Глава 9. Электропроводность клеток и тканей

§9.1. Эластичность биологических тканей и жидкостей для постоянного тока

 

Уменьшение тока обусловлено явлением поляризации, которое связано с возникновением ЭДС, направленной в противоположную сторону внешнего поля.

Наиболее существенными для биологических объектов являются следующие виды поляризации:

 

1. Дипольная поляризация.

 

 

2. Макроструктурная поляризация.

 

В этом случае обусловлена не молекулами, а какими-то макроструктурами (агрегатами) диполей (молекул).

3. Поверхностная поляризация (образование двойных заряженных слоёв на поверхностях разделов фаз).

4. Концентрационная поляризация (обусловлена изменением концентрации).

Е₀ – электрическое поле в вакууме

Е – электрическое поле в веществе

- диэлектрическая проницаемость.

Поверхность различных тканей отличается в зависимости от ткани:

 

Биологич. ткани	Уд. сопротивление, Ом. м
Спинномозговая	0,55
Кровь	1,66
Мышцы
Тканемозговая и нервная	14,3
Ткань жировая	33,3
Кожа сухая	10^5
Кость без надкостницы	10^7

Электропроводимость биологических тканей для переменного тока

Существует с помощью различных мостов

 

I_n

(мнимая

часть)

 

= J_R + j J_im

= U_R + jU_im

φ

 

 

R_e (действительная часть)

 

 

 

 

•

= Ỉ R

 

I_n

 

не имеет вида фаз,

Ủ лежат на одной линии

 

 

Ỉ

 

Ỉ ỦR_e

 

 

 

•

 

= j ωh = X_L = jX_L, где X_L - индуктивное сопр-е.

 

 

I_n

 

Ток отстаёт по фазе на 90⁰

 

 

π/2

 

R_e

 

•

 

 

I_n

 

(напр-е отстает от тока на π/2)

 

 

π/2

 

R_e

 

 

= - j = - j X_c

 

•

 

 

= (R+ j ωL – j )

Ż = R+ j (ωL – ) – импеданс (полное сопротивление)

|Ż| =

 

Сдвиг фаз между током и напряжением:

φ = arctg , где X= ωL –

 

В биологических системах индуктивности нет, =>

 

Биологич. объект	- φ, градусы
Кожа лягушки
Нерв лягушки
Мышца кролика

 

Модели биологической системы для прохождения по ней перееменного тока.

 

1) R c

|Ż|

 

Ż = R-j

 

R

|Ż| = ω

 

 

R

2)

c

 

 

 

Ż =

 

|Ż|² =

 

| |

 

R

 

 

ω

 

 

3) R₁

 

R₂ c

 

|Ż|

Ż₁ =R₁, Ż₂ =R₂ – j R₁

Ż₁· Ż₂ = R₁R₂ – j ω

Ż₁ +Ż₂ = R₁₊R₂ – j

|Ż₁ +Ż₂|² = (R₁₊R₂)² +

|Ż|² =

 

 

1 – живая ткань

2 – мертвая ткань

 

 

Метод, основанный на измерении изменения импеданса процесса сердечной деятельности называется – реография.

Глава 10. Действие электрического тока и э/м полей на биологические объекты

Действие электрического тока на биологические ткани

При действии электрического тока происходит смещение ионов под действием электрического поля => раздражение, а также выделение тепла.

· Действие импульсного то ка зависит от формы импульса, амплитуды и продолжительности.

Пороговая сила тока – наименьшая величина тока, которая оказывает раздражение => пороговая амплитуда. Чем круче фронт импульса, тем больше пороговый ток (наибольший у прямоугольного фронта)

 

I I_пор.max

I_max

 

есть раздражение

 

нет

раздражения

t τ t

 

• Синусоидальный ток.

Действие его оценивают порогом ощутимого тока (min значение тока, который мы ощущаем) и не отпускающего тока (наименьшее значение тока, при котором человек самостоятельно расслабить мышцы не может)

 

1 – значения ощутимого тока

2 – значения не отпускаемого тока

 

Ощутимый > 1mA (начинаем ощущать)

Не отпускающий >10mA

 

 

· Токи высоких частот (при f > 500 кГц). При действии переменного тока амплитуда смещения ионов становится соизмеримой с амплитудой тепловых колебаний, поэтому ток высоких частот раздражающего воздействия не оказывает, а только тепловое.

q_v – объём плотность тепловыделения

(наибольшее тепло идёт в тканях с наибольшим сопротивлением)

q_v = ρ j², j – плотность тока

Диатермия и местная дарсоновализация основаны на действии токов высоких частот. При диатермии используется f=1 МГц, U=100-150В, J~2-5A; при местной дарсоновализации f=100-400 кГц, ~10кВ, 10-15мA (оказывает прижигающее воздействие).

Действие переменного магнитного поля

Наводит вихревые токи в биол. тканях, на чем основан метод индуктотермии (прогревание тканей).

 

Возникает ЭДС самоиндукции, токи Фуко:

ε = -

Φ = B S

I = ε /R

I = - ,

k₁ – коэффициент, зависящий от геометрических факторов.

Пусть индукция определяется гармоническим законом:

B = B₀ cos ωt => = - B₀ sin ωt => I =

j =

q_v =

Действие переменного электрического поля между обкладками конденсатора

 

Q = , Q –мощность тепловыделения

U = E· l l - расстояние между электродами

Q =

R = => Q =

Объем биологического объекта:

V = l· S => Q =

q_v =

 

Для воздействия переменным электрическим током используют аппарат УВЧ (40,88 МГц).