Что такое поляризация ткани

Поляризация

Поляризация — собирательный термин, объединяющий ряд различных по своей природе явлений. Наиболее часто поляризацией называют процесс перемещения зарядов под действием электрического поля и образование вследствие этого электродвижущей силы (э.д.с), направленной против внешнего поля.
Поляризация по своей природе делится на несколько видов. Электронная поляризация представляет собой смещение электронов на своих орбитах относительно положительно заряженных ядер в атомах и ионах. В результате такого смещения атом или ион превращается в индуцированный, наведенный диполь с направлением, противоположным внешнему полю. Время возникновения электронной поляризации, называемое временем релаксации, равняется 10-16 — 10-14 с.
Ионная поляризация-смещение иона относительно кристаллической решетки. Вследствие этого возникает дипольный момент с направлением, противоположным внешнему полю. Время релаксации ионной поляризации 10-14 — 10-12 с.
Дипольная (ориентационная) поляризация обусловлена ориентацией под действием внешнего поля свободных полярных молекул вещества. Такой поляризации активно подвергаются молекулы белков и других высокомолекулярных соединений. Время релаксации дипольной поляризации может изменяться от 10-13 до 10-7 с.
Макроструктурная поляризация возникает под действием электрического поля вследствие неоднородности электрических свойств вещества. Для ее возникновения необходимо наличие слоев с различной электропроводностью. Под действием поля свободные ионы и электроны, содержащиеся в проводящих субстанциях, перемещаются в пределах каждого включения до границы проводящего слоя. Дальнейшее перемещение свободных зарядов невозможно вследствие низкой проводимости соседних слоев. Время релаксации макроструктурной поляризации лежит в пределах 10-8 — 10-3 с.
Поверхностная поляризация происходит на поверхностях, имеющих двойной электрический слой. При наложении внешнего поля происходит перераспределение ионов диффузионной части двойного электрического слоя: частицы дисперсной фазы смещаются в одну сторону, а ионы диффузионного слоя — в другую. В результате этого частицы дисперсной фазы с противоионами диффузионного слоя превращаются в наведенные диполи. Время релаксации поверхностной поляризации лежит в пределах от 10-3 до 1 с.
Электролитическая поляризация возникает между электродами, опущенными в раствор электролита, при пропускании через них электрического тока. При наложении разности потенциалов на электроды произойдет перераспределение потенциалопределяющих ионов в диффузионной части двойного электрического слоя: в области катода концентрация ионов (катионов) увеличится, в области анода — уменьшится. В этой связи между электродами возникнет э.д.с. поляризации, направленная против внешней э.д.с. Следовательно, и в случае электролитической поляризации появление э.д.с. обусловлено смещением зарядов, которое проявляется как изменение концентрации ионов в приэлектродной зоне. Время релаксации электролитической поляризации измеряется величинами порядка 10’4- 102 с.
Описанные явления поляризации присущи биологическим объектам. При наложении внешней разности потенциалов в тканях возникает противоположно направленная э.д.с, которая значительно уменьшает внешнее поле, обусловливает высокое удельное сопротивление тканей току и приводит к его уменьшению. При этом вначале возникают те виды поляризации, которые имеют меньшее время релаксации.
Лечебные физические факторы способны вызывать различные виды поляризации в тканях организма. Поляризационные явления во многом определяют особенности поглощения физических (прежде всего электротерапевтических) факторов, глубину их проникновения и многие стороны их физиологического и лечебного действия. В некоторых тканях поляризация затухает медленно, чем обеспечивается длительное последействие многих физиотерапевтических процедур. В физиотерапевтической практике необходимо учитывать наличие поляризационных эффектов, в частности поляризации электродов, с помощью которых электрический ток подводится к биологическим тканям, и как нежелательное или побочное явление.

Источник

ПОЛЯРИЗАЦИЯ

ПОЛЯРИЗАЦИЯ — собирательное понятие, объединяющее ряд различных по своей природе явлений.

В электрофизиологии этим термином пользуются для характеристики разности потенциалов по обе стороны мембраны, разделяющей внешнюю среду и содержимое клетки, и их изменение под действием различных раздражителей, а также в ходе генерации биоэлектрических потенциалов (см. Биоэлектрические потенциалы, Возбуждение, Деполяризация). Термином «поляризация света» пользуются для описания пространственной ориентации магнитной и электрической составляющих естественного (неполяризованного) света (см. Поляризация света). Термин «поляризация» применяется также для характеристики так наз. пассивных электрических явлений — явлений, связанных с прохождением через биол, системы постоянного или переменного электрического тока (см. Электропроводность биологических систем). Ниже рассматриваются два вида П.— поляризация диэлектриков и электрохимическая поляризация, важные для понимания механизма П. биол, систем.

Поляризация диэлектриков — появление на поверхности вещества (диэлектрика) связанных зарядов и соответствующего им обратного поля, ослабляющего внешнее электрическое поле; складывается из суммы так наз. дипольных моментов молекул, находящихся в единице объема вещества. Диэлектриками называют вещества, неспособные проводить электрический ток в обычных условиях. Согласно классическим представлениям это связано с ограничением подвижности зарядов, лишь смещающихся относительно исходных положений внутри атома или молекулы вещества под действием электрического поля. Согласно квантовым представлениям современной зонной теории строения твердого тела это связано с необходимостью больших энергетических затрат на то, чтобы создать запас свободных электронов (носителей тока) в так наз. энергетической зоне проводимости. Диэлектриками являются такие структурные компоненты биол, тканей и клеток, как белки, липиды и другие макромолекулы. Различают так наз. упругую П. диэлектриков, заключающуюся в смещении упруго связанных зарядов, образующих молекулу (атом или ион) диэлектрика, и релаксационную, или ориентационную, П. диэлектрика, заключающуюся в появлении упорядоченности в хаотическом тепловом движении слабо связанных дипольных молекул (ионов) под действием электрического поля.

У нек-рых веществ в обычных условиях имеются области с определенной ориентацией полярных молекул, называемые доменами. Совокупность доменов, ориентированных в различных направлениях, образует структуру диэлектриков, носящих название сегнетоэлектрики (сегнетовая соль, титанат бария и др.). В электрическом поле домены сегнетоэлектриков ориентируются в направлении поля, обеспечивая максимально возможную П. Поляризация молекул или образуемых ими структурных группировок в нек-рых кристаллах (кварц, сегнетоэлектрики) может происходить в результате механической деформации под действием внешних сил. При этом на поверхностях, ограничивающих данное тело, появляются электрические заряды и возникает разность потенциалов (см. Пьезоэлектрические явления).

Поляризация электрохимическая — изменение потенциала на границе фаз, связанное с изменением структуры межфазно-го слоя, или изменение потенциала электрода от его равновесного состояния при протекании на нем электрохим. реакции.

На границе раздела фаз, каждая из к-рых содержит заряженные частицы или дипольные молекулы вследствие протекания различных физико-хим. процессов, происходит образование своеобразного конденсатора — двойного электрического слоя, создающего на границе фаз разность потенциалов (см. Электроды, Электрокинетические явления).

Возникновение скачка потенциалов может происходить вследствие переноса заряда через границу фаз, неэквивалентной адсорбции анионов и катионов, адсорбции и ориентации дипольных молекул, деформации и поляризации атомов и молекул в неоднородном силовом поле межфаз-ного слоя, подвода зарядов от внешнего источника тока и т. д. Разность потенциалов может возникнуть и вследствие различий в проницаемости ионов через мембраны разной природы, разделяющих р-ры (см. Мембранное равновесие). Различные процессы, протекающие в живых организмах на любых уровнях структурной организации (молекулярном, субклеточном, клеточном, тканевом и органном), также сопровождаются возникновением разности потенциалов в этих системах, что является одной из наиболее характерных черт всего живого.

Электроды находят широкое применение в биологической и медицинской лаб. практике. Обратимые электроды используют в качестве электродов сравнения источников электрической энергии, а необратимые — для исследования границы фаз и других электрохим. реакций (напр., получение кислорода, водорода, хлора и т. д.).

Протекание на электродах электрохим. реакций сопровождается изменением потенциала электрода от его равновесного значения. Скорость реакции определяется плотностью тока, или отношением общего тока, текущего на электрод, к площади электрода. Зависимость величины потенциала от плотности тока называется поляризационной кривой. Она характерна для данной электродной реакции.

Электрохим. реакции наиболее полно исследованы для системы металл — электролит. Основные стадии реакции: подвод реагирующих частиц к электроду, стадия переноса электронов или ионов через границу раздела фаз, отвод продуктов реакции от поверхности электрода. Первая и третья стадии имеют одинаковые закономерности и называются стадиями массопереноса. Скорость процесса, состоящего из ряда последовательных стадий, определяется скоростью самой медленной стадии, а П. является следствием замедленности одной или нескольких стадий электрохим. реакции. В зависимости от природы этих стадий различают концентрационную, электрохимическую, химическую П. и др.

Концентрационная П. связана с изменением концентрации потенциалообразующих веществ в при-электродном слое, что связано с медленностью подачи к электроду или отвода от него веществ, участвующих в реакции.

Электрохимическая П. обусловлена замедленностью переноса электрона, причем эта замедленность связана с тем, что электрохим. реакция требует определенной энергии активации, к-рая зависит от потенциала электрода. Анализ поляризационных явлений в живых системах затруднен в силу их сложной организации. Получены данные для нек-рых модельных систем: границы двух не-смешивающихся жидкостей, границы бислойной липидной мембраны и водного р-ра электролита.

Явление П. в биол, системах обнаруживается при прохождении через них постоянного или переменного электрического тока. При этом величина постоянного тока постепенно уменьшается, а при отключении внешнего источника тока регистрируется электродвижущая сила, направленная противоположно электродвижущей силе внешнего источника. Подобные явления практически исчезают при отмирании ткани, что объясняют изменением П. клеточных структур. Это используется для анализа сохранности структур клетки при разработке методов консервации, условий хранения тканей и т. д. При проведении различных медико-биол. исследований, в лабораторной и физиотерапевтической практике необходимо учитывать наличие поляризационных эффектов, в частности П. электродов, с помощью к-рых электрический ток подводится к биол, ткани. Явление П. учитывают при подборе соответствующих электродов и условий проведения измерений (см. Гальванизация, Полярография, Потенциометрическое титрование, Электролечение). Явление П., сопровождающее преобразование механической энергии в электрическую и обратно (пьезоэлектрический эффект), применяют в мед. практике при получении ультразвука в ультразвуковых генераторах и в качестве преобразователя в различных мед. датчиках (см. Слуховые аппараты, Сфигмография, Ультразвук).

Библиография: Андреев В. С. Кондуктометрические методы и приборы в биологии и медицине, М., 1973; Богуславский Л. И. Биоэлектрохимические явления и граница раздела фаз, М., 1978; Дамаскин Б. Б. и Петрий О. А. Введение в электрохимическую кинетику, М., 1975; Корыта И., Дворжак И. и Богачкова В. Электрохимия, пер. с чешек., М., 1977; Шван Г. П. Спектроскопия биологических веществ в поле переменного тока, в кн.: Электроника и кибернетика в биол, и мед., пер. с англ., под ред. П. К. Анохина, с. 71, М., 1963.

Источник

Электропроводность в неживой природе. Электропроводность живых тканей. Диэлектрические свойства живых тканей. Физические поля биологических объектов

Страницы работы

Содержание работы

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ ТКАНЕЙ.

Основными пассивными электрическими характеристиками ве­щества являются: диэлектрическая проницаемость, удельная элект­рическая проводимость. Эти величины и связанные с ними элект­роемкость, импеданс существенно зависят от состояния организма и активно используются в диагностике

1) ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ В НЕЖИВОЙ ПРИРОДЕ

Пассивные электрические свойства, веществ в неживой природе хорошо изучены. Переходя к изучению свойств живых тканей (они значительно сложнее) мы будем опираться на их неживые модели.

Электропроводность — это величина, обратная электричес­кому сопротивлению G=1/R

Удельная электрическая проводимость

Закон Ома можно переписать через плотность тока, удельную электрическую проводимость и напряженность электрического поля

Рассмотрим электропроводность в неживой природе. В зависимости от вида и природы носителей проводимость бывает электронной, ионной и дырочной. Электронной проводимостью обладают металлы. Жидкие электролиты обладают ионной проводимостью. Дырочная проводимость образуется при разрыве валентной связи, приводящей к появлению вакантного места для электрона. Полу­проводники обладают электронной и дырочной проводимостью.

Электрическая проводимость прямо и косвенно зависит от сис­тем атомов и молекул. Она обусловлена положением электронов относительно ядра, их спинами и магнитными моментами. В метал­лах некоторые электроны утрачивают связь со своими атомами и могут свободно передвигаться. В растворах основными носителями зарядов являются ионы. Прохождение тока через растворы вызы­вает перемещение вещества в нем, и. следовательно, изменение его химических свойств. Этим растворы отличаются от металлических проводников.

Современные представления об электрических свойствах живых тканей основаны на фактах о молекулярной организации мем­бран и, в значительно меньшей степени, на сведениях о квантовомеханических свойствах физиологически активных молекул.

Жи­вые ткани являются композиционными средами, т.к. одни струк­турные элементы являются проводниками, а другие диэлектриками. Кроме того, некоторые макромолекулы обнаруживают полупровод­никовые свойства (А.Сцент-Дъердьи).

Найдены элементы и даже молекулы, играющие роль доноров и акцепторов, + крайне малые значения энергии связи электронов в биологических молекулах.

Для диагностики важно отметить, что наблюдается различие в проводимости опухолей и нормальной ткани, а так же зависимость проводимости от насыщенности тканей кислородом.

1). При измерении пассивных электрических характеристик жи­вых тканей через них необходимо пропускать электрический ток. что приводит к раздражению тканей и изменению их свойств. Результаты измерений зависят от силы тока, его типа, плотности тока на электродах.

При прохождении постоянного тока через ткани его первона­чальная сила не остается постоянной, а падает с течением времени до определенного уровня (рис.).

Это означает, что происходит уменьшение проводимости живой ткани. Процесс установления равновесия (релаксационный процесс) имеет сложную природу, можно предложить лишь некоторые его модели:

Поляризация — это процесс перемещения связанных зарядов под действием электрического поля и образование вследствие этого электродвижущей силы, которая направлена противоположно внешнему полю. Ее называют ЭДС поляризации. Для живой ткани закон Ома можно записать в виде:

б) процесс заряда тканевых емкостей.

2). Измерения проводимости в БАТ (метод Фолля). Оставляя в стороне достоверность этой диагностики, рассмотрим возможные причины неоднозначности подобных измерений:

а) Исследования проводятся по точкам, расположенным в направлении «меридианов», которые были интуитивно установлены в восточной медицине. Недавно было обнаружено, что в этих направлениях между клетками тканей имеется повышенное число щелевых контактов, проницаемых для ионов, чем и объясняется большая проводимость.

б) При из­мерениях используют маленькие по площади электроды, и от величины силы, с которой электрод прижимается к коже, существенно зависят получаемые результаты.

в) Ток от внешнего источника так же изменяет состояние БАТ.

г) проводимость меридианов зависит не только от патологий соответствующих органов, но и от индивидуальных биоритмов человека.

3) ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ ТКАНЕЙ.

Диэлектрические свойства биологических тканей обусловлены явлениями поляризации и компартментной структурой.

Электрическое поле внутри тканей меньше внешнего так как поляризованные и ориентированные определенным образом атомы, молекулы и компартменты создают электрическое поле Еп на­правленное против внешнего поля (рис.).

Рассмотрим виды поляризации характерные дляживой ткани.

В живых тканях под воздействием ЭМП возникают токи проводимости, обусловленные смещением (колебаниями) ионов и токи смещения, связанные с переориентацией дипольных мо­ментов. Можно считать что в цепи переменного тока через конден­сатор течет именно ток смещения, т.к. перемещения зарядов через конденсатор не происходит.

Источник

Поляризация биологических тканей.

На микроскопическом уровне происходит либо смещение связанных зарядов и возникновение индуцированного дипольного момента, либо ориентация дипольных моментов полярных молекул в направлении внешнего электрического поля.

Вектором поляризации называется суммарный дипольный момент единицы объема среды –

Рассмотрим процессы, происходящие в биологических тканях при приложении внешнего электрического поля.

Структурные уровни поляризации:

1. В макроскопических областях, ограниченных средами с низкой электропроводностью, под действием электрического поля происходит перемещение ионов межклеточной жидкости до границ области. Возникает большой дипольный момент, величина которого определяется размерами области и суммарным зарядом перемещенных ионов.

2. Смещение ионов цитозоли до границ клеточной мембраны, имеющей низкую электропроводность. Дипольный момент отдельной клетки невелик (p=q⋅l), но при значительной плотности клеток их суммарный дипольный момент сравним по величине с дипольным моментом ткани

4. Ориентационная поляризация протеинов и других макромолекул. Величина поляризации зависит от состояния этих молекул (свободные или связанные).

5. Ориентационная поляризация воды и электролитов. Величина поляризации наименьшая из всех.

Схематически разные структурные уровни поляризации представлены на рис. 5.

Дисперсия диэлектрической проницаемости и проводимости.

Рис.5. Структурные уровни поляризации биологической ткани.

Рис.6.Графики зависимости во времени напряженности внешнего электрического поля и поляризации

Таблица 2. Значения времени релаксации для разных типов поляризации, с.

Молекулярные механизмы дисперсии.

В постоянном электрическом поле проявляются все типы поляризации, величина диэлектрической проницаемости максимальна.

При увеличении частоты переменного тока (электрического поля) промежуток времени действия электрического поля (≈1/2 периода) уменьшается. Если этот промежуток времени меньше времени релаксации какого-то типа поляризации, то данный тип поляризации дает малый вклад в общее значение поляризации или совсем не проявляется. Этим объясняется зависимость диэлектрической проницаемости биологической ткани и, соответственно, импеданса от частоты.

На общей кривой частотной зависимости импеданса выделяют три главные области дисперсии.

Таблиц 3. Характеристические частоты главных областей дисперсии для различных биологических объектов.

На дисперсионной кривой импеданса главным областям α−, β−, γ− соответствуют участки замедленного спада |Z| с увеличением частоты. В частотных диапазонах, соответствующих главным областям дисперсии, происходят наибольшие потери энергии переменного электрического тока. Выделение энергии происходит на том структурном уровне, который отвечает за данную область дисперсии.

Источник

Виды поляризации.

Вещества обладают свободными и связанными зарядами. Свободные заряды – электроны и ионы под действием поля перемещаются от одного электрода к другому, создавая ток проводимости.

Особенности для биологических систем: в клетках свободные ионы могут перемещаться под действием поля в ограниченном объёме от одной мембраны до другой.

Связанные заряды под действием поля перемещаются только в очень ограниченных пределах, создавая при этом токи смещения.

Процесс перемещения связанных зарядов под действием электрического поля и образование ЭДС, направленной против внешнего поля, называется поляризацией.

3) Дипольная (ориентационная);

3) Дипольная (ориентационная) поляризация. Если вещество содержит полярные молекулы и эти молекулы свободны, то под действием внешнего поля они ориентируются в соответствии с этим полем.

Этот вид поляризации имеет большое значение в веществах, молекулы которых обладают большим дипольным моментом (вода, спирт). Молекулы белков. а также других высокомолекулярных соединений, вследствие диссоциации ионогенных групп, а также вследствие адсорбции ионов обладают значительными дипольными моментами. Поэтому в растворах данных веществ структурная поляризация, обусловленная вращением их полярных молекул, имеет большое значение. Время возникновения дипольной поляризации – время релаксации – совпадает со временем поворота молекул. Время релаксации полярных молекул t зависит от вязкости среды m,T, радиуса молекулы r и вычисляется по формуле Стокса.

где К – постоянная Больцмана.

4) Макроструктурная поляризация возникает под действием электрического поля вследствие неоднородности электрических свойств вещества. Для её возникновения необходимо наличие слоёв с различной электропроводностью. Под действием поля свободные ионы и электроны, содержащиеся в проводящих субстанциях, перемещаются в пределах каждого включения до границы проводящего слоя. Дальнейшее перемещение свободных зарядов невозможно из-за низкой проводимости соседних слоёв. В результате этого включения проводящее включение приобретает дипольный момент и ведёт себя подобно гигантской поляризационной молекуле.

Макроструктурная поляризация происходит во всём объёме клеток, а не только на клеточной мембране, т.к. гетерогенность структуры имеется во всём объёме клеток. За счёт макроструктурной поляризации, которая играет основную роль в биологических объектах, диэлектрическая проницаемость тканей, измеренная в постоянном электрическом поле, достигает очень больших величин – нескольких миллионов.

6) Электролитическая поляризация возникает между электродами, опущенными в раствор электролита, при пропускании тока. До протекания тока концентрация потенциалопределяющих ионов у обоих электродов была одинакова, потенциалы электродов также были равны:

Е₀ – нормальный потенциал электрода;

R – газовая постоянная;

а – активность потенциалобразующих ионов при электродной зоне.

При наложении разности потенциалов на электроды произойдёт перераспределение потенциалобразующих ионов диффузионной части двойного электрического слоя: в области катода концентрация ионов (катионов) увеличится, а в области анода – уменьшится.

Обозначим активности ионов в приэлектродной зоне катода и анода через а₁ и а_2. Тогда собственные потенциалы катода Е_к и анода Е_а будут:

Между электродами возникает ЭДС поляризации , направленная против внешней ЭДС:

Удельное сопротивление тканей и жидкостей организма постоянному току (Ом×м)

1. Спинномозговая жидкость. 0,55

4. Ткань мозговая и нервная. 14,3

5. Ткань жировая. 33,3

7. Кость без надкостницы. 10 7

Все явления поляризации могут быть описаны с помощью диэлектрической проницаемости вещества.

Е₀ – напряжение электрического поля в вакууме;

3. Электропроводность клеток и тканей для переменного тока.

Биологические системы способны накапливать электрические заряды при прохождении через них тока, поэтому их электрические свойства описываются с помощью омического сопротивления и электрической ёмкости.

— электрическая ёмкость зависит от поляризации.

Для плоского конденсатора

Ёмкость биологического объекта определяется поляризационной ёмкостью, которая возникает в момент прохождения тока. Поляризационная ёмкость показывает отношение изменения заряда объекта к изменению его потенциала при прохождении переменного тока.

Тогда поляризационная ёмкость:

К поляризационной ёмкости биологического объекта присоединяется значительная по величине статистическая ёмкость мембран (1мкФ/см 2 ). Как следует из уравнения (12) величина поляризационной ёмкости на низких частотах в зависимости от времени действия поля может значительно превышать величину статистической ёмкости. На более высоких частотах (10 кГц) статистическая ёмкость на несколько порядков выше поляризационной. А т.к. эти ёмкости соединены последовательно, то на высоких частотах общая величина ёмкости определяется меньшей по величине поляризационной ёмкостью.

Ткани организма состоят из клеток. При прохождении по ним электрического тока ионы перераспределяются. В области мембраны клеток возникает распределение зарядов, т.к. мембраны представляют собой препятствие для движения ионов. Это показано на эквивалентной схеме в виде С₁ и С₂. Резистор R₁ отражает сопротивление цитоплазмы, а R₂ сопротивление межклеточной жидкости.

Электрическая модель биологического объекта может быть представлена в виде различных эквивалентных схем (комбинации R и C).

Т.к. биологические объекты обладают как электрической проводимостью, так и ёмкостью, то они будут характеризоваться как активным, так и реактивным сопротивлением. Реактивное ёмкостное сопротивление:

Суммарное сопротивление объектов называется импедансом.

Для последовательного соединения R и С импеданс определяется по формуле:

i – мнимая единица .

Т.к из формул следует, что импеданс объектов изменяется при изменении частоты тока – при увеличении частоты реактивная составляющая уменьшается.

Можно представить эквивалентную схему биологического объекта.

Поляризационные процессы на границе раздела – на мембране – обуславливают появление поляризацион-ного сопротивления R_p и ёмкости С_р зависят от результирующих ионных потоков через мембрану, т.е. от её проницаемости и статистической ёмкости.

R_i – сопротивление цитоплазмы;

R_m – сопротивление межклеточной жидкости.

В данной схеме R_p и С_р – частотнозависимые, а R_i и R_m – частотнонезависимые. На низких частотах общее сопротивление будет обусловлено в основном сопротивлением R_p, т.е. является в определённых условиях мерой проницаемости мембран. При увеличении частоты уменьшается R_p и С_р, что приводит к уменьшению эффекта поляризации границ раздела в биологических системах.

На высоких частотах (несколько МГц) R_p и С_р – станут стабильными и их можно исключить из схемы.

Частотнозависимый характер ёмкостного сопротивления является одной из причин зависимости импеданса биологических объектов от частоты тока, т.е. дисперсии импеданса.

Электрические свойства тканей и клеток изучают с помощью мостовых схем.

R – омическое сопротивление уравновешенных плеч моста;

С_n и R_n – ёмкость и сопротивление, компенсирующие параметры объекта;

U – измерительный прибор.

При изучении частотных зависимостей сопротивления и ёмкости биологических объектов было обнаружено 3 области дисперсии.

Частотная зависимость диэлектрической проницаемости мышечной ткани

С увеличением частоты уменьшается, образуя 3 зоны дисперсии a, b, и g.

a-дисперсия – область низких частот звукового диапазона до 1 кГц. Уменьшение диэлектрической проницаемости биологических систем обусловлено уменьшением поляризации поверхности клеток, т.к. сопротивление клеток для токов низкой частоты велико и высотное сопротивление будет представлено сопротивлениями электролитов R_i и R_М, т.е. при ВЧ сопротивление биологических объектов является показателем содержания в них свободных ионов.

1) поляризация белковых и других органических молекул, обладающая дипольным моментами. Дисперсия на частотах в несколько МГц.

2) поляризация гидратных оболочек макромолекул (связанной воды). Частота (100 – 1000) МГц.

3) поляризация связанных групп макромолекул. Частота (100 – 1000) МГц.

Общая картина частотной зависимости электрических параметров сохраняется для всех тканей, что обусловлено единством структуры и химического состава клеток. Индивидуальные особенности (размеры и форма клеток, величина их проницаемости, содержание свободных ионов в клетках, содержание свободной воды) объектов обуславливают характер частотной зависимости.

4. Применение метода измерения электропроводности в биологии медицине.

Метод измерения электропроводности широко применяется в биологических и медицинских исследованиях. Напряжение

Источник