Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Тканини організму проводять не тільки постійний (див. § 12.10), але і змінний струм. Досвід показує, що в цьому випадку сила то-ка, що проходить через біологічну тканину, випереджає по фазі прикладена напруга. Отже (див. § 14.3), ємнісний опір тканин більше індуктивного. У таблиці 24 наведено приклади значення різниці фаз струму і напря-вання для деяких тканин (частота 1 кГц).
Шкіра людини, жаби
Звідси випливає, що моделювати електричні властивості біо-логічних тканин можна, використовуючи резистори, які облада-ють активним опором, і конденсатори - носії ємко-стного опору. В якості моделі зазвичай використовують ек-вівалентную електричну схему тканин організму. Вона являє собою схему, що складається з резисторів і конденсатор-торів, частотна залежність (дисперсія) імпедансу якої близька до частотної залежності імпедансу біологічної тканини.
Для схеми, зображеної на рис. 14.11, а, частотна залежність імпедансу може бути отримана з (14.41) при L = 0:
Відповідно до формули (14.45) імпеданс зменшується зі збільшенням частоти, проте име-
ється протиріччя з досвідом: при # 969; → ∞ Z → ∞. Останнє означа-ет нескінченно великий опір при постійному струмі, що суперечить досвіду (рис. 14.10).
Схема, зображена на рис. 14.11, б, відповідає загальній тенденції експериментальної кривої: при збільшенні частоти зменшується ємнісний опір і зменшується імпеданс. Однак при # 969; → ∞, Хс → 0 і Z → 0, що не відповідає досвіду.
Найбільш вдала схема рис. 14.11, в, в ній відсутні проти-воречие з досвідом, характерні для двох попередніх схем. Імен-но таке поєднання резисторів і конденсатора може бути прийнято за еквівалентну електричну схему тканин організму. Час-Тотнем залежність імпедансу еквівалентної електричної схе-ми відповідає загальному ходу експериментальної залежності імпедансу від частоти. Важливо відзначити, що при цьому електро--кістка і, отже, діелектрична проникність осту-ються постійними.
Пояснимо причину виникнення областей # 945; -, # 946; - і # 947; -дисперсія імпедансу. Тканина організму є структурою, що володіє властивостями провідника (електроліту) і діелектрика. Поляризація діелектрика (§ 12.6) в зовнішньому електричному полі відбувається не миттєво, а залежить від часу. Це означає залежність від време-ні поляризованности діелектрика (Ре) при впливі постійного. електричного поля (Е - напруженість електричного поля):
Якщо електричне поле змінюється за гармонійним законом, то поляризованность буде також змінюватися за гармонійним законом, а амплітуда поляризованности буде залежати від частоти зміни поля з запізненням по фазі:
З (12.41) отримаємо вираз для діелектричної Прониц-емости:
З (14.48) випливає, що умова (14.47) означає частотну залежність діелектричної проникності при впливі змінним (гармонійним) електричним полем: е = f (# 969;). Через сування діелектричної проникності зі зміною часто-ти електричного поля означає зміну електроємна і, як наслідок, зміна імпедансу.
Запізнення зміни поляризованности щодо зміни напруженості електричного поля залежить від механиз-ма поляризації речовини. Найшвидший механізм - електрон-ва поляризація (див. § 12.6), так як маса електронів досить мала. Це відповідає частотам (близько 10 15 Гц), які сущест-венно перевищують області # 945; -, (# 946; -, і # 947; -дисперсія.
Орієнтаційна поляризація води, молекули якої мають порівняно малу масу, відповідає # 947; -дисперсія (частоти близько 20 ГГц).
Великі полярні органічні молекули, наприклад білки, мають значну масу і встигають реагувати на змін-ве електричне поле з частотою 1-10 МГц. Це відповідає # 946; -дисперсія.
при # 945; -дисперсія відбувається поляризація цілих клітин в ре-док дифузії іонів, що займає відносно великий час, і # 945; -дисперсія відповідає область низьких частот (0,1 10 кГц). У цій області ємнісний опір мембран дуже велике, тому переважають струми, що огинають клітини і проте-кається через навколишні клітини розчини електролітів.
Отже, області # 945; -, # 946; - і # 947; -дисперсія імпедансу пояснюються тим, що зі збільшенням частоти змінного електричного поля в явищі поляризації беруть участь різні структури биологиче-ських тканин: при низьких частотах на зміну поля реагують всі структури (# 945; -дисперсія), зі збільшенням частоти реагують великі молекули -диполів органічних сполук і молекули води (# 946; -дисперсія), а при найбільших частотах реагують тільки молекули води (# 947; -дисперсія). У всіх випадках має місце електронна поляризація. Зі збільшенням частоти електричного струму (електричного поля) все менше структур буде реагує-вать на зміну цього поля і менше буде значення поляризованности Рет. Звідси, відповідно до (14.48), зі збільшенням частоти буде зменшуватися діелектрична проникність е, а слідові-тельно, і електроємність С, а це, відповідно до (14.33), призведе до збільшення ємнісного опору Хс і імпедансу Z. Слід-вательно, на тлі загального ходу залежності Z = f (# 969;) (див. рис. 14.10) з'являються області з меншим спадання Z при віку-ванні частоти (області # 945; -, (# 946; - і # 947; -дисперсія).
Частотна залежність імпедансу дозволяє оцінити жізнеспо-ність тканин організму, що важливо знати для пересадки (транс-плантації) тканин і органів. Різниця в частотних залежностях імпедансу виходить і в випадках здорової і хворої тканини.
Імпеданс тканин і органів залежить також і від їх фізіологи-чеського стану. Так, при кровенаполнении судин імпеданс змінюється в залежності від стану серцево-судинної де-ності.
Діагностичний метод, заснований на реєстрації через трансформаційних змін імпедансу тканин в процесі серцевої діяльності згідно-ти, називають реографія (імпеданс-плетизмография).
За допомогою цього методу одержують реограми головного мозку (Реоенцефалограма), серця (реокардіограмма), магістраль-них судин, легенів, печінки і кінцівок. Вимірювання зазвичай проводять на частоті 30 кГц.
На закінчення відзначимо, що знання пасивних електричних властивостей біологічних тканин важливо при розробці тео-ських основ методів електрографія органів і тканин, так як спів-здавай струмовими диполями електричний струм проходить че-рез них. Крім того, уявлення про дисперсії імпедансу позво-ляють оцінити механізм дії струмів і полів, використовуваних в терапевтичних цілях.