Импеданс тканей организма

Ткани организма представляют собой по электрическим свойствам разнородную среду. Органические вещества (белки, жиры, углеводы и др.), из которых состоят плотные части тканей, являются диэлектриками. Однако все ткани и клетки в организме содержат жидкости или омываются ими (кровь, лимфа, различные тканевые жидкости), в состав этих жидкостей кроме органических коллоидов входят также растворы электролитов, и поэтому они являются хорошими проводниками.

Наилучшую электропроводность имеют спинно-мозговая жидкость, сыворотка крови, несколько меньшую - цельная кровь и мышечная ткань. Значительно меньше электропроводность тканей внутренних органов, а также нервной, жировой и соединительной тканей. Плохими проводниками являются роговой слой кожи, связки и сухожилия, костная ткань без надкостницы. В ряде случаев их можно отнести даже к диэлектрикам.

Ткани организма состоят из структурных организмов - клеток, омываемых тканевой жидкостью. Цитоплазма клетки отделена от тканевой жидкости клеточной мембраной. Тканевая жидкость и цитоплазма - хорошие проводники. Клеточная мембрана проводит электрический ток плохо. Такая система напоминает конденсатор и обладает электрической емкостью.

В тканях встречаются и макроскопические образования, состоящие из различных соединительных оболочек и перегородок, по обе стороны которых находятся ткани, обильно снабженные тканевой жидкостью. Все это придает тканям емкостные свойства.

Как показывает опыт, ткани организма не имеют практически заметной индуктивности, но обладают емкостью и активным сопротивлением. Поэтому при прохождении переменного тока через ткани организма следует учитывать их полное сопротивление, или импеданс.

Электрические параметры участка тканей организма, находящиеся между наложенными на поверхность тела электродами, можно представить в виде эквивалентных электрических схем.

В наиболее упрощенном виде эта схема для слоя кожи и подкожной клетчатки может быть представлена как значительная емкость C (Рис.6, а), шунтированная большим сопротивлением R и включенная последовательно со значительно меньшим сопротивлением R ^*, а для глубоко лежащих тканей - это включенные параллельно сопротивление и емкость (Рис.6, б).

Импеданс тканей организма зависит от множества физиологических условий, основным из которых является состояние кровообращения, в частности кровонаполнение сосудов.

На этом основан один из способов исследования периферического кровообращения - РЕОГРАФИЯ.

При этом в течение цикла сердечной деятельности регистрируется изменение импеданса определенного участка тканей, на границах которого накладываются электроды. При реографии применяется переменный ток частотой 20 - 30 кГц. Этим методом получают реограммы головного мозга - реоэнцефалограммы, печени, легких, магистральных сосудов и т.д.

Зависимость импеданса тканей организма от частоты переменного тока позволяет оценить жизнеспособность этих тканей, что важно знать, например, при пересадке (трансплантации) тканей и органов. На рис.7 представлены частотная зависимость импеданса здоровой ткани (1) и мертвой (2), убитой кипячением в воде.

В мертвой ткани мембраны клеток разрушены и ткань обладает лишь активным сопротивлением, в то время как импеданс живой ткани складывается из активного и емкостного сопротивлений. Различие в частотных зависимостях импеданса получается и у здоровой, и у больной ткани.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Упражнение 1. Определение индуктивности катушки

1. Проверить электрическую цепь (рис.8), состоящую из последовательно соединенных катушки индуктивности L, батареи конденсаторов C, амперметра A и реостата R.

2. Подключить вольтметр для измерения напряжения на катушке.

3. Поставить движок реостата в среднее положение.

4. Включить цепь и, изменяя сопротивление реостата, получить пять различных значений тока (в пределах от 0,1 до 0,3 A) и напряжения.

5. Вычислить индуктивное сопротивление катушки по формуле

X_L = ,

где R - активное сопротивление катушки (указано на катушке).

6. Найти среднее значение X_L и рассчитать индуктивность катушки:

, где w=2pn=2×50p =314 Гц.

7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

Сумма _________

Среднее _________

Упражнение 2. Определение емкости конденсатора

1. Переключить вольтметр для измерения напряжения на конденсаторе C.

2. Поставить движок реостата в среднее положение.

3. Включить цепь и, изменяя сопротивление реостата, получить пять различных значений силы тока и напряжения.

4. Вычислить емкостное сопротивление по формуле .

5. Найти среднее значение и рассчитать емкость конденсатора:

.

6. Результаты измерений и вычислений записать в таблицу.

Cумма __________

Среднее ___________

Упражнение 3. Проверка закона Ома для полной цепи переменного тока

1. Переключить вольтметр для измерения напряжения на участке АВ, состоящем из последовательно включенных активного, индуктивного и емкостного сопротивлений.

2. Включить цепь и измерить одно значение напряжения и силы тока (в пределах 0,1 - 0,3 A) на этом участке.

3. Вычислить полное сопротивление участка АВ: .

4. Рассчитать полное сопротивление участка АВ через средние значения индуктивного, емкостного и активного сопротивлений по формуле

и сравнить с результатом, полученным в пункте 3.

5. Результаты измерений и вычислений занести в протокол.

Контрольные вопросы.