Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы thumbnail

Электрические свойства биологических тканей моделируются сочетанием элементов, обладающих омическими и емкостными свойствами. Эти свойства можно моделировать с помощью эквивалентных электрических схем. Рассмотрим три из них, рис. 17.

Схема I не совсем удовлетворительна, т.к. содержит бесконечно большое сопротивление постоянному току (емкость не проводит постоянный ток), чего не наблюдается в тканях организма. Поэтому при низкой частоте схема I даст существенные отклонения расчетных значений импеданса (полного сопротивления) от реального импеданса биоткани. В схеме // при увеличении частоты тока ω емкостное сопротивление стремится к нулю Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы поэтому импеданс схемы также стремится к пулю. Это противоречит опыту.

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы У живых объектов импеданс уменьшается по мере увеличения частоты только до определенного значения. Для живых тканей характерно более сложное сочетание параллельного и последовательного соединений элементов, например, схема ///.

В состоянии покоя реактивное сопротивление ткани носит только емкостный характер, при возбуждении ткань приобретает индуктивные свойства и обладает индуктивным сопротивлением

XС =ω L.

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы При анализе электрических свойств ткани рассматриваем только состояние покоя. Найдем импеданс Z простейшей эквивалентной электрической схемы /, рис. Векторная диаграмма имеет вид, показанный на рис.17. Общее напряжение равно

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Следовательно, импеданс цепи равен

Угол сдвига фазы между током I и напряжением U найдем из условия.

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы На рис.19. показана зависимость Z импеданса эквивалентной электрической схемы / (рис.17.) от частоты, построенная но формуле Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы Как видно из рис. 19., импеданс цепи монотонно падает с увеличением частоты электрического тока, постепенно приближаясь к активному сопротивлению R..

Величины логарифмов импеданса и относительной диэлектрической проницаемости можно считать по модулю примерно пропорциональными друг другу.

Зависимость импеданса (или относительной диэлектрической проницаемости) биологических тканей от частоты электрического тока называется дисперсией импеданса (или относительной диэлектрической проницаемости), а график этой зависимости дисперсионной кривой.

В отличие от зависимости импеданса от частоты электрического тока для эквивалентной электрической схемы биологической ткани, реальная дисперсионная кривая, например, скелетной мышцы, немонотонно падает с увеличением частоты, рис.20.

При действии на ткани организма переменного электрического тока или переменного электрического поля наблюдаются три области дисперсии. Область а – дисперсии.

Наблюдается до частот 1кГц (lgv≈3)

В низкочастотной части спектра области а- дисперсии электрический ток течет практически только по межклеточной жидкости, т.к. сопротивление мембран клеток очень велико. В высокочастотной части спектра импеданс падает за счет снижения емкостного сопротивления мембран клеток Хс = Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыВозникает ток смещения, текущий через мембрану.

Область β- дисперсии.Наблюдается до частот I04 кГц (Igv≈3 – 7)

За счет увеличения частоты переполяризации мембран клеток снижается емкостное сопротивление ткани. Переполяризация рассматривается относительно пулевого уровня потенциала па мембране, за который принят потенциал покоя.

Затраты энергии на поляризацию и нереполяризацию клеточных структур (мембран, белковых молекул, молекул воды, атомов и т.д.) определяют импеданс ткани. Снижение этих затрат приводит к снижению импеданса биоткани.

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы Многие ионы внутри клеток, рис.21, при такой частоте колебаний напряженности электрического поля Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы не успевают дойти до клеточных и внутриклеточных мембран. Для них сопротивление мембран роли не играет.

В высокочастотной области β- дисперсии существенное значение приобретает структурная поляризация и переполяризация крупных, в частности белковых молекул. Структурная поляризация заключается в том, что внутри молекулы, под действием электрического поля, смещаются ионы и ионные группы, входящие в состав молекул, что влияет на функциональные свойства белков.

Область γ дисперсии. Наблюдается до частот 107 кГц (Igv =• 7 – 10).

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы За счет высокой частоты колебаний электрического тока, емкостное сопротивление мембран очень мало и они не представляют большого препятствия для переменного тока. Поэтому сопротивление биоткани в общем мало.

В низкочастотной части спектра области γ- дисперсии уменьшение диэлектрической проницаемости обусловлено постепенным ослаблением ориентационной переполяризации дипольных молекул воды, рис.22. В этой области важный вклад в импеданс ткани вносит структурная поляризация крупных молекул. Энергия электрического тока с увеличением частоты все меньше теряется на переориентацию молекул воды и структурную переполяризацию крупных молекул, поэтому уменьшается импеданс ткани.

В высокочастотной части спектра γ – дисперсии молекулы воды под действием переменной напряженности Е почти не переполяризуются. Уровень электрического сопротивления определяется электронной переполяризацией атомов, т. с. возникновением переменных атомных диполей, рис.23.

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Источник

Это
условная модель, которая характеризует
живую ткань, как проводник переменного
тока.

В
основе создания таких схем лежат три
положения:

1.содержимое
клетки и внеклеточная среда – это
проводники с ионной проводимостью. Они
обладают активным сопротивлением

внутриклеточной
– Rвн

и
внеклеточной (внешней) среды – Rср

2.клеточная
мембрана является диэлектриком. Но
здесь имеет место небольшая ионная
проводимость, а следовательно, есть
небольшое активное сопротивление
мембраны-Rм.

3.содержимое
клетки и внеклеточная среда, раздражаемые
мембраной, представляют собой конденсатор
определенной емкости (См).

При
построении эквивалентной схемы живой
ткани, например крови, необходимо
учитывать пути тока:

  • через
    клетку

  • в
    обход клетки (через клеточную среду).

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

См

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыRср

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Rкл

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

См

С
повышением частоты тока, емкостное
сопротивление уменьшается, а следовательно,
ток через конденсатор будет нарастать,
а общее сопротивление будет снижаться.

Вопрос
№3.

Особенности живой ткани как проводника переменного тока. Дисперсия электропроводимости и её количественная оценка.

Живая
ткань, как проводник переменного тока,
имеет следующие особенности:

1.полное
сопротивление живой ткани зависит от
её вида, физиологического состояния
(например, кровенаполнения) и от частоты
тока.

2.с
увеличением частоты полное сопротивление
живой ткани снижается нелинейно до
определенного значения, а затем становится
почти постоянным.

3.
сопротивление живой ткани переменному
току меньше, чем постоянному.

При
пропускании переменного тока через
живую ткань наблюдается дисперсия
электропроводимости – это зависимость
удельного сопротивления живой ткани
от частоты переменного тока.

Дисперсия
наиболее выражена в частотном диапазоне
от 10² до 10 Гц.

Для
мертвой ткани дисперсия отсутствует.

.
– удельное сопротивление

=
—-
[Ом
∙ м² / м ]= [Ом · м ]

ПКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыостроим
график:

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыКакие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыживая

ткань

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемыМертвая
ткань

Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы


10²
10 ν,Гц

Метод,
основанный на изменении дисперсии
тканей от кровенаполнения и, следовательно,
от сердечно-сосудистой деятельности,
носит название реографии.

Читайте также:  Какие свойства воды важны для людей во время добычи соли

Для
количественной оценки дисперсии вводится
коэффициент дисперсии.

Это
безразмерная величина, равная отношению
удельного сопротивления при частоте
10² Гц к удельному сопротивлению при
частоте 10 Гц.

Кд=
/

Коэффициент
дисперсии для разных живых тканей
различен, например, для печени млекопитающих
он равен 10. У умирающей ткани. Кд стремится
к единице.

Вопрос
№ 4.

Соседние файлы в папке Медицинская физика

  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #
  • #

Источник

Электрический ток может проходить через биологическую ткань двумя путями:

– через межклеточное пространство (жирные пунктирные линии) с сопротивлением Rср
– через межклеточное пространство с пересечением одной и нескольких клеток (тонкие пунктирные линии) с сопротивлением Rкл.

Для постоянного тока электрическая схема для двух указанных путей распространения тока чисто межклеточный и межклеточный с прохождением хотя бы через одну клетку выглядит следующим образом:

Схема А имеет существенное расхождение с опытными данными в области низких частот близких к нулю – величина импеданса неограниченно возрастает с уменьшением частоты.
Схема Б удовлетворительно описывает частотную зависимость величины импеданса на низких частотах, но в области высоких частот величина импеданса стремится к нулю, что не соответствует опытным данным.
Наилучшее согласие с экспериментом обеспечивает эквивалентная схема В: на низких частотах величина импеданса определяется сопротивлением R1, на высоких частотах – параллельными соединениями R1 и R2.

При w=0 импеданс цепочки равен R1 (конденсатор не проводит постоянный ток).

При wà «бесконечности» емкостное сопротивление стремится к нулю, а импеданс к значению, которое соответствует соединения резисторов R1 и R2:

При увеличении частоты импеданс плавно уменьшается. Но для реальных биологических тканей эта зависимость сложнее.

ИМПЕДАНС ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА

Импеданс биологических тканей имеет комплексный характер. Активная составляющая импеданса (R) обусловлена проводимостью жидких сред организма, которые являются электролитами. Реактивная составляющая (Х) определяется емкостными свойствами ткани.
Абсолютная величина импеданса рассчитывается в этом случае по формуле:

Фазовый сдвиг ( ) определяет соотношение активной и реактивной составляющей импеданса.

В случае переменного тока следует ожидать существование зависимости полного электрического сопротивления (импеданса) живой ткани от частоты. Поскольку путь электрического тока возможен через внеклеточную среду и через клетку, необходимо учитывать емкостную составляющую клеточной мембраны.
В общем случае органическую ткань можно рассматривать как клетки, находящиеся в проводящей среде (R1), роль которой играет, например, межклеточная жидкость. Клеточные мембраны обладают емкостными свойствами, а электролиты внутри клетки обладают активным сопротивлением (R2).

ДИСПЕРСИЯ ИМПЕДАНСА

На графике проявляются три интервала частот, в которых величина медленно меняется с частотой по сравнению с общим ходом кривой. Они называются областями –альфа ( ), бета ( ) и -гамма ( ) дисперсии соответственно. Им соответствуют три области частот:
– низкие частоты
– радиочастоты

– микроволновые частоты

Наличие этих областей с частотной дисперсией диэлектрической проницаемости (e=f(v)), от которой зависит величина емкости.

  • Альфа – дисперсия:обусловлена поляризацией целых клеток в результате диффузии ионов, что требует относительно большого времени, поэтому данный механизм проявляется при действии электрического поля низкой частоты. В этой области емкостное сопротивление мембран велико и преобладают тока, протекающие через растворы электролитов, окружающие фрагменты мембран. Поляризация клеток – самый медленный процесс среди всех механизмов поляризации. При увеличении частоты поляризация клеток практически полностью прекращается
  • Бета – дисперсия:обусловлена структурной поляризацией клеточных мембран, в которой участвуют белковые макромолекулы, а на её верхней границе – глобулярные водорастворимые белки, фосфолипиды и мельчайшие субклеточные структуры. При этом получаются существенно меньшие значения диэлектрической проницаемости, чем поляризация целых клеток. Этот механизм поляризации доминирует на частотах 1-10 МГц. При увеличении частоты перестает работать.
  • Гамма – дисперсия:обусловлена процессами ориентационной поляризации молекул свободной и связанной воды, а также низкомолекулярных веществ типа сахаров и аминокислот. При этом диэлектрическая проницаемость уменьшается еще больше. Этот механизм поляризации доминирует на частотах выше 1 ГГц.

19. Физические основы электрокардиографии. Дипольный электрический генератор (токовый диполь). Электрическое поле диполя. Основы теории отведений Эйнтховена. Электрокардиограмма.

Электрокардиография (ЭКГ) – регистрация на поверхности тела биопотенциалов, возникающих в результате возбуждения сердечной мышцы.

ФИЗИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ЭКГ: создать (выбрать) модель электрического генератора, которая соответствует регистрируемым потенциалам тела человека.

Дипольный электрический генератор (токовый диполь) в вакууме или диэлектрике сохраняется очень долго; в проводящей среде под действием электрического поля диполя возникает движение свободных зарядом и диполь ослабляется; если источник тока поместить в проводящую среду, то клеммы источника будут полюсами диполя, заряды будут стекать с полюсов такого диполя, но диполь будет сохраняться в проводящей среде за счёт притока новых зарядов от их химического генератора.

РИСУНОК:

Токовый диполь – это двухполюсная система в бесконечной проводящей среде, состоящая из истока (положительный электрод) и стока (отрицательный электрод).

Дипольный момент:
Дипольный момент – вектор, направленный от стока (-) к истоку (+).

Потенциал, создаваемый токовым диполем в точке А, удалённой от него на расстояние r>>L:

Где y – удельная электропроводность; она характеризует проводящие свойства среды.

Физические основы ЭКГ.

Сердце человека – мощная мышца. При синхронном возбуждении множества волокон сердечной мышцы, в среде течет ток , который даже не поверхности тела создает разности потенциалов порядка нескольких мВ. Эта разность потенциалов регистрируется при записи электрокардиограммы.

Теория Эйнтховена

«Сердце есть токовый диполь с дипольным моментом «Pт», который поворачивается, изменяет своё положение и точку приложения за время сердечного цикла».

Сердце располагается в центре равностороннего треугольника, вершинами которого являются правая рука, левая рука и левая нога. Поэтому разности потенциалов, снятые между этими точками, суть проекции дипольного момента сердца на стороны этого треугольника. Эти разности потенциалов называют «отведениями»:

· Отведение I – правая рука – левая рука

· Отведение II – правая рука – левая нога

· Отведение III – левая рука – левая нога

Читайте также:  Какими свойствами обладают углеводороды

Им соответствуют разности потенциалов U1, U2, U3. Соотношения между разностью потенциалов получены как соотношения проекций вектора Pc на стороны треугольника:

U1:U2:U3=Pc1:Pc2:Pс3

Так как электрический момент диполя – сердца изменяется со временем, то в отведении будут получены временные зависимости напряжения – электрокардиограммы.

1) Сердце на больших расстояниях создает поле, подобное полю токового диполя

2) Интегральный электрический вектор сердца ( ) находится в однородной проводящей среде, т.е. тело – однородная проводящая среда.

3) Вектор располагается в центре равностороннего треугольника, начало дипольного момента неподвижно

Электрокардиограмма – это временная зависимость изменения разности потенциалов.

· зубец P – предсердный комплекс;

· интервал PQ – время прохождения возбуждения по предсердиям до миокарда желудочков;

· комплекс QRS – желудочковый комплекс;

· зубец q – возбуждение левой половины межжелудочковой перегородки;

· зубец R – основной зубец ЭКГ, обусловлен возбуждением желудочков;

· зубец s – конечное возбуждение основания левого желудочка (непостоянный зубец ЭКГ);

· сегмент ST – соответствует периоду сердечного цикла, когда оба желудочка охвачены возбуждением;

· зубец T – регистрируется во время реполяризации желудочков;

· интервал QT – электрическая систола желудочков;

· зубец u – клиническое происхождение этого зубца точно неизвестно (регистрируется не всегда);

· сегмент TP – диастола желудочков и предсердий.



Источник

Изучение импеданса живой биологической ткани

Цель работы:1. Изучить зависимость импеданса биологической ткани от частоты переменного тока.

2. Определить сдвиг фаз между силой тока и напряжением при прохождении переменного тока через живую ткань.

3. Рассчитать и построить электрическую эквивалентную схему.

Литература

1. [1], §§ 18.2 – 18.4;

2. [2], §§ 43, 44, 144;

3. [3], стр. 217-230.

Вопросы входного контроля

1. Что такое электрический ток? Что является носителями тока в проводниках и растворах электролитов?

2. Закон Ома для участка цепи.

3. От каких величин зависит сопротивление проводника?

4. Как вычислить общее сопротивление цепи при последовательном, параллельном, смешанном соединении?

5. Почему постоянный ток не проходит по цепи при наличии в ней конденсатора?

6. Что происходит с конденсатором при подключении к нему источника постоянного тока?

7. Виды электрических сопротивлений в цепи переменного тока.

8. Как вычисляется емкостное сопротивление?

9. Как вычисляется полное сопротивление цепи переменного тока при последовательном соединении основных ее элементов?

10. Закон Ома для полной цепи.

11. Принципы построения векторной диаграммы токов и напряжений.

12. Как построить векторную диаграмму токов и напряжений для последовательного и параллельного соединения резистора и конденсатора?

13. Что такое импеданс живой ткани?

14. Какие виды сопротивлений можно выделить в живой биологической ткани?

15. Почему в биологических тканях нет элементов, аналогичных катушке индуктивности?

16. Что такое эквивалентная электрическая схема?

17. Какие свойства биологической ткани моделируют элементы эквивалентной схемы?

18. Как объяснить вид частотной зависимости импеданса живой ткани?

Краткая теория

Электрический ток представляет собой направленное движение заряженных частиц под действием электрического поля. Такими частицами могут быть электроны или положительные и отрицательные ионы.

В биологических объектах чисто электронная проводимость отсутствует, т.к. они в основном представляют собой или диэлектрики, или растворы электролитов (кровь, цитоплазма, различные тканевые жидкости). Особенностью биологических жидкостей является то, что в их состав, помимо растворов электролитов, входят белки и жиры, поэтому их удельное сопротивление постоянному току достаточно велико. Кроме того, на электрические свойства тканей и клеток значительное влияние оказывают клеточные мембраны.

Измерение электросопротивления тканей и органов представляет собой значительную трудность по следующим причинам:

– биологические объекты имеют разную конфигурацию, а применение формулы предполагает наличие однородного электрического поля между электродами;

– ткани и органы неоднородны по своему составу, а ток идет преимущественно по тем участкам, сопротивление которых меньше, поэтому измерять сопротивление ткани в целом крайне трудно, а порой невозможно;

– физические параметры живых существ не остаются постоянными с течением времени, они изменяются как в связи с физиологическими процессами, так и под действием протекающего тока, поэтому следует учитывать, что каждое предыдущее измерение, раздражая объект, может оказывать влияние на результат последующего измерения.

Если учесть все вышеуказанные факторы и, соблюдая предосторожности, измерить ток в какой-либо ткани, то окажется, что при постоянном напряжении на электродах сила тока меняется со временем. Уменьшение тока может произойти в сотни раз, и лишь после этого устанавливается какое-то постоянное значение тока. Резкое уменьшение силы тока в биологических объектах, а, следовательно, резкое возрастание их электросопротивления после замыкания электрической цепи объясняется поляризационными эффектами.

При рассмотрении цепей переменного тока общее сопротивление может быть представлено омическим, емкостным и индуктивным сопротивлением в различных их сочетаниях. В биообъектах, как в проводящей структуре, индуктивность отсутствует, и величина полного сопротивления определяется только активным и емкостным сопротивлением. В сочетании они могут быть представлены в виде так называемой эквивалентной цепи (рис. 1).

 
 

Рис. 1. Эквивалентная электрическая схема биологического объекта.

Емкостное сопротивление ХС биологической ткани переменному току зависит от емкостных свойств клеточных мембран и частоты тока:

Последовательно с емкостью в цепь включено активное сопротивление RК определяемое сопротивлением клеточной цитоплазмы. Помимо клетки, ток проходит и по внеклеточной жидкости, и поэтому все внутриклеточные сопротивления шунтируются сопротивлением внеклеточной среды RВ.

При низких частотах поляризационные эффекты почти также велики, как при постоянном токе; соответственно RК и ХС имеют большое значение и практически весь ток пойдет по шунтирующему сопротивлению RВ. Если же сечение межклеточных промежутков невелико, то сопротивление RВ возрастает и измеряемое полное сопротивление будет в основном определяться величиной RК. Поскольку RК зависит от проницаемости мембран, то величина сопротивления объекта, измеренная на низких частотах, в ряде случаев может служить мерой проницаемости клеточных мембран. При возрастании частоты переменного тока поляризационные эффекты уменьшаются, соответственно уменьшается величина ХС. При частотах порядка нескольких МГц поляризация мембран почти исчезает и величиной ХС при расчете полного сопротивления можно пренебречь. Таким образом, полное сопротивление Z, измеренное на высоких частотах, будет равно

Читайте также:  Что такое сталь какими свойствами обладает этот сплав

,

так как оно будет определяться параллельно соединенными сопротивлениями электролитов внутри и вне клетки. Отсюда следует, что высокочастотное сопротивление биообъектов может служить мерой концентрации в них свободных ионов.

Таким образом, электросопротивление (или электропроводность) тесно связано как со свойствами клеточных мембран, так и со свойствами клеточных и межклеточных жидкостей. Как было показано выше, измерение удельного сопротивления у живых объектов представляет большие трудности, однако для диагностических целей это и не требуется. Получать сведения о явлениях, происходящих в тканях, можно, наблюдая за относительным изменением их электросопротивления между электродами любой формы, что широко применяют в медицине, для диагностики воспалительных процессов.

Весьма важные сведения о состоянии биологических объектов дают дисперсионные кривые, т.е. графики зависимости полного сопротивления ткани от частоты переменного тока (рис. 2). Такая зависимость присуща только живым тканям; при пропускании переменного тока через обычные растворы электролитов дисперсия электросопротивления не наблюдается. Причина дисперсии заключается в том, что на величину электросопротивления при постоянном токе или при низких частотах значительное влияние оказывает макроструктурная поляризация. Поскольку при увеличении частоты переменного тока уменьшаются пограничные поляризационные эффекты, это ведет к уменьшению полного сопротивления ткани, и дисперсионная кривая обладает значительной крутизной (рис. 2, кривая 1).

 
 

Рис. 2. Зависимость полного сопротивления растительной ткани от частоты переменного тока (кривая дисперсии):

1 – для здоровой ткани;

2 – для ткани после кратковременного нагревания в горячей воде;

3 – для той же ткани после ее кипячения (т.е. для неживой ткани).

При повреждении ткани возрастает проницаемость клеточных мембран, что приводит к уменьшению RП и СП и, следовательно, к уменьшению полного сопротивления на низких частотах. Поэтому кривая 2 на рисунке 2 обладает меньшей крутизной. При отмирании ткани поляризация на границах раздела практически исчезает и зависимость электросопротивления от частоты отсутствует, так как остается лишь активное сопротивление (рис. 2, кривая 3). Таким образом, по крутизне дисперсионной кривой можно судить о жизнеспособности той или иной ткани, что имеет большое значение, когда эта ткань предназначена для трансплантации.

Частотные зависимости электросопротивления сходны для многих тканей, однако величина полного сопротивления разных тканей различна. Зона дисперсии электросопротивления обычно находится в пределах от 100Гц до 100МГц.

Имеет также диагностическое значение измерение угла сдвига фаз j между током и напряжением. Этот угол для биообъектов довольно большой, что указывает на значительную долю емкостного сопротивления. Так для кожи человека на частоте 1кГц j=550¸570. При патологии величина j изменяется, что также может служить для целей диагностики.

Практическая часть

Задание 1.Измерить импеданс живой ткани для различных частот переменного тока.

Приборы и оборудование: генератор синусоидального напряжения, 2 милливольтметра, постоянный резистор, 2 электрода, соединительные провода, прокладки, физраствор.

Описание метода и схемы опыта

Измерение импеданса участка кожи предплечья человека производится косвенным методом. Электрическая цепь для проведения измерений представлена на рис. 3.

Электроды Э1 и Э2 помещаются на участок живой ткани с общим сопротивлением Z.

Рис. 3.

По закону Ома сила тока в цепи , где U – напряжение на выходе генератора; R – сопротивление резистора; Z – импеданс живой ткани. Если выходное напряжение поддерживать неизменным, то при постоянном значении R величина силы тока будет зависеть от величины импеданса Z. Поэтому, зная величину силы тока в цепи, можно судить о величине импеданса: .

Ток, проходящий через резистор R равен общему току в цепи. Его величину можно вычислить, измерив падение напряжения Ui на этом резисторе: . Тогда – получили формулу для расчета величины импеданса, измеренного данным методом.

Ход выполнения задания

1. Определить величину сопротивления постоянного резистора при помощи мультиметра (в режиме омметра).

2. Укрепить электроды на предплечье на расстоянии 10см друг от друга, подложив под них прокладки, смоченные физраствором. На протяжении всего опыта положение электродов не изменять.

3. Определить при помощи мультиметра величину сопротивления участка кожи предплечья постоянному току Z0.

4. Переключить мультиметр в режим измерения переменного напряжения.

5. Авометр (тестер) переключить в режим измерения переменного напряжения, выбрав предел измерения таким образом, чтобы было удобно измерять напряжения порядка 0,2-0,4В.

6. Собрать схему измерения импеданса участка кожи предплечья (рис. 3).

7. Установить на генераторе при помощи переключателей «частота» и «множитель» частоту выходного сигнала 20Гц.

8. Показать собранную схему преподавателю или лаборанту.

9. Включить схему в сеть и установить напряжение на выходе генератора равное 300мВ. Помните, что величина этого напряжения должна поддерживаться неизменной на протяжении выполнения всего задания.

10. Зарегистрировать значение напряжения Ui на резисторе R (показание мультиметра). Данные занести в таблицу 1.

Таблица 1.

n lgn Ui Z lgZ
  Гц   мВ кОм  

1.3      

11. Повторить опыт 8-10 раз для различных значений частот, изменяя ее в пределах от 20Гц до 10000Гц.

12. Отключить схему от сети. Не снимая электродов с предплечья, отсоединить их от схемы.

13. Используя расчетную формулу, вычислить значение импеданса Z для различных частот переменного тока. Данные занести в таблицу.

14. Для построения графика зависимости импеданса от частоты вычислить логарифмы значений частоты и импеданса.

 
 

Построить график Z=f(n), используя логарифмические шкалы для координатных осей (рис. 4).

Рис. 4.

Задание 2.Рассчитать и смоделировать эквивалентную электрическую схему.

Приборы и оборудование: 1. Оборудование, перечисленное в первом задании.

2. Модель эквивалентной схемы с магазином конденсаторов и переменными сопротивлениями.

Дата добавления: 2016-12-06; просмотров: 420 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Читайте также:

Рекомендуемый контект:

Поиск на сайте:

© 2015-2020 lektsii.org – Контакты – Последнее добавление

Источник