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

6 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

61781. Сон для здоровья человека 36.46 KB
  Цели: Создать представление о значений сна для здоровья человека. Ознакомить с правилами подготовки ко сну. Задачи урока: Образовательная: рассмотреть знания о физиологии механического сна. Развивающая: Развить психологические принципы: речь, память мышление.
61782. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОТЫ МАГАЗИНОВ «КУЛИНАРИИ» 18.02 KB
  Цели: Образовательные: углубить знания по организации работы магазинов кулинарии Ракитянского РАЙПО; рассмотреть ассортимент товаров и предоставляемых услуг поставщиков с которыми работает магазин Развивающие: развивать умение применять знания теории на практике умение сравнивать делать выводы; развивать наблюдательность самостоятельность.
61783. Англія – від англосаксонських королівств до Вільгельма Завойовника (V – XI ст.) 20.33 KB
  Король Екберт обєднав під своєю владою всі англосаксонські королівства. Король Альфред Великий Обєднання Англії не врятувало її від вторгнення норманів серед яких переважали датчани. Такими засобами король зміг протистояти завойовникам і навіть отримати над ними ряд перемог.
61787. Твір-оповідання на самостійно обрану тему 14.18 KB
  Мета: формувати текстотворчі вміння з урахуванням специфіки художнього тексту конкретного літературного жанру; формувати вміння здобуті на уроках літератури й мови теоретичні знання застосовувати на практиці...
61788. Твір-опис “Якими фарбами я намалюю щастя” 11.82 KB
  Хто зображений на малюнку що робить як це його характеризує; які предмети речі зображено якими кольорами як вони допомагають розкрити творчий задум; уявіть що ви на місці художника як би ви зобразили цю тему що саме ви хотіли сказати своїм малюнком чи вдалося вам це зробити...
61789. Предмет астрономії. Ії розвиток та значення в житті суспільства. Методи та засоби астрономічних спостережень 304.71 KB
  Світоглядна роль усвідомлення людьми положення Землі у Всесвіті пізнання законів за якими рухаються та розвиваються космічні обєкти. Збагачує важливими даними інші науки фізику хімію проводить дослідження речовин у станах яких неможливо досягти на Землі.