우리 대부분은 전기 "충격"을 경험한 적이 있습니다. 전기가 우리 몸에 통증이나 트라우마를 일으키는 것입니다. 운이 좋다면, 그 경험의 범위는 정전기가 우리 몸을 통해 방전되어 생기는 따끔거림이나 통증의 충격으로 제한됩니다.
부하에 높은 전력을 공급할 수 있는 전기 회로 주변에서 작업할 경우 감전은 훨씬 더 심각한 문제가 되며, 감전으로 인한 통증은 가장 가벼운 결과입니다.
전류가 물질을 통해 전도될 때 , 전류에 대한 모든 반대(저항)는 일반적으로 열의 형태로 에너지의 소산을 초래합니다. 이것은 전기가 살아있는 조직에 미치는 가장 기본적이고 이해하기 쉬운 효과입니다. 전류는 조직을 가열합니다. 생성되는 열의 양이 충분하면 조직이 타버릴 수 있습니다.
생리학적으로는 화염이나 기타 고온의 열원에 의한 손상과 동일하나, 전기는 피해자의 피부 아래 조직을 태울 수 있으며 심지어 내부 장기도 태울 수 있다는 점이 다릅니다.
전류가 신경계에 미치는 영향
신체에 대한 전류의 또 다른 영향은 아마도 위험 측면에서 가장 중요한 것으로, 신경계와 관련이 있습니다. "신경계"란 신체의 특수 세포 네트워크, 즉 신경 세포 또는 뉴런을 의미하며, 이는 많은 신체 기능의 조절을 담당하는 수많은 신호를 처리하고 전달합니다.
신체의 뇌, 척수, 감각/운동 기관은 함께 기능하여 감지하고, 움직이고, 반응하고, 생각하고, 기억할 수 있게 합니다.
신경 세포는 "변환기" 역할을 하여 서로 소통하고, 신경전달물질 이라고 하는 특정 화합물의 입력에 응답하여 전기 신호(매우 작은 전압과 전류)를 생성하고 , 전기 신호에 의해 자극을 받으면 이러한 신경전달물질을 방출합니다.
충분한 크기의 전류가 살아있는 생물(인간이든 아니든)을 통해 흐르면, 그 효과는 뉴런이 정상적으로 생성하는 작은 전기적 자극을 무시하고, 신경계를 과부하시키고, 반사적 신호와 의지적 신호가 근육을 작동시킬 수 없게 합니다. 외부(쇼크) 전류에 의해 작동되는 근육은 무의식적으로 수축되고, 피해자는 그것에 대해 아무것도 할 수 없습니다.
이 문제는 피해자가 손으로 전기가 흐르는 도체 에 접촉할 경우 특히 위험합니다 . 손가락을 구부리는 역할을 하는 전완 근육은 손가락을 뻗는 역할을 하는 근육보다 더 발달되어 있는 경향이 있으므로, 전류가 사람의 팔을 통해 전달되어 두 근육 세트가 모두 수축하려고 하면 "구부리는" 근육이 이겨 손가락을 주먹으로 꽉 쥐게 됩니다.
피해자에게 전류를 전달하는 도체가 손바닥을 향하고 있는 경우, 이 움켜쥐는 동작은 손이 전선을 단단히 잡도록 강제하여 전선과의 우수한 접촉을 확보함으로써 상황을 악화시킵니다. 피해자는 전선을 완전히 놓을 수 없을 것입니다.
의학적으로, 이러한 비자발적 근육 수축 상태를 파상풍 이라고 합니다 . 전기 충격의 이러한 효과에 익숙한 전기 기술자들은 종종 전기 충격으로 움직이지 못하는 피해자를 "회로에 얼어붙은" 것으로 부릅니다. 충격으로 인한 파상풍은 피해자를 통과하는 전류를 멈추어서만 중단할 수 있습니다.
전류가 멈췄을 때에도 피해자는 잠시 동안 근육에 대한 자발적인 통제력을 회복하지 못할 수 있습니다. 신경전달물질 화학이 혼란스러워졌기 때문입니다. 이 원리는 테이저와 같은 "스턴건" 장치에 적용되었는데, 이는 두 전극 사이에 전달되는 고전압 펄스로 피해자에게 순간적으로 충격을 주는 원리를 기반으로 합니다.
적절한 위치에 충격을 가하면 피해자를 일시적으로(몇 분간) 움직일 수 없게 만드는 효과가 있습니다.
그러나 전류는 쇼크 환자의 골격근에만 영향을 미치는 것이 아닙니다. 폐를 제어하는 횡격막 근육과 그 자체로 근육인 심장도 전류에 의해 파상풍 상태에서 "동결"될 수 있습니다.
파상풍을 유발하기에 너무 낮은 전류조차도 종종 신경 세포 신호를 뒤섞어 심장이 제대로 뛰지 못하게 하고, 심장을 세동 이라고 알려진 상태로 만듭니다 . 세동이 있는 심장은 뛰는 대신 펄럭이며, 신체의 중요한 장기로 혈액을 펌핑하는 데 효과적이지 않습니다.
어떤 경우든 질식 및/또는 심장마비로 인한 사망은 신체를 통과하는 충분히 강한 전류로 인해 발생할 것입니다. 아이러니하게도 의료진은 피해자의 가슴에 강한 전류를 가해 심방세동이 있는 심장을 정상적인 박동 패턴으로 "점프 스타트"합니다.
마지막 세부 사항은 우리를 감전의 또 다른 위험으로 이끕니다. 이는 공공 전력 시스템에만 있는 독특한 위험입니다. 전기 회로에 대한 우리의 초기 연구는 거의 DC(직류, 즉 회로에서 연속적인 방향으로 움직이는 전기)에만 집중할 것이지만, 현대 전력 시스템은 교류 또는 AC를 사용합니다.
전력 시스템에서 DC보다 AC를 선호하는 기술적 이유는 이 논의와는 무관하지만, 각 전력의 특수한 위험은 안전이라는 주제에 있어서 매우 중요합니다.
AC가 신체에 미치는 영향은 주로 주파수에 따라 달라집니다. 저주파(50~60Hz) AC는 미국(60Hz)과 유럽(50Hz) 가정에서 사용되며 고주파 AC보다 위험할 수 있으며 동일한 전압과 전류의 DC보다 3~5배 더 위험합니다. 저주파 AC는 근육 수축(테타니)을 연장하여 손이 전류원에 얼어붙어 노출이 길어질 수 있습니다. DC는 단일 경련 수축을 일으킬 가능성이 가장 높으며, 이는 종종 피해자를 전류원에서 멀어지게 합니다.
교류의 교대적 특성은 심장의 페이스메이커 뉴런을 세동 상태로 만드는 경향이 더 큰 반면, DC는 심장을 그냥 멈추게 하는 경향이 있습니다. 충격 전류가 중단되면 "얼어붙은" 심장은 세동하는 심장보다 정상적인 박동 패턴을 회복할 가능성이 더 큽니다.
응급 의료진이 사용하는 '제세동' 장비가 효과적인 이유는 바로 이겁니다. 제세동기 장치에서 공급하는 전류는 DC로, 이로 인해 세동이 멈추고 심장이 회복할 기회가 생기거든요.
어느 경우든, 비자발적인 근육 활동을 일으킬 만큼 높은 전류는 위험하며 어떤 대가를 치르더라도 피해야 합니다. 다음 섹션에서는 이러한 전류가 일반적으로 신체에 들어오고 나가는 방식을 살펴보고 이러한 발생에 대한 예방 조치를 검토합니다.
검토:
- 전류는 신체의 전기 저항을 통해 전력이 소모되면서 신체에 깊고 심각한 화상을 일으킬 수 있습니다.
- 파상풍은 신체를 통한 외부 전류의 통과로 인해 근육이 무의식적으로 수축하는 상태입니다. 손가락을 제어하는 근육의 무의식적인 수축으로 인해 피해자가 통전된 도체를 놓을 수 없게 되면 피해자는 "회로에 얼어붙었다"고 합니다.
- 횡격막(폐)과 심장 근육도 전류의 영향을 받습니다. 파상풍을 유발하기에는 너무 작은 전류조차도 심장의 페이스메이커 뉴런을 방해할 만큼 강할 수 있으며, 심장이 강하게 뛰는 대신 펄럭이게 합니다.
- 직류(DC)는 교류(AC)보다 근육 파상풍을 일으킬 가능성이 더 높기 때문에 DC는 쇼크 상황에서 피해자를 "얼릴" 가능성이 더 높습니다. 그러나 AC는 피해자의 심장이 세동을 일으킬 가능성이 더 높으며, 이는 쇼크 전류가 멈춘 후 피해자에게 더 위험한 상태입니다.