Применение метода измерения импеданса в медицине и биологии.

В настоящее время метод измерения импеданса довольно широко применяется в медицине и биологии. Достоинство данного метода заключается в том, что используемые напряжения (менее 50 мВ) не вносят существенных изменений в физико-химические процессы, протекающие в биологических объектах, и, тем более, не повреждают их. Метод нашел широкое применение при изучении процессов, протекающих в живых тканях при изменении их физиологического состояния, при патологических состояниях, при действии повреждающих факторов: температуры, излучения, ультразвука и т.д.

При патологических процессах в тканях происходит изменение их электрических свойств: увеличивается проницаемость мембран и, как следствие, увеличиваются ионные потоки и, следовательно, ослабляется эффект поляризации границ раздела. Это приводит к падению сопротивления и емкости на низких частотах. На высоких частотах поляризация границ раздела практически отсутствует, поэтому высокочастотное сопротивление существенным образом не меняется. Таким образом, при действии повреждающих факторов и при отмирании ткани дисперсия ее электрических параметров снижается. При полной гибели ткани дисперсия отсутствует. Изучение зависимости используется для оценки и прогнозирования жизнеспособности ткани.

Метод электропроводности применяется и для оценки кровенаполнения органов. При увеличении наполнения органа кровью во время систолы сердца его сопротивление уменьшается, так как кровь обладает меньшим удельным сопротивлением, чем клетки. При диастоле сердца сопротивление органа увеличивается.

Диагностический метод регистрации изменений сопротивления органов, обусловленный изменением кровенаполнения, называется реографией. С помощью этого метода получают реограммы головного мозга (реоэнцефалография), сердца (реокардиография), магистральных сосудов, легких, печени и конечностей.

Порядок выполнения работы

1. Загрузите операционную систему согласно стандартным процедурам загрузки.

2. Запустите программу LabVisual для работы с учебной установкой для данного эксперимента пользуясь ярлыком на рабочем столе либо другим способом.

3. Переведите переключатель «СЕТЬ» на панели лабораторного модуля в положение «ВКЛ». При этом должен загореться светодиод «СЕТЬ». На данном шаге не подключайте прибор к порту USB.

4. Дождитесь появления системного сообщения на LCD дисплее прибора, о дальнейшем порядке действий: Connecting................

5. После появления данного сообщения на LCD дисплее учебного прибора, можно подключить прибор к USB порту ПК и однократно нажать кнопку «СТАРТ» в программе-оболочке LabVisual (кнопка используется для конфигурации устройства сразу после включения). При этом начнется процесс инициализации прибора. При автономном режиме работы сделать это можно непосредственно с учебной установки, нажимая и удерживая кнопку «ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ/USB» до тех пор, пока индикатор уровня инициализации на LCD дисплее не достигнет правого конца дисплея. Для включения USB в приборе и последующей работы с программой приема и обработки данных LabVisual, либо для отключения USB и работы в ручном режиме, следует нажимать кнопку «ИНИЦИАЛИЗАЦИЯ/USB».

6. Пользуясь интерактивным меню, отображаемом на дисплее прибора, выбрать эксперимент “IMPEDBIOLOGY”.

7. Для перемещения по пунктам меню служит кнопка «ВЫБОР ОПЫТА». Текущее положение отображается на дисплее символом «*». Для начала эксперимента нажать кнопку «ENTER». При работе в среде LabVisual следует использовать соответствующие дублирующие кнопки в программе-оболочке.

8. Установите частоту встроенного звукового генератора установки равной 1 кГц с помощью кнопок «ЧАСТОТА-2» или частота тока воздействия в программной оболочке.

9. Запишите полученное значение полного сопротивления образца (Ом) и частоту тока воздействия (кГц) в таблицу 1.

10. Устанавливая кнопками «ЧАСТОТА-2» другие частоты звукового генератора с шагом 0,5 кГц или 1 кГц (максимальная частота 10 кГц), снять зависимость полного электрического сопротивления образца в норме (режим NORMAL) от частоты Все полученные данные занести в таблицу 1.

Таблица 1. Образец в норме

Частота тока воздействия ,кГц
Полное сопротивление объекта исследования ,Ом

 

11. По полученным данным постройте в тетради график зависимости импеданса биологического образца от частоты тока воздействия .

12. Повторите действия пп. 8–10 для образца, подвергнутого кипячению в течение 2 и 5 минут. Для этого с помощью многофункциональных кнопок «ВЫБОР ОПЫТА/ЧАСТОТА/СОСТОЯНИЕ ОБРАЗЦА» выбрать состояние образца после кипячения в течение 2 минут (BIOL 2), а затем 5 минут (BIOL 5) при отмирании биологического объекта.

Таблица 2. Образец после кипячения в течение 2 минут

Частота тока воздействия ,кГц
Полное сопротивление объекта исследования ,Ом

Таблица 3. Образец после кипячения в течение 5 минут

Частота тока воздействия ,кГц
Полное сопротивление объекта исследования ,Ом

13. Заполните таблицы 2 и 3 и постройте зависимости в одной системе координат.

14. Сравните полученные вами зависимости между собой и сделайте выводы.

15. По окончании работы выключите установку, поставив переключатель «СЕТЬ» в положение «Выкл.».

Контрольные вопросы

1. Что называется импедансом биологического объекта?

2. Дайте определение диполя, дипольного момента, плеча диполя. Приведите расчетную формулу.

3. Перечислите виды поляризации и дайте их краткую характеристику.

4. Каковы особенности электропроводности биологических объектов?

5. Чем обусловлены ёмкостные свойства биологических тканей?

6. Что такое дисперсия импеданса?

7. Расскажите о применении метода измерения электропроводности в медицине и биологии.

8. С чем связано падение величины импеданса, при увеличении частоты переменного тока в живых клетках.

________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________________________________________

________________________________

Лабораторная работа № 8