Электрические свойства биологических систем

1. Вступление. Общие положения.

2. Электропроводность клеток и тканей.

3. Электропроводность клеток и тканей для переменного тока.

4. Применение метода измерения электропроводности в биологических и медицинских исследованиях.

1. Биологические ткани и органы являются разнородными образованиями с различными электрическими сопротивлениями, которые могут изменяться под действием электрического тока. Это обуславливает трудности измерения электрического сопротивления живых биологических систем.

Электропроводность участков организма, находящихся между электродами, наложенными на поверхность тела, зависит от сопротивления кожи и подкожных слоёв. Внутри организма ток распространяется в основном по кровеносным и лимфатическим сосудам, мышцам, оболочкам нервных стволов.

Сопротивление кожи определяется её состоянием: толщиной, возрастом, влажностью.

Электропроводимость тканей и органов зависит от их функционального состояния и может быть использована как диагностический показатель.

Так, при воспалении клетки набухают, уменьшается межклеточное соединение и увеличивается электрическое сопротивление. Физиологические процессы, вызывающие потливость, сопровождаются возрастанием электропроводимости кожи и т.д.

Таким образом, биологическим объектам присущи пассивные электрические свойства - сопротивление и ёмкость (диэлектрическая проницаемость).

Биологические объекты обладают свойствами как проводников, так и диэлектриков. Наличие свободных ионов в клетках и тканях обуславливают их проводимость. Диэлектрические свойства биологических объектов и величина диэлектрической проницаемости определяется структурными компонентами и явлениями поляризации.

2. Электропроводность L – это величина, обратная сопротивлению R.

где R – коэффициент пропорциональности между U и I.

При пропускании постоянного тока через живые ткани установлено, что I не остаётся const во времени, хотя U = const, I после наложения U начинает уменьшаться и через некоторое время устанавливается на постоянном уровне, уменьшаясь в сотни и даже в тысячи раз по сравнению с исходным значением.

Изменение тока во времени при наложении на биологическую ткань постоянной разности потенциалов.

a – значение тока при отсутствии поляризации.

b – при наличии поляризации.

 

Получается, что в биологических тканях происходит отклонение от закона Ома.

Уменьшение тока во времени обусловлено явлениями поляризации, происходящими в тканях. При прохождении постоянного тока через биологическую систему в ней возникает нарастающая до некоторого предела ЭДС противоположного направления – ЭДС поляризации, которая уменьшает приложенную к объекту эффективную ЭДС, что приводит к уменьшению тока. ЭДС поляризации является функцией времени. Тогда закон Ома для биологического объекта:

Возникновение ЭДС поляризации связано со способностью живых клеток накапливать заряды при прохождении через них тока, т.е. с ёмкостными, диэлектрическими свойствами биологических объектов, обусловленными явлениями поляризации.