Подробно о действии электрошокеров
Геннадий БАТАНОВ
Страх перед электрическим разрядом закреплен в человеке генетически и уходит корнями в первобытный ужас перед ударом молнии. Однако для заметного воздействия количество энергии должно быть достаточно большим, так как наш организм обладает эффективным физиологическим механизмом пороговой чувствительности, позволяющим не замечать действие разряда ниже определенных энергетических границ. Этот порог индивидуален, но в целом у биологического вида он имеет границы. Данный факт послужил отправной точкой в попытках использовать электрический разряд как способ воздействия на человека.
В 60-е годы в США Джек Коувер изобрел электроразрядное устройство, получившее название «Тейзер», которое могло использоваться для пресечения действий правонарушителей. Однако из-за некоторых технических проблем оснащение им полиции затянулось на 20 лет. И только в 1979 году «Тейзер» был опробован полицией Лос-Анджелеса.
В России отечественные электрошоковые устройства (ЭШУ) начали появляться в начале 90-х годов. Ряд предприятий, в первую очередь оборонного комплекса, быстро наладил производство этих относительно технически простых приспособлений в рамках конверсионного процесса. Однако в то время в России существовал запрет на гражданское использование электрошокеров, поэтому появившиеся образцы рассматривались как специальные технические средства. В 1997 году после вступления в силу второго закона «Об оружии», в котором ЭШУ отнесли к гражданскому оружию, количество их производителей резко возросло. Однако разработчиками шокеров выступали технические специалисты, которых в первую очередь интересовала производственная сторона дела, медико-биологические аспекты оставались в тени.
Понятно, что выходные параметры ЭШУ должны гарантировать нейтрализацию агрессии. Но электрический ток, проходя через организм, оказывает комплексное действие: биологическое, электрохимическое, электротермическое, электромеханическое. Характеристики воздействия — амплитуда, частота, время разряда — могут меняться в широких пределах. Очевидно, что с учетом индивидуальных особенностей реакции организма на воздействие ЭШУ диапазон их возможных выходных параметров достаточно широк.
Биологическое действие электрического тока характеризуется возбуждением мышц, нервных рецепторов и проводников. Вследствие этого возникают тонические судороги скелетных мышц, которые при определенных условиях могут привести к остановке дыхания, спазму голосовых связок, переломам и вывихам конечностей. Действие тока на сердечную мышцу может вызвать фибрилляцию желудочков сердца. Тепловое воздействие электрического тока может проявиться в виде ожогов кожного покрова и гибели тканей, вплоть до обугливания. Эффект воздействия шокера на организм в первую очередь зависит от параметров электрического импульса: напряжения, силы тока, качественных и количественных характеристик импульса (частоты следования, формы, временных параметров и модуляции), длительности воздействия (экспозиции). Имеет значение зона приложения электродов к телу и в определенной степени состояние биообъекта в момент воздействия. Поэтому для выяснения вопроса об истинной эффективности устройства необходим анализ многих медико-биологических данных.
Степень воздействия электроразряда на организм во многом зависит от точки его приложения
В 1993-1994 годах по заказам правоохранительных органов и органов безопасности на базе Института биофизики в рамках деятельности Центра научных исследований и испытаний устройств нелетального воздействия на правонарушителей (НИЦ «Фон») был выполнен ряд научно-исследовательских работ с электрошоковыми устройствами.
Одной из причин проведения данных исследований послужило то, что, несмотря на широкий ассортимент изделий такого типа, до сих пор нет однозначного мнения об эффективности их использования. Имеющиеся обрывочные и субъективные сведения не дают реальной картины и зачастую создают превратное представление о характере ЭШУ, подогреваемое рекламными статьями в средствах массовой информации.
Вспоминая закон Ома
В «Солдате удачи» было опубликовано письмо читателя, сделавшего электрошокер с относительно низким напряжением и большой силой тока. Но с точки зрения вероятности смерти наиболее опасными являются величины напряжения именно до 1000 В, обусловливающие прохождение через тело тока порядка сотни миллиампер, ибо в этих случаях может наступить фибрилляция сердца. С повышением напряжения тока в определенных пределах его фибриллирующая способность уменьшается и в зависимости от величины напряжения преимущественно поражаются органы дыхания или кровообращения. Так, ток напряжением 110-600 В, как правило, вызывает смерть от остановки сердца, напряжением 600-1200 В — от одновременной остановки сердца и дыхания, а выше 1200 В первична остановка дыхания.
По биологическому воздействию токи разбиты на четыре диапазона.
В первый включены токи от 0,5 до 25 мА. По мере увеличения силы тока реакция мышц усиливается. Затем возникают судороги в конечностях, которые при 15-25 мА становятся настолько сильными, что человек не в состоянии сам оторваться от электродов («неотпускающий ток»).
Ко второму диапазону относятся токи от 25 до 80 мА. «Неотпускающий ток» при кратковременном воздействии непосредственной опасности для жизни не представляет. Но при более длительном контакте с токоведущей цепью токи такой величины могут привести к смерти, вызывая судороги и, как следствие, острую электрическую асфиксию.
Третий диапазон — токи от 80 мА до 3 А, способные вызывать фибрилляцию сердца. В опытах на животных установлено, что минимальная величина тока, вызывающая фибрилляцию, впрямую зависит от массы тела и сердца. Для человека смертельным считается ток, превышающий 100 мА (при прохождении непосредственно через сердце). При увеличении силы тока, проходящего через сердце, его способность вызывать фибрилляцию постепенно теряется. Такие токи относятся к четвертому диапазону.
Однозначно назвать значение безопасного для человека тока и напряжения нельзя. Известны случаи смерти при действии электрического тока напряжением 12 В, и наоборот, люди оставались живы, оказавшись в цепи напряжением несколько киловольт, когда через тело проходил ток 78 мА.
Фактор времени
Длительность действия разряда имеет существенное значение для реакции организма. Долгое воздействие опаснее кратковременного, хотя четкой пропорциональной зависимости нет. Например, с увеличением длительности действия токов промышленной частоты с 0,1 до 3 с пороговый ток фибрилляции уменьшается почти в 10 раз. Однако при воздействии в течение 3 — 12 с этот показатель остается неизменным и вновь начинает снижаться при длительности воздействия от 30 с.
Человек, ожидающий разряд, воспринимает удар ЭШУ менее болезненно, чем человек, застигнутый врасплох
Таким образом, деление токов на диапазоны по степени опасности должно учитывать время воздействия. Из самого характера ЭШУ понятно, что время воздействия им ограничено максимум 1-2 с. Если за это время противника нейтрализовать не удалось, то вас могут ждать большие неприятности. Однако необходимо иметь в виду и возможные последствия применения ЭШУ в течение более длительного времени — например, против уже потерявшего сознание противника или в целях, далеких от самообороны.
Дайте мне точку
Степень воздействия электроразряда на организм во многом зависит от точки его приложения. Сопротивление кожи, точнее, верхнего слоя — эпидермиса — неодинаково на разных участках тела. Еще в 30-х годах было обнаружено, что у человека есть четко выраженные зоны с необычно высокой проводимостью. Эти чувствительные к току или электрическому полю участки-преобразователи первичной информации сигнализируют мозгу о наличии естественного электрического фона, присущего земной атмосфере. Такими уязвимыми к току участками, называемыми электрорецепторами, являются тыльная часть кисти, шея, висок, спина и плечо. Но существуют также зоны, где восприимчивость к электроразряду значительно ниже (например, предплечье).
Если о неодинаковой восприимчивости к разряду ЭШУ разных участков кожи производителям и потребителям более-менее известно, то о важности направления тока — нисходящем или восходящем — знают гораздо меньше. Восходящим называется постоянный ток, идущий вдоль нервных волокон от их окончаний к спинному мозгу. При таком токе фибрилляция может возникать в течение всего времени, пока длится разряд. При нисходящем токе, то есть идущем в противоположном направлении, риск фибрилляции выше в момент разрыва цепи (прекращения разряда). Следовательно, при равном напряжении восходящий ток опаснее нисходящего.
Сопротивляйтесь!
Состояние организма в момент применения ЭШУ существенно отражается на характере реакции на электроразряд. Повышенный обмен веществ (тиреотоксикоз), кровопотеря, алкогольное опьянение, прием любых веществ, возбуждающих центральную нервную систему, наркотиков повышают чувствительность организма к действию тока. Чувствительность к разряду сильнее также при утомлении, рассеянном внимании. Напротив, эмоциональное напряжение, вызванное ожиданием какой-либо опасности, значительно повышает устойчивость к току. Вот почему человек, ожидающий разряд, воспринимает удар ЭШУ менее болезненно, чем человек, застигнутый врасплох.
Опасно или нет?
Результаты исследования действия «stun guns» (так в США принято называть ЭШУ) были описаны американским исследователем Роем в 1987 году. Испытанные им шокеры представляли собой генератор со ступенчатым преобразованием импульсного напряжения до высоковольтных импульсов (100 кВ и более). Максимальные значения тока, протекающего через поражаемый участок при расстоянии между электродами 5 см, для двух испытанных образцов ЭШУ составили 0,04 и 0,7 мА.
Эксперименты ставились на свиньях, ответная реакция сердечной мышцы у которых на электрический стимул наиболее сходна с таковой у человека. Изучалось действие ЭШУ на животных с имплантированным водителем сердечного ритма. Электроды прикладывались в различные точки грудной клетки как при непосредственном контакте с кожей, так и через несколько слоев ткани, имитирующих одежду.
Изменения сердечного ритма наблюдались лишь при использовании ЭШУ с большей энергией. Нарушение сердечного ритма было отмечено в течение всего времени действия тока, но ритм восстанавливался сразу после его отключения. Исследования также показали, что при прикладывании электродов к грудной клетке лица с имплантированным водителем ритма возможен смертельный исход: при включении тока может начаться фибрилляция сердца. При этом речь идет не о нарушении работы кардиостимулятора, а об индуцировании фибрилляционного тока непосредственно во вживленные электроды водителя ритма, которые начинают вести себя как вторичная обмотка трансформатора.
Страх перед электрическим разрядом закреплен в человеке генетически и уходит корнями в первобытный ужас перед ударом молнии. Однако для заметного воздействия количество энергии должно быть достаточно большим, так как наш организм обладает эффективным физиологическим механизмом пороговой чувствительности, позволяющим не замечать действие разряда ниже определенных энергетических границ. Этот порог индивидуален, но в целом у биологического вида он имеет границы. Данный факт послужил отправной точкой в попытках использовать электрический разряд как способ воздействия на человека.
В 60-е годы в США Джек Коувер изобрел электроразрядное устройство, получившее название «Тейзер», которое могло использоваться для пресечения действий правонарушителей. Однако из-за некоторых технических проблем оснащение им полиции затянулось на 20 лет. И только в 1979 году «Тейзер» был опробован полицией Лос-Анджелеса.
В России отечественные электрошоковые устройства (ЭШУ) начали появляться в начале 90-х годов. Ряд предприятий, в первую очередь оборонного комплекса, быстро наладил производство этих относительно технически простых приспособлений в рамках конверсионного процесса. Однако в то время в России существовал запрет на гражданское использование электрошокеров, поэтому появившиеся образцы рассматривались как специальные технические средства. В 1997 году после вступления в силу второго закона «Об оружии», в котором ЭШУ отнесли к гражданскому оружию, количество их производителей резко возросло. Однако разработчиками шокеров выступали технические специалисты, которых в первую очередь интересовала производственная сторона дела, медико-биологические аспекты оставались в тени.
Понятно, что выходные параметры ЭШУ должны гарантировать нейтрализацию агрессии. Но электрический ток, проходя через организм, оказывает комплексное действие: биологическое, электрохимическое, электротермическое, электромеханическое. Характеристики воздействия — амплитуда, частота, время разряда — могут меняться в широких пределах. Очевидно, что с учетом индивидуальных особенностей реакции организма на воздействие ЭШУ диапазон их возможных выходных параметров достаточно широк.
Биологическое действие электрического тока характеризуется возбуждением мышц, нервных рецепторов и проводников. Вследствие этого возникают тонические судороги скелетных мышц, которые при определенных условиях могут привести к остановке дыхания, спазму голосовых связок, переломам и вывихам конечностей. Действие тока на сердечную мышцу может вызвать фибрилляцию желудочков сердца. Тепловое воздействие электрического тока может проявиться в виде ожогов кожного покрова и гибели тканей, вплоть до обугливания. Эффект воздействия шокера на организм в первую очередь зависит от параметров электрического импульса: напряжения, силы тока, качественных и количественных характеристик импульса (частоты следования, формы, временных параметров и модуляции), длительности воздействия (экспозиции). Имеет значение зона приложения электродов к телу и в определенной степени состояние биообъекта в момент воздействия. Поэтому для выяснения вопроса об истинной эффективности устройства необходим анализ многих медико-биологических данных.
Степень воздействия электроразряда на организм во многом зависит от точки его приложения
В 1993-1994 годах по заказам правоохранительных органов и органов безопасности на базе Института биофизики в рамках деятельности Центра научных исследований и испытаний устройств нелетального воздействия на правонарушителей (НИЦ «Фон») был выполнен ряд научно-исследовательских работ с электрошоковыми устройствами.
Одной из причин проведения данных исследований послужило то, что, несмотря на широкий ассортимент изделий такого типа, до сих пор нет однозначного мнения об эффективности их использования. Имеющиеся обрывочные и субъективные сведения не дают реальной картины и зачастую создают превратное представление о характере ЭШУ, подогреваемое рекламными статьями в средствах массовой информации.
Вспоминая закон Ома
В «Солдате удачи» было опубликовано письмо читателя, сделавшего электрошокер с относительно низким напряжением и большой силой тока. Но с точки зрения вероятности смерти наиболее опасными являются величины напряжения именно до 1000 В, обусловливающие прохождение через тело тока порядка сотни миллиампер, ибо в этих случаях может наступить фибрилляция сердца. С повышением напряжения тока в определенных пределах его фибриллирующая способность уменьшается и в зависимости от величины напряжения преимущественно поражаются органы дыхания или кровообращения. Так, ток напряжением 110-600 В, как правило, вызывает смерть от остановки сердца, напряжением 600-1200 В — от одновременной остановки сердца и дыхания, а выше 1200 В первична остановка дыхания.
По биологическому воздействию токи разбиты на четыре диапазона.
В первый включены токи от 0,5 до 25 мА. По мере увеличения силы тока реакция мышц усиливается. Затем возникают судороги в конечностях, которые при 15-25 мА становятся настолько сильными, что человек не в состоянии сам оторваться от электродов («неотпускающий ток»).
Ко второму диапазону относятся токи от 25 до 80 мА. «Неотпускающий ток» при кратковременном воздействии непосредственной опасности для жизни не представляет. Но при более длительном контакте с токоведущей цепью токи такой величины могут привести к смерти, вызывая судороги и, как следствие, острую электрическую асфиксию.
Третий диапазон — токи от 80 мА до 3 А, способные вызывать фибрилляцию сердца. В опытах на животных установлено, что минимальная величина тока, вызывающая фибрилляцию, впрямую зависит от массы тела и сердца. Для человека смертельным считается ток, превышающий 100 мА (при прохождении непосредственно через сердце). При увеличении силы тока, проходящего через сердце, его способность вызывать фибрилляцию постепенно теряется. Такие токи относятся к четвертому диапазону.
Однозначно назвать значение безопасного для человека тока и напряжения нельзя. Известны случаи смерти при действии электрического тока напряжением 12 В, и наоборот, люди оставались живы, оказавшись в цепи напряжением несколько киловольт, когда через тело проходил ток 78 мА.
Фактор времени
Длительность действия разряда имеет существенное значение для реакции организма. Долгое воздействие опаснее кратковременного, хотя четкой пропорциональной зависимости нет. Например, с увеличением длительности действия токов промышленной частоты с 0,1 до 3 с пороговый ток фибрилляции уменьшается почти в 10 раз. Однако при воздействии в течение 3 — 12 с этот показатель остается неизменным и вновь начинает снижаться при длительности воздействия от 30 с.
Человек, ожидающий разряд, воспринимает удар ЭШУ менее болезненно, чем человек, застигнутый врасплох
Таким образом, деление токов на диапазоны по степени опасности должно учитывать время воздействия. Из самого характера ЭШУ понятно, что время воздействия им ограничено максимум 1-2 с. Если за это время противника нейтрализовать не удалось, то вас могут ждать большие неприятности. Однако необходимо иметь в виду и возможные последствия применения ЭШУ в течение более длительного времени — например, против уже потерявшего сознание противника или в целях, далеких от самообороны.
Дайте мне точку
Степень воздействия электроразряда на организм во многом зависит от точки его приложения. Сопротивление кожи, точнее, верхнего слоя — эпидермиса — неодинаково на разных участках тела. Еще в 30-х годах было обнаружено, что у человека есть четко выраженные зоны с необычно высокой проводимостью. Эти чувствительные к току или электрическому полю участки-преобразователи первичной информации сигнализируют мозгу о наличии естественного электрического фона, присущего земной атмосфере. Такими уязвимыми к току участками, называемыми электрорецепторами, являются тыльная часть кисти, шея, висок, спина и плечо. Но существуют также зоны, где восприимчивость к электроразряду значительно ниже (например, предплечье).
Если о неодинаковой восприимчивости к разряду ЭШУ разных участков кожи производителям и потребителям более-менее известно, то о важности направления тока — нисходящем или восходящем — знают гораздо меньше. Восходящим называется постоянный ток, идущий вдоль нервных волокон от их окончаний к спинному мозгу. При таком токе фибрилляция может возникать в течение всего времени, пока длится разряд. При нисходящем токе, то есть идущем в противоположном направлении, риск фибрилляции выше в момент разрыва цепи (прекращения разряда). Следовательно, при равном напряжении восходящий ток опаснее нисходящего.
Сопротивляйтесь!
Состояние организма в момент применения ЭШУ существенно отражается на характере реакции на электроразряд. Повышенный обмен веществ (тиреотоксикоз), кровопотеря, алкогольное опьянение, прием любых веществ, возбуждающих центральную нервную систему, наркотиков повышают чувствительность организма к действию тока. Чувствительность к разряду сильнее также при утомлении, рассеянном внимании. Напротив, эмоциональное напряжение, вызванное ожиданием какой-либо опасности, значительно повышает устойчивость к току. Вот почему человек, ожидающий разряд, воспринимает удар ЭШУ менее болезненно, чем человек, застигнутый врасплох.
Опасно или нет?
Результаты исследования действия «stun guns» (так в США принято называть ЭШУ) были описаны американским исследователем Роем в 1987 году. Испытанные им шокеры представляли собой генератор со ступенчатым преобразованием импульсного напряжения до высоковольтных импульсов (100 кВ и более). Максимальные значения тока, протекающего через поражаемый участок при расстоянии между электродами 5 см, для двух испытанных образцов ЭШУ составили 0,04 и 0,7 мА.
Эксперименты ставились на свиньях, ответная реакция сердечной мышцы у которых на электрический стимул наиболее сходна с таковой у человека. Изучалось действие ЭШУ на животных с имплантированным водителем сердечного ритма. Электроды прикладывались в различные точки грудной клетки как при непосредственном контакте с кожей, так и через несколько слоев ткани, имитирующих одежду.
Изменения сердечного ритма наблюдались лишь при использовании ЭШУ с большей энергией. Нарушение сердечного ритма было отмечено в течение всего времени действия тока, но ритм восстанавливался сразу после его отключения. Исследования также показали, что при прикладывании электродов к грудной клетке лица с имплантированным водителем ритма возможен смертельный исход: при включении тока может начаться фибрилляция сердца. При этом речь идет не о нарушении работы кардиостимулятора, а об индуцировании фибрилляционного тока непосредственно во вживленные электроды водителя ритма, которые начинают вести себя как вторичная обмотка трансформатора.