11.3. Реография

запись изменяющейся величины полного электрического сопротивления (импеданса) живых тканей при пропускании через них переменного электрического тока высокой частоты, но слабого по силе, называется реографией.

Как известно, биологические объекты обладают как проводимостью, так и емкостью. Индуктивного сопротивления в биологических тканях нет. Следовательно, биологическая ткань будет характеризоваться как активным, так и реактивным сопротивлением. Для последовательного соединения C и R импеданс определяется по формуле

, или ; (11.19)

для параллельного:

. (11.20)

Из формул (11.19) и (11.20) следует, что импеданс объектов изменяется при изменении частоты тока, на котором производится измерение. Так, при увеличении частоты реактивная составляющая импеданса уменьшается.

Частотно-зависимый характер емкостного сопротивления является одной из причин зависимости импеданса биологических объектов от частоты тока, то есть дисперсии импеданса. Изменение импеданса в зависимости от частоты тока обусловлено также взаимосвязью поляризации от периода действия переменного электрического тока. Если полупериод переменного электрического тока больше времени релаксации, то эффективная проницаемость и проводимость биологических объектов не изменится в зависимости от частоты тока. Если при увеличении частоты полупериод переменного электрического тока становится меньше времени релаксации, то поляризация не успевает достигнуть максимального значения. После этого диэлектрическая проницаемость начинает уменьшаться с частотой, а проводимость – возрастать. При значительном увеличении частоты данный вид поляризации практически будет отсутствовать и диэлектрическая проницаемость с проводимостью снова станут постоянными величинами.

Биологическую ткань можно рассматривать как электрический проводник, имеющий не только реактивную составляющую, но и обладающий ионной проводимостью, то есть при прохождении электрического тока в живой ткани следует учитывать действие целого ряда факторов, в частности: мембранный потенциал, наличие токов действия, медленные колебания потенциала и т.д. Однако определяющим фактором все же является полное электрическое сопротивление, или импеданс.

В клинике метод измерения полного сопротивления биологической ткани, то есть измерение импеданса, широко используется для оценки кровенаполнения органов. Метод регистрации импеданса, изменение которого показывает кровенаполнение, называется реографией. Одновременно регистрируется и первая производная сопротивления, которая характеризует скорость кровенаполнения, так как колебания электрического сопротивления обусловлены, в первую очередь, колебаниями кроветворения сосудов и изменениями скорости движения крови в них.

Вслед за систолой желудочков сердца в сосудистую систему выбрасывается определенная масса крови и возникает перемещающаяся по сосудам волна кровенаполнения. По мере распространения от сердца к периферии, эта волна приводит к последовательному изменению объема различных органов или участков тела. Это происходит в результате способности артериальных сосудов расширяться под воздействием увеличивающейся массы крови, а затем вновь сокращаться, возвращаясь к исходному состоянию.

Таким образом, перемещение систолического объема крови волнообразно расширяет артериальные сосуды и приводит к ускорению кровотока в них.

Помимо исследования сердца – реокардиография, а также органов конечностей – реовазография, этим методом исследуют особенности гемодинамики мозга – реоэнцефалография. Реоэнцефалография позволяет исследовать мозговое кровообращение и имеет большое значение в диагностике ряда заболеваний мозга.

Измерение полного сопротивления осуществляется путем подачи через электроды, наложенные на определенные области тела, электрического тока от генератора высокой частоты (80…120 кГц), а снимаемый сигнал подается на усилитель, а потом регистрируется.

При тетраполярной реографии на объект накладывают две раздельные пары электродов, одна из которых служит для ввода тока, а другая – для регистрации изменения сопротивления.

Простейший реограф представляет собой прибор, работающий по принципу генератора высокой частоты с мостом Уитстона в качестве измерительного элемента. Основными элементами схемы реографа являются :

генератор высокой частоты;

регулятор усиления;

детектор и мост Уитстона (мостовой преобразователь).

В настоящее время в клиниках широко используют компьютерный реограф “Рео-Спектр”, который является прибором многоцелевого назначения.

При изучении частотной зависимости сопротивления и емкости биологических объектов было обнаружено три области дисперсии: ,  и  (рис. 11.3).

Рис. 11.3. Зависимость диэлектрической проницаемости от частоты

Альфа-дисперсия занимает область низких частот звукового диапазона (примерно 1кГц). Электрический ток с данной частотой протекает по межклеточному пространству, так как известно, сопротивления клеточных мембран для токов низкой частоты являются очень большими. Поэтому уменьшение диэлектрической проницаемости обусловливается уменьшением эффекта поляризации поверхности клеточных мембран, так как поляризация возникает за счет перераспределения ионов в двойном электрическом слое и фактически сводится к электролитической поляризации. Альфа-дисперсия используется для определения объема взвешенных частиц конечной системы.

Бетта-дисперсия занимает более широкую область частот (10³…10⁷ Гц).

Наиболее полно электрические свойства биологических объектов в данной области описываются теорией макроструктурной и электролитической поляризации. Ценность данных теорий состоит в том, что они позволяют учитывать, при описании электрических свойств тканей, биологические особенности объекта – клеточную проницаемость и наличие ионных потоков через мембрану.

Измерение диэлектрических свойств биологических тканей в области бетта-дисперсии дает возможность изучить их молекулярные строения, что широко используется в диагностических целях.

Гамма-дисперсия диэлектрической проницаемости тканей наблюдается на частотах свыше 1000 МГц. Уменьшение диэлектрической проницаемости на данном диапазоне обусловливается ослаблением эффекта поляризации, вызываемой диполями воды.

Таким образом, величина гамма-дисперсии зависит от содержания свободной воды в исследуемых тканях.

В области 400 МГц (между бета- и гамма-дисперсией) величина диэлектрической проницаемости лежит в пределах 40…60 Ф/м в зависимости от содержания свободной воды. В области сверхвысоких частот (больше 10¹⁰ Гц) эффект поляризации, обусловленный диполями воды, будет отсутствовать.

Для оценки жизнеспособности ткани Б.Н. Тарусов (1960) предложил использовать коэффициент поляризации, который является отношением сопротивления объекта, измеренного на низких частотах (≈10⁴ Гц), к сопротивлению, измеренному на высоких частотах (≈10⁶ –10⁷ Гц):

. (11.21)

коэффициент поляризации характеризует величину дисперсии. Доказано, что при отмирании тканей коэффициент уменьшается. У практически здорового организма γ = 1.