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
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.
Читайте также: За что отвечает губчатая ткань листа
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 zH (которые в совокупности составляют так называемое наружное сопротивление тела человека) и одного, называемого внутренним сопротивлением тела RB (которое включает в себя сопротивление внутренних слоев кожи и сопротивление внутренних тканей тела)
Сопротивление наружного слоя кожигп 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
п __ „„ _£. /1 л\
где ео=8,85-10- 12 Ф/м — электрическая постоянная.
Как показывают опыты, Сп колеблется в пределах от нескольких сотен пикофарад до нескольких микрофарад.
Активное сопротивление наружного слоя ко-ж и RB, Ом, зависит от удельного объемного сопротивления эпидермиса рн, значения которого находятся в пределах 10 4 —10 5 Ом-м, а также от S и d
Полное сопротивление наружного слоя кожи zH 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 RB, Ом, зависит от длины и поперечного сечения участка тела, по которому проходит ток, а также от удельного объемного сопротивления внутренних тканей организма рв, усредненное значение которого при токе с частотой до 1000 Гц составляет 2,5—2,0 Ом-м. Внутреннее сопротивление RB практически не зависит от площади электродов, частоты тока, а также от значения приложенного напряжения и равно примерно 500—700 Ом.
Читайте также: Ткань легко тянется или нет
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 Za — 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=2Ra-t-RB и емкости СЛ«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 Сс. При этом СЛ оказывается несколько меньше 0,5 С„. Если же принять /?в==0, то получим, что Сл«гО,5Сп.
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВОЙ ТКАНИ
Всякая живая клетка обладает свойствами раздражимости, возбудимости и лабильности (функциональной подвижности).
Раздражимость — общее свойство любой живой ткани или клетки реагировать на раздражение изменением обмена веществ и энергии. Этим свойством (раздражимостью) обладают как животные, так и растения, низшие и высшие их формы. Раздражимость лежит в основе постепенного морфологического и функционального приспособления отдельных тканей или всего организма к длительным изменениям внешней и внутренней среды. Раздражимость присуща всем тканям, в том числе и таким высокоорганизованным, как мышечная и нервная.
Возбудимость — свойство нервной и мышечной клетки отвечать на раздражение возбуждением.
Для перехода мышцы или нерва из состояния покоя в состояние возбуждения необходимо, чтобы сила действующего раздражителя достигла критической, пороговой величины.
Чем большая возбудимость ткани, тем меньше у нее порог возбудимости. Величина порога возбудимости ткани непостоянна и зависит от ее физиологического состояния.
Для возникновения возбуждения ткани необходимо, чтобы пороговый раздражитель действовал определенное время. Наименьшее время, в течение которого должен действовать раздражитель пороговой силы, чтобы вызвать возбуждение ткани называется полезным временем. Чем сильнее раздражитель, тем короче будет время его действия, чтобы возникло возбуждение.
Читайте также: Злокачественная опухоль костной ткани это
Если по оси абсцисс отложить время действия постоянного тока, а по оси ординат — его силу (или напряжение), то соотношение силы и длительности раздражения выразится в форме кривой, получившей название «кривая силы —времени» (рис. 74).
Рис. 74. Кривая силы-длительности:
0-а –хронаксия; 0-б- полезное время; 0-1- реобаза; 0-2- двойная реобаза.
Точка В, обозначающая полное время, лежит на участке кривой, идущей параллельно на оси абсцисс. Поэтому даже при очень высокой чувствительности приборов трудно точно определить полное время, так как незначительным изменениям силы (по оси ординат) будут соответствовать больше изменения во времени (по оси абсцисс). Поэтому в электрофизиологии для характеристики возбудимости по времени действия раздражителя принято брать время действия удвоенной пороговой силы этого раздражителя. Тогда точка Д, соответствующая времени действия удвоенной пороговой силы будет находиться в месте крутого изгиба кривой; в этом случае продолжительность раздражения — электрического тока — называют реобазой, а наименьшее время удвоенной реобазы — хронаксией. Хронаксия измеряется в тысячных долях секунды (сигмах) специальными приборами — хронаксиметрами.
Хронаксия зависит от структуры ткани, ее состояния, от состояния органа и всего организма.
Величина хронаксии двигательных нервов меньше, чем скелетных мышц. Например, у лошади и жвачных хронаксия двигательных нервов колеблется от 0,09 до 0,2 мс, а скелетных мышц — от 0,2 до 0,4 мс; хронаксия нервов вегетативной нервной системы — до 5 мс. Самая большая хронаксия, измеряемая сотыми и десятыми долями секунды, наблюдается у гладких мышц желудка, кишечника и матки.
Функциональная подвижность (лабильность) — одно из свойств мышечной и нервной ткани. Это свойство было открыто Н.Е. Введенским в 1897 г. при изучении действия ритмических раздражителей различной частоты на нервно-мышечный препарат.
Лабильность — это время в течение которого возникает и полностью заканчивается одиночный импульс возбуждения.
В каждой ткани одиночный импульс возбуждения продолжается определенное время. Для измерения лабильности введен показатель — мера лабильности.
Мера лабильности — максимальное число импульсов возбуждения, которые возникают за 1 с в ответ на такое же максимальное количество раздражений. Чем короче период рефрактерности, тем большее число импульсов пройдет через ткань. Наибольшей лабильностью обладают мякотные соматические нервы (500 импульсов в 1 с), для вегетативных волокон — 200 импульсов в 1 с. Для скелетных мышц — 200 импульсов в 1 с, для гладких — 10–20 импульсов в 1 с. Лабильность меняется в связи с деятельностью ткани, т.к. при начале действия раздражителя импульсы возбуждения увеличивают скорость обмена веществ в ткани, которая начинает затем воспроизводить более частый, ранее невоспроизводимый его ритм.
Изменение лабильности в сторону повышения или понижения по сравнению с исходным уровнем в связи с деятельностью ткани называется усвоением ритма. Лучше усваивается частый ритм при невысокой исходной лабильности, поэтому мышечная ткань, имеющая невысокую лабильность, обладает большей способностью к усвоению ритма, чем нервная.
- 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