Исследование биологических объектов с помощью постоянного и переменного электрического тока.

К пассивным электрическим свойствам биологических объектов относятся: сопротивление, электропроводимость, ёмкость, дипольная проницаемость. В норме и патологии эти параметры меняются и могут быть использованы для изучения структуры и физико-химического состояния биологического вещества. Эти свойства проявляются, если к исследуемому участку ткани приложить напряжение небольшой величины. Пассивные электрические свойства клеток и тканей изучают с помощью мостовых схем. На рисунке представлена схема моста переменного тока, применяемого для измерения ёмкости и сопротивления биологических объектов. В этой схеме R₁ и R₂ - сопротивление уравновешенных плеч моста, C_эт и R_эт - ёмкость и сопротивление, компенсирующие параметры объекта, С_x и R_x – параметры самого объекта.

Метод измерения пассивных свойств тканей для диагностических целей имеет преимущество в том, что используемые напряжения не вносят существенных изменений в физико-химические процессы, происходящие в биообъекте, и тем более не повреждают его. Известно, что пассивные электрические свойства отражают изменения физиологических состояний объекта при патологии, повреждениях, действиях физических факторов (температуры, облучения, давления) и др.

Рассмотрим примеры использования этого метода в биологических и медицинских исследованиях:

1) на низких частотах измерение ёмкости и сопротивления клеточных мембран может служить мерой их проницаемости для различного вида ионов;

2) на начальной стадии воспаления происходит набухание клеток без изменения проницаемости их мембран, в это время уменьшается объём межклеточного пространства, а следовательно, увеличивается активное сопротивление ткани. В более поздние сроки воспаления происходит увеличение проницаемости клеточных мембран и, как следствие, уменьшение ёмкости и активного сопротивления. Т.о., изменение электрических параметров тканей может служить средством для диагностики воспалительных процессов;

3) Степень повреждения или отмирания ткани связана с дисперсией импеданса на низких частотах, чем больше повреждение, тем меньше дисперсия;

4) С помощью импедансометрии определяется кровенаполнение органов и тканей – при систоле сопротивление органа уменьшается, при диастоле увеличивается, т.к. кровь имеет меньшее сопротивление, чем клетки;

5)Определяют содержание свободных и связанных ионов в различных образованиях биологического объекта (определяют концентрацию свободных ионов в цитоплазме; исследуют количественно процессы связывания ионов молекулами белков или других орг. соединений; определяют степень гидратации белковых молекул).

В медицине с лечебной целью широко применяется нагрев высокочастотными полями и токами, причем тепловой эффект при различных методах воздействия зависит от удельного сопротивления, относительной диэлектрической проницаемости, частоты и количественной характеристики действующего фактора.