Лабораторна робота № 6.

ДОСЛІДЖЕННЯ ДИСПЕРСІЇ ЕЛЕКТРИЧНОГО ІМПЕДАНСУ

Біологічних тканин

Мета роботи вивчити особливості електричної провідності біологічних тканин у колі змінного електричного струму; дослідити залежність електричного імпедансу від частоти змінного струму для різних біологічних об’єктів (м’язів, листка рослини тощо); побудувати криві дисперсії імпедансу; визначити відмінність імпедансу для живої та ушкодженої тканини.

Прилади і матеріали:

1. Генератор змінного струму.

2. Біологічні об’єкти (м’язи, листки рослин).

3.Осцилограф.

3. Електроди, монтажні дроти.

Короткі теоретичні відомості

В даний момент часу метод вимірювання імпедансу доволі широко використовується в медицині і біології. Перевага даного методу полягає в тому, що використовується напруга (менше 50 мВ) яка не вносить суттєвих змін в фізико-хімічні процеси, які проходять в біологічних об’єктах, так і тим більше не пошкоджує їх.

Метод знайшов широке застосування при вивченні процесів, які проходять в живих тканинах при змінні їх фізіологічного стану, при патологічних станах, при дії пошкоджуючих факторів температури, випромінювання, ультразвуку і т. п.

Вивчення електропровідності використовується для оцінки і прогнозування життєздатності тканини, так і для оцінки кровонаповнення органів. При збільшені наповнення органа кров’ю під час систоли серця його опір зменшується, оскільки кров володіє меншим питомим опором, ніж клітини. При діастолі серця опір органа збільшується.

Діагностичний метод реєстрації змін опору органів, обумовлений зміною кровонаповнення, називається реографією. За допомогою цього методу отримують реограми головного мозку (реоенцефалографія), серця (реокардіографія), магістральних судин, легенів, печінки і кінцівок.

Електропровідність клітин і тканин для змінного струму

Біологічним тканинам притаманні такі електричні властивості

1. Активний опір. Проходження постійного або змінного електричних струмів крізь біологічну тканину завжди супроводжується виділенням теплової енергії, що свідчить про наявність активного (омічного) опору (R). Величина цього опору залежить від розмірів об’єкта і його електричних властивостей, що визначається електричною провідністю.

Можна показати, що питома електропровідність речовини (σ) визначається концентрацією зарядів (n), їх величиною (ez) і рухливістю (μ) 

σ = n•μ•e•z

Відповідно, величина електричного опору або провідності біологічних тканин при однакових геометричних розмірах залежить від цих величин.

Питомі опори різних біологічних тканин можуть відрізнятись у тисячі разів, що визначається передусім концентрацією вільних зарядів у рідких середовищах біологічних тканин.

2. Ємнісні властивості біологічних тканин. Конструктивно більшість біологічних тканин складається з послідовних шарів, які добре або погано проводять електричний струм, тобто за своєю структурою відповідають будові конденсатора. Другою складовою частиною електричної ємності біологічних тканин виступає ємність клітинних мембран, яка, як відомо, має досить значну величину.

Доказом ємнісних властивостей біологічних тканин виступають такі факти а) зменшення імпедансу тканини при збільшенні частоти електричного струму; б) амплітудне значення струму випереджає по фазі амплітудне значення напруги.

Величина ємнісного опору визначається за формулою

,

де  - циклічна частота змінного струму.

3. Індуктивні властивості біологічних тканин. Конструктивно ці властивості у біологічних тканин виражені дуже слабо. Індуктивний опір проявляється при дуже високих частотах змінного струму (область НВЧ і КВЧ коливань).

Величина індуктивного опору визначається за формулою

.

Вивчення пасивних електричних властивостей біологічних об’єктів має велике значення для розуміння їх структури і фізико-хімічних властивостей.

Біологічні тканини володіють властивостями як провідників, так і діелектриків. Наявність вільних іонів в клітинах і тканинах обумовлює провідність цих об’єктів. Діелектричні властивості біологічних об’єктів визначається структурними компонентами і явищами поляризації.

Поляризація – це процес утворення об’ємного дипольного електричного моменту середовища. Поляризація за своєю природою ділиться на декілька видів.