Каким сопротивлением обладает живая ткань

В живой ткани нет свободных электронов и поэтому она не может быть уподоблена металлическому проводнику, электрический ток в котором представляет собой упорядоченное движение свободных электронов.

Большинство тканей тела человека содержит значительное количество воды (до 65% по весу). Поэтому живую ткань можно рассматривать как электролит, т. е. раствор, разлагающийся химически при прохождении по нему тока, и, таким образом, считать, что она обладает ионной проводимостью. Иначе говоря, можно полагать, что перенос электрических зарядов в живой ткани осуществляется не свободными электронами, как это имеет место в металлических проводниках, а заряженными атомами или группами атомов — ионами.

В живой ткани имеет место явление межклеточной миграции (перемещения) энергии, т. е. резонансный перенос энергии электронного возбуждения между возбужденной и невозбужденной клетками. Поэтому можно предположить, что живая ткань обладает также электронно-дырочной проводимостью, свойственной полупроводникам, в которых перенос зарядов осуществляется электронами проводимости и дырками.

Таким образом, тело человека можно рассматривать как проводник особого рода, имеющий переменное сопротивление и обладающий в какой-то мере свойствами проводников первого рода (полупроводники) и второго рода (электролиты).

Особенности импеданса живой ткани и её эквивалентная электрическая схема.

При пропускании тока через живую ткань, её можно рассматривать как электрическую цепь, состоящую из определенных элементов.

Экспериментально установлено, что это цепь обладает свойствами активного сопротивления и ёмкости. Это доказывается выделением тепла и уменьшением полного сопротивления ткани с возрастанием частоты. Свойств индуктивности у живой ткани практически не обнаруживается. Таким образом, живая ткань представляет собой сложную, но не полную электрическую цепь.

Импеданс живой ткани можно рассматривать как для последовательного, так и для параллельного соединения её элементов.

При последовательном соединении токи через элементы равны, общее приложенное напряжение будет векторной суммой напряжений на R и C элементах и формула импеданса последовательной цепи будет иметь вид:

Z_ — импеданс последовательной цепи,

R — её активное сопротивление,

X_C — ёмкостное сопротивление.

При параллельном соединении напряжения на R и C элементах равны, общий ток будет векторной суммой токов каждого элемента, а фомула импеданса будет следующей:

Теоретические формулы импеданса живой ткани при параллельном и последовательном соединении её элементов от экспериментальных отличаются следующим:

1.При последовательной схеме соединения практические данные дают большие отклонения на низких частотах.

2.При параллельной схеме эти измерения показывают конечное значение Z, хотя теоретически оно должно стремиться к нулю.

Эквивалентная электрическая схема живой ткани – это условная модель, приближенно характеризующаяживую ткань, как проводник переменного тока.

Схема позволяет судить:

1.Какими электрическими элементами обладает ткань

2.Как соединены эти элементы.

3.Как будут меняться свойства ткани при изменении частоты тока.

В основе схемы лежат три положения:

1.Внеклеточная среда и содержимое клетки есть ионные проводники с активным сопротивлением среды Rср и клетки Rк.

2.Клеточная мембрана есть диэлектрик, но не идеальный, а с небольшой ионной проводимостью, а, следовательно, и сопротивлением мембраны Rм.

Читайте также: Сердце из джинсовой ткани

3.Внеклеточная среда и содержимое клетки, разделённые мембраной, являются конденсаторами См определенной ёмкости (0,1 – 3,0 мкФ/см 2 ).

Если в качестве модели живой ткани взять жидкую тканевую среду – кровь, содержащую только эритроциты, то при составлении эквивалентной схемы нужно учитывать пути электрического тока.

1.В обход клетки, через внеклеточную среду.

Путь в обход клетки представлен только сопротивлением средыRср.

Путь через клетку сопротивлением содержимого клетки Rк, а также сопротивлением и ёмкостью мембраны.Rм, См.

Если заменить электрические характеристики соответствующими обозначениями, то получим эквивалентные схемы разной степени точности:

Схема Фрике (ионная проводимость не

Схема Швана (ионная проводимость учитывается в виде сопротивления мембраны)

Обозначения на схеме:

Rcp — активное сопротивление клеточной среды

Rk — Сопротивление клеточного содержимого

Rm — сопротивление мембраны.

Анализ схемы показывает, что при увеличении частоты тока проводимость клеточных мембран увеличивается, а полное сопротивление тканевой среды уменьшается, что соответствует практически проведенным измерениям.

Электрическое сопротивление различных тканей тела

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ТЕЛА ЧЕЛОВЕКА

А) Живая ткань как проводник электрического тока

Тело человека является проводником электрическо­го тока. Однако проводимость живой ткани в отличие от обычных проводников обусловлена не только ее фи­зическими свойствами, но и сложнейшими биохимичес­кими и биофизическими процессами, присущими лишь живой материи.

В результате сопротивление тела человека являет­ся переменной величиной, имеющей нелинейную зави­симость от множества факторов, в том числе от состоя­ния кожи, параметров электрической цепи, физиологи­ческих факторов и состояния окружающей среды.

В живой ткани нет свободных электронов и поэтому она не мо­жет быть уподоблена металлическому проводнику, электрический ток в котором представляет собой упорядоченное движение свобод­ных электронов.

Большинство тканей тела человека содержит значительное ко­личество воды (до 65% по весу). Поэтому живую ткань можно рас­сматривать как электролит, т. е. раствор, разлагающийся химически при прохождении по нему тока, и, таким образом, считать, что она обладает ионной проводимостью. Иначе говоря, можно полагать, что перенос электрических зарядов в живой ткани осуществляется не свободными электронами, как это имеет место в металлических проводниках, а заряженными атомами или группами атомов — ионами.

В живой ткани имеет место явление межклеточной миграции (перемещения) энергии, т. е. резонансный перенос энергии электрон­ного возбуждения между возбужденной и невозбужденной клетка­ми. Поэтому можно предположить, что живая ткань обладает так­же электронно-дырочной проводимостью, свойственной полупровод­никам, в которых перенос зарядов осуществляется электронами проводимости и дырками.

Таким образом, тело человека можно рассматривать как про­водник особого рода, имеющий переменное сопротивление и обла­дающий в какой-то мере свойствами проводников первого рода (полупроводники) и второго рода (электролиты)

б) Электрическое сопротивление тела человека

Электрическое сопротивление различных тканей тела

человека неодинаково: кожа, кости, жировая ткань, сухожилия и хрящи имеют относительно большое со­противление, а мышечная ткань, кровь, лимфа и осо­бенно спинной и головной мозг — малое сопротивле­ние. Например, удельное .объемное сопротивление, Ом-м, при токе 50 Гц составляет:

Кости (без надкостницы) 10 4 —2 • 10 ч

Читайте также: Футер меланж что за ткань

Спинномозговой жидкости 0,5—0,6

Из этих данных следует, что кожа обладает очень большим удельным сопротивлением, которое является главным фактором, определяющим сопротивление те­ла человека в целом.

Строение кожи весьма сложно. Кожа состоит из двух основных слоев: наружного, называемого эпидермисом, и внутреннего, являю­щегося собственно кожей и носящего название дермы (рис. 1-7).

Наружный слой кожи — эпидермис в свою очередь со­стоит из пяти слоев, из которых самый верхний является, как пра­вило, более толстым, чем все остальные слои вместе взятые, и назы­вается роговым,

Роговой слой включает в себя несколько десятков рядов мертвых ороговевших клеток, имеющих вид чешуек, плотно приле­гающих одна к другой. Каждая такая чешуйка представляет собой плотную роговую оболочку, как бы сплюснутую маленькую поду­шечку, содержащую небольшое количество воздуха.

Роговой слой лишен кровеносных сосудов и нервов и поэтому является слоем неживой ткани. Толщина его на разных участках тела различна и колеблется в пределах 0,05—0,2 мм. Наибольшей толщины он достигает в местах, подвергающихся постоянным меха­ническим воздействиям, в первую очередь на подошвах и ладонях, где, утолщаясь, он может образовывать мозоли.

Роговой слой обладает относительно высокой механической проч­ностью, плохо проводит тепло и электричество и является как бы защитной оболочкой, покрывающей все тело человека. В сухом и не­загрязненном состоянии этот слой можно рассматривать как диэлек­трик: его удельное сопротивление достигает 10 5 —10 6 Ом-м, т. е. в сотни и тысячи раз превышает сопротивление других слоев кожи внутренних тканей организма. Другие слои эпидермиса, лежащие под роговым слоем и образованные в основном из живых клеток, можно условно объ­единить в один так называемый ростковый с л о и.Дерма является живой тканью; электрическое сопротивление ее незначительно: оно во много раз меньше сопротивления рогового слоя.

Сопротивление тела человека, т.е. сопротивление между двумя электродами, наложенными на поверх­ность тела, при сухой, чистой и неповрежденной коже (измеренное при напряжении до 15—20 В) колеблется в пределах примерно от 3000 до 100 000 Ом, а иногда и более. Если на участках кожи, где прикладываются электроды, соскоблить роговой слой, сопротивление тела упадет до 1000—5000 Ом, а при удалении всего верхнего слоя кожи (эпидермиса) —до 500—700 Ом. Если же под электродами полностью удалить кожу, то будет измерено сопротивление внутренних тканей тела, которое составит лишь 300—500 Ом.

Сопротивление тела человека можно условно счи­тать состоящим из трех последовательно включенных сопротивлений: двух одинаковых сопротивлений на­ружного слоя кожи, т. е. эпидермиса, 2 z_H (которые в совокупности составляют так называемое наружное сопротивление тела человека) и одного, называемого внутренним сопротивлением тела R_B (которое включа­ет в себя сопротивление внутренних слоев кожи и сопротивление внутренних тканей тела)

Сопротивление наружного слоя кожиг_п состоит из активного и емкостного сопротивлений, включенных параллельно. Емкостное сопротивление обусловлено тем, что в месте прикосновения электрода к телу чело­века образуется как бы конденсатор, обкладками ко­торого являются электрод и хорошо проводящие ток ткани тела человека, лежащие под наружным слоем кожи, а диэлектриком — этот слой (эпидермис).Обычно это плоский конденсатор, емкость которого зависит от площади электрода S (м 2 ), толщины эпидермиса d (м) и диэлектри­ческой проницаемости эпидермиса е, которая в свою очередь зависит от многих факторов: частоты приложенного напряжения, темпера­туры кожи, наличия в коже влаги и др. При токе 50 Гц значения е находятся в пределах от 100 до 200

Читайте также: Для чего нужна мышечная ткань в желудке

п __ „„ _£. /1 л\

где е_о=8,85-10- 12 Ф/м — электрическая постоянная.

Как показывают опыты, С_п колеблется в пределах от несколь­ких сотен пикофарад до нескольких микрофарад.

Активное сопротивление наружного слоя ко-ж и R_B, Ом, зависит от удельного объемного сопротивления эпидер­миса р_н, значения которого находятся в пределах 10 4 —10 5 Ом-м, а также от S и d

Полное сопротивление наружного слоя кожи z_H при площади контактов в несколько квадратных сантиметров достигает весьма больших значений (десятков и сотен тысяч Ом).Внутреннее сопротивление теласчитается чисто ак­тивным, хотя, строго говоря, оно также обладает ем­костной составляющей.Живую клетку можно представить себе как оболочку с весьма малой проводимостью, заполненную жидкостью, хорошо проводя­щей ток. Эта клетка окружена такой же жидкостью. Очевидно, что в этом случае образуется элементарный конденсатор, который и обу­словливает емкостную проводимость клетки. Однако эта проводи­мость оказывается незначительной по сравнению с довольно боль­шой ионной проводимостью клетки и ею без особой погрешности можно пренебречь. Значение внутреннего сопротивления R_B, Ом, зави­сит от длины и поперечного сечения участка тела, по которому проходит ток, а также от удельного объемно­го сопротивления внутренних тканей организма р_в, усредненное значение которого при токе с частотой до 1000 Гц составляет 2,5—2,0 Ом-м. Внутреннее сопро­тивление R_B практически не зависит от площади элек­тродов, частоты тока, а также от значения приложен­ного напряжения и равно примерно 500—700 Ом.

Эквивалентная схема сопротивления тела человекадля рассмотренных условий

На основании этой схемы мы можем написать выражение пол­ного сопротивления тела человека в комплексной форме, Ом,

или после соответствующих преобразований — в действительной форме, Ом,

где Z_a — сопротивление наружного слоя кожи в комплексной фор­ме, Ом; со=2л/ —угловая скорость, рад/с; f — частота тока, Гц.

Эту схему можно упростить, представив сопротив­ление тела человека как параллельное соединение со­противления Rh=2R_a-t-R_B и емкости С_Л«0,5Сн*, ко­торые назовем соответственно активным сопротивлени­ем и емкостью тела человека (рис. 1-8,в). В этом слу­чае выражение полного сопротивления тела человека в действительной форме будет, Ом,

Из выражений видно, что при малой емкости (когда ее можно принять равной нулю) пол­ное сопротивление тела человека оказывается равным сумме активных сопротивлений обоих слоев эпидерми­са и внутреннего сопротивления тела, т. е., Ом,

Приравняв (1-3) п (1-4), можно получить значение Сл, выра­женное через С_с. При этом С_Л оказывается несколько меньше 0,5 С„. Если же принять /?в==0, то получим, что Сл«гО,5С_п.

• 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