下降。當(dāng)皮膚破損時，皮膚阻抗則可忽略不計(jì)。

我國相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)取人體阻抗的范圍為1000～1500Ω，但在涉及觸電保安類電器的設(shè)計(jì)時，則應(yīng)考慮最壞情況，取人體內(nèi)阻抗為500Ω。大量雷擊事故研究表明，人體總阻抗一般是500～1000Ω。由于直擊雷擊或旁側(cè)閃絡(luò)一般是從頭或肩著雷，雷電流從人的兩腳流入地面，所以這個電阻取值500～1000Ω合理。

2.1.1.2 雷電對人體造成危害的四種方式

雷電對人體造成危害的方式主要有四種：直接雷擊、旁側(cè)閃擊、接觸雷擊和跨步電壓雷擊。

2.1.1.3 雷電對人體的傷害類型

1．心室纖維性顫動

心室纖維性顫動是受到雷擊傷害時最常見的生理效應(yīng)，也是電擊致死的主要原因。人的心臟有兩個心室，左心室使血液流經(jīng)全身，右心室使血液流經(jīng)肺部，正常人的兩個心室的肌肉同時收縮或同時舒張以保證血液正常的循環(huán)流動。當(dāng)雷電流流經(jīng)心肌時，心臟正常搏動的電信號便受到干擾而被打亂，心臟不再作有規(guī)律的收縮，變成單獨(dú)的以各自的速率進(jìn)行無規(guī)則的顫動（醫(yī)學(xué)上稱之為纖維性顫動），這樣心室里就不能產(chǎn)生足夠的壓力把血液輸送到全身各部。若血液循環(huán)停止，約4min之內(nèi)可導(dǎo)致死亡。

一個心動周期包括產(chǎn)生興奮期、興奮擴(kuò)展期和興奮復(fù)原期。在興奮復(fù)原期內(nèi)有一個相對較短的時期稱為易損期，在這個時期內(nèi)，心肌纖維處于興奮的不均勻狀態(tài)，受到足夠幅度的雷擊電流刺激，心室纖維發(fā)生顫動，血壓降低。如果電流足夠大甚至?xí)剐呐K停止供血，造成死亡。因此，電擊現(xiàn)象發(fā)生在心動周期中的興奮復(fù)原期容易導(dǎo)致死亡。

2．電擊傷

雷擊電流迅速通過人體，會引起呼吸中樞麻痹、心室纖維或心跳驟停，以及致使腦組織及一些主要器官受到嚴(yán)重?fù)p害，出現(xiàn)休克或突然死亡，這種現(xiàn)象稱為電擊傷。電擊傷導(dǎo)致人停止呼吸可分為兩種情況：當(dāng)雷電流流經(jīng)腦下部的呼吸中樞時，會導(dǎo)致呼吸停止，這種情況不可自己恢復(fù)；當(dāng)電流流經(jīng)胸部時，使胸肌收縮造成呼吸障礙，導(dǎo)致呼吸停止，但這種情況下，呼吸可能自己恢復(fù)。

3．電傷

閃電對人體還會產(chǎn)生熱效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)，傷害人體外部組織或器官，造成電傷。與電擊傷相比，電傷屬于局部傷害，一般包括電燒傷、電烙印、機(jī)械損傷等形式，受傷程度主要取決于受傷面積、受傷深度、受傷部位等因素。

常見的電傷種類主要有以下幾種：

（1）電燒傷指電流通過人體產(chǎn)生熱電效應(yīng)、電生理效應(yīng)、電化學(xué)效應(yīng)和電弧、電火花等致人體以及皮膚、皮下組織、深層肌肉、血管、神經(jīng)、骨關(guān)節(jié)和內(nèi)部臟器的廣泛損傷。當(dāng)一個人遭遇雷擊，有瞬間脈沖電流流經(jīng)人體，人體從頭到腳間就會產(chǎn)生很高的電位差。這樣高的電壓足以擊穿空氣，對周圍與地面等電位的任何近物發(fā)生閃絡(luò)電弧，因此會造成皮膚閃弧處的灼傷。雷電流幅值越大，通過的時間越長，人體的阻抗越小，則灼傷越為嚴(yán)重。人體由于軀體表面有汗或雨水導(dǎo)致皮膚表面潮濕時，汗水中含有大量的鹽分使得皮膚表面呈現(xiàn)出良好的導(dǎo)電特性。由于集膚效應(yīng)，電流瞬間經(jīng)過體表，沒有傷及內(nèi)臟，這種情況就不一定導(dǎo)致死亡，但全身各部位，尤其是有鑰匙、腰帶等金屬物的部位會留下嚴(yán)重的電灼傷。

（2）電烙印是人體不被直接電擊，但與帶電體有良好接觸的情況下，在接觸部位留下的斑痕。它會使斑痕處的皮膚變硬，失去原有的彈性和光澤，表層破壞失去知覺。

（3）皮膚金屬化是由于高溫電弧使周圍金屬熔化、蒸發(fā)并飛濺滲透到皮膚表層所形成的。金屬化后的皮膚表層變得粗糙堅(jiān)硬，而且因接觸的金屬元素不同而呈現(xiàn)不同顏色，如接觸鉛呈現(xiàn)灰黃色、接觸紫銅呈現(xiàn)綠色、接觸黃銅呈現(xiàn)藍(lán)綠色。金屬化后的皮膚經(jīng)過一段時間能自行脫離，不會有不良后果。

（4）機(jī)械損傷是當(dāng)閃電電流作用于人體，肌肉會不由自主地劇烈收縮造成的肌腱、皮膚、血管、神經(jīng)組織斷裂以及關(guān)節(jié)脫落乃至骨折等傷害。

（5）電光眼是指發(fā)生弧光放電時，由紅外線、可見光、紫外線對眼睛的傷害。

4．其他

除了上述雷擊電擊人體現(xiàn)象外，也有其他一些特殊的情況。在極少數(shù)情況下，雷電流流經(jīng)神經(jīng)系統(tǒng)也帶來意想不到的后果，如有些人會出現(xiàn)失憶等癥狀，但也有人會在受到雷擊后身上的頑疾不治而愈。

2.1.2 影響雷電對人體生理效應(yīng)的因素

1．瞬間脈沖電流的大小

致命電流是指在較短的時間內(nèi)危及生命的最小電流。一般情況下，通過人體的工頻電流超過50mA時，心臟就會停止跳動，發(fā)生昏迷，并出現(xiàn)致命的電灼傷，因此，50mA的電流一般被認(rèn)為是致命電流。當(dāng)通過人體的工頻電流超過100mA時，這樣的電流短時間內(nèi)足以使人致命。而雷擊對人產(chǎn)生的生理效應(yīng)中最為常見的心室纖維性顫動程度也與電流強(qiáng)度相關(guān)。可見，雷電的瞬間脈沖電流越大，致命的危險越大。為了更好地理解不同的電流強(qiáng)度對人體的影響，可以參照表2-1。

2．閃電電流流通途徑

閃電電流通過人體，電流通過心臟、脊椎和中樞神經(jīng)等要害部位時，電擊對人體造成的傷害最為嚴(yán)重。因此，最危險的電流途徑是從左手到胸部以及從左手到右腳，而從右手到胸部或從右手到腳、從手到手等也都是很危險的電流途徑。因?yàn)殡娏髁鹘?jīng)心臟會引起心室顫動而致死，電流幅值較大時候甚至?xí)剐呐K即刻停止跳動。

從電流方向的角度看，電流縱向通過人體時要比橫向通過人體時更易造成人體心室顫動，因此縱向電流危險性更大一些。除了導(dǎo)致人體心室顫動以外，電流通過中樞神經(jīng)系統(tǒng)時，會引起中樞神經(jīng)系統(tǒng)失調(diào)而造成呼吸抑制，導(dǎo)致死亡；電流通過頭部，會使人昏迷，嚴(yán)重時會造成死亡；通過脊髓時會使人截癱。

電流流通途徑與通過心臟的比例見表2-2。

3．雷電流持續(xù)時間的長短

雷電流持續(xù)的時間越長，對人體造成的危害越大，原因有以下幾點(diǎn)：

（1）由于人體發(fā)熱出汗和皮膚角質(zhì)層破壞等，人體電阻會隨閃電電流流過人體的時間的增長而逐漸降低，因此，在閃電電壓一定的情況下，會使電流增大，對人體組織的破壞更大，后果更嚴(yán)重。

（2）通電時間越長，能量積累增加，就更易引起心室顫動。

（3）在心臟搏動周期中，有約0.1s的特定相位對電流最敏感。因此，通電時間越長，與該特定相位重合的可能性就越大，引起心室顫動的可能性也越大。

4．電壓的高低

電壓越高其穿透機(jī)體的能力越強(qiáng)，對人的危害越大。在電網(wǎng)中，高電壓與低電壓一般以1000V為界。在高電壓工程中有更加細(xì)的區(qū)分：0.22～1kV的為低壓，3～35kV的為中壓，35kV以上到110kV的為高壓，而220kV、500kV、750kV為超高壓，1000kV及以上的交流電壓為特高壓。國內(nèi)日常觸電事故以110～380V交流電最常見，故也以380V以上稱為高壓電。雷擊電壓一般都比較高，達(dá)到數(shù)千伏特甚至數(shù)百萬伏特，因此雷擊人體造成的后果都很嚴(yán)重。

除此之外，人體阻抗大小、電流頻率高低還有人體本身狀況等因素都影響雷擊對人體的生理效應(yīng)。