Импеданс тканей что это такое

Электропроводность в неживой природе. Электропроводность живых тканей. Диэлектрические свойства живых тканей. Физические поля биологических объектов , страница 2

Дисперсия диэлектрической проницаемости объясняет возмож­ность селективного нагревания разных тканей в высокочастотных ЭМП. Возрастание интенсивности движения ионов, переориента­ции полярных молекул в ЭМП связаны с поглощением энергий по­ля и аналогичны процессу нагревания.

Импеданс — это полное сопротивление электрической цепи при синусоидальном напряжении. По современным представлениям импеданс живой ткани имеет только две составляющие: активную и ёмкостную (см. рис.)

Для последовательного соединения этих элементов импеданс равен:

Для параллельного соединения активного и емкостного сопро­тивлений:

(электроемкость плоского конденсатора )

Электроемкость живых тканей складывается из емкости компартментов, так как клеточные мембраны можно считать диэлект­риками, а клеточные и межклеточные жидкости, содержащие раст­воры солей, проводниками. В момент включения тока конденсато­ры заряжаются и величину электроёмкости ткани можно оценить по формуле:

Электрические свойства живой ткани можно смоделировать следующими цепями:

Зависимость импеданса живой ткани (а) и её моделей (б) от частоты тока представлена на рис.

Дисперсия импеданса — это явление изменения импеданса жи­вых тканей в зависимости от изменения частоты пропускаемого че­рез них электрического тока.

Отметим, что ход кривых дисперсий Z и ε в одной и той же ткани несовпадает. Дисперсия Z, очевидно, отражает более широ­кий круг электрических процессов в живых тканях. Импеданс сильнее зависит от разнообразньх нарушений жизнедеятельности исследуемой ткани. Есть упрощенный, но эффективный способ определения жизнеспособности ткани. Определяют коэффициент поляризации:

, где Z_нч измеряют при ν=10 2 Гц, а Zвч — при ν =10 6 Гц.

В живой ткани К>1 и тем больше, чем выше уровень обмена веществ и чем лучше сохранена структурная целостность.

Широкое применение в медицинской практике нашла методика реографии— исследование импеданса тканей, органов, обуслов­ленных изменением их кровенаполнения.

В этом методе используют обычно ток частотой от 20 до 200 кГц, и не более 10 мА в величине. Реограмма представляет собой зависимость импеданса ткани от времени. Конфигурация, амплитуда и временные параметры этой кривой зависят от многочисленных факторов: состояния миокарда, тонуса сосудов, состояния капил­лярного и венозного кровотока.

В процессе жизнедеятельности живые организмы, человек в частности, излучают в широком диапазоне электромагнитных волн: от радиочастот до ультрафиолетового излучения. В широком диапазоне частот излучаются и звуки. Тело человека имеет сложное строение, т.е. подразделяется на отдельные органы, ткани, жидкости; оно характеризуется значительной неоднородностью пассивных электрических, механических и др. характеристик. Все это обуславливает сложную структуру излучаемых ЭМ и звуковых полей. К тому же все излучения обязательно промодулированы переменными физиологическими процессами.

Физические поля несут обширную информацию о жизнедеятельности живых организмов. Поэтому понятен интерес к их регистрации, изучению и применению в диагностике. Рассмотрим более подробно поля излучаемые человеком.

1. Для тела с температурой около 300 К максимум излучения приходится на инфракрасную область с λ=8-14 мкм. Мощность излучения человека в этой области составляет около 100 Вт.

Кисть руки излучает 100 мВт. Чувствительность кожи к инфракрасному излучению — 0,1 мВт/см 2 . Это объясняет возможность обратного воздействия на физиологические процессы от внешних источников излучения (рук человека). Установлено, что, действуя на кожу в зонах Захарьина-Геда малыми дозами тепла, можно в какой-то степени стимулировать работу внутреннего органа, связанного с этой зоной. Зоны Захарьина-Геда — области кожи, в которых при заболеваниях отдельных внутренних органов возникают отраженные боли, а также болевая и температурная повышенная чувствительность к раздражителям, воздействующим на органы чувств.

Интересно отметить, что ИК излучение человека попадает в «окно прозрачности» атмосферы и сравнительно мало поглощается в ней. Это позволяет регистрировать ИК излучение человека на расстоянии. Современные тепловизорные системы позволяют получать термограммы биообъекта с достаточно высокой чувствительностью — до 0,05°С.

Читайте также: Что такое лимфома мягких тканей

2. Радиоизлучение — дециметровые волны (частота несколько гигагерц, т.е. λ-30 см) дают информацию о тeмпepaтype и временных ритмах внутренних органов. Регистрируются сигналы с глубины 5-6 см, мощность радиоизлучения составляет 10 -13 Вт. Современная аппаратура регистрирует изменения мощности 10 -16 Вт.

Злокачественные опухолевые процессы повышают температуру тканей на 1,2°С, при нарушениях кровообмена температура в органе снижается.

Увеличение глубины, на которой измеряется температура, возможнo при увеличении длины волны регистрируемого излучения, но при этом ухудшается разрешающая способность в определении изменений температуры.

3.Низкочастотные электрические поля — до 1кГц — связаны с электрохимическими потенциалами и потоками ионов через мембраны. Эта поля сильно ослабляются живыми тканями и частично экранируются проводящими участками тканей. Эффект экранирования заключается в том, что электростатическое поле не проходит внутрь проводника.

Исследование низкочастотных полей очень распространено в диагностике. Это такие методы как электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография.

4.Излучение магнитных полей.

Основные химические компоненты биосред относятся к диамагнетикам (белки, углеводы, липиды, вода) с магнитной проницаемостью µ≈1, это означает, что живые ткани не ослабляют магнитное поле.

Источники магнитных полей можно локализировать с достаточной точностью, несмотря на то, что человек излучает очень слабые магнитные поля, примерно, в миллион раз слабее магнитного поля Земли. Магнитодиагностика весьма информативна в исследованиях сердца, мозга, мышц. Так, при исследовании сердца магнитные сигналы позволяют локализовать область патологии с точностью до 1 см.

5. В оптическом диапазоне регистрируются сигналы биолюминесценции, по которым можно контролировать протекание биохимических процессов.

6.В процессе метаболизма биологический объект вносит возмущение в среду, т.е. изменяет газовый и аэрозольный состав, проводимость и диэлектрическую проницаемость. Например, по запаху можно диагностировать около 40 заболеваний: абцесс легкого, диабет, дифтерию и др.

7.Очень информативны акустические сигналы. В инфразвуковом диапазоне может быть получена информация о функционировании внутренних органов, мышц. О процессах на клеточном и молекулярном уровне несут информацию высокочастотные сигналы.

Источники акустического излучения можно локализовать достаточно точно, т.к. длина акустических волн меньше, чем у электромагнитных (низкочастотных) волн.

Состояние биоо6ъекта существенно не стационарно, поэтому важно наблюдать динамику изменения физических полей, в которой должны проявляться характеристики регуляторных систем гомеостаза.

8. Биополе. (В физике поле — это функция, характеризующая в трехмерном пространстве силы, действующие на те или другие пробные тела (заряд, магнит, массу). Поле считается физической реальностью лишь в той мере, в какой соответствующие силы можно измерить).

Впервые термин «биополе» или «морфогенное поле» ввел в научный оборот А.Г. Гурвич. В результате экспериментов по морфогенезу он пришел к следующим выводам:

1.Вокруг растущего зародыша существует некое «морфогенное поле», распространяющееся за его пределы и определяющее в каждой точке пространства направление и скорость роста других клеток того же организма.

2.Морфогенные поля отдельных зародышевых клеток векторно складываются.

3.Морфогенное поле имеет не силовой характер, т.е. само не совершает никакой работы против внешних сил. Оно выполняет сугубо информационную роль, управляя процессами обмена веществ в клетках.

Мы видим, что введенное понятие является полем лишь с точки зрения биолога, но не физика. Позднее этим термином стали называть «новое» физическое поле, а это уже подпадает под.

• АлтГТУ 419
• АлтГУ 113
• АмПГУ 296
• АГТУ 267
• БИТТУ 794
• БГТУ «Военмех» 1191
• БГМУ 172
• БГТУ 603
• БГУ 155
• БГУИР 391
• БелГУТ 4908
• БГЭУ 963
• БНТУ 1070
• БТЭУ ПК 689
• БрГУ 179
• ВНТУ 120
• ВГУЭС 426
• ВлГУ 645
• ВМедА 611
• ВолгГТУ 235
• ВНУ им. Даля 166
• ВЗФЭИ 245
• ВятГСХА 101
• ВятГГУ 139
• ВятГУ 559
• ГГДСК 171
• ГомГМК 501
• ГГМУ 1966
• ГГТУ им. Сухого 4467
• ГГУ им. Скорины 1590
• ГМА им. Макарова 299
• ДГПУ 159
• ДальГАУ 279
• ДВГГУ 134
• ДВГМУ 408
• ДВГТУ 936
• ДВГУПС 305
• ДВФУ 949
• ДонГТУ 498
• ДИТМ МНТУ 109
• ИвГМА 488
• ИГХТУ 131
• ИжГТУ 145
• КемГППК 171
• КемГУ 508
• КГМТУ 270
• КировАТ 147
• КГКСЭП 407
• КГТА им. Дегтярева 174
• КнАГТУ 2910
• КрасГАУ 345
• КрасГМУ 629
• КГПУ им. Астафьева 133
• КГТУ (СФУ) 567
• КГТЭИ (СФУ) 112
• КПК №2 177
• КубГТУ 138
• КубГУ 109
• КузГПА 182
• КузГТУ 789
• МГТУ им. Носова 369
• МГЭУ им. Сахарова 232
• МГЭК 249
• МГПУ 165
• МАИ 144
• МАДИ 151
• МГИУ 1179
• МГОУ 121
• МГСУ 331
• МГУ 273
• МГУКИ 101
• МГУПИ 225
• МГУПС (МИИТ) 637
• МГУТУ 122
• МТУСИ 179
• ХАИ 656
• ТПУ 455
• НИУ МЭИ 640
• НМСУ «Горный» 1701
• ХПИ 1534
• НТУУ «КПИ» 213
• НУК им. Макарова 543
• НВ 1001
• НГАВТ 362
• НГАУ 411
• НГАСУ 817
• НГМУ 665
• НГПУ 214
• НГТУ 4610
• НГУ 1993
• НГУЭУ 499
• НИИ 201
• ОмГТУ 302
• ОмГУПС 230
• СПбПК №4 115
• ПГУПС 2489
• ПГПУ им. Короленко 296
• ПНТУ им. Кондратюка 120
• РАНХиГС 190
• РОАТ МИИТ 608
• РТА 245
• РГГМУ 117
• РГПУ им. Герцена 123
• РГППУ 142
• РГСУ 162
• «МАТИ» — РГТУ 121
• РГУНиГ 260
• РЭУ им. Плеханова 123
• РГАТУ им. Соловьёва 219
• РязГМУ 125
• РГРТУ 666
• СамГТУ 131
• СПбГАСУ 315
• ИНЖЭКОН 328
• СПбГИПСР 136
• СПбГЛТУ им. Кирова 227
• СПбГМТУ 143
• СПбГПМУ 146
• СПбГПУ 1599
• СПбГТИ (ТУ) 293
• СПбГТУРП 236
• СПбГУ 578
• ГУАП 524
• СПбГУНиПТ 291
• СПбГУПТД 438
• СПбГУСЭ 226
• СПбГУТ 194
• СПГУТД 151
• СПбГУЭФ 145
• СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 379
• ПИМаш 247
• НИУ ИТМО 531
• СГТУ им. Гагарина 114
• СахГУ 278
• СЗТУ 484
• СибАГС 249
• СибГАУ 462
• СибГИУ 1654
• СибГТУ 946
• СГУПС 1473
• СибГУТИ 2083
• СибУПК 377
• СФУ 2424
• СНАУ 567
• СумГУ 768
• ТРТУ 149
• ТОГУ 551
• ТГЭУ 325
• ТГУ (Томск) 276
• ТГПУ 181
• ТулГУ 553
• УкрГАЖТ 234
• УлГТУ 536
• УИПКПРО 123
• УрГПУ 195
• УГТУ-УПИ 758
• УГНТУ 570
• УГТУ 134
• ХГАЭП 138
• ХГАФК 110
• ХНАГХ 407
• ХНУВД 512
• ХНУ им. Каразина 305
• ХНУРЭ 325
• ХНЭУ 495
• ЦПУ 157
• ЧитГУ 220
• ЮУрГУ 309

Читайте также: Боль в мягких тканях бедра с внутренней стороны

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

Импеданс тканей организма. Дисперсия импеданса. Физические основы реографии

Ткани организма проводят не только постоянный, но и переменный ток. Опыт показывает, что в этом случае сила тока, проходящая через биологическую ткань, опережает по фазе приложенное напряжение. Следовательно, емкостное сопротивление тканей больше индуктивного.

Отсюда следует, что моделировать электрические свойства биологических тканей можно, используя резисторы, которые обладают активным сопротивлением, и конденсаторы — носители емкостного сопротивления. В качестве модели обычно используют эквивалентную электрическую схему тканей организма. Она представляет собой схему, состоящую из резисторов и конденсаторов, частотная зависимость (дисперсия) импеданса которой близка к частотной зависимости импеданса биологической ткани.

На рис. 2.8 представлен график частотной зависимости импеданса мышечной ткани в логарифмических координатах. Из графика видны две особенности этой зависимости: во-первых, плавное уменьшение импеданса с увеличением частоты (общий ход зависимости импеданса от частоты) и, во-вторых, наличие трех областей частот, в которых имеет место отклонение от общего хода зависимости импеданса от частоты: Z мало изменяется. Они были названы, соответственно, областями α-, β— и γ-дисперсии импе данса.

Наиболее удачно экспериментальной зависимости импеданса мышечной ткани от частоты соответствует схема, приведенная на рис. 2.9. Важно отметить, что при этом электроемкость и, следовательно, диэлектрическая проницаемость остаются постоянными.

Поясним причину возникновения областей α-, β— и γ-дисперсии импеданса. Ткань организма является структурой, обладающей свойствами проводника (электролита) и диэлектрика. Поляризация диэлектрика во внешнем электрическом поле происходит не мгновенно, а зависит от времени. Это означает зависимость от времени поляризованности диэлектрика (Р_е) при воздействии постоянного электрического поля (Е — напряженность электрического поля):

Читайте также: Кот из ткани своими руками в одежде

Если электрическое поле изменяется по гармоническому закону, то поляризованность будет также изменяться по гармоническому закону, а амплитуда поляризованности будет зависеть от частоты изменения поля с запаздыванием по фазе:

Выражение для диэлектрической проницаемости имеет вид:

Из (39) следует, что имеет место частотная засимость диэлектрической проницаемости при воздействии переменным (гармоническим) электрическим полем: . Изменение диэлектрической проницаемости с изменением частоты электрического поля означает изменение электроемкости и, как следствие, изменение импеданса.

Запаздывание изменения поляризованности относительно изменения напряженности электрического поля зависит от механизма поляризации вещества. Самый быстрый механизм — электронная поляризация, так как масса электронов достаточно мала. Это соответствует частотам (около 10 15 Гц), которые существенно превышают области α-, β— и γ-дисперсии.

Ориентационная поляризация воды, молекулы которой имеют сравнительно малую массу, соответствует γ-дисперсии (частоты около 20 ГГц).

Крупные полярные органические молекулы, например белки, имеют значительную массу и успевают реагировать на переменное электрическое поле с частотой 1 — 10 МГц. Это соответствует β-дисперсии.

При α-дисперсии происходит поляризация целых клеток в результате диффузии ионов, что занимает относительно большое время, и α-дисперсии соответствует область низких частот (0,1 — 10 кГц). В этой области емкостное сопротивление мембран очень велико, поэтому преобладают токи, огибающие клетки и протекающие через окружающие клетки растворы электролитов.

Итак, области а α-, β- и γ-дисперсии импеданса объясняются тем, что с увеличением частоты переменного электрического поля в явлении поляризации участвуют разные структуры биологических тканей: при низких частотах на изменение поля реагируют все структуры (α-дисперсия), с увеличением частоты реагируют крупные молекулы-диполи органических соединений и молекулы воды ((β-дисперсия), а при самых больших частотах реагируют только молекулы воды (γ-дисперсия). Во всех случаях имеет место электронная поляризация. С увеличением частоты электрического тока (электрического поля) все меньше структур будет реагировать на изменение этого поля и меньше будет значение поляризованности Р_em. Отсюда, согласно (39), с увеличением частоты будет уменьшаться диэлектрическая проницаемость ε, а следовательно, и электроемкость С, а это приведет к увеличению емкостного сопротивления Х_С и импеданса Z. Следовательно, на фоне общего хода зависимости Z = f(ω) появляются области с меньшим убыванием Z при возрастании частоты (области α-, β- и γ-дисперсии).

Частотная зависимость импеданса позволяет оценить жизнеспособность тканей организма, что важно знать для пересадки (трансплантации) тканей и органов. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и в случаях здоровой и больной ткани.

Импеданс тканей и органов зависит также и от их физиологического состояния. Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечно-сосудистой деятельности.

Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности, называют реографией (импеданс-плетизмография).

С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалограмма), сердца Источник

• 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