Биоэлектрогенез. Электрические и магнитные свойства тканей и окружающей среды

№ 6

организм 2. Понятие диполя. Токовый диполь. 3. Модель Эйнтховена

частиц
Электропроводность – свойство веществ проводить электрический ток
Сопротивление – свойство проводника

противодействовать установлению электрического тока
Сила тока – количество заряда, прошедшего через площадь поперечного сечения проводника за единицу времени.
где q-заряд, t-время [I]=1 А (ампер)

Плотность тока – отношение силы тока к площади поперечного сечения проводника.
, где S - площадь поперечного сечения
проводника [j]=1 А/м2

единичной длины и единичной площади поперечного сечения [ρ=1Ом·м]

(металлы и их сплавы, электролиты, из биологических тканей – нервные

волокна, кровеносные и лимфатические сосуды, спинномозговая жидкость)
Диэлектрики - вещества, в которых нет свободных носителей электрического заряда (пластмассы и керамика, из биологических тканей – кожа сухая, кость, сухожилия)

что:
а) биологическая мембрана – «плоский конденсатор»:
б) существуют макрообразования – соединительнотканные

оболочки (диэлектрики), окруженные с двух сторон тканями, богатыми жидкостью (проводники).

- электроемкость
Реография – метод диагностики, основанный на регистрации во времени

изменения полного сопротивления тканей при функционировании органа (в стоматологии используют для оценки кровообращения в тканях челюстно-лицевой области)

Постоянный электрический ток оказывает раздражающее действие на ткани организма.

Под действием постоянного тока происходит перемещение (вдоль силовых линии поля) имеющихся в тканях заряженных частиц- ионов тканевых электролитов. При этом из-за различной подвижности ионов и задержки и накопления их у полупроницаемых мембран в тканевых элементах, внутри клетки и в окружающей ее тканевой жидкости происходит изменение обычной концентрации ионов.

1. Гальванизация - метод лечебного воздействия постоянным током небольшой величины (напряжение 60—80

В).

Изменение ионной среды может вызвать изменение функционального состояния клеток в сторону возбуждения или торможения их деятельности.

2. Электрофорез – метод введения лекарственных веществ в организм (ионы

йода, металлы, пенициллин и др.) при помощи постоянного электрического тока. Препарат вводится с электрода, знак которого имеют вводимые ионы: с катода – отрицательные ионы, с анода – положительные ионы.
Предельно допустимая плотность тока при электрофорезе и гальванизации:

раздражающее действие, т.е. под действием низкочастотного тока происходит перемещение ионов,

изменение их концентрации вблизи мембран клеток, что приводит к изменению мембранного потенциала и, следовательно, к изменению функционального состояния клетки. При этом в физиотерапии используют токи, находящиеся между порогом ощутимого значения и порогом неотпускающего значения.

ощутимого значения называют наименьшую силу тока, раздражающее действие которого ощущает

человек. Среднее значение порога ощутимого тока на частоте 50 Гц составляет на участке предплечье-кисть порядка 1 мА. Порогом неотпускающего значения называют наименьшую силу тока, при которой человек не может самостоятельно освободиться от проводника (источника тока), так как происходит непроизвольное сгибание сустава. Среднее значение порога неотпускающего значения на частоте 50 Гц составляет 6 – 10 мА.

метод физиотерапии, основанный на воздействии на биологические ткани переменного электрического

тока высокой частоты (1-2 МГц) , небольшого напряжения (150-200 В) и большой силы (2 А)

Количество теплоты (q), выделяемое в 1м3 за 1 с, под действием переменного электрического поля высокой частоты:

j – плотность тока
ρ - удельное сопротивление тканей

происходит ориентация полярных молекул вдоль силовых линий. В тканях-проводниках возникает

упорядоченное движение ионов, т.е. возникают микротоки. В цитоплазме клеток такое движение ионов приводит к разделению зарядов, изменению концентрации ионов, а, следовательно, к изменению мембранного потенциала и раздражению клетки (возникновению потенциала действия), что способствует усилению обмена веществ клетки с окружающей средой.
Франклинизация – метод физиотерапии, основанный на использовании постоянного электрического поля высокого напряжения.

к упорядоченному движению ионов, т.е. возникает электрический ток, приводящий к

нагреву тканей



На ткани-диэлектрики: тепловое и осцилляторное, т.к. происходит колебательное вращение полярных молекул (они переориентируются вдоль силовых линий), что приводит к поглощению тканями энергии электрического поля

Количество теплоты (q), выделяемое в 1м3 за 1 с:
ρ - удельное сопротивление тканей

– амплитуда напряженности электрического поля
ω – циклическая частота электрического поля

- тангенс угла диэлектрических потерь
ε – диэлектрическая проницаемость
ε0 – электрическая постоянная

Действие переменного электрического поля высокой частоты

основанный на использовании переменного электрического поля ультравысокой частоты. Используется для

глубокого прогрева тканей-диэлектриков.

в тканях-проводниках (явление электромагнитной индукции)

Bmax – амплитуда магнитной индукции
ω –

циклическая частота магнитного поля
ρ - удельное сопротивление тканей

Количество теплоты, выделяемое в 1м3 за 1 с, под действием переменного магнитного поля:

на биологические ткани переменным магнитным полем высокой частоты (10-15 МГц).

При индуктотермии больше тепла образуется в тканях с хорошей электропроводностью (низким сопротивлением), т.е. в жидких средах (кровь, лимфа) и хорошо кровоснабжающихся тканях (мышцы, печень и др.).

богатые водой.
СВЧ-терапия – это контактный метод поверхностного прогрева тканей,

богатых жидкостью (кровь, лимфа, слизистые оболочки) путем воздействия радиоволнами.
Инфракрасное излучение оказывает тепловое действие. Ультрафиолетовое излучение оказывает витаминообразующее и бактерицидное действие.

раковых опухолей. Под действием данных излучений происходят химические реакции с

образованием высокоактивных в химическом отношении соединений, которые вступают во взаимодействие с другими молекулами и в итоге приводит к разрушению биологических мембран и гибели клетки.

бы состоит из двух полюсов – положительного и отрицательного.
Электрическая система,

образованная двумя равными по величине, но противоположными по знаку зарядами, расположенными на малом расстоянии друг от друга, называется диполем.
Основной характеристикой диполя



является его электрический момент ( дипольный момент) – вектор, равный произведению заряда q на плечо диполя l, направленный от отрицательного заряда к положительному:

 

 

поле напряженностью  Е.
На каждый из зарядов диполя действуют силы

и,
эти силы равны по модулю, противоположно направлены и создают момент пары сил: M = q E l sin ά = p E sin ά, или в векторной форме             .

однородном электрическом поле действует момент силы, зависящий от электрического момента

и ориентации диполя, а также напряженности поля. сам диполь также является источником поля.
Пусть диполь, создающий электрическое поле, находится в центре равностороннего треугольника АВС.

на сторонах этого треугольника относятся как проекции вектора  на его

стороны:
UАВ : UВС : UСА = pАВ : pВС : pСА

Исследуя изменения разности потенциалов на поверхности человеческого тела, можно судить о проекциях дипольного момента сердца, следовательно, о биопотенциалах сердца.

Можно к диполю подключить источник напряжения, иными словами, клеммы источника

напряжения представить как ди­поль. В этом случае, несмотря на наличие тока в проводящей сре­де, диполь будет сохраняться. Такая двухполюсная система, состоящая из истока и стока тока, называется дипольным электрическим генератором или токовым диполем.
Между дипольным электрическим генератором и электрическим диполем имеется большая аналогия, которая основывается на общей аналогии электрического поля в проводящей среде и электростатического поля.

аналогии электрического поля в проводящей среде и электростатического поля сводится

к следующему:
— линии тока (электрическое поле в проводящей среде) совпадают с линиями напряженности электростатического поля при одинаковой форме электродов;
— в том и другом случаях многие формулы имеют тождественный вид.

потенциалов (биопотенциалов).
Регистрация биопотенциалов тканей и органов с диагностической (исследовательской) целью

получила название электрографии. Такой общий термин употребляется сравнительно редко, более распространены конкретные названия соответствующих диагностических методов: электрокардиография (ЭКГ) — регистрация биопотенциалов, возникающих в сердечной мышце при ее возбуждении, электромиография — метод регистрации биоэлектрической активности мышц, электроэнцефалография (ЭЭГ) — метод регистрации биоэлектрической активности головного мозга и др.

органа по его электрической активности используется принцип эквивалентного генератора. Он

состоит в том, что изучаемый орган, состоящий из множеств клеток, возбуждающихся в различные моменты времени, представляется моделью — единым эквивалентным генератором. Считается, что этот эквивалентный генератор находится внутри организма и создает на поверхности тела такое электрическое поле или распределение электрического потенциала, которое должно совпадать с теми, что создает сам орган.

можно представить в виде потенциала одного эквивалентного диполя.
Из формулы UАВ :

UВС : UСА = pАВ : pВС : pСА следует, что разность потенциалов между двумя точками диполя (на одинаковых расстояниях от него) пропорциональна проекции момента на линию, их соединяющую.
Исследуя изменения разности потенциалов на поверхности человеческого тела, можно судить о проекциях дипольного момента сердца, следовательно, о биопотенциалах сердца.

поле сердца представляется как электрическое поле точечного диполя с дипольным

моментом , называемым ин­тегральным электрическим вектором сердца (ИЭВС) (складывается из диполей разных частей сердца);

среде, которой являются ткани организма;
3) интегральный электрический вектор сердца меняется

по величине и направлению. Его начало неподвижно и находится в атриовентрикулярном узле, а конец описывает сложную пространственную кривую, проекция которой на фронтальную плоскость образует за цикл сердечной деятельности (в норме) 3 петли: P, QRS и T. Изменение величины и направления вектора за 1 цикл сокра­щения сердца объясняется последовательностью распространения волн возбуждения по сердцу.

двумя точками из трех, представляющими вершины равностороннего треу­гольника, в центре

которого находится начало ИЭВС.
В практике электрокардиографии разности потенциалов измеряют между левой рукой (ЛР) и правой рукой (ПР) — I отведение, между левой ногой (ЛН) и правой рукой (ПР) - II отведение, между левой ногой (ЛН) и левой рукой (ЛР) - III отведение. Руки и ноги рассматриваются как проводники, отводящие потенциалы от вершин треугольника Эйнтховена, располагающихся у мест прикрепления конечностей к туловищу.

потенциалов в соответствующем отведении, а значит и временной зависимости проекции

ИЭВС на линию отведения

зубца Р до начала зубца Q. Этот интервал отражает время,

необходимое для деполяризации предсердий, проведения импульса через атриовентрикулярный узел, пучок Гиса и его ветви;
P – Q сегмент отсчитывается от конца зубца Р до начала зубца Q. Этот сегмент характеризует проводимость по атриовентрикулярному узлу, пучку Гиса, волокнам Пуркинье;
Q – зубец отражает начальный момент деполяризации межжелудочковой перегородки;
R – зубец отражает деполяризацию верхушки, задней и боковой стенок желудочков сердца;
QRS – комплекс отражает процесс деполяризации желудочков;

межжелудочковой перегородки правого и левого желудочков;
QRS – комплекс отражает процесс деполяризации

желудочков;
ST – сегмент - это отрезок от конца комплекса QRS до начала зубца Т. Он соответствует периоду угасания возбуждения желудочков и началу медленной реполяризации. Обычно ST – сегмент расположен на изолинии. У здорового человека смещение вверх не превышает 1 мм, вниз – 0.5 мм;
Т – зубец отражает процесс быстрой реполяризации желудочков;

всегда и считается, что он отражает реполяризацию волокон проводящей системы

сердца. Лучше всего он выявляется в грудных отведениях;
Т – Р интервал – это отрезок ЭКГ от конца зубца Т, он соответствует состоянию покоя миокарда.