Доклад "Изучение устройства оборотного маятника"

Электрические явления в биологических тканях

В ходе изучения биологических клеток было давно замечено, что о какой бы клетке ни шла речь, на мембране или оболочке, окружающей клетку, наблюдаются электрические явления. При сокращении мышц ткани регистрируются импульсы электрического напряжения. Отдельные мышцы легко возбуждаются электрическим током, в результате чего наблюдаются их сокращения. При измерениях, проводимых на кожном покрове, обнаруживаются электрические заряды, которые создают своеобразный потенциальный рельеф. Оценивая его, можно получить информацию о состоянии органов и систем, имеющих связь с данной локальной зоной. Соответственно, воздействием электрического тока на эти зоны можно осуществлять лечебные воздействия.

Регистрируемые электрические потенциалы можно разделить на квазипостоянные, которые мало меняются в течение конечных промежутков времени, и переменные. Переменные, как правило, имеют форму импульсов, параметры которых характеризуют работу определенных органов, функциональных систем или подсистем регулирования.

При выяснении распределения потенциалов на поверхности тела от расположенного в пространстве биоэлектрического генератора электрической энергии широко используется представление о нем как об электрическом диполе. Под электрическим диполем понимают совокупность двух равных по абсолютной величине разноименных точечных зарядов q, находящихся на некотором расстоянии l друг от друга (рис. 2.1).

Основной характеристикой диполя является его дипольный момент

P = ql ,

где Р – вектор дипольного момента; q – значение заряда; l – расстояние между зарядами.

Рис. 2.1. Электрический диполь (а) и распределение электрического

потенциала (б)

Вектор Р направлен от отрицательного заряда к положительному. Разность потенциалов между зарядами равна 2U₁

(рис. 2.1,б). Причем на линии, соединяющей их, на середине расстояния l/2, потенциал равен нулю.

Вдали от диполя создаваемый им потенциал U равен [7]

U 4πε r ,

где ε – относительная диэлектрическая проницаемость;

α – угол между осью диполя и радиусом вектором к

определяемой точке (рис. 2.2); r – расстояние до точки, в которой определяется потенциал.

Напряженность электрического поля диполя Е убывает с расстоянием как _r¹₃ , т.е. быстрее, чем поле одиночного точечного заряда ( _r¹₂ ).

Рис. 2.2. Определение угла α

При функционировании биологического организма одновременно работает много элементарных биогенераторов электрической энергии. Поэтому в точках или зонах, в которых производится определение электрических величин, будет присутствовать векторная равнодействующая потенциала, значение которой зависит от количества биоэлектрогенераторов, их взаимного расположения, электрических параметров среды между биоэлектрогенераторами и местом, в котором определяется потенциал. Эта картина достаточно сложная и плохо поддающаяся аналитическому анализу. Поэтому понятие электрического диполя представляет интерес только для объяснения причин появления электрического потенциала и его изменений в течение времени. Исходя из него, разработана теория, на которой базируются методы исследования электрического поля сердца и другие электрофизические методы исследований.

Следует отметить, что диполи, если они в действительности существуют в биологическом организме, окружены средой, удельное сопротивление которой существенно вариабельно, зависит от температуры и распределено неоднородно около источника электрического поля. Разность потенциалов между отдельными зонами приводит к появлению между ними электрического тока, который дополнительно изменяет всю электрическую картину. К тому же, в зависимости от температуры и влажности внешней среды, температуры организма, от воздействия различных энергетических и психических факторов, электрическое сопротивление участков биологической ткани, а возможно и способность к генерации электрических зарядов существенно изменяются. Поэтому с помощью понятия о диполе пытаются хоть как-то объяснить наблюдающиеся при экспериментах проявления сверхсложных процессов, механизмы которых изучены пока недостаточно хорошо.