Материал: kompendium_po_fizike
136
От
показателей
модуля
и
фазы
импеданса
всегда
можно
перейти
к
величинам
активного
и
реактивного
сопротивления
тканей
,
и
наоборот
.
Таким
образом
,
две
пары
показателей
,
используемых
для
описания
пассивных
электрических
свойств
биологических
тканей
,
эквивалентны
.
При
пропускании
переменного
электрического
тока
через
биологические
объекты
в
них
возникают
поляризационные
процессы
.
Установлено
,
что
при
этом
происходит
изменение
как
активной
,
так
и
реактивной
его
составляющих
импеданса
.
При
исследовании
электрических
характеристик
живых
тканей
в
широком
диапазоне
частот
переменного
тока
проявляется
эффект
дисперсии
−
модуль
импеданса
биологических
объектов
с
увеличением
частоты
уменьшается
до
некоторой
постоянной
величины
(
рисунок
56).
Зависимость
,
подобная
показанной
на
рисунке
56,
свойственна
только
живым
тканям
.
Это
подтверждает
динамика
кривых
дисперсии
,
показывающих
зависимость
модуля
импеданса
Z
растительной
ткани
от
частоты
в
норме
(
рисунок
57-
а
),
при
нагревании
ее
в
течение
2-
х
минут
(
рисунок
57-
б
)
и
при
полном
отмирании
ткани
(
рисунок
57-
в
).
Следует
отметить
ряд
особенностей
,
характеризующих
величину
модуля
импеданса
живой
ткани
:
1)
значение
Z
для
живой
ткани
при
измерениях
в
переменном
токе
ниже
,
чем
при
измерениях
на
постоянном
токе
;
2)
значение
Z
не
зависит
от
величины
тока
,
если
величина
Рисунок
56.
Кривая
дисперсии
-
изменения
величины
модуля
импеданса
|Z|
мышцы
при
увеличении
частоты
тока
Рисунок
57.
Изменение
кривой
дисперсии
модуля
импеданса
растительной
ткани
при
нагревании
(
объяснения
в
тексте
)
137
тока
не
превышает
физиологическую
норму
;
3)
Z
на
данной
частоте
постоянно
,
если
не
изменяется
физиологическое
состояние
ткани
;
4)
Z
изменяется
при
изменении
физиологического
состояния
объекта
.
Наличие
в
биологических
системах
емкостных
сопротивлений
подтверждается
сдвигом
фаз
между
силой
тока
и
напряжением
.
Величина
сдвига
фаз
определяется
соотношением
емкостного
и
омического
сопротивлений
.
Для
биологических
систем
характерна
большая
величина
сдвига
фаз
.
Это
показывает
,
что
доля
емкостного
сопротивления
в
биологических
объектах
велика
.
Например
,
величины
сдвига
фаз
,
полученных
на
биологических
объектах
при
частоте
1000
Гц
:
для
кожи
человека
55
для
нерва
лягушки
84
для
мышцы
кролика
65
Для
изучения
закономерностей
прохождения
переменного
тока
через
биологические
ткани
используют
эквивалентные
схемы
,
т
.
е
.
такие
комбинации
соединения
омического
сопротивления
и
емкости
,
которые
в
первом
приближении
могут
моделировать
электрические
параметры
клеток
.
Рассмотрим
примеры
несложных
эквивалентных
схем
.
1.
Схема
состоит
из
последовательно
включенных
омического
сопротивления
R
и
конденсатора
С
(
рисунок
58-
а
).
Рисунок
58.
Схема
с
последовательно
включенными
омическим
R
и
емкостным
С
сопротивлениями
(
а
)
и
график
изменения
модуля
импеданса
|
Z
|
от
частоты
ν
(
б
)
На
рисунке
58
видно
,
что
при
малых
частотах
значения
модуля
импеданса
для
данной
схемы
будет
большим
,
т
.
к
.
емкостное
сопротивление
при
этом
резко
увеличивается
(
Z
при
0),
что
не
согласуется
с
характеристикой
модуля
импеданса
для
живой
ткани
.
Живые
ткани
имеют
определенные
138
значения
Z
при
постоянном
токе
(
рисунок
56).
2.
Схема
состоит
из
параллельно
включенных
омического
сопротивления
и
конденсатора
(
рисунок
59-
а
).
Рисунок
59.
Схема
с
параллельно
включенными
омическим
R
и
емкостным
С
сопротивлениями
(
а
)
и
график
изменения
модуля
импеданса
|
Z
|
от
частоты
ν
(
б
)
Из
рисунка
59-
б
видно
,
что
при
больших
частотах
значение
модуля
импеданса
данной
эквивалентной
схемы
стремится
к
нулю
(
Z
0
при
).
У
живых
объектов
Z
с
увеличением
частоты
снижается
только
до
определенных
значений
(
рисунок
56).
Сравнивая
графики
,
изображенные
на
рисунках
58-
б
и
59-
б
,
с
зависимостью
для
живой
ткани
(
рисунок
56),
легко
заметить
,
что
приведенные
схемы
не
удовлетворяют
всему
диапазону
частот
исследования
.
Приблизить
свойства
схемы
к
живой
ткани
позволяет
электрическая
схема
,
состоящая
из
нескольких
элементов
,
соединенных
последовательно
и
параллельно
(
рисунок
60-
а
).
Зависимость
модуля
импеданса
Z
от
частоты
для
данной
схемы
представлена
на
рисунке
60-
б
.
Рисунок
60.
Эквивалентная
схема
(
а
)
и
график
зависимости
модуля
импеданса
|
Z
|
от
частоты
ν
(
б
)
139
4.
Реография
как
диагностический
метод
Реография
–
метод
исследования
кровенаполнения
органов
и
тканей
или
отдельных
участков
тела
на
основе
регистрации
их
сопротивления
переменному
току
высокой
частоты
.
Одна
из
причин
изменения
электрического
сопротивления
живых
тканей
–
колебания
их
кровенаполнения
.
Использование
высокочастотных
токов
необходимо
для
сведения
к
минимуму
явлений
поляризации
в
системе
«
электрод
–
кожа
».
При
применяемых
в
реографии
частотах
имеет
место
преимущественно
ионная
проводимость
,
так
как
проводниками
служат
жидкие
среды
организма
,
являющиеся
слабыми
электролитами
.
Ток
при
этом
распространяется
в
основном
по
магистральным
сосудам
.
Изменения
кровенаполнения
и
колебания
электрического
сопротивления
тканей
,
расположенных
между
электродами
,
через
которые
пропускается
ток
высокой
частоты
,
связаны
формулой
А
.
А
.
Кедрова
:
V
Z
V
Z
,
где
V
V
–
относительное
изменение
объема
ткани
в
исследуемом
участке
,
практически
равное
изменению
объема
крови
в
этом
участке
;
Z
Z
−
относительное
изменение
полного
сопротивления
данного
участка
.
В
течение
сердечного
цикла
Z
изменяется
в
соответствии
с
изменением
кровенаполнения
исследуемого
участка
ткани
:
уменьшается
при
систоле
и
возрастает
при
диастоле
.
Графическая
запись
Z
во
времени
называется
реограммой
(
рисунок
61).
140
Рисунок
61.
Основные
характеристики
реограммы
(h –
амплитуда
реограммы
, h
1
–
амплитуда
для
расчета
ударного
объема
крови
,
а
–
длительность
восходящей
части
реограммы
,
Т
–
период
реограммы
, h
к
–
высота
калибровочного
импульса
)
В
каждой
реографической
волне
выделяют
начало
,
вершину
и
конец
,
восходящую
(
анакротическую
)
и
нисходящую
(
катокротическую
)
части
.
На
нисходящей
части
могут
наблюдаться
1-2
дополнительные
волны
.
Кривая
в
норме
достаточно
регулярна
.
Нарушения
регулярности
зависят
от
изменения
ритма
сердечных
сокращений
и
дыхания
.
Регулярность
может
существенно
нарушаться
при
патологии
,
например
,
при
выраженной
сосудистой
дистонии
.
Анализ
реограмм
производится
по
оценке
её
временных
и
амплитудных
показателей
.
Реограф
–
электронное
устройство
,
предназначенное
для
преобразования
колебаний
импеданса
живой
ткани
или
его
составляющих
,
обусловленных
пульсовыми
изменениями
кровенаполнения
в
пропорциональный
электрический
сигнал
.
Принцип
работы
реографа
заключается
в
следующем
:
от
генератора
высокой
частоты
реографа
с
помощью
электродов
через
исследуемый
орган
пропускается
ток
высокой
частоты
.
При
этом
на
исследуемом
участке
(
органе
)
возникает
падение
напряжения
.
Изменения
кровенаполнения
в
исследуемом
органе
приводят
к
изменениям
его
импеданса
и
пропорциональным
изменениям
амплитуды
высокочастотного
напряжения
.
После
усиления
с
помощью
детектора
и
фильтров
выделяется
низкочастотная
составляющая
,
представляющая
собой
реографический
сигнал
(
реограмму
) –
рисунок
62.