Особенности электропроводимости биологических тканей

Наряду с элементами, обладающими свойствами электролитов, биологические ткани содержат элементы (прежде всего, клеточные мембраны), обладающие выраженными свойствами диэлектриков. Если в электролитах под действием приложенной разности потенциалов возникает направленное движение ионов – электрический ток, то в диэлектриках в этом случае возникают явления поляризации – процессы перемещения связанных электрических зарядов и образование из–за этого собственного электрического поля, напряженность которого направлена против внешнего поля.Виды поляризации могут быть различными. Так дипольная (ориентационная) поляризация состоит в том, что под действием внешнего поля отдельные полярные молекулы веществ ориентируются в соответствии с направлением этого поля. В растворах веществ, молекулы которых обладают большим дипольным моментом, дипольная поляризация вызывает внутри диэлектрика значительное уменьшение напряженности внешнего электрического поля. Так для воды диэлектрическая проницаемость e = 81.

Для биологических объектов весьма существенна макроструктурная поляризация. Она обусловлена тем, что электролиты, содержащиеся в структурных элементах клетки, окружены мембранами. Электрическое поле вызывает перемещение ионов электролита внутри отдельного проводящего слоя, а прохождение ионов через окружающую мембрану затруднено из-за ее низкой проводимости. Таким образом, в структуре ткани возникают образования с установившимся разделением электрических зарядов, которые обладают гигантским (по сравнению с отдельными молекулами) дипольным моментом. Суммарное электрическое поле этих образований направлено против внешнего поля, чем и объясняется высокое значение диэлектрической проницаемости тканей, измеренное в постоянном электрическом поле.

Следует подчеркнуть, что макроструктурная поляризация, сильно влияющая на электропроводимость тканей, происходит не только на цитоплазматической мембране (как упрощенно представлено на рис.1) но и проявляется на отдельных клеточных структурах, имеющие собственные мембраны.

Электрические свойства тканей и органов сильно различаются. Значение удельного сопротивления (r) и удельной электропроводимости (g) для некоторых тканей и жидкостей приведены в таблице 1.

Таблица 1

Хорошей электропроводимостью обладают жидкие среды организма- спинно-мозговая жидкость, кровь, лимфа. Большое сопротивление имеют эпидермис кожи, соединительная ткань (связки, сухожилия) и, особенно, кость без надкостницы. Однако, электропроводимость отдельных участков организма определяется не только значениями электропроводимости тканей, входящих в их состав, но и их топографией и функциональным состоянием. Мягкие ткани внутренних органов человека обладают сравнительно небольшим сопротивлением – десятки и сотни Ом (в расчетах по обеспечению электробезопасности сопротивление тела человека без кожных покровов принимается равным 1000 Ом.) Реально, из–за наличия кожных покровов, имеющих высокое удельное сопротивление, измеряемое на поверхности тела, сопротивление отдельных его участков значительно больше и сильно зависит от их выбора.