Ткани организма представляют собой по электрическим свойствам разнородную среду. Органические вещества ( белки, жиры, углеводы и др.), из которых состоят плотные части тканей, являются диэлектриками. Однако все ткани и клетки в организме содержат жидкости или омываются ими ( кровь, лимфа, различные тканевые жидкости ), в состав этих жидкостей кроме органических коллоидов входят также растворы электролитов, и поэтому они являются хорошими проводниками.
Наилучшую электропроводность имеют спинно-мозговая жидкость, сыворотка крови, несколько меньшую — цельная кровь и мышечная ткань. Значительно меньше электропроводность тканей внутренних органов, а также нервной, жировой и соединительной тканей. Плохими проводниками являются роговой слой кожи, связки и сухожилия, костная ткань без надкостницы. В ряде случаев их можно отнести даже к диэлектрикам.
Ткани организма состоят из структурных организмов — клеток, омываемых тканевой жидкостью. Цитоплазма клетки отделена от тканевой жидкости клеточной мембраной. Тканевая жидкость и цитоплазма — хорошие проводники. Клеточная мембрана проводит электрический ток плохо. Такая система напоминает конденсатор и обладает электрической емкостью.
В тканях встречаются и макроскопические образования, состоящие из различных соединительных оболочек и перегородок, по обе стороны которых находятся ткани, обильно снабженные тканевой жидкостью. Все это придает тканям емкостные свойства.
Как показывает опыт, ткани организма не имеют практически заметной индуктивности, но обладают емкостью и активным сопротивлением. Поэтому при прохождении переменного тока через ткани организма следует учитывать их полное сопротивление, или импеданс.
Электрические параметры участка тканей организма, находящиеся между наложенными на поверхность тела электродами, можно представить в виде эквивалентных электрических схем.
В наиболее упрощенном виде эта схема для слоя кожи и подкожной клетчатки может быть представлена как значительная емкость C ( Рис.6,а), шунтированная большим сопротивлением R и включенная последовательно со значительно меньшим сопротивлением R * , а для глубоко лежащих тканей — это включенные параллельно сопротивление и емкость ( Рис.6,б).
Импеданс тканей организма зависит от множества физиологических условий, основным из которых является состояние кровообращения, в частности кровонаполнение сосудов.
На этом основан один из способов исследования периферического кровообращения — РЕОГРАФИЯ.
При этом в течение цикла сердечной деятельности регистрируется изменение импеданса определенного участка тканей, на границах которого накладываются электроды. При реографии применяется переменный ток частотой 20 — 30 кГц. Этим методом получают реограммы головного мозга — реоэнцефалограммы, печени, легких, магистральных сосудов и т.д.
Зависимость импеданса тканей организма от частоты переменного тока позволяет оценить жизнеспособность этих тканей, что важно знать, например, при пересадке (трансплантации) тканей и органов. На рис.7 представлены частотная зависимость импеданса здоровой ткани (1) и мертвой (2) , убитой кипячением в воде .
В мертвой ткани мембраны клеток разрушены и ткань обладает лишь активным сопротивлением, в то время как импеданс живой ткани складывается из активного и емкостного сопротивлений. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и у здоровой, и у больной ткани.
Читайте также: Обоснование выбора ткани для фартука
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
Упражнение 1. Определение индуктивности катушки
 |
1. Проверить электрическую цепь (рис.8), состоящую из последовательно соединенных катушки индуктивности L, батареи конденсаторов C, амперметра A и реостата R.
2. Подключить вольтметр для измерения напряжения на катушке.
3. Поставить движок реостата в среднее положение.
4. Включить цепь и, изменяя сопротивление реостата, получить пять различных значений тока ( в пределах от 0,1 до 0,3 A) и напряжения.
5. Вычислить индуктивное сопротивление катушки по формуле
где R — активное сопротивление катушки (указано на катушке).
6. Найти среднее значение XL и рассчитать индуктивность катушки:
, где w=2pn=2×50p =314 Гц.
7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
| № п/п | U (B) | I (A) | R (Ом) | XL (Ом) | L ( Гн ) |
Упражнение 2. Определение емкости конденсатора
1. Переключить вольтметр для измерения напряжения на конденсаторе C.
2. Поставить движок реостата в среднее положение.
3. Включить цепь и, изменяя сопротивление реостата, получить пять различных значений силы тока и напряжения.
4. Вычислить емкостное сопротивление по формуле .
5. Найти среднее значение и рассчитать емкость конденсатора:
6. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.
Упражнение 3. Проверка закона Ома для полной цепи переменного тока
1. Переключить вольтметр для измерения напряжения на участке АВ, состоящем из последовательно включенных активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.
2. Включить цепь и измерить одно значение напряжения и силы тока (в пределах 0,1 — 0,3 A) на этом участке.
3. Вычислить полное сопротивление участка АВ: .
4. Рассчитать полное сопротивление участка АВ через средние значения индуктивного, емкостного и активного сопротивлений по формуле
и сравнить с результатом, полученным в пункте 3.
5. Результаты измерений и вычислений занести в протокол.
Контрольные вопросы.
2. Уравнение и график гармонического тока.
3. Мгновенное, амплитудное и эффективное значение силы переменного тока и ЭДС.
4. Цепь переменного тока с активным сопротивлением R.
5. Цепь переменного тока с емкостным сопротивлением XC.
6. Цепь переменного тока с индуктивным сопротивлением XL.
7. Вывод закона Ома для полной цепи переменного тока. Импеданс цепи.
8. Понятие о сдвиге фаз в цепи переменного тока с XL, XC и в цепи с полным сопротивлением. В каких случаях сдвиг фаз равен нулю?
9. Понятие о резонансе напряжений.
10. Импеданс тканей организма. Эквивалентные схемы тканей.
11. Понятие о реографии, ее виды. Частотная зависимость импеданса тканей, ее использование в медицине.
4. Электропроводность биологических тканей для переменного тока. Эквивалентная электрическая схема живой ткани.
Для изучения закономерностей протекания переменного тока через живую ткань используется эквивалентная электрическая схема живой ткани.
Читайте также: Продукты для быстрой регенерации тканей
В общем случае органическую ткань можно рассматривать как клетки, находящиеся в проводящей среде (межклеточной жидкости) с сопротивлением R1. Клеточные мембраны обладают емкостным сопротивлением ( ), а электролиты внутри клетки (цитоплазма) обладают активным сопротивлением R2. Этому представлению соответствует электрическая схема, изображенная на рисунке 5.
Рис. 5 Эквивалентная электрическая схема живой ткани
Полное сопротивление (импеданс) живой ткани в цепи переменного тока рассчитывается по формуле:
Для постоянного тока (ω =0) и Z1=R1.
Для переменного тока больших частот (ω → ∞), а и формула (1) принимает вид:
Г рафически зависимость импеданса эквивалентной схемы от частоты представлена на рис.6.
Кривая на рис. 6 качественно верно описывает изменение импеданса биологических тканей: плавное уменьшение импеданса при увеличении частоты. Зависимость удельного сопротивления, например, мышечной ткани от частоты представлена на рис. 7.
Рис. 7 Зависимость удельного сопротивления мышечной ткани от частоты (логарифмический масштаб)
5. Импедансные методы в биологических и медицинских исследованиях
Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическим состоянием и морфологическими особенностями ткани, что позволяет использовать измерения их электропроводности в биологических и медицинских исследованиях.
Методы измерения электропроводности тканей осуществляются при достаточно низких напряжениях (менее 50 мВ) и малых токах, которые не вносят изменений в физико-химические процессы в тканях и не повреждают их.
При действии внешних повреждающих факторов (повышенная температура, мощный ультразвук, ионизирующие излучения и др.), а также при отмирании ткани происходит увеличение проницаемости мембран, их частичное или полное разрушение, что приводит к уменьшению роли емкостного сопротивления ткани и зависимость ее импеданса от частоты становится слабой. Для «мертвой ткани» она практически исчезает.
Д ля иллюстрации на рис. 8 представлена частотная зависимость импеданса для трех образцов одной и той же ткани: 1 – образец не подвергался никаким внешним воздействиям; 2 – ткань подвергнута кратковременному нагреванию, приводящему к частичному разрушению клеточных мембран; 3 – образец ткани, подвергнутой длительному кипячению, вызывающему полное разрушение мембран («мертвая ткань).
Видно, что сопротивление мертвой ткани практически не зависит от частоты.
По частотной зависимости импеданса можно оценивать жизнестойкость тканей организма. Это существенно, в частности, для оценки качества трансплантата при пересадке тканей и органов. Жизнестойкость ткани количественно принято характеризовать коэффициентом К, называемым коэффициентом поляризации (часто коэффициентом жизнестойкости ткани), представляющим собой отношение импеданса ткани ZН, измеренного на низкой частоте (обычно 10 3 Гц), к ее импедансу на высокой частоте ZB (10 6 Гц):
Для живой ткани этот коэффициент значительно больше единицы (К>>1) и зависит от способности ткани к обмену веществ. Так, величина К для печени млекопитающих больше, чем для мышц того же организма, и составляет порядка 9-10.
В физиологии и медицине путем измерения зависимости импеданса от времени при фиксированной частоте определяется кровенаполнение органов и тканей, которое зависит от работы сердечно-сосудистой системы – при систоле количество крови увеличивается, сопротивление органа уменьшается, при диастоле – наоборот. Этот метод называется реографией (импедансной плетизмографией).
Читайте также: Бостон ткань из чего делают
Из предыдущего анализа очевидно, что сопротивление живой ткани переменному току большой частоты практически определяется только активным сопротивлением кровенаполняемой ткани. Поэтому в реографии применяют переменный ток с частотой 40-150·кГц. Полное сопротивление тканей имеет постоянную часть (базовый импеданс) Z и переменную составляющую ΔZ, связанную с пульсовыми колебаниями кровенаполнения и составляющую обычно 0,05-1% от базового импеданса. Отток и приток крови в исследуемом участке ткани вызывает изменение объема ΔV кровенаполняемых структур и соответственно изменение активной составляющей импеданса на величину ΔZ.
Изменения переменной величины ΔZ представляются графически в виде кривой (реограммы) с помощью приборов — реографов. Для сохранения физиологического смысла реограммы её записывают так, чтобы она соответствовала изменению кровенаполнения. При этом размах (амплитуда) пульсовых колебаний электрического сопротивления характеризует объем кровенаполнения тканей (чем больше амплитуда, тем кровенаполнение ткани больше и наоборот). Таким образом, реограмма (РГ) представляет собой график зависимости изменения объема кровенаполнения органов со временем ΔV(t) (Рис. 9).
Рис. 9 Соотношение фаз электрокардиограммы и реограммы
В практике врача-стоматолога реографию применяют для диагностики и оценки эффективности лечения основных стоматологических заболеваний парадонта, пульпы зуба и слизистой оболочки полости рта. Так пульсовое приращение крови в пульпе зуба уменьшает его электрическое сопротивление на 10-50 Ом (в зависимости от размеров пульпы в одно — и многокорневых зубах). Схема наложения электродов при реодентографии (РДГ) приведена на рисунке 10.
Рис. 10. Схема наложения электродов в реодентографии: 1-собственно электроды; 2-проводники; 3-зуб; 4-пластмассовая обойма; 5-пружинный фиксатор.
Диагностику состояния пульпы осуществляют путем сравнения РДГ исследуемого зуба и симметричного интактного, а при отсутствии такового – соседнего интактного. Совпадение по конфигурации и амплитуде двух сравниваемых РДГ диагностируется как отсутствие изменений в исследуемой пульпе. Так, например, при начальном и среднем кариесе функциональное состояние сосудов пульпы исследуемого зуба не изменяется, т.е. такое же, как и в другом интактном зубе. Следовательно, если в зубе имеется кариозная полость и по РДГ состояние пульпы этого зуба не изменено, можно ставить диагноз средний кариес. При глубоком кариесе функциональное состояние сосудов пульпы изменяется – повышается тонус сосудов (вазоинстрикция), что уменьшает просвет в сосудах и снижает пульсовой объем кровенаполнения пульпы. Как следствие – амплитуда пульсовых колебаний в исследуемом зубе уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с интактным зубом (Рис. 11).
Таким образом, при наличии кариозной полости по РДГ можно, не приступая к ее препарированию, определить глубину кариозного процесса в зубе. Контролем успешного лечения глубокого кариеса и острого пульпита служит увеличение амплитуды РДГ.
- Свежие записи
- Балкон в многоквартирном доме: является ли он общедомовым имуществом?
- Штраф за остекление балкона в 2022: что это и как избежать наказания
- Штраф за мусор с балкона: сколько заплатить за выбрасывание окурков
- Оформление балконного окна: выбираем шторы из органзы
- Как выбрать идеальные шторы для маленькой кухни с балконом