Шпоры по Щукину (Шпаргалки к экзамену по ОВФПсБО), страница 6

Эта область обусловлена наличием клеточных компартментов, релаксацией зарядов на микрососудах, фасциях, соединительных прослойках внутренних органов и других неоднородностях.

 -дисперсия (10⁴-10⁸ Гц): обусловлена релаксацией макромолекул (как правило, белков).

-дисперсия: обусловлена релаксацией молекул воды и простирается до и более 10⁸ Гц.

В биотканях находящихся во внешнем переменном ЭМП, возникают токи проводимости и токи смещения. По мере повышения частоты ЭМП роль токов смещения возрастает, и они становятся превалирующими при f 10⁶ -10⁷ Гц. Сказанное полностью относится к различным методикам высокочастотной электротерапии: если при диатермии (F=0.5-2.0 Мгц) ткани нагреваются в основном токами проводимости, то при УВЧ терапии (F=40-60 МГц) тепловой эффект связан с токами смещения.

Основные факторы, влияющие на проводимость покоящейся крови.

Температура.

Рис. 1.7. Зависимость проводимости консервированной крови от температуры при различных показателях гематокрита.

С увеличением температуры проводимость растет, причем для более концентрированной крови эта зависимость менее выраженная (рис. 1.7). С увеличением температуры эритроциты становятся более сфероподобными, и при T=42-43 ⁰С почти превращаются в сферу, а при 45⁰ С происходит денатурация белков в мембранах эритроцитов.

Показатель гематокрита.

С увеличением Ht увеличивается (уменьшается), кроме того, и увеличивается. Эмпирических зависимостей удельного сопротивления покоящейся крови от показателя гематокрита в литературе много, но на практическе используют два типа зависимостей:

а) линейная

б) экспоненциальная

, а,  — коэффициенты, полученные методами оптимизации экспериментальных зависимостей при T=37⁰С. Например, для капиллярной и венозной крови используют следующие зависимости.

=13,5 +4,29 Ht(%)

=52,74+3,17Ht(%)

Форма и размеры эритроцитов.

Увеличение размера эритроцита приводит к росту как общего импеданса, так и  и . Четких количественных данных по этому вопросу мало, однако установлено, что если брать эритроциты разных животных, либо менять форму эритроцитов человека, то зависимость  и  от Ht существует (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Влияние формы эритроцитов на диэлектрическую проницаемость суспензии эритроцитов в физиологическом растворе.

В подобных опытах изменение формы эритроцитов осуществляют обычно двумя способами: нагрев крови, либо помещают эритроциты в раствор с низким осмотическим давлением (рис.1.9).

Рис. 1.9. Изменение формы нормального эритроцита в растворах различной осмолярности.

Низкочастотные электромагнитные поля. Распределение токов в биологических объектах.

Тело человека во внешнем низкочастотном электромагнитном поле.

Аппараты для электромагнитного воздействия на организм имеют широкое применение в терапии, хирургии, профилактике, диагностике и других областях медицины. Особенности строения, иннервации, возбудимости, индивидуальные параметры чувствительности рецепторных полей различных биотканей приводят к тому, что каждый вид ткани наиболее выражено реагирует на электромагнитные воздействия, параметры которого лежат в определенном диапазоне амплитуды, частоты и формы импульса ЭМП. Такие диапазоны принято называть окнами чувствительности рецепторных полей биоткани, а параметры воздействия, соответствующие этим диапазонам, – адекватными. Параметры адекватных воздействий определяют в результате экспериментальных и теоретических исследований. Это представляет собой самостоятельную задачу, не рассматриваемую в данном пособии.

Однако, при разработке биомедицинской аппаратуры и методик диагностических измерений необходимо уметь рассчитывать технические параметры воздействия, при реализации которых в соответствующих биотканях создаются поля с заданными характеристиками. Т.е. необходимо иметь расчетные соотношения, связывающие характеристики ЭМ поля у поверхности, либо в заданной области пространства, биообъекта которое создается соответствующими излучателями, с параметрами поля в тканях организма. При этом требуется учитывать различия геометрических, электрофизических и других свойств биотканей.

Если параметры воздействия адекватны соответствующей ткани, то выполнено условие – условие функциональности воздействия. Области практического применения функциональных воздействий не ограничиваются терапевтическими и реабилитационными биотехническими системами. Не менее важная и перспективная область их использования заключается в активной функциональной диагностике. При этом на соответствующую систему организма оказывают внешнее воздействие и по ответным реакциям судят о внутрисистемных связях и выраженности механизмов регуляции. Тем самым получается информация о тончайших механизмах внутрисистемной регуляции, что крайне важно для ранней диагностики заболеваний.

.

Теоретической основой для расчета распределения ЭМ поля в средах являются уравнения Максвелла, которые в принятых обозначениях имеют вид:

rot H = j +D/t	div B = 0	(2.1)
Rot E = -B/t	div D =свободн

где _{свободн} - объёмная плотность свободных зарядов.

В большинстве случаев материальные соотношения, связывающие векторные характеристики полей, этих уравнений выглядят следующим образом

D = 0E

B = 0H

j = E

(2.2)

Характерные размеры живых систем часто позволяют рассматривать действие электрических и магнитных компонент ЭМП раздельно, а наличие проводимости дает возможность считать их на НЧ проводниками, а на ВЧ –диэлектриками. Рассмотрим этот вопрос более подробно.

Тело во внешнем электромагнитном поле может рассматриваться как проводник, если плотность токов проводимости много больше плотности токов смещения:

J=  E=Е/ >> ₀E/t

Если поле периодично во времени E(t)=E₀sint, то последнее неравенство перепишется в виде: / ₀>>1 (2.3)

Возможен и другой подход, основанный на следующих соображениях: возникающие во внешнем поле связанные заряды в проводнике компенсируются свободными зарядами, причём, характерное время _М компенсации, называемое временем максвелловской релаксации,и определяется соотношением

Постоянное магнитное поле.

Если тело находится в постоянном во времени магнитном поле с напряженностью Н, которое неоднородно по пространству, то лишь при движении тела с некоторой скоростью V в нём возникает ЭДС индукции Е_инд (рис. 2.2).

Рис. 2.2.

где l -размер тела; - угол между векторами и V.

Если магнитное поле однородно при постоянной скорости  , имеем Е_инд= const. Т.е. возникающее первоначально разделение зарядов в теле меняться не будет, следовательно, ток не течёт. При изменении скорости движения, либо при наличии пространственной неоднородности поля будет меняться Е_инд, а значит, изменяется поверхностная плотность компенсационного разряда _. В результате в теле течет ток с плотностью j.

Изменение поверхностной плотности заряда определяется как: (2.10)

Где – диэлектрическая проницаемость окружающей среды;

dE– изменение напряженности индуцируемого электрического поля. Поскольку ,

то ,

где , , ,

В результате получаем (2.11)

Ток j создает магнитное поле напряженность которого определяется формулой: (2.12)

Напряженность эквивалентного электрического поля (создающего такую же плотность тока) в теле находится на основе Закона Ома:

(2.13)

Плотность потока мощности, поглощаемого телом, составит в этом случае

(2.14)

где константы определяются из граничных условий и особенностей рассматриваемой задачи.

Рис. 2.3. Цилиндрическое включение в поле постоянного тока.

В нашем случае, в силу симметрии задачи и, следовательно, в выражении (2.22) члены с отсутствуют. Рассмотрим сначала вид решения для внутренней области 2 . Вследствие конечности потенциала при r=0 из выражения (2.22) имеем

(2.23)

Учитывая, что решение (2.23) должно иметь период равный 2 и принимая потенциал в центре равным нулю, получаем выражение для потенциала внутренней области в виде

(2.24)

Аналогичные рассуждения приводят к тому, что для областей 0 и 1 решения будут иметь следующий вид:

(2.25)

При большом удалении от цилиндрического включения поле практически однородное, следовательно должно выполняться условие