Az elektromos vezetőképesség módszere az orvostudományban - a stadopedia
A BIOLÓGIAI VESZÉLY MEGVALÓSÍTÁSA
AZ ORGANIZMUS SZINTJE KAPACITÁSI TULAJDONSÁGAINAK TERMÉSZETE
A tapasztalatok azt mutatják, hogy a megoldások elektromos vezetőképessége nem függ a váltakozó áram frekvenciájától. A biológiai tárgyak elektromos vezetőképességének tanulmányozása során azt tapasztalták, hogy rezisztencia magas frekvenciákon (
10 7 Hz) sokkal kisebb, mint alacsony. A 9. ábra (1. görbe) mutatja az izomszövet rezisztenciájának függését a frekvencián (diszperziós görbe). Az elektromos vezetőképesség diszperzióját rendszerint a 10 2 ÷ 10 8 Hz frekvenciatartományban figyeljük meg. Az élő szövetek impedanciájú varianciája annak a ténynek tulajdonítható, hogy alacsony frekvenciákon (valamint egyenáram esetén) az elektromos vezetőképesség nagyságát jelentősen befolyásolja a makrostrukturális polarizáció a szövetekben. A frekvencia növekedésével a polarizációs jelenségek egyre kevésbé érintenek.
A szövetek haldoklása a membránok permeabilitásának növeléséhez vezet, míg a diszperzió lejtése csökken (9. ábra, 2. görbe). Halott szövet esetében az interfészek polarizálódása szinte teljesen eltűnik, és az impedancia diszperziójának jelenségét már nem figyelték meg (9. ábra, 3. görbe). így a Z = f függvény grafikonjának meredeksége (# 969;) lehetővé teszi egy adott szövet életképességének megítélését.
Az elektromos vezetőképesség diszperziójának jelenléte azt sugallja, hogy biológiai tárgyakban, valamint olyan szerkezetekkel együtt, amelyek aktív ellenállást mutatnak a váltakozó árammal szemben, vannak olyanok is, amelyek reaktív ellenállással rendelkeznek. Amint kiderült, a biológiai organizmusokban induktív ellenállással (például tekercsekkel) rendelkező szerkezetek hiányoznak.
Az egyik oldalon a szövetfolyadékkal mosott sejtmembránok, másrészt a citoplazmán a kondenzátorhoz hasonló rendszerek. A szövetekben makroszkopikus alakzatok is léteznek, amelyek különböző, nem vezetőképes összekötő héjakból és válaszfalakból állnak, amelyek mindkét oldalán elektromos áramot vezetnek. Ez a szövetek kapacitív tulajdonságait is biztosítja.
Általában a biológiai szövetek ellenállását az ohmikus és a kapacitív ellenállás összege határozza meg:
A biológiai organizmusok kapacitív ellenállásával rendelkező szerkezetek jelenlétét az áram és a feszültség közötti fáziseltolódás is igazolja. Biológiai rendszerek esetében ennek a szögnek a nagy értéke jellemző, például 1000 Hz frekvencián: az emberi bőr - # 966; = 55 0. A nyúl izomzata - # 966; = 65 0. A béka idege - # 966; = 64 0. Ez azt mutatja, hogy a kapacitív ellenállás a szövetek impedanciájában magas.
Az élő sejtek és szövetek elektromos vezetőképességének modellezése során egyenértékű sémákat alkalmaznak, azaz az ohmos ellenállás és a kapacitás ilyen kombinációira, amelyek bizonyos közelítésben tükrözhetik az áram áramlását és a sejtek és szövetek elektromos paramétereinek értékét. A legegyszerűbbek az R és C soros és párhuzamos kapcsolású áramkörök (10a. És 11a. Ábra). De ezek a legegyszerűbb rendszerek nem tükrözik a valódi helyzetet, mert a Z függésének grafikonjai # 969; ellentmondanak az élő szövetek adatainak (lásd a 10b, 11b ábrát és a 6. ábrát, 1. görbe).
A legsikeresebb modell a 12a. Ábrán látható áramkör. Ebben a rendszerben, RC 1, és R c 2 - aktív bőr ellenállása a bemeneti és a kimeneti áram; Rm a szubkután szövetek teljes ohmos ellenállása; C1. C2 és C3 - kondenzátorok, amelyek szimulálják a biológiai struktúrákat, amelynek kapacitív impedanciája. A nyilak mutatják a váltakozó áram útját, azaz a váltóáramot. szerkezetét mutatja, amelyen keresztül áram folyik, az egyes részek a biológiai test közötti elektródák egy fél ciklus. A függőség a ellenállásának ekvivalens körét gyakorisága jól egybevág a diszperziós görbe az impedanciája szövetek (ris.12b) Vannak más ekvivalens áramkör, de egyikük sem nem pontosan reprodukálja az AC áramlási minták rejlő biológiai rendszerekben.
A váltakozó áramú biológiai szövetek elektromos vezetőképességének mérését széles körben használják a diagnosztikában, valamint a biológiai és orvosi kutatásokban. Például a szöveti impedancia szignifikáns emelkedése alacsony frekvenciákon lehetővé teszi a gyulladás kimutatását már az első szakaszokban. A pajzsmirigy egyes megbetegedéseit a feszültség és a feszültség közötti fáziseltolás szögének megváltoztatásával diagnosztizálják. A szövetek élettani állapotának jellemzésére a diszperziós görbe meredeksége is alkalmazható. Ezt a kritériumot például az átültetésre szánt szövetek életképességének értékelésére használják.
A szövetek impedanciája az erek vér töltésétől függ. A vér kevésbé ellenáll, mint az edények vagy sejtek falai, így a szisztolés alatt a szövet teljes ellenállása csökken, a diasztollal pedig nő. A szövetek impedanciájának a szívműködés folyamatában történő regisztrálásán alapuló diagnosztikai módszert regeográfiának nevezzük (impedancia - pletizmográfia). E módszer segítségével az agy rheogramjait (rheoencephalogram), a szíveket (rheocardiogram), a tüdőt, a májat, az ereket, a végtagokat kapják. A méréseket általában 30 kHz-es frekvencián végzik.
Egy változó egy olyan áram, amely idővel és nagyságrenddel változik. Fogyasztott ipari áram szinuszos. Paramétereinek pillanatnyi értéke idővel a szin (vagy koszinusz) törvényének megfelelően változik:
A váltakozó áramot egy T periódus jellemzi, frekvencia # 957; = 1 / T, ciklikus frekvencia, fázis # 966; = (# 969; t + # 966; 0) Grafikailag a feszültség és a váltakozó áram energiafrekvenciájának értékeit az áramkörszakasz két, a fázisban eltolódott szinuszokkal ábrázolja.
A váltakozó áram jellemzésére bevezettük a hatékony (effektív) jelenlegi érték fogalmát. A váltakozó áram effektív értéke egy olyan egyenáram erõssége, amely egy adott vezetékben egyetlen fûtés alatt egy hõt bocsát ki, mivel hõt és egy váltakozó áramot szabadít fel.
A váltakozóáramú áramkörben (ampermérő, voltmérő) szereplő eszközök az áram és a feszültség tényleges értékeit mutatják.