ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИООБЪЕКТОВ

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИООБЪЕКТОВ

Электрическое поле создается электрическими зарядами и заряженными частицами в пространстве

СВОБОДНЫЕ И СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ

Хаотично движущиеся электроны Направленное движение зарядов. СВОБОДНЫЕ ЗАРЯДЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ СВОБОДНЫХ ЗАРЯДОВ ПОД ДЕЙСТВИЕМ ПОЛЯ СОЗДАЕТ ТОК ПРОВОДИМОСТИ

ПЕРЕМЕЩЕНИЕ СВЯЗАННЫХ ЗАРЯДОВ СОЗДАЕТ ТОКИ СМЕЩЕНИЯ СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ

В результате поляризации на поверхности вещества появляются связанные заряды

Вектор напряженности электрического поля, создаваемого связанными зарядами на поверхности диэлектрика, направлен внутри диэлектрика противоположно вектору напряженности внешнего электрического поля, вызывающего поляризацию

Слева : Совокупность микроскопических диполей в среде образуют один макроскопический дипольный момент. При этом внутри среды все заряды скомпенсированы. Справа : Совокупность микроскопических циркулярных токов в среде эквивалентна макроскопическому току, циркулирующему вдоль границы. При этом внутри среды все токи скомпенсированы

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ ТКАНЕЙ Биологические ткани – композиционные среды, т. к. имеют элементы со свойствами как проводников , так и диэлектриков.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ — свойство живого тела пропускать электрический ток под воздействием электрического поля. ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ обусловлена наличием свободных зарядов в ткани. Существенно зависит от содержания в ткани воды. 0, 02 – 0, 03 См/м Воды 15% До 1 См/м Воды 70 – 80%

ВИДИМОЕ ОТКЛОНЕНИЕ ОТ ЗАКОНА О МА ПРИ ПРОПУСКАНИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЧЕРЕЗ БИООБЪЕКТR t. PU I )( I

ПОЛЯРИЗАЦИЯ — процесс перемещения связанных зарядов под действием внешнего электрического поля и создание вследствие этого ЭДС, направленной против внешнего поля. Явление поляризации наиболее выражено при измерении сопротивления на постоянном токе.

ВИДЫ ПОЛЯРИЗАЦИИ

ЭЛЕКТРОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ упругое смещение электронных орбит относительно ядер в атомах и молекулах под действием внешнего электрического поля.

ИОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ Упругое смещение противоположно заряженных ионов в узлах кристаллической решетки. Присутствует в кристаллических веществах. Ионная и электронная поляризации происходят без потерь энергии.

ДИПОЛЬНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ Полярные молекулы имеют несимметричное строение. Центры тяжести разноименных зарядов у них не совпадают, и поэтому в отсутствие внешнего электрического поля эти молекулы представляют собой диполи.

ДИПОЛЬНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ МАКРОСТРУКТУРНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ

Электролитическая поляризация связана с поляризацией электродов, опущенных в раствор электролита при пропускании через них тока.

ВРЕМЯ РЕЛАКСАЦИИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДОВ ПОЛЯРИЗАЦИИ Электронная 10 -16 – 10 -14 с Ионная 10 -16 – 10 -12 с Дипольная 10 -13 – 10 -7 с Макроструктурная 10 -8 – 10 -3 с Электролитическая до нескольких секунд

Структурные уровни поляризации

СОПРОТИВЛЕНИЕ БИООБЪЕКТОВ ПЕРЕМЕННОМУ ТОКУ

При воздействии переменным электрическим полем на биообъекты были выявлены следующие закономерности: сопротивление биологических структур переменному току ниже , чем постоянному току; сопротивление не зависит от величины тока , если эта величина не превышает физиологическую норму; на фиксированной частоте тока сопротивление биологической структуры постоянно , если не изменяется его физиологическое состояние;

сопротивление существенно изменяется при изменении физиологического состояния , например при гибели (отмирании) сопротивление падает на несколько порядков; электропроводность биологических объектов с увеличением частоты увеличивается ; дисперсия электропроводности , как и способность к поляризации, присущи только живым клеткам.

d S C 4 СТАТИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ (емкость плоского конденсатора) ЕМКОСТЬ характеризует способность проводника накапливать заряд U q С q – заряд проводника U – напряжение

T Idt. Q 0 )(0 TIIRU КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА НАПРЯЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В РАЗНЫЕ МОМЕНТЫ ВРЕМЕНИtt. ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ЕМКОСТЬ )(0 0 T T p IIR Idt C t t

Поляризационная емкость различных биологических структур достигает больших величин — от 0, 1 мкф/ см 2 до 10 мкф/ см 2 и более. Например, самая высокая поляризационная емкость у мышечных фибрилл краба, она достигает 40 мкф/см 2. Высокая поляризационная емкость — характерное свойство живых неповрежденных клеток и их биомембран.

ИМПЕДАНС – СУММАРНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ ОБЪЕКТА R – АКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ X – РЕАКТИВНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕC RC 1 X

, 1 22 2 C RZ 2 2 2 1 1 Z C R ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ ОМИЧЕСКОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ ПРИ ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ ОМИЧЕСКОГО И ЕМКОСТНОГО СОПРОТИВЛЕНИЙ

ДИСПЕРСИЯ ИМПЕДАНСА – зависимость суммарного сопротивления от частоты переменного тока

ДИСПЕРСИЯ ИМПЕДАНСА ПРИ ОТМИРАНИИ ТКАНИ 6 4 10 10 R R K

ДИСПЕРСИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ Диэлектрическая проницаемость показывает, во сколько раз уменьшится кулоновское взаимодействие зарядов, не испытывающих обратного влияния среды, при переносе их из вакуума в данную среду. Например, воды равно 80.

ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ

Определение коэффициента Тарусова позволяет объективно оценить способы консервации, условий и сроков хранения различных тканей, предназначенных для трансплантации. Определение жизнеспособности трансплантатов

Величина импеданса тканей зависит от их физиологического состояния, в частности от их кровоснабжения. При кровенаполнении сосудов происходит изменение величины импеданса в такт с работой сердца. По величине изменений импеданса можно судить о состоянии сердечнососудистой системы. Реология — диагностический метод, основанный на регистрации изменения величины импеданса тканей в процессе сердечной деятельности.