Внешняя клеточная мембрана – плазмалемма – в своей основе представляет липидный слой, который является диэлектриком. Поскольку с обеих сторон мембраны располагается проводящая среда, то вся эта система с точки зрения электротехники представляет собой конденсатор. Таким образом, переменный ток по живой ткани может проходить как по активным сопротивлениям, так и через электрические ёмкости, образованные многочисленными мембранами. Соответственно сопротивление прохождению переменного тока через живую ткань будут оказывать две составляющих: активная R — сопротивление движению зарядов по раствору, и реактивная X — сопротивление току электрической ёмкости на мембранных структурах. Реактивное опротивление имеет поляризационную природу, и его величина связана с величиной электрической ёмкости формулой:
где С – электрическая ёмкость, w — круговая частота, f – частота тока.
Эти два элемента могут быть соединены последовательно и параллельно.
Эквивалентная электрическая схема живой ткани – это соединение элементов электрической цепи, каждый из которых соответствует определённому элементу структуры изучаемой ткани.
Если мы учтём основные структуры ткани, то мы получим следующую схему:
| цитоплазма |
| мембрана |
| межклеточное пространство |
Рисунок 2 — Эквивалентная электрическая схема живой ткани
Rц — сопротивление цитоплазмы, Rмж — сопротивление межклетников, См — электрическая ёмкость мембраны.
Импеданс – суммарное комплексное сопротивление активной и реактивной составляющих электрической цепи. Его величина связана с обеими составляющими формулой:
где Z — импеданс, R – активное сопротивление, X – реактивное сопротивление.
Величина импеданса при последовательном соединении реактивного и активного сопротивления выражается формулой:
Величина импеданса при параллельном соединении реактивного и активного сопротивления записывается в виде:
Если мы проанализируем как изменяется величина импеданса при изменении R и C, то придём к выводу, что и при последовательном и параллельном соединении этих элементов при увеличении активного сопротивления R импеданс увеличивается, а при увеличении С – уменьшается и наоборот.
Импеданс живой ткани – лабильная величина, которая зависит, во-первых, от свойств измеряемой ткани, а именно:
1) от структуры ткани (мелкие или крупные клетки, плотные или рыхлые межклетники, степень одревеснения клеточных оболочек);
3) содержания солей в клетках и межклетниках;
Во-вторых, на импеданс влияют условия измерения:
2) частота тестируемого тока;
3) схема электрической цепи.
При разрушении мембран различными экстремальными факторами будет наблюдаться уменьшение сопротивления плазмалеммы, а также апопласта за счёт выхода клеточных электролитов в межклеточное пространство.
Постоянный ток пойдёт главным образом по межклетникам и его величина будет зависеть от сопротивления межклеточного пространства.
| образец нативный |
| образец проморож. |
| образец нативный |
| образец промороженный |
Рисунок 3 — Измененение ёмкости (C) и сопротивления (R) ткани при изменении частоты переменного тока (f)
Преимущественный путь переменного тока зависит от частоты прикладываемого напряжения: с увеличением частоты всё большая доля тока будет идти через клетки (через мембраны), и комплексное сопротивление будет уменьшаться. Это явление – уменьшение импеданса при возрастании частоты тестирующего тока – называется дисперсией электропроводности.
Крутизна дисперсии характеризуется коэффициентом поляризации. Дисперсия электропроводности живых тканей является результатом поляризации при низких частотах, как и при постоянном токе. Электропроводность связана с поляризацией – по мере увеличения частоты поляризационные явления сказываются меньше. Дисперсия электропроводности, как и способность к поляризации присуща только живым тканям.
Читайте также: Амиго какао ткань мебельная
Если посмотреть, как изменяется коэффициент поляризации при отмирании ткани, то в первые часы он уменьшается довольно сильно, затем его падение замедляется.
Печень млекопитающих имеет коэффициент поляризации 9-10, печень лягушки 2-3: чем выше уровень метаболизма, тем выше коэффициент поляризации.
1. Определение морозоустойчивости.
2. Определение водообеспеченности.
3. Определение психоэмоционального состояния человека (прибор «Тонус»)
4. Компонент детектора лжи – полиграфа.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Живая ткань как проводник переменного электрического тока. Дисперсия электропроводности и её количественная оценка
Экспериментально установлены следующие особенности живой ткани как проводника переменного ток:
1. Сопротивление живой ткани переменном току меньше, чем постоянному.
2. Электрические характеристики ткани зависят как от её вида, так и от частоты тока.
3. С увеличением частоты полное сопротивление живой ткани нелинейно уменьшается до определенного значения, а затем остаётся практически постоянным (в большинстве на частотах свыше 10 6 Гц)
4. На определенной частоте полное сопротивление зависит также от физиологического состояния (кровенаполнения), что используется на практике. Исследование периферического кровообращения на основе измерения электрического сопротивления называются реография (импедансплетизмография).
5. При умирании живой ткани её сопротивление уменьшается и от частоты не зависит.
6. При прохождении переменного тока через живые ткани наблюдается явление, которое называется дисперсией электропроводности.
Дисперсия электропроводности — это явление зависимости полного (удельного) сопротивления живой ткани от частоты переменного тока.
Графики такой зависимости называют дисперсионными кривыми. Дисперсионные кривые строят в прямоугольной системе координат, где по вертикали откладывают значения полного (Z) или удельного сопротивления, а по горизонтали — частоту в логарифмическом масштабе (Lg n).
Частотные зависимости по форме кривой для разных тканей сходный, но отличается значением сопротивления.
Имеется несколько диапазонов частот, на которых дисперсия особенно выражена. Один из них соответствует интервалу 10 2 -10 6 Гц
Особенности дисперсии:
1. Присуща только живым тканям.
2. Более выражена на частотах до 1 МГц.
3. На практике используется для оценки физиологического состояния и жизнеспособности тканей.
Количественно оценка дисперсии проводиться по коэффициенту дисперсии (К).
Коэффициент дисперсии это безразмерная величина, равная отношению низкочастотного (10 2 ) полного (или удельного) сопротивления к высокочастотному (10 6 Гц).
Z1 – полное сопротивление на частоте 10 2 Гц
Z2 – полное сопротивление на частоте 10 6 Гц
r1, r2 — удельное сопротивление на этих частотах
Значение коэффициента дисперсии зависит от вида ткани, её физиологического состояния, эволюционной стадии развития животного. Например, для печени животного К = 9 -10 единиц, а для печени лягушки 2 -3 единицы. При умирании ткани коэффициент дисперсии стремиться к единице.
Явление дисперсии связывают с наличием в живых тканях поляризации, которая с увеличением частоты меньше влияет на полное сопротивление. Поэтому коэффициент дисперсии часто называют коэффициентом поляризации.
Кроме частотных зависимостей в живых тканях отмечаются фазовые сдвиги между током и напряжением, которые тоже, но в меньшей степени, зависят от частоты.
Фазовые сдвиги тоже уменьшаются при умирании тканей и, в перспективе, могут быть использованы для практических целей.
Читайте также: Текстура ткани бежевая темная
Пассивные электрические свойства живых тканей по отношению к переменному току: Учебно-методическая разработка лабораторной работы по курсу «Медицинская и биологическая физика» , страница 2
2 — Биофизика Рубин А.Б. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin/
Вопросы для самоподготовки
Общее сопротивление электрических цепей.
Дифференциальные уравнения гармонических колебаний.
Что понимают под импедансом биологической ткани?
Каковы составляющие импеданса в живых тканях?
Эквивалентные электрические схемы биологических тканей. Почему имеется несоответствие этих моделей оригиналу?
Как изменяется импеданс живых тканей при изменении частоты переменного тока?
Что понимают под дисперсией электропроводности живых тканей?
Что понимают под крутизной дисперсии?
Как можно оценить жизнеспособность биологических тканей по крутизне дисперсии?
Определение дисперсии электропроводности биологической ткани
Все живые ткани состоят из клеток, омываемых тканевой жидкостью. Цитоплазма клеток и тканевая жидкость представляют собой электролиты, разделенные плохо проводящей клеточной мембраной. Такая система обладает статической и поляризационной электроемкостью. Поляризационная емкость результат электрохимической поляризации, возникающей при прохождении постоянного электрического тока. Она зависит от силы тока и времени его протекания. По современным представлениям живые ткани не обладают индуктивностью, и сопротивление их имеют только активную и емкостную составляющие.
Электрические свойства живых тканей можно смоделировать следующими эквивалентными электрическими схемами: данная схема хорошо моделирует электрические свойства при высокочастотных токах, но при низких частотах не работает. данная схема достаточно хорошо моделируем свойства тканей при низких частотах тока, но не работает при высоких частотах .эта схема является наиболее удачной и дает хорошее соответствие с опытными данными как при низких так и при высоких частотах переменного тока.
При прохождении переменного тока через живые ткани наблюдается дисперсия электропроводности: полное сопротивление ткани уменьшается с увеличением частоты переменного тока и стремится к некоторому минимальному значению при высоких частотах. Дисперсия электропроводности присуща только живым тканям. По мере отмирания ткани крутизна кривой уменьшается. На рисунке приводится зависимость сопротивления участка живой ткани от частоты при отмирании:
 |
Импеданс тканей организма определяется их физиологическим состоянием. Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности называется реографией.
В настоящее время в связи с развитием трансплантационной хирургии и поиском методов определения качества консервированных тканей электропроводность используется как один из тестов для оценки жизнеспособности тканей и органов.
Часто вместо построения кривой дисперсии определяют так называемый коэффициент поляризации или крутизну дисперсии К:
где — импеданс при частоте 10 4 Гц, — импеданс при частоте 10 6 Гц.
При отмирании ткани К®1. В тканях с высоким уровнем метаболизма К достигает значения 9-10 (для теплокровных животных).
Другим проявлением реактивных свойств сопротивления живой ткани является наличие сдвига фаз между силой тока и напряжение. В цепи содержащей активное и емкостное сопротивление угол сдвига фаз лежит в интервале от 0о до 90о градусов. Для биологических объектов характерен большой сдвиг фаз, что говорит о значительной доле емкостного сопротивления в полном сопротивлении (импедансе) ткани, например, для кожи человека при частоте 1 кГц сдвиг фаз составляет 55о.
Пассивные электрические свойства живых тканей по отношению к переменному току
1. Изучить теоретический материал, связанный с электропроводностью тканей для переменного тока.
Читайте также: Чем представлена жировая ткань функции
2. Ознакомиться с назначением и принципом действия звукового генератора, осциллографа, электродов и их применением в медико-биологических исследованиях.
3. Овладеть навыками измерения импеданса ткани в зависимости от частоты переменного тока.
4. Выявить характер изменения дисперсии электропроводности биоткани при ее повреждении.
5. Выяснить биофизический смысл изменения крутизны дисперсии для живой и поврежденной тканей.
- 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
Полный список ВУЗов
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
- 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