Розділ 6. Фізичні процеси в біологічних тканинах під дією електричного струму

Характеристики електричного струму. Закони Ома і Джоуля-Ленца

Електричним струмом називають впорядкований (напрямлений) рух елект­ричних зарядів.

Сила струму визначається відношенням кількості заряду dq, який переноситься через переріз провідника, до проміжку часу dt, за який цей заряд переноситься:

I = (6.1)

Якщо за будь-які однакові проміжки часу переносяться однакові кількості елек­тричного заряду, такий струм називають постійним.

Густина струму j - величина, яка дорівнює відношенню сили струму до площі поперечного перерізу провідника dS, через який цей струм проходить.

j = (6.2)

Закон Ома в диференціальній формі формулюється так: вектор густини стру­му пропорційний напруженості електричного поля і має однаковий з нею напрям.

j = = , (6.3)

де р - питомий опір, - питома електропровідність.

Закон Ома в такому вигляді встановлює зв'язок між локальними величинами, які відносяться до даної точки провідника, тому він застосовний і до неоднорідних провідників.

Проходження електричного струму через біологічні тканини супроводжуєть­ся їх нагріванням. Кількість теплоти, яка при цьому виділяється, визначається за законом Джоуля-Ленца

Q= I²Rt (6.4)

де I- сила струму, t - час його проходження, R - опір провідника.

Електропровідність тканин організму. Гальванізація. Електрофорез

Багато біологічних середовищ є електролітами. Носіями струму в електролі­тах є позитивно і негативно заряджені іони, які виникають в результаті електролі­тичної дисоціації.

Напрямлений рух іонів в електроліті можна вважати рівномірним, при цьому електрична сила зрівноважується з силою тертя

F_e = F_mp, qE =r , (6.5)

де r - коефіцієнт тертя - швидкість руху іона. Тоді

E = bE, b= , (6.6)

де b - рухливість іонів.

Рухливість іонів bчисельно дорівнює швидкості їх впорядкованого руху в елек­тричному полі з напруженістю Е = 1

Явище проходження електричного струму через біологічні тканини може бути описане законом Ома для електролітів:

= nq(b₊ + b_-) , (6.7)

де - коефіцієнт електролітичної дисоціації, п - концентрація іонів, q - за­ряд, b₊,b_- - рухливість іонів.

Питома електропровідність електролітів визначається за формулою

nq(b₊ + b_-). (6.8)

Електропровідність тканин та органів залежить від їх функціонального стану і використовується як діагностичний показник.

Вимірювання електропровідності (кондуктометрія) широко використовується при вивченні процесів, які відбуваються в живих клітинах і тканинах під час зміни фізіологічного стану в результаті дії деяких хімічних речовин, а також за умови патологічних процесів.

Біологічним тканинам властива електрична гетерогенність.

У таблиці 6 приведені питомі опори різних тканин та рідин організму.

Таблиця 6. Питомий опір тканин та рідин

 

Табл 22,стр 248 Ремизов

Первинна дія постійного струму на організм пов'язана, в основному, з двома процесами: поляризацією тканин організму і рухом та перерозподілом в організмі заряджених частинок. Ці процеси викликають зміну функціонального стану клітин організму, тобто збудження або гальмування їхньої діяльності. Через нейрогумо­ральні або рефлекторні регуляторні механізми це приводить до функціональних змін у відповідних тканинах і органах, що є основою лікувального ефекту.

Застосування постійного струму невеликої сили (до 50 мА) і напруги (30-80 В) лікувальною метою називають гальванізацією. При цьому густина струму не повинна перевищувати j _mах = 0,1 .

Уведення в тканини організму лікарських речовин за допомогою постійного струму називають лікувальним електрофорезом. Ліки вводять з того полюса, заряд якого вони мають. Під дією електричного струму збільшується їх фармакологічна дія. Позитивні іони, катіони, рухаючись до неактивного електроду, катіоду розрихляють клітинну мембрану, збільшуючи їх проникність. підвищують тканинний обмін, процеси регенерації, змінюють рH середовище, збільшують ШОЕ.

Негативні іони. Аніони, рухаючись до позитивного електроду –аноду, ущільнюють клітинну мембрану, тим самим зменшують збудливість клітин, що сприяє зменшенню болі.