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

62647. Первые кругосветные путешествия 21.7 KB
  Дети кто знает что такое путешествие А кто ни будь из вас сам путешествовал И куда Как долго вы туда добирались А на чем А знаете что когда-то путешествие длилось 23 года и путешествовали на кораблях 3. Кругосветное путешествие это путешествие вокруг земного шара.
62650. Здоровые зубы – здоровью любы 852.17 KB
  Что больше всего привлекает ваше внимание в этот момент Зубы У этих улыбающихся людей ослепительные красивые улыбки Это потому что у них здоровые а значит красивые зубы. Однако просмотрев эти фотографии мы можем убедиться что не на всякие зубы приятно смотреть.
62651. Системный блок и его «начинка» 19.55 KB
  Цели: Образовательные: познакомить с системным блоком познакомить с внутренней комплектацией системного блока Развивающие: развивать умение разбираться в названия начинки системного блока.