ͥ婶鮱롿 ޫ櫲񯮭ὠ¨⬨ﳥ랠rosmedic.ru
Главная arrow Приборные медицинские методы диагностики и лечения arrow Электрические методы диагностических исследований arrow Информационные свойства электрических параметров участков биологического организма
Информационные свойства электрических параметров участков биологического организма

Электрическое сопротивление между отдельными участками биологического организма несет важную информацию о его гомеостазе. В отличие от периодических колебаний сопротивления, которые несут информацию о качестве функционирования отдельных систем организма (чаще всего сердечно-сосудистой и нервной систем), статические значения сопротивления несут информацию о тех свойствах биологической ткани, которые формировались сравнительно долго, в процессе ее жизнедеятельности. Если бы существовали методы измерения сопротивления отдельных участков организма, которые позволили бы получать стабильные и воспроизводимые результаты, то, вероятно, о качестве долговременного функционирования организма можно бы было судить по значениям статического сопротивления, характеризующего физические свойства соответствующих участков биологической ткани. На сегодняшний день это пока не сделано из-за большой вариабельности и плохой воспроизводимости результатов, получаемых при использовании контактных методов измерений; отсутствия эффективных устройств, обеспечивающих бесконтактные измерения; большого количества источников помех, обусловленных колебаниями сопротивлений в результате функционирования отдельных органов и систем; зависимости результатов от психических воздействий и физических параметров окружающей среды. Вследствие взаимозависимости всех перечисленных факторов сложилось достаточно скептическое отношение к результатам, полученным при измерениях квазистатических значений сопротивлений участков организма.

Измерение электрического сопротивления контактными методами проводится с помощью или накладных, или погруженных электродов. При этом на одном и том же участке получаемые результаты будут различаться на несколько порядков при малой площади контактирующей поверхности у измерительных электродов. Это обусловлено тем, что сопротивление наружного слоя кожного покрова (рогового слоя) имеет наибольшее значение, оцениваемое десятками килоом - мегаомом при площади электродов порядка 1-2 мм2. Причем значения сопротивления имеют наибольшую величину при измерениях на постоянном токе (сотни килоом -мегаом) и существенно меньшее значение при измерениях на переменном токе (килоомы - десятки килоом).

По современным представлениям сечение кожного покрова имеет структуру, представленную на рисунке.

Image
Рис. 1. Упрощенная структура кожного покрова

Наружный роговой слой 1 состоит из ороговевших клеток. Он наиболее устойчив к действиям окружающей среды и неблагоприятных физических и химических факторов. Этот слой обеспечивает пассивную защиту внутренних структур биологического организма от внешних воздействий. Ороговевшие клетки с электрической точки зрения представляют собой кусочки диэлектрика с потерями. В промежутках между клетками находится межклеточная жидкость, которая вследствие процесса неощутимой перспирации проникает к поверхности из глубинных структур биологической ткани. Испарение ее обеспечивает терморегуляцию на одном из ее подуровней. Неощутимая перспирация увеличивается при повышении температуры окружающей среды. Соответственно уменьшается электрическое сопротивление рогового слоя, который сильнее пропитывается межклеточной жидкостью. Аналогично влияет смачивание кожного покрова и работа потовых желез. При появлении на поверхности раствора или секрета потовых желез, роговой слой насыщается жидкостью, и сопротивление его уменьшается.

Эквивалентная схема рогового слоя обычно представляется в виде, показанном на рисунке 2.

Image
Эквивалентная схема рогового слоя

Однако в действительности кожная поверхность представляет собой систему с распределенными электрическими параметрами. Она может быть представлена сеточной эквивалентной схемой, фрагмент которой приведен на рис. 3.

В ней R1, C1 - удельные электрические сопротивления и емкость поперечного сечения рогового слоя, R2 C2 -удельные электрические сопротивления и емкость поверхностного слоя кожного покрова, к которому отнесена и жидкость на ее поверхности. R3, C3 - удельные электрические сопротивления и емкость блестящего слоя эпидермиса в продольном направлении. Из-за разной толщины рогового слоя на различных участках кожного покрова, а возможно и из-за разной удельной упаковки клеток, значения удельных сопротивлений и емкостей могут быть существенно различными и очень вариабельными. Причем достоверных данных об их количественных значениях нет.

Image
Фрагмент эквивалентной схемы рогового слоя, в которой учтен распределенный характер электрических параметров:
R1, C1 - удельные поперечные электрические сопротивления и емкость рогового слоя; R2, C2 удельные поверхностные электрические сопротивления и емкость поверхностного слоя; R3, C3 - удельные продольные электрические сопротивления и емкость блестящего слоя.

Если исходить из принципа целесообразности, который всегда наблюдается в природных явлениях, то следует предположить, что на уровне рогового слоя удельные значения продольных электрических сопротивлений достаточно велики и составляют мегаомы-сотни мегаом. Это относится к значениям резисторов R3, и резисторов R2 для случаев, когда поверхностный слой кожного покрова обезвожен. При наличии на поверхности даже тонкого слоя электролита, значения сопротивления R2 невелики, и будут составлять сотни Ом - сотни килоом. Действительно, при измерении сопротивления, имеющегося между двумя близко установленными на кожном покрове измерительными электродами, сопротивление резко уменьшается при смачивании поверхности электролитом или физиологическим раствором. По мере исчезновения жидкости на поверхности сопротивление между электродами плавно увеличивается.

Вторым доказательством больших значений удельных продольных сопротивлений в роговом слое является то, что при изменении расстояния между измерительными электродами, установленными на поверхности кожного покрова, не наблюдается линейного увеличения или уменьшения значения сопротивления. При небольших значениях удельных сопротивлений в продольном направлении такая картина изменения измеряемого сопротивления была бы невозможной, и зависимость сопротивления от расстояния между измерительными электродами приближалась бы к линейной.

С технической и физиологической точек зрения трудно объяснить необходимость продольных "микро-каналов" в поверхностном пассивном защитном слое, заполненных межклеточной жидкостью, в то время как поперечные "микро¬каналы" принципиально необходимы для обмена с окружающей средой и терморегуляции.

Поперечное сопротивление рогового слоя имеет наибольшую величину в случае мало гидратированного кожного покрова. При площади одного из электродов измерительного прибора в несколько мм2, его значение может достигать 2 МОм. В ряде локальных зон электрическое сопротивление существенно меньше и на постоянном токе оценивается в 30÷300 кОм. Одни исследователи (Нибое) данные зоны относят к точкам акупунктуры (ТА), другие выражают в этом сомнение. Их основным аргументом является известное положение о наличии большего количества зон со сниженным электрическим сопротивлением, чем известных точек акупунктуры. В отдельных случаях зоны со сниженным электрическим сопротивлением не совпадают с ТА, определенными по анатомическим признакам и их местоположение оказывается вариабельным. Можно предположить, что активное сопротивление кожного покрова между установленными на нем двумя измерительными электродами, в основном, обусловлено поперечным сопротивлением участков рогового слоя под электродами. Замыкание цепи электрического тока происходит вне пределов рогового слоя при высушенной поверхности кожного покрова.

Следует также отметить наличие у кожного покрова гидрофильных свойств. В гидрофильных системах i-му компоненту в энергетическом смысле выгоднее находиться в объеме раствора, чем на его поверхности. Поэтому сильно гидратированные ионы, например, имеющиеся в электролите, которым смачивается поверхность кожи, втягиваются внутрь ее.

На электропроводность рогового слоя и на сигнал, снимаемый с его поверхности, оказывает влияние процесс функционирования потовых желез. При выделении ими секрета поверхность рогового слоя оказывается увлажненной и электрическое сопротивление его резко снижается. Кроме того, при работе потовых желез в их протоках наблюдаются электрические импульсы длительностью менее 3 мс и с частотой от нескольких Гц до 1000 Гц. При этом также наблюдаются колебания электрического сопротивления и разности потенциалов между электродами, которые носят циклический характер. Периоды колебаний выделения пота из потовых желез человека имеют различные длительности - от нескольких секунд до одного месяца. Отдельные исследователи обнаружили пульсации электрических параметров при выделении пота эккриновой железой длительностью в 47÷83 мс. Другие утверждают, что периодичность потоотделения около 0,74 с. Так как потовые железы выбрасывают секрет не одновременно, а вероятно, в какой-то последовательности, во всех этих утверждениях нет явных противоречий.

Потовые железы в зависимости от типа секреции разделяют на апокриновые и эккриновые. Апокриновые железы находятся в подмышечных впадинах и в области половых органов. От их функционирования зависит запах тела, регулируемый механизмом, играющим роль в половом поведении. Эккриновые железы покрывают всю поверхность тела. Главная функция их заключается в терморегуляции поверхности кожного покрова.

Ряд авторов считают, что необходимо различать термическое и эмоциональное потоотделения, и что каждое из них регулируется своим нервным аппаратом. Другие считают, что существует один управляющий центр, реагирующий на термические и эмоциональные воздействия.

Потовые железы не только выбрасывают пот, но и, как считают ряд исследователей, всасывает его обратно (явление реабсорбции). В итоге картина электродермальной реакции имеет достаточно сложный и во многом плохо объясненный вид, а выброс пота сопровождается повышением потенциала и увеличением электропроводности.

Эти изменения зависят от степени раскрытия каждой потовой железы и количества пота, находящегося в протоке. Причем такие известные исследователи как Хэссет и Эдельберг считают, что потенциал полости потовой железы отрицателен по отношению к окружающей ткани и потовые железы наполнены потом вплоть до мальпигиевого слоя. Роговой слой кожного покрова можно рассматривать как зону, в электрическом сопротивлении которой есть активная и емкостная составляющие. Активное сопротивление во многом зависит от степени гидратации поверхности кожного покрова. Последняя, в свою очередь, есть функция качества функционирования потовых желез, а также зависит от температуры окружающей среды, особенностей конкретного организма и внешних воздействий, например, имеющих форму принудительного смачивания. Кроме того, по всей вероятности, секрет потовой железы является своеобразным электропроводником, "связывающим" внутреннюю зону биологической ткани с ее поверхностью. Причем электрическое сопротивление этого проводника зависит от степени раскрытия потовой железы.

Потовая железа проходит через зоны биологической ткани, между которыми имеется разность электрических потенциалов, что можно представить источником ЭДС с определенным внутренним сопротивлением. Поэтому с электрической точки зрения она может рассматриваться как переменная нагрузка источника ЭДС, от величины которой зависит потенциал кожного покрова.

Значения ЭДС зависят от избирательности биологических мембран к катионам и анионам "жидкостей", находящихся по обе стороны от них, температуры и давлений по обеим сторонам мембран и меняются при их изменениях. Другими словами, они так же, как и электрическое сопротивление, зависят от особенностей гомеостаза.

При измерениях с помощью погружных электродов отсутствуют явления, связанные с наличием эпидермиса. Поэтому результаты измерений будут другими. Они будут характеризовать, в основном, небольшое сопротивление дермы, находящейся под кожным слоем (эпидермисом) и контактные явления, существенно меняющими показания при контакте жидкости и электродов. Подробно эти вопросы рассмотрены в работе.

Сопротивление, измеренное с помощью накладных электродов, существенно зависит от психофизиологического состояния организма. Так, в состоянии бодрствования, сопротивление отдельных зон кожного покрова непрерывно колеблется с частотой, достигающей 10 Гц. При утомлении и засыпании частота изменений сопротивления уменьшается до долей герца - одного герца. На использовании этого свойства основана работа диагностических приборов, с помощью которых оценивается степень утомления или момент засыпания операторов ответственных установок, например, машинистов электровозов.

Кроме того, под влиянием психических воздействий сопротивление кожного покрова изменяется. Это явление известно под названием кожно-галъванического рефлекса (КГР). Оценка его проводится в приборах, с помощью которых определяется реакция организма на внешнее психическое воздействие, например, в качестве одного из источников информации в полиграфах (детекторах лжи).

Из вышеизложенного следует, что электрическое сопротивление, измеренное с помощью накладных электродов, а также потенциал отдельных зон, являются важными источниками информации о гомеостазе биологического организма. Колебания этих параметров характеризуют реакцию организма на психическое воздействие. Электрическое сопротивление и потенциал, оцененные с помощью погружных электродов, характеризуют гомеостаз организма и контактные явления на границе раздела жидкость -электрод.

Туристическая Компания "Туранга" предлагает комфортный отдых в Адлере для вас и вашей семьи. Масса новых впечатлений, положительных эмоций, качественное лечение.

 
След. »
 
 
Rambler's Top100