изучение дисперсии импеданса биологических тканей: методические указания к лабораторной работе

Петрозаводский государственный университет ИЗУЧЕНИЕ ДИСПЕРСИИ ИМПЕДАНСА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ Методические указания к лабораторной работе Петрозаводск, 1996 Печатается по рекомендации редакционной комиссии по отрасли науки и техники “общая и ядерная физика” от 10 ноября 1995 года Печатается по решению редакционно-издательского совета университета Составитель Кириличева Л.А., кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей физики. ИЗУЧЕНИЕ ДИСПЕРСИИ ИМПЕДАНСА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ Цель работы: 1. Изучить зависимость величины импеданса от частоты электрического тока для биологической ткани с помощью эквивалентных схем. 2. Провести сравнительный анализ дисперсии импеданса для “живой” и “мертвой” тканей. Приборы и принадлежности: 1. Измеритель импеданса ВМ-507. 2. Набор эквивалентных схем. 3. Электроплитка, сосуд с дистиллированной водой. 4. Электроды, прокладки, соединительные провода. 5. Растительная ткань. 6. Физиологический раствор. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ I. Электропроводность клеток и тканей для переменного тока Биологическим объектам присущи пассивные электрические свойства: сопротивление и емкость. Вещества, из которых состоят биологические ткани, немагнитны, и, следовательно, индуктивность их равна нулю. Изучение пассивных электрических свойств биологических объектов имеет большое значение для понимания их структуры и физико-химических свойств. Биологические ткани обладают свойствами как проводников, так и диэлектриков. Наличие свободных ионов в клетках и тканях обусловливает проводимость этих объектов. Диэлектрические свойства биологических объектов определяются структурными компонентами и явлениями поляризации. Поляризация - процесс образования объемного дипольного электрического момента среды. Поляризация по своей природе делится на несколько видов. 3 II. Виды поляризации 1. Электронная поляризация - наиболее общий вид поляризации представляет собой смещение электронов на своих орбитах относительно положительно заряженных ядер в атомах и ионах. В результате такого смещения атом или ион превращается в индуцированный диполь* с на- правлением, противоположным внешнему полю. Время возникновения поляризации после мгновенного наложения поля, называется временем релаксации. Оно составляет в данном случае 10-16 - 10-14 с. 2. Дипольная (ориентационная) поляризация типична для многих жидкостей и газов (вода, спирты, нитробензол). Молекулы этих полярных диэлектриков не симметричны: “центры масс” их положительных и отрицательных зарядов не совпадают и молекулы обладают дипольным моментом* Дипольные моменты отдельных молекул в отсутствие электрического поля ориентированы хаотически, а во внешнем электрическом поле приобретают преимущественную ориентацию вдоль поля (рис. 1а). Значительными дипольными моментами вследствие диссоциации ионных групп, а также вследствие адсорбции ионов обладают молекулы белков и других высокомолекулярных соединений. Поэтому в растворах этих веществ дипольная поляризация, обусловленная вращением их полярных молекул, имеет большое значение. Время релаксации дипольной поляризации изменяется в пределах от -13 10 до 10-7 с. 3. Макроструктурная поляризация возникает под действием электрического поля вследствие неоднородности электрических свойств вещества. Для ее возникновения необходимо наличие слоев с различной электропроводностью. Под действием поля свободные ионы и электроны, содержащиеся в проводящих субстанциях, перемещаются в пределах каждого включения до границы проводящего слоя. Дальнейшее пере