Информационно-измерительная техника в медицине
Биофизические основы методов реографии и реоплетизиографии
жүктеу/скачать 0,92 Mb.
|
ИИТ в медицине [Н.Ф.Рожков][2004]
| 9 Биофизические основы методов реографии и реоплетизиографии
9.1 Электрические свойства тканей организма Биологические объекты с физической точки зрения являются проводниками особого рода, характеристики которых резко отличают их от любых других проводников [13]. Биологические системы отличаются от других систем сложностью, вариабельностью элементов электрических характеристик аналогичных объектов и высокой динамичностью, обусловленной необходимостью постоянного приспособления к изменяющимся условиям внешней среды [Ливенцев Н. М., 1978]. Живые ткани представляют собой сложную гетерогенную структуру, состоящую из слоев ячеек с различными диэлектрическими проницаемостями. Физическую структуру живой ткани как биологической материи Н. Schwan (1955) рассматривает с точки зрения мембранной теории, согласно которой не только клетки, но и многие внутриклеточные компоненты окружены полупроницаемыми мембранами. Установлено, что ткани человеческого тела обладают способностью проводить как постоянный, так и переменный электрический ток [Hober R., 1914; Osterhout W., 1936; Mann H., 1937, и др.]. По данным Н. Schwan (1955), прохождение электрического тока через биологические материалы связано с наличием свободных заряженных частиц. В состав живых тканей, кроме белковых частиц, входит большое количество солей (NaCl, К) и свободная вода. Следовательно, основной их проводящей средой является электролит. Уже в ранних исследованиях [Hober R., 1914; Fricke H., 1925; Cole К., Curtis H., 1939, и др.] отмечалось, что живая ткань является проводником второго рода и ее электрические свойства обусловлены ионным составом и наличием высокомолекулярных соединений. При этом было установлено также, что различные среды и ткани живого организма имеют разную электропроводность. По данным Н. Н. Малова и С. Н. Ржевкина (1929, 1932), Н. Л. Ливенцева (1978) и др., наибольшую электропроводность имеют спинномозговая жидкость и сыворотка крови, несколько меньен — цельная кровь и мышечная ткань; значительно меньше электропроводность жировой и соединительной тканей. Плохими проводниками являются роговой слой кожи и костная ткань. Как известно, электропроводность (g) — величина, обратная сопротивлению проводника: (9.1), где: r — величина, характеризующая электрическое сопротивление. При исследованиях тканей биологических объектов обычно определяют не электропроводность, а сопротивление электрическому току. Сопротивление проводника выражается формулой: (9.2), где р — удельное сопротивление; — длина проводние; S — сечение проводника. Первые исследования характеристик биологических объектов проводились на постоянном токе и показали, что удельное сопротивление живых тканей измеряется величинами до 105 Ом*см, что относило их к группе полупроводников. Сопротивление участков тела при постоянном токе и электродах площадью 4—5 см2 обычно лежит в пределах 5—10 кОм, а при точечных электродах может достигать 100 кОм и более [Ливенцев И.М., 1976; Манойлов В. Е., 1976, и др.]. Измерениями установлено [Яглова Л. Г., 1968], что при прохождении постоянного тока через живые ткани сила тока (I0) не остается постоянной во времени, а сразу же после наложения потенциала начинает непрерывно падать до тех пор, пока не установится на более низком постоянном уровне (Iт). Это явление объясняется тем, что при прохождении тока через биосистему в ней возникает встречная электродвижущая сила (ЭДС) и обусловливает появление в тканях биологической системы поляризационной емкости, величина которой моенн быть вычислена, исходя из начального и конечного значения силы тока по формуле: (9.3), где Ср — поляризационная емкость; R — сопротивление; I — сила тока; I0 — начальная сила тока; Iт — конечное значение силы тока, причем (9.4), где Q — количество электричества, накапливаемое за время t. Вместе с тем изменение силы тока от I0 до Iт в такой цепи происходит не по прямой линии, а имеет нелинейный характер. Получается как бы отклонение от закона Ома, согласно которому при постоянной разности потенциалов ток в проводнике должен быть постоянным во времени. Это свидетельствует о нелинейности сопротивления биологической ткани. Тогда закон Ома для биологического объекта следует записать: (9.5), где V — разность потенциалов; P(t) — ЭДС поляризации как функция времени. Возникновение ЭДС поляризации связано со способностью живых клеток накапливать заряды при прохождении через них тока, т. е. с емкостными, диэлектрическими свойствами биологических объектов, обусловленными явлениями поляризации [Губанов Н. И., Утепбергенов А. А., 1978]. Высокая поляризационная емкость — характерное свойство живых неповрежденных клеток [Яглова Л. Г., 1968]. В зависимости от способности к поляризации удельное сопротивление тканей колеблется в различных пределах. Поляризационная емкость различных биологических объектов, измеренная при постоянном токе, а также при токе низкой частоты от 50 до 500 Гц достигает больших величин — от 0,1 до 10 мкф/см2 [Cole К., Certis H., 1939]. Во избежание поляризации при определении сопротивления электролитов Н. Kohlrausch (1914) предложил использовать переменный ток. Это обусловило в дальнейшем применение переменного тока во многих косвенных способах исследования различных процессов. жүктеу/скачать 0,92 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|