Конкретные задачи

Студент должен знать:

Биофизические основы регистрации изменения импеданса тканей, графическое представление кривой дисперсии импеданса от частоты.

Студент должен уметь:

• используя показания осциллографа по фигурам Лиссажу производить балансировку мостовой схемы

• определять значения емкости и сопротивления по магазинам этих величин

• используя персональный компьютер находить значения импеданса для данных частот

• по полученным данным построить график зависимости импеданса для живой и поврежденной ткани от частоты переменного тока

Межпредметные и внутрипредметные связи

Задания для самоподготовки:

1 – Представить эквивалентные электрические схемы для биологической ткани.

2 – Указать условия необходимые для дисперсии импеданса.

3 – Перечислить основные характеристики для расчета коэффициента поляризации.

4 – Сформулировать алгоритм по построению графиков для данной лабораторной работы.

Литература, рекомендуемая для самоподготовки:

Основная:

1. А.Н. Ремизов Медицинская и биологическая физика. Москва, Издательство Дрофа , 2007г.

2..В.О. Самойлов Медицинская биофизика Москва 2004 г.

3. Н.И. Губанов, А.А. Утепбергенов. Медицинская биофизика Москва.1986г.стр.217-230. 4. «Биофизика» - Антонов В. Ф., и другие. Издательство: Владос. 2006

5. « Краткий курс медицинской и биологической физики с элементами реабилитации: Лекции и семинары.» - Фёдорова В.Н. Степанова Л.А. Издательство: Физматлит. 2005

Дополнительная:

1. Биофизика. Учебник для студентов фармацевтических и медицинских Вузов; Рыбари; 2004 г.

Интернет - Электронная библиотека (можно скачать бесплатно):

1 - Медицинская биофизика В книге рассмотрены основные вопросы медицинской биофизики в русле учебной программы, построенной в соответствии с системой физических и физико-химических процессов, лежащих в основе жизни. В учебнике пять разделов: транспорт веществ через биологические мембраны (биомембранология), биоэнергетика, биологическая электродинамика, биомеханика, информация и регулирование в биологических системах. В каждом из разделов приводятся примеры нарушения основных биофизических процессов при патологии. В Приложении приводятся справочные таблицы физических констант и единиц перевода в СИ. Издание соответствует государственным образовательным стандартам учебных дисциплин «Медицинская биофизика» направления бакалаврской подготовки «Техническая физика», специальностям «Биоинженерная физика» и «Медицинская биофизика». Автор книги:  Самойлов В. О. Название книги:  Медицинская биофизика Комментарий:  Учебник предназначен для студентов технических университетов и в качестве дополнительной литературы для студентов медицинских вузов Издательство:  СПб.: СпецЛит, 2004 ISBN:  5-299-00277-7 http://www.sma.kz/about/structure/lib2/lib/

2 - Биофизика Рубин А.Б. 1999. http://www.library.biophys.msu.ru/rubin/

Вопросы для самоподготовки

– по базисным знаниям:

Общее сопротивление электрических цепей.

Переменный ток.

Дифференциальные уравнения гармонических колебаний.

Биологические мембраны.

- по данной теме:

Что понимают под импедансом биологической ткани?

Каковы составляющие импеданса в живых тканях?

Эквивалентные электрические схемы биологических тканей. Почему имеется несоответствие этих моделей оригиналу?

Как изменяется импеданс живых тканей при изменении частоты переменного тока?

Что понимают под дисперсией электропроводности живых тканей?

Что понимают под крутизной дисперсии?

Как можно оценить жизнеспособность биологических тканей по крутизне дисперсии?

Краткая теория

Определение дисперсии электропроводности биологической ткани

Все живые ткани состоят из клеток, омываемых тканевой жидкостью. Цитоплазма клеток и тканевая жидкость представляют собой электролиты, разделенные плохо проводящей клеточной мембраной. Такая система обладает статической и поляризационной электроемкостью. Поляризационная емкость результат электрохимической поляризации, возникающей при прохождении постоянного электрического тока. Она зависит от силы тока и времени его протекания. По современным представлениям живые ткани не обладают индуктивностью, и сопротивление их имеют только активную и емкостную составляющие.

Электрические свойства живых тканей можно смоделировать следующими эквивалентными электрическими схемами: данная схема хорошо моделирует электрические свойства при высокочастотных токах, но при низких частотах не работает. данная схема достаточно хорошо моделируем свойства тканей при низких частотах тока, но не работает при высоких частотах .эта схема является наиболее удачной и дает хорошее соответствие с опытными данными как при низких так и при высоких частотах переменного тока.

При прохождении переменного тока через живые ткани наблюдается дисперсия электропроводности: полное сопротивление ткани уменьшается с увеличением частоты переменного тока и стремится к некоторому минимальному значению при высоких частотах. Дисперсия электропроводности присуща только живым тканям. По мере отмирания ткани крутизна кривой уменьшается. На рисунке приводится зависимость сопротивления участка живой ткани от частоты при отмирании:

1. живая ткань

2. поврежденная ткань

3. мертвая ткань

Импеданс тканей организма определяется их физиологическим состоянием. Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности называется реографией.

В настоящее время в связи с развитием трансплантационной хирургии и поиском методов определения качества консервированных тканей электропроводность используется как один из тестов для оценки жизнеспособности тканей и органов.

Часто вместо построения кривой дисперсии определяют так называемый коэффициент поляризации или крутизну дисперсии К:

где - импеданс при частоте 10⁴ Гц, - импеданс при частоте 10⁶ Гц.

При отмирании ткани К1. В тканях с высоким уровнем метаболизма К достигает значения 9-10 (для теплокровных животных).

Другим проявлением реактивных свойств сопротивления живой ткани является наличие сдвига фаз между силой тока и напряжение. В цепи содержащей активное и емкостное сопротивление угол сдвига фаз лежит в интервале от 0о до 90о градусов. Для биологических объектов характерен большой сдвиг фаз, что говорит о значительной доле емкостного сопротивления в полном сопротивлении (импедансе) ткани, например, для кожи человека при частоте 1 кГц сдвиг фаз составляет 55о.

Протокол