89650

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ ТКАНЕЙ

Доклад

Биология и генетика

Применительно к диполям соответствует максимальной частоте ЭМП которую они способны воспроизвести своими поворотами в нем за счет чего достигается максимально возможная компенсация внешнего поля собственным ЭП диэлектрика. Эту зависимость выражает формула: где K – постоянная Больцмана; T – температура среды в которой вращаются молекулы под действием ЭМП; вязкость этой среды; радиус полярной молекулы. Неодинаковые величины разных тканевых компартаментов способных поляризоваться в ЭМП обуславливают неравномерный ход кривой ...

Русский

2015-05-13

108.94 KB

1 чел.

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ ТКАНЕЙ

Диэлектрические свойства биологических тканей определяются присутствием в них воды, растворенных в ней макромолекул, а также компартамезацией клеточных структур. Компартамезация, обеспечивая оптимальные условия для внутриклеточных биохимических процессов, вместе с тем придает живым тканям сегнетоэлектрические свойства. Показано, что физические среды, в которых чередуются слои очень низкой и высокой , обладают сегнетоэлектрическими свойствами, если по обе стороны каждого слоя с низкой присутствуют разные электрические заряды. Такие структуры подобны доменам с одинаковой ориентацией дипольных моментов. Цитозоль и содержимое многих органелл обладают относительно высокой  , а БМ – крайне низкой (порядка ). Поэтому каждая органелла на БМ которой поддерживается разность потенциалов между цитозолем и ее содержимым, имеет значительный дипольный момент подобно домену в сегнетоэлектрике. За счет таких заряженных компартаментов живые ткани обладают высокой . В постоянном электрическом поле оно достигает десятка тысяч.

Как и всякому домену, каждому внутриклеточному компартаменту присуща не высокая характеристическая частота релаксации. Применительно к диполям соответствует максимальной частоте ЭМП, которую они способны воспроизвести своими поворотами в нем, за счет чего достигается максимально возможная компенсация внешнего поля собственным ЭП диэлектрика. Диапазон разных внутриклеточных компартаментов находиться в пределах от Гц до 1 кГц. Поэтому компартаменты вносят основной вклад в диэлектрические свойства биологических тканей именно на низких частотах.

На более высоких частотах диэлектрические свойства определяются полярными макромолекулами, сосредоточенными как в цитоплазме, так и в клеточных мембранах. В СВЧ полях основной вклад в эти свойства вносит вода.

У разных белковых молекул охватывает диапазон от 10 кГц до 100 мГц и зависит от их размеров, а также от вязкости окружающей среды. Эту зависимость выражает формула:

,

где K – постоянная Больцмана; T – температура среды, в которой вращаются молекулы, под действием ЭМП; - вязкость этой среды; -радиус полярной молекулы.

Важно отметить, что молекулы одинаковых размеров, пребывая в средах с разной вязкостью (например в цитозоле и БМ) обладают не одинаковой .

Характеристическая частота релаксации внутриклеточный воды такая же, как и дистиллированной (). Дипольные моменты у них также одинаковы (~1,84 дебая). Именно в воде, входящей в состав живых тканей, происходят основные диэлектрические потери при действии на организм СВЧ излучений поскольку   совпадает частота сантиметровых радиоволн.

Неодинаковые величины разных тканевых компартаментов, способных поляризоваться в ЭМП, обуславливают неравномерный ход кривой , отображающей зависимость ткани от ЭМ колебаний, воздействующих на нее. На зависимости можно выделить три участка, где кривая идет круче, чем в промежутках. Эти участки называют зонами дисперсии (релаксации) и их обозначают греческими буквами .

Первый участок (- дисперсия) соответствует низкочастотному диапазону до 1 кГц. Он обусловлен поляризацией внутриклеточных компартаментов, с которыми связаны сегнетоэлектрические свойства живых тканей. В силу значительной инерционности релаксационных процессов в доменах - компартаментах вращение этих гигантских диполей запаздывает относительно направления внешнего ЭМП даже на низких частотах, что проявляется в уменьшении по мере увеличения . Некоторый вклад в - дисперсию вносит релаксация зарядов на фасциях, внутриорганных соединительно тканных прослойках, клеточных поверхностях.

Второй участок (- дисперсия) отображает изменение поляризации макромолекул по мере повышения частоты внешнего ЭМП. В скелетной мышце -дисперсия наблюдается в диапазоне частот от до Гц. Снижение по мере повышения в этом диапазоне зависит от того, что все менее крупные макромолекулы не успевают поворачиваться в соответствии с частотой внешнего ЭМП, когда она не успевает превосходить той или иной полярной молекулы. Очевидно, что Гц является частотой соответствующей наименее инерционных пептидных молекул.

Третий участок (- дисперсия) приходиться на частоты выше Гц, чему соответствует  . Поскольку воде свойственно несколько значений лежащих около 20 ГГц (явление многоструктурной воды), то изменение уменьшиться потому, что даже такие мелкие молекулы, как , не успевают совершать повороты с частотой, соответствующей частотному диапазону -дисперсии.

На более высоких частотах (до Гц) может проявляться электронная поляризация, характерная для атомов, и обусловленная смещением оболочек у атомов.

В живых тканях, ввиду того, что им наряду с электропроводностью присущи другие свойства, под действием внешнего ЭМП возникают и токи проводимости, и токи смещения. По мере повышения частоты ЭМП роль тока смещения в биологическом эффектах электромагнитного излучения возрастает и становиться ведущей на частоте выше Гц. Сказанное выше хорошо характеризует различные виды высокочастотной электротерапии: если при диатермин (МГц) тепловой эффект связан прежде всего с током смещения.

Клеточные мембраны принято рассматривать по аналогии с диэлектриком в виде плоских конденсаторов. В этой связи поведение мембран при воздействии ЭМП характеризует электрическая емкость, приведенная к 1 мембранной поверхности. Эта величина () называется удельной емкостью БМ и имеет размерность . Очень велика плазмолемы гладкомышечного волокна млекопитающих - около 30 . Нервные волокна многих животных имеют плазматические мембраны, … которых находиться в пределах единиц .

Чтобы учесть зависимость энергетических преобразований на емкости от частоты внешнего ЭМП, используется понятие емкостного сопротивления:

 

Эта величина служит коэффициентом преобразования энергии внешнего ЭМП в электрическую энергию, накапливаемую конденсатором в течение половины периода воздействующих ЭМ колебаний. 4 см больше … БМ, тем меньший электрический заряд она способна удержать на себе и тем меньшая доля энергии внешнего ЭМП превратиться в электрическую энергию.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

67987. Иван Михайлович Комов 201.5 KB
  В своем очерке посвященном общественно-историческим условиям в России во второй половине XVIII века считаю нужным указать наиболее важные для исторические черты с точки зрения развития и влияния на формирование Комова И. Иван Михайлович Комов Комов Иван Михайлович 1750-1324.
67988. Иван Владимирович Тюрин 132.5 KB
  Официальная биография говорит, что Иван Владимирович Тюрин родился 3 ноября 1892 году в селе Верхние Юшады Мензелинского района Уфимской области. Однако по воспоминаниям М. Оберландер, дочери И.В. Тюрина, в этом селе его крестили, а родился Иван Владимирович в доме своих родителей, Владимира Ивановича и Анастасии Васильевны...
67989. Определение концентрации Ge в эпитаксиальных пленках SixGe1-x/Si методом Оже-спектроскопии 749 KB
  Данное пособие подготовлено в рамках работ по проекту «Научно-образовательный центр Физика твердотельных наноструктур Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского» Российско-американской программы «Фундаментальные исследования и высшее образование».
67990. Розвиток освіти в Іспанії 164.5 KB
  Перші школи в Іспанії як і в ін. школи для бідних а також ряд шкіл і колегіумів при інститутах створених педагогамигуманістами. Працюючим були доступні лише початкові школи але їх не вистачало. Незважаючи на те відповідно до конституції 1931 і закону 1933 школи релігійних організацій...
67991. Навчання в Росії в 11-14 століттях 116.5 KB
  Історичні зведення про російські школи убогі. Аж до XVІІ століття, коли святитель Дмитрій Ростовський влаштував перші народні школи. Істотно те, що характер народної освіти в Руській державі споконвічно складається як церковний і сімейний. Церковним було мистецтво, зачинателем якого став...
67992. Освітня справа доби гетьманату (квітень — грудень 1918 року) 138 KB
  Щоб зрозуміти погляд П. Скоропадського на державу, треба пояснити, у якому середовищі формувався світогляд гетьмана і в якому контексті доводилося йому діяти. Насамперед він був глибоко пов’язаний з історичною традицією. П. Скоропадський належав до старого козацького роду, серед якого був...
67993. Історичні умови, освіта і наука в період українського культурного відродження ХIХ століття 60.5 KB
  У кінці XVIII ст. територія України була розділена між Австрійською (увійшло 20% площі) і Російською (80%) імперіями. До цього часу завершилася ліквідація української державності. В обох імперіях розгалужений бюрократичний апарат повністю контролював всі сторони життя суспільства.
67994. РОЗВИТОК ШКОЛИ Й ПЕДАГОГІЧНОЇ ДУМКИ НА БУКОВИНІ 129.5 KB
  Еволюція українського шкільництва й педагогічної думки Буковини протікала в загальнонаціональному руслі історії України й належить до цінних надбань виховної культури українського народу. Тим більше, що на цій предковічній території з давніх часів жили українські племена, переважно тиверці та уличі.