Биологиялық жүйелердің электр өткізгіштігі

Биологияда жүйелердің электр тогын өткізуін өлшеу 2 жағдайда қолданылады.

1. Тірі нәрсенің физиологиялық қасиетін сипатау үшін.

2. Функционалдық күйлер мен байланыста болатын өзгерістерді зерттеу үшін.

Электр өткізгіштік әдісі тірі нәрсенің құрылысын өзгертпей зерттейді. Бұл әдіс биологияда Р.Гебердің клетка мен ұлпаның физико – химиялық құрылысын зерттеуден басталады. Ол қан мен бұлшық етің электр өткізгіштігін өлшеген. Кейін Остергаут құрбақа терісі мен балдырлар клеткасын зерттеген Электр өткізгіштік кедергіге кері шама.

(1)

(2) (3)

Осы меншікті кедергіге кері шаманы меншікті электр өткізгіштігі деп атайды.

 

æ (4)

 

- меншікті кедергі

l өткізгіштің ұзындығы

S- өткізгіштің көлденең қимасы

Қатты дене, сұйық және газ меншікті электр өткізгіштігімен сипатталады. Дененің электр өткізгіштігі деп уақыт бойынша өзгермейтін электр өрісі әсерінен заттың электр тогын өткізу қаблетін айтамыз.

4.1.-сурет.Вольт-Амперлік сипаттама а). Тұрақты кедергісі бар өткізгіш үшін б). Газоразрядты лампа үшін

в). Электронды лампа үшін

Биологиялық объектімен жұмыс істегенде алдымен олардың электр кедергілері анықталады. Кейбір өсімдіктердің клетка ұлпаларының меншікті кедергілері тұрақты шама болып келеді. Олардың меншікті кедергілері шамамен: 10^{6 –}10⁷Ом/ см=10⁴ –10⁵. Ом/ м – шамасына тең болып келеді, ал бұл тірі клетканың шала өткізгішке жақын екенін көрсетеді.

Физикадан белгілі өткізгіштер меншікті кедергілері жөнінде 3 түрге бөлінеді.

1. Өткізгіштер - = 10⁵ Ом м Oм см= 10³ Ом м

2. Шала өткізгіштер - = 10⁴ –10¹⁰Ом см = = 10² –10²Ом м

3. Диэлектриктер - > 10¹⁰Ом см = 10⁸Ом м

Ал биологиялық объектілер өткізгіштің де, диэлектриктің де қасиетіне ие бола алады. Клеткалармен тканьдергі бос иондар олардың электр өткізгіштігін қамтамасыз етеді. Тірі организмдегі электр тогын электрон, иондар алып жүреді. Биологиялық жүйенің электр өткізгіштерін өлшеу өте қиын, себебі олар біртекті орта емес.

Кейбір клетканың беттерінде электр тогын өткізетін сұйықтар орналасып токтың шығынға ұшырауына әкеп соғады. Ткандермен жұмыс істегенде токтың көп мөлшері клетка арасын толтыратын сұйықтар арасымен өтіп кетеді. Сонымен қатар клетка аралық ортаның клетка аралық қималары да тұрақты емес. Клеткаларға микроэлектроды енгізу арқылы олардың ішкі кедергілерін өлшеу олардың кедергісінің өте жоғары екенін көрсетеді. Бірақ бұл шама клетка кедергінің шын мәнін бермейді. Ең сенімді нәтижені тұнбадағы клетка кедергілерін өлшеу арқылы табуға болады. Себебі олардың геометриялық формасы мен көлемі ескерілетін жағдайда болады. Суспензиядағы олардың кедергілерін өлшеу үшін Максвел ұсынған теңдеу қолданылады.

= (4)

Мұндағы:

r - барлық суспензияның меншікті кедергісі.

r₁ -дисперсиялық ортаның меншікті кедергісі.

r₂ - клетканың меншікті кедергісі.

- дисперсиялық фазаның салыстырмалы көлемі.

 

Эритроциттің тұрақты токтагы меншікті кедергілерін өлшеу олардың - 10¹² Ом см = 10¹⁰ Ом м екенін көрсетті. Бұл шама шала өткізгіш емес диэлектриктерге тән шама. Тірі клеткалармен ұлпалардын, кедергілерін дәл анықтау олардың электр тогына өте сезімтал екеніне байланысы өте қиын. Сондықтан клетка мен ұлпаға электр тогы әсер еткенде олардың кедергісі әр түрлі өзгереді. Осындай қиындықтарға қарамастан электр өткізгіштік өлшеу әдіс, олардың бүтіндігін тұтастығын өзгертпей тірі жүйемен жұмыс істеуге және бұл әдісті барлық тірі клетка мен ұлпаларға қолдануға мүмкіндік береді.