3. Эквивалентные электрические схемы тканей организма.

Резистивные и емкостные свойства биологических тканей можно моделировать используя эквивалентные электрические схемы. Из выражения для импеданса биологических тканей вытекает схема последовательного соединения резистора и конденсатора(см. рис. 10а).

Рис. 10 а: Схема последовательного соединения резистора и конденсатора.

Проведем анализ схемы последовательного соединения резистора и конденсатора. Данная схема хорошо моделирует электрические свойства БТ на высоких и средних частотах переменного тока. Однако на постоянном токе и переменном токе низких частот сопротивление этой схемы стремиться к нулю, так как ёмкостное сопротивление конденсатора ; зависит обратно пропорционально от частоты. На постоянном токе X_C . Отметим, что реальные биологические ткани достаточно хорошо пропускают постоянный ток.

Р ассмотрим схему параллельного соединения резистора и конденсатора.

Рис.10 б: Схема параллельного соединения резистора и конденсатора

Эта схема хорошо моделирует электрические свойства БТ на постоянном токе и переменном токе низких и средних частот. На переменном токе высоких частот сопротивление конденсатора ; стремится к нулю. Следовательно, и общее сопротивление параллельной схемы так же стремится к нулю. Однако сопротивление БТ и на очень высоких частотах имеет конечную величину.

Наиболее полно удовлетворяет электрофизическим свойствам биологических тканей эквивалентная схема, состоящая из резисторов R₁; R₂ и емкости С.

Рис. 10 в: Трёхэлементная электрическая схема; R1- моделирует электропроводность межклеточной жидкости;R2 - моделирует электропроводность внутриклеточной жидкости; С - моделирует ёмкость клеточных мембран

Резистор R₁ является эквивалентом межклеточной жидкости, и R₁ обеспечивает конечную величину проводимости на постоянном токе. Резистор R₂ характеризует проводимость цитоплазмы. А емкость С₁ является эквивалентом емкости мембран. Приведенная схема наиболее полно удовлетворяет основным электрофизическим параметрам биологических тканей.

4. Оценка жизнеспособности и патологических изменений тканей и органов по измерениям электропроводности.

Измерения электропроводности находят широкое применение в биологии и медицине при изучении процессов, происходящих в живых клетках и тканях, при патологических состояниях, при действии повреждающих факторов: температуры, излучений, ультразвука.

Рис. 11. Зависимость сопротивления БТ от частоты и её функционального состояния. 1 – жизнеспособная ткань; 2 – в состоянии переживания; 3 – некроз.

При измерении удельного сопротивления биологических тканей на различных частотах биофизиками было установлено, что ее величина зависит от частоты, при чем эта зависимость меняется от функционального состояния ткани.

На рисунке 11 представлены характерные зависимости R=() для жизнеспособной ткани, для ткани в состоянии переживания и для некротизированной ткани.

Видно, что для зависимости R=() для живой ткани сопротивление сильно меняется. Такое поведение легко объясняется с учетом зависимости емкости мембран от частоты. У мертвой ткани клеточные мембраны теряют свои функциональные особенности, по существу разрушаются и уже не могут препятствовать движению ионов. Рассматриваемая зависимость электропроводности от частоты получила название “ поляризации” или дисперсии электропроводности.

Биофизик Б.Н. Тарусов, профессор МГУ в 1938 г., для оценки жизнеспособности предложил использовать коэффициент поляризации К, который определил как отношение низкочастотного сопротивления к высокочастотному К=

R_H – сопротивление ткани на низкой частоте ^Гц

R_B – сопротивление ткани на высокой частоте ^Гц

Если коэффициент «поляризации» К=1, то исследуемая ткань нежизнеспособна, если К =2 – 10, то такая ткань жизнеспособна.