В настоящее время методы, основанные на измерении активной и реактивной составляющей импеданса тканей, широко используются в медико-биологическом эксперименте и клинической практике. Как правило, клинические исследования ограничиваются анализом лишь одной характеристики импеданса, связанной с кровенаполнением исследуемого участка тела. Однако феномены взаимодействия тканей с внешним переменным электрическим током являются более тонкими индикаторами происходящих в них морфофункциональных процессов. Отечественные работы до недавнего времени были посвящены изучению информативности и механизмов формирования электрического импеданса тканей. Зарубежные ученые основное внимание уделяли прикладным исследованиям: импедансной компьютерной томографии и анализу компонентного состава тела (процентное содержание воды в тканях, клеточной, жировой и тощей массы).
На основании анализа отечественной литературы и результатов собственных исследований мы полагаем, что показатели двухчастотной электроимпедансометрии могут быть с успехом использованы и для определения степени склерозирования тканей, соотношения стромальных и паренхиматозных компонентов, изменения межклеточных пространств, появления атипичных клеток [2, 4, 6, 13]. Известно, что при воздействии неблагоприятных факторов нарушаются многие корреляционные связи в организме, что может привести к дизадаптации и даже гибели индивида. Какова цена перестроек, позволяющих сохранить жизнь, каковы механизмы интегрального взаимодействия функциональных систем – все это является весьма актуальной проблемой. Помочь в ее разрешении, по нашему мнению, может комплексное исследование показателей электрического импеданса и данных световой и электронной микроскопии образцов тканей внутренних органов при эндо- и экзогенных воздействиях и некоторых патологиях.
Унифицированной аппаратуры и общепринятого метода регистрации электропроводящих свойств тканей, кроме стандартных реографов, несмотря на значительное число авторских разработок и патентов, в настоящее время не существует. Тем не менее, в медико-биологическом эксперименте и клинике в последние годы получил распространение метод измерения импеданса внутренних органов на нескольких частотах с использованием игольчатых электродов (c диаметром кончика 60–70 мкМ) при эндоскопии или во время оперативного вмешательства. Наиболее перспективным, по нашему мнению, является метод оценки электрического импеданса биопсийного материала или изолированных образцов переживающих тканей внутренних органов размерами 1×1×1 мМ, подкрепленный данными световой и электронной микроскопии препаратов.
Как правило, электропроводящие свойства тканей представляются как в абсолютных величинах импеданса, так и в виде коэффициента поляризации (Кп), равного отношению импедансов на двух фиксированных частотах, например, 10 кГц и 1 мГц, предложенных Б.Н. Тарусовым [1938 г.]. Некоторые исследователи используют другие частоты, например, 2 и 200 кГц, 20 и 200 кГц, 10 и 500 кГц. Показатель Кп поэтому различается по уровню в зависимости от приборно-методического решения, избранного авторами, и количественное сравнение данных, полученных ими, не всегда возможно. В качестве информативных иногда используют относительные показатели (в %), характеризующие изменения электропроводности тканей при внешних воздействиях, или сравнивают показатели пораженного и интактного участков ткани одного органа. Такое представление материала позволяет избавиться от ряда артефактов (температурный дрейф, индивидуальный разброс показателей, влияние параметров электродов, их контакта с тканью, выбранных частот и др.), что облегчает трактовку материала.
К настоящему времени установлено, что по показателям импеданса можно оценить жизнеспособность тканей организма, определить границы злокачественных опухолей, некротических изменений при термических ожогах, острой кишечной непроходимости и др. По снижению коэффициента поляризации тканей трупа (почка, эпидермис, стекловидное тело) имеется возможность определить время наступления смерти [3, 12, 14, 15]. При сопоставлении данных электроимпедансометрии и гистологической картины препаратов в оценке течения экспериментального инфаркта миокарда установлено снижение на 30 % коэффициента поляризации миокарда после окклюзии коронарной артерии и постепенное восстановление его уровня при благоприятном течении процесса. В проведенном нами эксперименте выявлено снижение коэффициента поляризации тканей сердца в пределах 15 % под действием алкогольной нагрузки, связанное с изменением гемодинамики и наличием отека, что подтверждалось данными световой микроскопии. Метод электроимпедансометрии в комплексе с последующим гистологическим анализом препаратов был применен для оценки повреждающего действия на миокард экспериментальных животных этилового спирта, иммобилизационно-болевого стресса и кардиопротекторного действия мексидола. Авторами показана возможность выявления функциональных нарушений в работе миокарда по изменению показателей импеданса в условиях алкогольной интоксикации (снижение на 20–25 %) и их коррекции мексидолом, диосмином и гесперидином (приближение показателей к норме). В случае иммобилизационно-болевого стресса, напротив, наблюдали рост показателей в среднем на 20 %, а при воздействии доксорубицином ‒ до 30 %. Авторы полагают, что он может быть обусловлен неодинаковым влиянием экзогенных факторов на процессы гидратации и водно-солевой баланс в миокарде [9, 13].
Читайте также: Самая распространенная механическая ткань
Показатели электрического импеданса легкого впервые исследованы нами в условиях комплексного эксперимента при воздействии этанола и изменении рациона питания. Выявлено снижение Кп (в среднем на 10 %) и рост сопротивления токам высокой частоты (на 12 %) тканей легкого под действием алкогольной нагрузки.
Анализ импеданса почки впервые был проведен нами при воздействии этанола и низкохолиновой диеты. Установлено достоверное снижение относительно контроля электропроводности почки на низких частотах (на 14 %), вызванное изменением кровообращения в органе. Рост сопротивления почки токам высокой частоты (в среднем на 12 %), по нашему мнению, следует связывать с вариабельностью размеров почечных клубочков и мелкоочаговой атрофией дистальных канальцев. В последующем другими авторами и на других частотах была проведена оценка импеданса паренхимы почки при почечной недостаточности и показано, что экспериментальная острая почечная недостаточность характеризуется снижением абсолютных показателей электрического импеданса коркового слоя почки (до 30 %) и ростом Кп мозгового слоя. Снижение полного электрического сопротивления коркового слоя почки, по мнению авторов, имеет место за счет увеличения концентрации электролитов в межклеточном пространстве, стаза в микроциркуляторном русле, интерстициального отека и некроза эпителиоцитов [2].
Электропроводность и поляризационные свойства печени исследованы нами в эксперименте по моделированию цирроза печени [5]. Зарегистрированные изменения сопротивления печени токам низких частот (рост на 23 %), по нашему мнению, определяются началом фиброзирования центральных вен и огрублением портальной стромы. Рост сопротивления печени токам высоких частот (в среднем на 35 %) – мелковезикулярной липидной инфильтрацией гепатоцитов и наличием клеток в состоянии инвалютно-клеточной дистрофии.
Импеданс и Кп селезенки впервые исследованы при воздействии алкогольной нагрузки. Изменение Кп связывается со снижением почти на 30 % сопротивления селезенки току низкой частоты, что обусловлено расширением и полнокровием трабекулярных сосудов [16]. Впоследствии этот метод был успешно использован другими авторами для оценки кровоснабжения органа и апробирован в клинике [8, 10].
Читайте также: Товары для раскроя ткани
Показатели импеданса надпочечника исследованы в условиях комплексного эксперимента по оценке влияния алкоголя и изменения рациона питания. Выявлено, что этаноловая нагрузка и дефицитная к холину и метионину диета вызывают снижение Кп надпочечника в среднем на 37 % за счет роста сопротивления току высокой частоты (на 56 %), которое сопровождается характерными для стресс-реакции структурными изменениями в коре [7]. Зарегистрированное нами снижение электропроводности и рост Кп надпочечника в процессе онтогенеза (фиксированные образцы ткани) позволило установить связь между изменением сосудисто-паренхиматозных отношений в коре надпочечника и показателями импеданса. При этом определяющее влияние на динамику импеданса оказывает сосудистый компонент [6, 17].
Электроимпедансометрия слизистой оболочки желудка успешно применена для диагностики форм гастритов, доброкачественных и злокачественных опухолей и определения границ их распространения. Был установлен интервал Кп, характерный для злокачественных опухолей (снижение от 15 до 40 % по сравнению с данными нормальной слизистой оболочки) и возможность их дифференциации по уровню Кп. В последующем данные импедансометрии слизистой оболочки желудка были использованы в качестве диагностических критериев при разработке электрохирургической аппаратуры [1].
Показатели электрического импеданса опухолей щитовидной и молочной желез в диагностических целях использовали при плановых операциях. Кп злокачественных опухолей щитовидной железы (папиллярный рак) был снижен в среднем на 15 % относительно здоровой ткани, в то время как доброкачественные опухоли (узловой нетоксический зоб), напротив, характеризовались повышенным уровнем Кп (p
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.
Для 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.
Читайте также: Обтянуть коробки тканью мастер класс
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).
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