Способ определения токов, вызывающих паралич дыхания

 

Использование: электробезопасность. Сущность изобретения: способ заключается 2 в установке значения амплитуды плотности внешнего тока, вызывающего появление двух вынужденных потенциалов действия с амплитудой 100 MB и частотой следования не менее 50 Гц, измеряют величины поперечных сечений руки на уровне средней трети предплечья и груди на уровне мечевидного отростка, а значение неотпускающего тока и тока, вызывающего паралич дыхания определяют по формуле, приведенной в описании изобретения. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 09 В 23/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР

{ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4928803/10 (22) 18.04.91 (46) 15.04.93. Бюл. N.. 14 (71) Таджикский политехнический институт (72) M.ß.Õàêåë, В,В.Таранова и В,И,Шуцкий (56) Авторское свидетельство СССР

hh 1464198, кл. G 09 В 23/28, 1986, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОКОВ, ВЫЗЫВАЮЩИХ ПАРАЛИЧ ДЫХАНИЯ (57) Использование: злектробеэопасность.

Сущность изобретения: способ заключается

Изобретение относится к медицине, злектропатологии и злектробезопасности и может быть использовано для определения величины токов, вызывающих паралич дыхания, и неотпускающих токов различной частоты, длительности и гармонического состава, а также для обоснования времени и уставки защитного отключения, Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет измерения неотпускающего тока и снижения травматичности. На фиг. 1, 2 приведены изменения мембранного потенциала аксона кальмара при дискретном увеличении плотности внешнего тока. Наличие критериев для достижения парализующей величины тока, изображено на фиг. 2, При разработке предлагаемого способа учтены следующие факты, Электрический ток от внешнего источника, проходя по мышечной ткани, в первую очередь действует на находящиеся в ней окончания двигатель Ы 1809459 А1 в установке значения амплитуды плотности внешнего тока. вызывающего появление двух вынужденных потенциалов действия с амплитудой 100 МВ и частотой следования не менее 50 Гц, измеряют величины поперечных сечений руки на уровне средней трети предплечья и груди на уровне мечевидного отростка, а значение неотпускающего тока и тока, вызывающего паралич дыхания определяют по формуле, приведенной в описании изобретения. 2 ил. ных нервов и возбуждает их, что ведет к сокращению мышц.

У человека частота нервных импульсов, вызывающая состояние стойкого сокращения в такой мышце как бицепс, составляет около 50 импульсов в одну секунду.

Через поперечное сечение руки на уровне средней трети предплечья проходит наибольшее количество мышц, сжимающих кисть и пальцы.

Через поперечное сечение груди на уровне мечевидного отростка проходит наибольшее количество мышц, обеспечивающих движение грудной клетки в процессе дыхания.

Поскольку окончание двигательных нервов являются миелиниэированными, то. можно воспользоваться математической моделью Ходжкина-Хаксли для получения потенциалов действия окончаний двигательных нервов у человека. Отличие будет существенным лишь в величинах входных сопротивлений, определяемых для волокна по следующим выражениям;

1809459

Râõê

8 р „ /" 1% (2) ФЧа - ENa - Е»

Чк= Е - Е»

Vf .= EI!- E» ак

Rsxo = вхк ар (3) Rsxo = 100 Rexx

Pm = 4 exp(-V/18); а = 0,07 ехр(-V/203;

30 — Ч

1+ехр 10

1м = 0,067 )р) . $п

V — 10 где Rsõê, Rsxo входные сопротивления для аксона кальмара и для окончания двигательного нерва соответственно;

RM, Ri — удельные сопротивления мембраны и эксоплазмы аксона кальмара соответственно; ак, 8o — радиусы гигантского аксона кальмара и окончания двигательного нерва человека соответственно.

Решая совместно уравнения (1) и (2) можно получить.

Известно, что ак = 0,5 мм и ар в 100 раэ меньше ак, тогда Полная система уравнений, моделирую. щих поведение мембраны гигантского аксона кальмара

j = С dV/dt+ gNa m h(V - Чйа) 4

+ с ки (V - Чь) + gf(V - Vf);

dm/dt = dm(1-m)- Pm . в;

dh/dt= ah(1-h)-Р h,h;

dn/dt = dn(1-n) - P n,n;

V — 25

=01 ехР 10

j3„- 0,125 ехр(-Ч/80), (4) где ) — плотность мембранного тока;

m, h — коэффициенты активации и инактивации натриевого канала соответственно; п —. коэффициент активации калиевого канала; йв, Pm, 6Ъ, Ph ап, P — константы скоростей, зависящие от мембранного потенциала;

С вЂ” удельная емкость мембраны;

gNa, gk — проводимости мембраны для ионов натрия и калия соответственно;

gf- проводимость мембраны для утечки:

ENа. Ек, Š— равновесные потенциалы для ионов натрия, калия и тока утечки соответственно;

Е» — значение потенциала внутренней стороны мембраны в покое;.

V — сдвиг мембранного потенциала по

15 отношению к Ег.

Начальные условия при решении урав-. нений:

С = 1 мкФ/см gNa 120 ммо/см

9к = 36 ммоlсм . g)- 0,3 ммо/см

20 Е» = 60 мВ ENa = 115 м8

Vg =- 12 мВ Vj. -- 10 мВ

ENa 55 мВ Е =-72 мВ

Ej= 50 MB V=0

m = 0,0529 h =0,596 п =0,318 ) =0

Приведенная система уравнений рассчитывается на ЭВМ, При введении в систе30 му уравнений плотности внешнего тока достаточной величины возникает не менее двух потенциалов действия с амплитудой

110 МВ и частотой следования около 50 Гц, которые способны вызвать стойкое сокра3 -1 щение мышц, сжимающих кисти рук. Тогда величина неотпускающего тока и тока, вызывающего паралич дыхания с учетом выражения (3) определится по формулам

40 1м = 0р1/ П ) $п . 0,96 . 100,10 З

1мп =(Ip1/ ) $п» . 0,96, 100.10

IMo = 0,067 )р1. $п» где IM — неотпускающий ток модели, мА;

1мп — ток модели, вызывающий паралич дыхания, мА;

)р1 — амплитуда плотности воздействую-, щего тока промышленной частоты, мкА/см; ! р — амплитуда плотности воздействующего тока с частотой, отличающейся от 50

55 Гц, мкА/см ;

0,067 — постоянный коэффициент, МА/мкА;

V2 — коэффициент иеревода тока от амплитудного к действующему значению;

1809459

/К

)р Sл

)р Sà А/К (5), !.Д = С1 (6) н t=Cz

Ь =С2/4г! н = 8,4 1/Гв

0,96 — коэффициент заполнения мышцами рассматриваемого сечения;

100 — коэффициент. учитывающий кратность входных сопротивлений аксона кальмарэ и окончания двигательного нерва человека;

1000 — коэффициент перевода тока в мА;

S« — e H o e e Hofo ce eH руки на уровне средней трети предплечья при определении неотпускающего тока, см;

$п2 — величина поперечного сечения груди на уровне мечевидного Отростка при определении тока, вызывающего паралич дыхания, При длительности воздействия 20 мс током промышленной частоты два потенциала действия с амплитудой 110 мВ и частотой следования около 50 Гц были вызваны плотностью тока 11 мкА/см, что соответствует общему току по среднему значению руки

40,5 мА. Для больших длительностей воздействия 40 и 80 мс получаются меньшие значения токов (IM), равные 25,8 и 11 мА соответственно. Результаты расчета на

ЭВВМ показали, что значение неотпускающего така модели подчиняется ниже следующему выражению где t — время воздействия, мс;

С! — постоянная, равная 907 мА.мс, Однако анализ экспериментальных данных по неотпускающим токам промышленной частоты в кратковременном режиме воздействия позволил получить закон постоянства импульса тока где Cz — постоянная, равная 64542 мА .мс, Выражение (5) по современной теории возбуждения связывает пороговую силу тока с длительностью воздействия, Константа

С1 характеризует пороговое количество электричества, необходимое для возбуждения окончаний двигательных нервов.

Выражение (6) отражает интегральное действие электрического тока на сокращение мышц.

Совместное решение зависимостей (5) и (6) позволяет получить поправочный коэффициент для окончательного определения величины неотпускающего тока (I<). Значение поправочного коэффициента равно 8,4 и связано с величиной неотпускающего тока следующим Соотношением

Итоговое выражение для определения неотпускающего тока где К = 1, если f = 50 Гц или )р! = )р2, ч

К = V у 00, если f 00 Гц;

K = ч у 0 . если Г 00 Гц, f — частота воздействующего тока;

jp — амплитуда плотности воздействую15 щего тока, вызвавшего два потенциала действия величиной 110 мВ и частотой следования не менее 50 Гц, мкА!см; ! р1 — амплитуда плотности воздействующего тока промышленной частоты, мкА/см;

20 jpz — амплитуда плотности воздействующего тока с частотой, отличающейся от 50

"Ч

А — постоянный размерный коэффициент, равный 4,84 мА /мкА.

25 По аналогии для тока, вызывающего паралич дыхания, выражение (7) примет вид

30 где S

В таблице содержатся величины неотпускающих токов, соответствующих времени воздействия 133.мс, полученных

35 предложенным способом (I<), данные экспериментов (1нэ), и риведен н ые в литературе и их отклонения в зависимости от частоты.

При сравнении токов IH и !нэ наблюдается не только качественное, но и количест40 венное совпадение с экспериментом, Пример 1. При воздействии внешним током с частотой 200 Гц и амплитудой плотности j!0z = 4,9 мкА/см появляются колеба2 ния трансмембранного потенциала. Однако

45 потенциала действия (ПД) не возникает (фиг. 1), Дальнейшее увеличение j!0z до значения

30 мкА/см приводит к появлению двух потенциалов действия с амплитудой 110 мВ и

50 интервалом следования 17 мс, что соответствует частоте возникновения нервных импульсов больше 50 Гц. Таким образом условие появления тетануса выполнено. Далее измеряется окружность (С) руки на уров55 не средней трети предплечья для определения поперечного сечения

1809459

f>50 Гц

$п2 = Сг /4K

2 в 1- c214ff

$n2 Сп /4Л

I„2 - с3, 55 где1 =11

СЗ = In2o 20

После этого по выражению(7).определя.ется величина неотпускающеготока(1 ). Она равна 62,8 мА при длительности действия 20 мс и Sn1 = 54 сМ (фиг. 2); . При определении величины тока, вызывающего паралич дыхания, измеряют окружность груди (С ) на уровне мечевидного отростка для определения поперечного сечения и по выражению (7) определяют величину тока, вызвавшего паралич дыхания. При частоте внешнего тока 200 Гц, длительности 15 воздействиЯ 20 мс и $п2 = 644 см она Равна

217 MA.

На фиг. 1-2 в уменьшенном масштабе изображены изменения электрических потенциалов мембраны нервного волокна, вы- 20 веденных в виде графиков на распечатках . результатов расчета на ЭВМ ЕС-1022, Предложенный способ определения токов, вызывающих паралич дыхания, позволит быстро и безопасно установить его 25 величину при действии токами других частот, а также.их смесей, так как внешний ток легко вводится в модель соответствующим математическим описанием:

)1- )р1 соз(2к f1<} — плдтность тбка пРомышленной частоты, J2 1р1 сиз. (2зг fit) + Jp2 / cos(2x f21)— плотность тока смеси двух частот. 35

Il р и м е р 2. Г1ри расследовании электрограммы необходимо восстановить. ripo цесс развитйя электропоражвния с целью установления причины гибели пострадав- 40 шего. Для этого необходимо. измерить напряжение прикосновенйя и узнать его гармонический состав на месте происшествия; измерить сопротивление пола, обуви, 45 тма, окружности руки на уровне средней трети предплечья и окружность груди на уровне Мечевидного отростка у пострадавШВГб, определить сечение руки $п1 и груди $п2 50 пд вь1раженйям определить по закону Ома величины гармо.нических составляющих токов (1.1, 12, „„ I,)

Через телд человека, преобразовав их в плотности токов (1р1, 1р2, ", Jpn) no выРажениям

Jp1 = К1 11 /(Sn12 . 4,84) К1 и

= fi/00 с

)р2 = K2 ° 12 /(Sn1,2 . 4,84) К2 и /Ь/00

Jpn = Кп / 1п /(Яп1,2 . 4,84) Кп

- f,/00

Подставив в математическую модель

ПаРаМЕтРЫ Jp1 Jp2 ...,Jpn ЗНаЧЕНИЯЧаСтОт11, f2, ..., fn и вРемЯ возДействиЯ током 20 мс, нужно на 3SM.произвести расчет. Если в результате расчета на распечатке будет получена серия потенциалов действия с интервалом следования 20 мс и меньше, то можно считать, что через пострадавшего проходил ток неотпускающей величины, в результате чего человек не смог самостоятельно отключиться от токопровода.

Для определейия возможности появления паралича дыхания необходимо для установленного гармонического состава воздействующего тока определить предложенным способом минимальную величину плотности токов, вызвавшую появление двух потенциалов действия амплитудой 110 мВ и частотой следования не менее 50 Гц, . затем по выражению (7) с использованием поперечного сечения груди пострадавшего определяют величину тока, вызвавшего паРаЛИЧ ДЬ1ХаНИЯ (Iп) И СРаВНИВаЮт ЕГО С ВЕЛИчиной тока 11, определенного по закону Ома.

Если 11 > 1и, то Действие внешнего тока вызвало у пострадавшего паралич дыхания при действии током даже в течение 20 мс.

С другой стороны паралич дыханйя возможно установить при анатомическом исследовании. Тогда легко определить минимальное время нахождения пострадавшего под действием тока величиной, вызвавшей паралич дыхания, пользуясь выражением

1п2о ток Основной гармоники. вызвавшей паралич дыхания при действии в течение 20 мс;

1809459

$rI1g A /K

30

20 мс — время действия током основной гармоники;

t — время действия током !1, определенного по закону Ома или иначе тока, прошедшего через тело пострадавшего. 5

Если же ток не достигал неотпускающей величины или величины, вызвавшей паралич дыхания, то причину гибели пострадавшего надо искать в другом.

Формула изобретения

Способ определения токов, вызывающих паралич дыхания, заключающийся в многократной подаче внешнего тока фиксированной частоты, установке значения амп- 15 литуды плотности внешнего тока, вызывающего появление вынужденного потенциала действия, измерении величины поперечного сечения контролируемого участка тела, определении значения тока, вы- 20 зывающего патологию, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения неотпускающего тока и снижения травматичности, устанавливают значение амплитуд- 25 ды плотности внешнего тока I> (мкА/см ), вызывающего появление двух вынужденных потенциалов действия с амплитудой

110 мВ и частотой следования не менее 50

Гц, измеряют величины поперечных сечений руки на уровне средней трети предплечья S» (см ) и груди на уровне г мечевидного отростка $пг (см ), а значение г неотпускающего тока!м (мА) и тока, вызывающего паралич дыхания 4 (мА), определяют по формуле где А — постоянный размерный коэффициент. равный 4,84, мА;

К =. 1 при f = 50 Гц, !р2 = 0 или Ip> - Ipz; ч

К = V д пРи f 50 Г : ч

К= /50 при f < 50 Гц;

f — фиксированная частота воздействующего тока, Гц; !

» — амплитуда плотности внешнего тока промышленной частоты, мкА/см;

Ið2 — амплитуда плотности внешнего тока с частотой, отличающийся от 50 Гц, мкА/см .

1809459

0 армс

Редактор

Заказ 1287 - Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

V,n

10 20 30 Фд ХО 60 Уд 80 УО ®д 710 Риг.1

Составитель M. Хакел

Техред M.Ìîðreíòàë Корректор Л. Ливринц