Вопрос 5. Пассивные электрические свойства тканей тела человека
Вопрос 2, 3. Процессы, происходящие в тканях под действием электрических токов
Все вещества состоят из молекул, каждая из них является системой зарядов. Поэтому состояние тел существенно зависит от протекающих через них токов и от воздействующего электромагнитного поля. Электрические свойства биологических тел более сложны, чем свойства неживых объектов, ибо организм – это еще и совокупность ионов с переменной концентрацией в пространстве.
Первичный механизм воздействия токов и электромагнитных полей на организм – физический.
Первичное действие постоянного тока на ткани организма. Гальванизация. Электрофорез лекарственных веществ
Человеческий организм в значительной степени состоит из биологических жидкостей, содержащих большое количество ионов, которые участвуют в различных обменных процессах. Под влиянием электрического поля ионы движутся с разной скоростью и скапливаются около клеточных мембран, образуя встречное электрическое поле, называемое поляризационным. Таким образом, первичное действие постоянного тока связано с движением ионов в разных элементах тканей.
Воздействие постоянного тока на организм зависит от силы тока, поэтому весьма существенное значение имеет электрическое сопротивление тканей, прежде всего кожи. Влага, пот значительно уменьшают сопротивление, что даже при небольшом напряжении может вызвать прохождение тока через организм. Непрерывный постоянный ток напряжением 60–80 В используют как лечебный метод физиотерапии (гальванизация). Источником тока служит двухполупериод-ный выпрямитель – аппарат гальванизации. Применяют для этого электроды из листового свинца толщиной 0,3–0,5 мм. Так как продукты электролиза раствора поваренной соли, содержащиеся в тканях, вызывают прижигание, то между электродами и кожей помещают гидрофильные прокладки, смоченные теплой водой.
Постоянный ток используют в лечебной практике также и для введения лекарственных веществ через кожу или слизистые оболочки. Этот метод получил название электрофореза лекарственных веществ. Для этой цели поступают так же, как и при гальванизации, но прокладку активного электрода смачивают раствором соответствующего лекарственного вещества. Лекарство вводят с того полюса, зарядом которого оно обладает: анионы вводят с катода, катионы – с анода.
Гальванизацию и электрофорез лекарственных веществ можно осуществлять с помощью жидкостных электродов в виде ванн, в которые погружают конечности пациента.
Вопрос 5. Пассивные электрические свойства тканей тела человека
К пассивным электрическим свойствам биологических объектов относятся: сопротивление, электропроводимость, емкость, диэлектрическая проницаемость. В норме и патологии эти параметры меняются и поэтому могут быть использованы для изучения структуры и физико-химического состояния биологического вещества. Эти свойства проявляются, если к исследуемому участку ткани приложить напряжение небольшой величины.
При приложении постоянной разности потенциалов к тканям организма в них наблюдается два явления:
1. Постоянный электрический ток в проводящих тканях.
2. Различные виды поляризации в диэлектрических тканях. Величина тока в тканях определяется по закону Ома для участка цепи, однако для электролитов, а следовательно и биообъектов, закон имеет своеобразный вид:
В этой формуле U — приложенное к участку ткани напряжение, R — активное сопротивление этого участка, εn (t) – ЭДС поляризации, которая возникает в результате поляризационных явлений как на электродах, так и внутри ткани на полупроницаемых и непроницаемых для ионов перегородках. ЭДС поляризации со временем возрастает, а ток в тканях уменьшается и при длительном воздействии становится равным нулю
.
В диэлектриках заряды связаны, однако они перемещаются при наложении внешнего электрического поля внутри микроструктуры: атома, молекулы, клетки или в пределах границы проводящей и непроводящей среды. Для каждого вида поляризации приводится значение времени релаксации τ.
Время релаксации — это время, в течение которого поляризация увеличивается от нуля до максимума, с момента приложения внешнего напряжения.
1. При электронной поляризации под воздействием внешнего электрического поля происходит деформация электронных орбиталей атомов, ориентированных вдоль поля. Время релаксации = (10 -16 — 10 -14 ) с.
2. При ионной поляризации происходит смещение ионов в кристаллической решетке вдоль направления электрического поля, = (10 -8 — 10 -3 )с.
3. Дипольно-ориентационная поляризация происходит в структурах, в которых уже имеются полярные молекулы — диполи, ориентированные хаотично. Под действием электрического поля они выстраиваются вдоль поля, = (10 -13 — 10 -7 ) с.
Читайте также: Какие типы тканей образуют структуру обозначенную цифрой 1 жилка
4. При микроструктурной поляризации происходит перераспределение ионов в результате действия электрического поля на различных полупроницаемых и непроницаемых для ионов перегородках, например: на цитоплазматических мембранах, мембранах клеточных органоидов, некоторых разделительных тканевых оболочках. В результате такого перераспределения возникает структура, подобная гигантской поляризованной молекуле, = (10 -8 — 10 -3 ) с.
5. Электролитическая или электрохимическая поляризация возникает между электродами, опущенными в электролит. Ионы, подходящие к электродам, не полностью успевают нейтрализоваться по причине вторичных реакций на электродах и неодинаковой подвижности ионов. В результате, вокруг каждого электрода возникает «облако» зарядов противоположного знака, что ведет к образованию поля, направленного противоположно внешнему и постепенному уменьшению тока, проходящего через электролит, = (10 -3 — 10 2 ) с.
6. Поверхностная поляризация возникает на образованиях, имеющих двойной электрический слой. Ионы дисперсионной части двойного электрического слоя связаны с атомами поверхности и не являются свободными. Диффузионный слой образуется за счет притяжения ионами дисперсионного слоя. При приложении внешнего поля происходит частичное смещение ионов обеих слоев, образуются так называемые наведенные диполи, = (10 -3 — 1) с.
Все рассмотренные явления поляризации в той или иной степени присущи биологическим объектам. При приложении внешнего поля в тканях индуцируется противоположно направленное поле за счет поляризационных явлений, которое уменьшает внешнее поле и обуславливает высокое удельное сопротивление тканей постоянному току. Количественно явление поляризации характеризуется величиной относительной диэлектрической проницаемости.
где Ео — напряженность внешнего электрического поля в вакууме, Е — напряженность поля в среде, оно равно разности Ео и Еn, где Еn — напряженность поля, создаваемая наведенными диполями при поляризации. Относительную диэлектрическую проницаемость можно определить также соотношением емкостей
где Со — емкость электродов в вакууме, С — емкость электродов в среде.
При приложении к биологическому объекту переменного (как правило, синусоидального) напряжения, в нем также возникают электрический ток и поляризационные явления. Электрическую модель биологического объекта для переменного тока можно представить в виде двух сопротивлений:
— активного, определяемого по формуле Ra = (pL)/S
— индуктивное сопротивление равно нулю.
Эти сопротивления в самой ткани могут быть соединены как последовательно так и параллельно.
Общее сопротивление ткани в цепи переменного тока называется импедансом и обозначается Z. Импеданс определяется по формуле:
— при последовательном соединении
— при параллельном соединении:
Импеданс ткани изменяется с частотой. Это явление называют дисперсией. Величина импеданса определяется сопротивлением самой ткани, а также зависит от соотношения частоты или перио-
да приложенного напряжения и времени релаксации:
1) если Т/4 > τ (Т/4 — время возрастания приложенного напряжения от 0 до max, τ — время релаксации), проводимость объекта и диэлектрическая проницаемость с частотой не меняется,
Презентация «Электрические свойства тканей организма»
Код для использования на сайте:
Скопируйте этот код и вставьте себе на сайт
Для скачивания поделитесь материалом в соцсетях
После того как вы поделитесь материалом внизу появится ссылка для скачивания.
Подписи к слайдам:
Электрические свойства тканей организма
-
Процессы, происходящие в тканях организма под действием электрических токов и электромагнитных полей
- Пассивные электрические свойства тканей тела человека.
- Электрический диполь. Электрическое поле диполя.
- Токовый диполь. Электрическое поле токового диполя в неограниченной проводящей среде.
- Представление об эквивалентном электрическом генераторе сердца, головного мозга и мышц Процессы, происходящие в тканях организма под действием электрических токов и электромагнитных полейЖивые тканиявляются композиционными средами: объемное сочетание разнородныхкомпонентов Проводники – это вещества, в которых есть свободные заряды, способные перемещаться под действием электрического поля. Диэлектрики – все заряды неподвижны = связанные заряды Одни структурные элементы тканей обладают свойствами проводников, а другие – диэлектриков. определяют поляризацию биологических тканей
-
Первичное действие постоянного тока связано с
- Биологическое действие электромагнитного поля высокой частоты
Специфическое = частотнозависимые эффекты
заключается в различных внутримолекулярных физико-химических процессах, структурных перестройках, которые могут менять функциональное состояние клеток ткани.
Лечебное применение высокочастотных токов и полей
Пассивные электрические свойства тканей тела человека
Живые ткани являются композиционными средами:
объемное сочетание разнородных компонентов
разнородны по электропроводности и являются
определяют Ɛ поляризацию биологических тканей
Внутриклеточная и межклеточная жидкость
Под действием внешнего электромагнитного поля возникают
Электропроводность живых тканей
Электропроводность – это способность тканей пропускать электрический ток под воздействием электрического поля.
Электропроводность связана с присутствием ионов, которые являются свободными зарядами, создающими в организме ток проводимости.
Электропроводность живых тканей определяется прежде всего электрическими свойствами крови, лимфы, межклеточной жидкости и цитозоля.
Электрический ток выбирает путь, на котором он встречает наименьшее сопротивление
Чем больше в тканях жидкости, тем электропроводность G ….
Удельные сопротивления различных тканей и жидкостей организма
Электропроводность биологических живых тканей определяется:
- наличием свободных ионов:
- Их концентрацией и
- Их подвижностью, а также
Закон Ома для биологических объектов
Уменьшение тока на 2-3 порядка связано с
Диэлектрики – это вещества, в которых нет свободных носителей зарядов; только связанные заряды =диполи.
Поляризация – это смещение диполей под действием электрического поля и образование вследствие этого ЭДС, направленной против внешнего поля.
2. Ориентационная = дипольная
Диэлектрические свойства живых тканей
Характерна для неполярных диэлектриков. Инертные газы.
Смещение электронных облаков атомов.
Для кристаллических диэлектриков
Для полярных диэлектриков. Керосин.
При помещении во внешнее электрическое поле, эти диполи ориентируются вдоль силовых линий поля. Поле внутри диэлектрика ослабляется, возникают токи смещения.
1. Макрополяризация = поверхностная поляризация . За счет наличия БМ
2. Ориентационная поляризация макромолекул
3. Поляризация микромолекул воды в белковых комплексах.
Участвует двойной электрический слой
Дисперсия диэлектрической проницаемости. Области α- , β- и γ- дисперсии
С частоты Ɛ , так как поляризационные явления сказываются меньше
Дисперсия диэлектрической проницаемости скелетной мышцы
Выделяют 3 области дисперсии, что указывает на различие механизмов поляризации тканей в разных частотных диапазонах.
Область α-дисперсии занимает область низких частот до 1 кГц. Здесь силен эффект поверхностной поляризации: с ↑ ν вращение гигантских диполей запаздывает по отношению к Евнеш
Область β-дисперсии от 104 до 108 Гц (радиочастоты).
Выпадает ориентационная поляризация белковых макромолекул. Они не успевают поворачиваться
Область γ-дисперсии (>1010Гц –микроволновые частоты). степень поляризации молекул воды. Даже они не успевают поворачиваться с такой частотой.
Природа емкостных свойств тканей человека
Два вида емкостей в живых тканях:
возникает! в момент прохождения тока (ионы – накапливаются около БМ, диполи – смещаются и переориентируются).
Цитоплазма клеток и тканевая жидкость – электролиты разделены -конденсатор.
Практически не зависит от функционального состояния ткани
Зависит от функционального состояния ткани (высокая характерна для живых неповрежденных тканей).
Эквивалентные электрические схемы тканей организма
Это модели биологических тканей
Конденсатор на НЧ – это разрыв цепи
Работу этих моделей проверяли по кривой дисперсии импеданса
1. Последовательное соединение R и C
2. Параллельное соединение R и С
3. Межклеточное R1 и внутриклеточное R2 сопротивления
Импеданс тканей организма – это полное сопротивление живых объектов переменному току. Это геометрическая сумма активного и емкостного сопротивления живых клеток
Сила тока опережает по фазе приложенное напряжение
При последовательном соединении
Полное сопротивление (импеданс) живых тканей, зависимость от частоты
Зависимость импеданса от частоты
Частотная зависимость импеданса=
По мере частоты ν импеданс Z .
Дисперсия импеданса – это результат того, что при низких частотах, как и при постоянном токе, электропроводность связана с поляризацией. И по мере частоты поляризационные явления сказываются меньше.
Дисперсия импеданса присуща только живым клеткам
отклонению от нормы метаболизма
времени снятия наложенного жгута
По кривой дисперсии импеданса судят о
Корреляция только с содержанием креатинфосфокиназы
Это система двух зарядов, равных по модулю, но противоположных по знаку.
Р – дипольный момент = электрический момент
Дипольный момент направлен от минуса к плюсу
Электрическое поле диполя
Сам диполь является источником электрического поля.
Потенциал в т. А прямо пропорционален проекции дипольного момента.
Диполь – это частный случай системы электрических зарядов, обладающих определенной симметрией.
Общее название – электрический мультиполь.
Электрическое поле диполя (продолжение)
Диполь в равностороннем треугольнике
Токовый диполь – это двухполюсная система, состоящая из истока и стока тока в проводящей среде
r — внутреннее сопротивление источника тока;
R – сопротивление проводящей среды;
l- расстояние между истоком и стоком Ɛ- ЭДС источника тока.
Электрический момент токового диполя:
Направлен от минуса к плюсу
от возбужденного участка к невозбужденному
Потенциал электрического поля токового диполя:
(дипольного электрического генератора).
Где удельная электропроводность, характеризует проводящие свойства среды.
Электрическое поле токового диполя в неограниченной проводящей среде
Откуда берется этот диполь и дипольный момент в организме?
Это распространение волны возбуждения по нервным и мышечным волокнам.
Корреляция между кривой трансмембранного потенциала действия и кривой ЭКГ
Изменения электрического поля сердца происходят при деполяризации и реполяризации мембраны клеток сердца.
Диполь в электрическом поле
на диполь действует сила, зависящая от его электрического момента и от степени неоднородности поля
Представление об эквивалентном электрическом генераторе сердца, головного мозга и мышц
Биопотенциал органа отличен от биопотенциала клетки, так как
БПоргана = Σ ПД отдельных клеточных
Очень трудно описать изменения во времени. Надо учитывать не только I и l каждого из диполей, но и фазовые сдвиги между биопотенциалами под электродами. Поэтому для оценки функционального состояния органа по его электрической активности используют принцип эквивалентного генератора.
Он состоит в том, что изучаемый орган, состоящий из множества клеток, возбуждающихся в различные моменты времени, представляется моделью единого эквивалентного генератора, который находится внутри ! организма. Этот генератор создает на поверхности ! тела электрическое поле, которое изменяется в соответствии с изменением электрической активности изучаемого органа.
Принцип эквивалентного генератора.
ПРИМЕР: В теории Эйнтховена сердце, клетки которого возбуждаются в сложной последовательности, представляется токовым диполем. Он и является эквивалентным генератором.
ПРИМЕР: Мозг, мышцы также являются источниками биопотенциалов,
создают вокруг себя э/м поле,
которое меняется с течением времени.
ЭКГ – электрокардиография – регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении;
ЭРГ – электроретинография – регистрация биопотенциалов сетчатки глаза, возникающих в результате воздействия на глаз;
ЭЭГ – электроэнцефалография – регистрация биоэлектрической активности головного мозга;
ЭМГ – электромиография – регистрация биоэлектрической активности мышц
- 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