ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИООБЪЕКТОВ Электрическое поле создается

ПАССИВНЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БИООБЪЕКТОВ

Электрическое поле создается электрическими зарядами и заряженными частицами в пространстве

СВОБОДНЫЕ И СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ

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

СВЯЗАННЫЕ ЗАРЯДЫ ПЕРЕМЕЩЕНИЕ СВЯЗАННЫХ ЗАРЯДОВ СОЗДАЕТ ТОКИ СМЕЩЕНИЯ

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 ОМА ПРИ ПРОПУСКАНИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА ЧЕРЕЗ БИООБЪЕКТ 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 ØЭлектронная 10 -16 – 10 -14 с ØИонная 10 -16 – 10 -12 с ØДипольная 10 -13 – 10 -7 с ØМакроструктурная 10 -8 – 10 -3 с ØЭлектролитическая до нескольких секунд

Структурные уровни поляризации

СОПРОТИВЛЕНИЕ БИООБЪЕКТОВ ПЕРЕМЕННОМУ ТОКУ

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

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

ЕМКОСТЬ характеризует способность проводника накапливать заряд q – заряд проводника U – напряжение СТАТИЧЕСКАЯ ЕМКОСТЬ (емкость плоского конденсатора)

t ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ЕМКОСТЬ t t КОЛИЧЕСТВО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА t НАПРЯЖЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ В РАЗНЫЕ МОМЕНТЫ ВРЕМЕНИ

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 СОПРОТИВЛЕНИЕ X

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

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

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.