Реограф

1. Введение

Реографией называется метод изучения состояния какой-либо системы и происходящих в ней процессов по изменению электрического сопротивления этой системы для постоянного или переменного тока. Реография  весьма точный метод, так как даже очень малые изменения сопротивления могут быть зарегистрированы современными приборами  реографами.

Реограммой называется кривая, соответствующая зависимости сопротивления исследуемой системы R (или его изменения  R) от времени : R = R(t) или  R=  R(t).

В медицинской диагностике разработаны методики регистрации реограмм любого органа человеческого тела: сердца (реокардиограмма), мозга (реоэнцефалограмма), магистральных сосудов, печени, легких, конечностей и др. При этом вид реограммы дает нужную информацию об изменениях кровенаполнения органа при пульсациях сердца, о скорости кровотока, состоянии сосудистой системы и др. Такая информация существенно дополняет, в частности, результаты электрографического обследования при диагностике сердечно сосудистых и других патологий, поэтому реография часто применяется в комплексе с ЭКГ, ЭЭГ и т.д.

Реографическое обследование практически совершенно безвредно для пациента, так как проходящие через него при этом токи имеют очень малую величину. Поэтому реографическое обследование может продолжаться в течение длительного времени (например, при функциональной диагностике), либо неоднократно повторяться.

В настоящее время метод реографии считается весьма перспективным и широко используется в различных областях клинической диагностики и в физиологических исследованиях.

2. Импеданс биологических тканей. Метод медицинской реографии

2.1. Биологические ткани, в том числе ткани тела человека, способны проводить электрический ток. Основными носителями заряда в них являются ионы.

Наибольшей удельной электропроводимостью (), то есть наименьшим удельным сопротивлением (), обладают ярко выраженные электролиты  спинномозговая жидкость

(   0,018 Ом^-1 см^-1) и кровь (  0,006 Ом^-1 см^-1). Жировая, костная ткани, а также сухая кожа, имеют очень малую электропроводность (соответственно   0,0007 Ом^-1 см^-1; 10^-9 Ом^-1 см^-1; 10^-7 Ом^-1 см^-1).

Рассмотрим простейшую схему измерения сопротивления какого-либо органа или участка тела О (рис. 1). Если I  сила тока через участок О, измеряемая миллиамперметром тА; U  напряжение между электродами ЭЭ, измеряемое вольтметром V, то .

Сопротивление R должно изменяться в такт с сердечными сокращениями, поскольку во время них происходят изменения кровенаполнения органа.

Однако практически эти изменения так малы (десятые доли Ом и меньше), что не могут быть надежно зарегистрированы на фоне большого общего сопротивления участка О(обусловленного большим сопротивлением кожи, межтканевых границ раздела, переходным сопротивлением кожа электрод и др.). Кроме того, истинное сопротивление участка тела на постоянном токе вообще трудно зарегистрировать из-за возникающей поляризации тканей и появления дополнительных зарядов на электродах.

По этим причинам в медицинской реографии не используется постоянный ток, а вместо него применяется переменный ток большой частоты (порядка 100 кГц).

2.2. При подаче на электроды ЭЭ (рис. 2) переменного напряжения

 (1)

в цепи исследуемого объекта О протекает переменный ток, изменяющийся по закону

, (2)

 циклическая частота;  частота переменного тока;  сдвиг по фазе между током и напряжением.

Величина

(3)

называется, как известно, полным сопротивлением или импедансом объекта и зависит как от свойств самого объекта (электрического сопротивления R, емкости С и индуктивности L объекта), так и от частоты переменного тока.

В тканях тела человека структур, обладающих индуктивными свойствами, не обнаружено. Однако клеточные мембраны, а также границы раздела между различными тканями в определенном смысле подобны конденсаторам (при прохождении тока в них возникает двойной электрический слой зарядов ), поэтому любой участок тела обладает более или менее значительной емкостью С.

2 .3. Так как емкостное сопротивление уменьшается при увеличении частоты переменного тока по закону

,

(4)

то можно ожидать, что и полное сопротивление (импеданс) участка тела также будет убывать с частотой.

Действительно, характерная зависимость импеданса живой ткани Z от частоты переменного тока  имеет вид, представленный на рис. 3. При малых частотах  (до 10⁴ Гц) импеданс велик и примерно равен активному сопротивлению R ткани для постоянного тока. При больших частотах Z уменьшается, достигая   10⁸ Гц некоторого минимального значения R'.

2 .4. Такая зависимость импеданса от частоты может быть приближенно моделирована электрической схемой, представленной на рис. 4.

Действительно, при малых частотах и Z  R (весь ток идет через верхнее плечо схемы), при больших частотах и (параллельное соединение сопротивлений).

2.5. В медицинской реографии используются частоты переменного тока порядка 100 кГц. При столь больших частотах общий импеданс исследуемого органа или участка тела уменьшается и значительно большей степени зависит от кровенаполнения органа. Поэтому относительные изменения импеданса во время сердечных сокращений становятся большими, и их регистрация значительно облегчается. Причем эти изменения практически определяются лишь изменением активной составляющей R полного импеданса исследуемого органа, так как емкостная составляющая на используемых частотах при изменении кровенаполнения изменяется совершенно незначительно.

2.6. Перечислим основные факторы, определяющие вид реограммы органа:

б) скорость кровотока в органе (при увеличении скорости течения крови ее удельное сопротивление уменьшается);

в) плотность и химический состав крови;

г) толщина и упругость (эластичность) стенок кровеносных сосудов;

д) геометрия органа.

Состояние кожи, поверхностных слоев и соединительной ткани при правильной методике не должно оказывать существенного влияния на вид реограммы.

2.7. Другим важным преимуществом переменного тока является то, что на больших частотах его раздражающее действие уменьшается. А именно: величина плотности порогового тока ^*) в диапазоне частот 50  300 кГц увеличивается прямо пропорционально частоте тока . Так, на частоте реографии   100 кГц  величина порядка 1 тА/см², тогда как во время реографического обследования плотность тока обычно не превышает 0,2 та/см² (для этого электроды должны иметь площадь не менее 5 см² каждый!).

Такой ток, как правило, не ощущается пациентом, а реографическое обследование является абсолютно безвредным и может повторяться многократно.