Додаткові теоретичні відомості

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 Величина цього опору залежить від розмірів об'єкта і його електрич­них властивостей, що визначається питомою електричною провідністю. Можна показати, що пи­тома електропровідність речовини визначається кон­центрацією зарядів їх величиною і рухливістю

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 складаються 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

Електричні схеми можуть вміщувати різні елементи увімкнені в схему довільним чином. Повний опір електричного кола, що містить ці елементи, змінному струмові називають імпедансом

Рис. 4.42. Еквівалентні елект- Рис. 4.43. Дисперсія імпедансу

ричні схеми біологічних ткани- біологічних тканин: 1 - "жива"

ни. тканина; 2 - "мертва" тканина.

Експериментальні дослідження біологічних тканин свідчать про те, що найпростіші еквівалентні електричні схеми біологічних тканин можуть бути одержані послі­довним та паралельним з'єднанням та (рис. 4.42). Таке з'єднання елементів у схемі забезпечує збіг частотних за­лежностей імпедансу біологічних тканин та вказаних схем.

Залежність повного опору (імпедансу) від частоти змінного струму називається дисперсією імпедансу, або дисперсією електропровідності. Для біологічних тканин ди­сперсія імпедансу має складну форму (рис. 4.43).

Вимірювання електропровідності біологічних тканин дає змогу вивчати процеси, що відбуваються у живих клітинах та тканинах при зміні їх фізіологічного стану як у нормі, так і при патологічній дії факторів, що ушкоджують тканину. Малі напруги, що використовуються при цьому, не вносять суттєвих змін у фізико-хімічні процеси, що відбуваються у біооб'єктах.

Для оцінки дисперсії імпедансу біологічних тканин розглядають коефіцієнт дисперсії імпедансу що дорів­нює відношенню імпедансів біологічних тканин на низьких та високих частотах:

На практиці дисперсію імпедансу біологічних тканин вимірюють у діапазоні частот (низька частота) – 10 (висока частота). Для цих частот значення К для живої тканини дорівнює 10-15, а для ушкодженої або мертвої тканини не перевищує 5. За значенням цього коефіцієнта можна зробити висновок про життєздатність біотканин або органів, що підлягають трансплантації.

У цій роботі дослідження дисперсії імпедансу для різних біологічних тканин проводять у діапазоні частот змінного струму

Визначення імпедансу біологічної тканини здійснюють методом порівняння падіння напруги на відомому опорі та на біологічній тканині (рис. 4.44).

Рис. 4.44. Схема установки для дослідження дисперсії імпедансу біологічних тканин.

Із запропонованої схеми видно, що електричний струм, що протікає через послідовно увімкнені опори (відомий - і невідомий - І, буде однаковий, тобто

звідки

Ця формула дає можливість виміряти імпеданс, визначивши падіння напруги на відомому опорі та на об'єкті

Якщо для вимірювання використовувати електронний осцилограф, не змінюючи коефіцієнт підси­лення, то величину опору можна знайти за формулою

де - амплітуда падіння напруги на біологічному об'єкті - амплітуда падіння напруги на опорі