Электропроводность тканей сердца

Основные электрические свойства тканей организма

Электропроводность тканей сердца

⇐ Предыдущая17181920212223242526Следующая ⇒

Все нормальные функции организма человека обусловлены электрическими взаимодействиями. Работа мышц, в том числе дыхание и удары сердца, контролируются электрическими токами.

Информация, получаемая различными органами чувств, передаётся в мозг с помощью электрических сигналов.

Хотя электрические токи участвуют в функционировании организма, токи от внешних источников при прохождении через органы могут вызвать их повреждения или даже смерть человека.

Биологическим объектам присущи такие электрические свойства, как сопротивление и емкость.

Ткани организма человека обладают свойствами как проводников, так и диэлектриков. Наличие свободных ионов в клетках и тканях обуславливает проводимость этих объектов.

Диэлектрические свойства и величина диэлектрической проницаемости определяются структурными компонентами и явлениями поляризации.

Биологические ткани обладают омическим (активным) сопротивлением благодаря наличию в них свободных ионов. Наличие омического сопротивления в тканях подтверждается нагревом ткани при прохождении через неё постоянного тока.

Биологическая ткань обладает электрической емкостью: мембрана клетки по своим электрическим свойствам является диэлектриком, внутри клетки у мембраны скапливаются отрицательные заряды, снаружи положительные заряды. Разноименные заряды, разделенные диэлектриком, представляют конденсатор.

Обладая емкостью, биоткань обладает емкостным сопротивлением: .

где, – частота тока, – емкость.

Вышеуказанными свойствами обладают токопроводящие ткани и жидкости в составе организма. К ним относятся: нервная ткань, влажная кожа, мозговая ткань, ликвор, кровь и т.д.

В состав организма входят и токонепроводящие тканидиэлектрики. К диэлектрикам в составе организма относятся: сухая кожа, жировая ткань, кость без надкостницы, сухожилия, роговица глаза, ногти, обезжиренный волос

Основной характеристикой диэлектрика является диэлектрическая проницаемость вещества ,которая определяется отношением напряженности электрического поля в данной среде к напряженности поля в вакууме:

где – напряженность электрического поля в веществе и в вакууме.

Электропроводность – это величина, обратная омическому сопротивлению :

Представим таблицу электропроводностей ряда тканей.

Вид тканиЭлектропроводность (сименс)
ЛикворКровьМыщцыВнутренние органыНервная тканьСухожилиеКость 0,018 0,006 0,005 0,002-0,003 0,0007 10-4 10-9

Электропроводность тканей и органов зависит от их функционального состояния, и следовательно может быть использована как диагностической показатель.

5.2. Электропроводность клеток и тканей при постоянном токе. Поляризация и её виды .

Известно, что сопротивление является коэффициентом пропорциональности между током и разностью потенциалов:

– закон Ома.

Однако для живых тканей было установлено, что сила тока после наложения разности потенциалов непрерывно уменьшается. Представим изменение этого тока во времени графически:

Поляризацией называется процесс перемещения связанных зарядов под действием электрического поля и образованием вследствие этого электродвижущей силы, направленной против внешнего поля.

При прохождении тока через биологическую систему в ней возникает ЭДС поляризации, которая уменьшает приложенную к объекту эффективную ЭДС, что и приводит к уменьшению тока.

Объясним это на рисунке:

Движущийся ион создаёт дополнительное электрическое поле (на рисунке показано пунктиром) которое направлено в сторону, противоположную внешнему полю.

Тогда:

закон Ома для живой ткани

где, ЭДС поляризации, как функция времени.

Возникновение ЭДС поляризации, главным образом связано с способностью живых клеток накапливать заряды при прохождении через них электрического тока, т.е. с их емкостным свойствами.

Рассмотрим виды поляризации, которые (в той или иной степени) присущи биологическим объектам. Временем релаксации поляризации называется время возникновения поляризации после мгновенного наложения электрического поля.

Вид поляризацииМеханизм поляризацииВремя релаксации (сек)
Электронная Смещение электронов на своих орбитах относительно положительно заряженных ядер в атомах и ионах. Таким образом, атом превращается в диполь с направлением, противоположным внешнему полю. 10-16 – 10-14

Источник: https://lektsii.org/17-26445.html

1.5. Электрическая проводимость крови

Электропроводность тканей сердца

смотреть полное содержание данной работы ↓

закрыть

Эти свойства важны для широкого спектра задач биоинженерии, среди которых диагностические методы исследования: кондуктометрия (измерение расхода крови, измеряемое по изменению сопротивления); импедансные методы диагностики, а также большое количество терапевтических методов, в которых на кровеносные сосуды осуществляется электромагнитное воздействие, спектр которого простирается от инфранизких частот до оптического диапазона.
  Спектры диэлектрической проницаемости e и проводимости g крови с хаотически ориентированными эритроцитами и в отсутствие потока (без движения) представлены на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Зависимости диэлектрической проницаемости и проводимости крови и плазмы от частоты.

Если, пользуясь этими данными, оценить максвелловское время релаксации для крови, то получим, что вплоть до частот порядка 106 Гц кровь является проводником, а при частотах более 102-103 Мгц – диэлектриком.

График отражает тот факт, что измерение проводимости крови часто проводят на переменном токе в частотном диапазоне от 102 до 105-106 Гц.

На практике различают две области практических интересов: электрофизические свойства покоящейся и движущейся крови. Рассмотрим первую из областей.

Температура

Рис. 1.7. Зависимость проводимости консервированной крови от температуры при различных показателях гематокрита.

С увеличением температуры проводимость растет, причем для более концентрированной крови эта зависимость менее выраженная (рис. 1.7).

С увеличением температуры эритроциты становятся более сфероподобными, и при T=42-43 0С почти превращаются в сферу, а при 450 С происходит денатурация белков в мембранах эритроцитов.  Показатель гематокрита. С увеличением Ht увеличивается r  (g  уменьшается), кроме того, и e  увеличивается.

Эмпирических зависимостей удельного сопротивления покоящейся крови от показателя гематокрита в литературе много, но на практическе используют два типа зависимостей:

а) линейная

б) экспоненциальная   a, а, b — коэффициенты, полученные методами оптимизации экспериментальных зависимостей при T=370С. Например, для капиллярной и венозной крови используют следующие зависимости. r=13,5 +4,29 Ht(%)

r=52,74+3,17Ht(%)

 Форма и размеры эритроцитов

Увеличение размера эритроцита приводит к росту как общего импеданса, так и r и e. Четких количественных данных по этому вопросу мало, однако установлено, что если брать эритроциты разных животных, либо менять форму эритроцитов человека, то зависимость r и e от Ht существует (рис. 1.8).

Рис. 1.8. Влияние формы эритроцитов на диэлектрическую проницаемость суспензии эритроцитов в физиологическом растворе.

В подобных опытах изменение формы эритроцитов осуществляют обычно двумя способами: нагрев крови, либо помещают эритроциты в раствор с низким осмотическим давлением (рис.1.9).

Рис. 1.9. Изменение формы нормального эритроцита в растворах различной осмолярности.

Рассмотрим вторую область практических интересов.

1.5.2. Электропроводность движущейся крови

На рис. 1.10 представлены основные процессы, влияющие на электрофизические свойства движущейся крови.

Рис. 1.10.

Дадим краткую характеристику относительно мало значимых (в большинстве практических ситуаций) первых четырех эффектов. 1. Образование агрегатов эритроцитов. Агрегация идет при малых скоростях течения, а точнее при малых скоростях сдвига. Пороговые значения, по данным экспериментов в кровеносных сосудах человека составляют:

VЈ0.2 (См/с);  2.7 с-1

Эти значения говорят о том, что практически для всех сосудов, кроме крупных венозных, влияние агрегации на электропроводность несущественно. 2. Формирование смазочного слоя плазмы. В кровеносном сосуде образуется пристеночный слой чистой плазмы (смазочный слой), характерный размер d которого зависит от числа Рейнольдса и скорости сдвига. Для всех кровеносных сосудов, кроме капилляров, (в которых имеет место «поршневое» движение эритроцитов) толщина смазочного слоя не превышает 5-6 мкм. Удельное сопротивление плазмы в 2-3 раза меньше, чем крови. Отсюда по схеме параллельного включения нетрудно оценить вклад смазочного слоя, например в продольное, электрическое сопротивление крови в кровеносном сосуде.

3. Перераспределение эритроцитов в потоке крови. Этот эффект при физиологических значениях гематокрита дает малый вклад в изменение проводимости движущейся крови. Идея состоит в том, что с увеличением скорости профили зависимости гематокрита от радиуса сосуда становятся более вытянутыми (эритроциты сконцентрированы в ядре потока).

Рис. 1.11. Профили линейной скорости и гематокрита в кровеносном сосуде.

На рисунке 1.11 качественно представлены профили скорости и соответствующие им распределения концентрации эритроцитов по сечению сосуда. Во втором случае профиль H2(r), более вытянут.

Продольное сопротивление столбика крови в кровеносном сосуде определяется, как бы двумя областями: центральной (ядро потока), в которой сосредоточено большинство эритроцитов, и пристеночной, которая обеднена эритроцитами.

Продольное электрическое сопротивление сосуда можно оценить, представив его параллельно включёнными сопротивлениями соответствующих областей.

Прямые эксперименты показали, что если взять обычные эритроциты и измерять продольное сопротивление столба крови в жёстком сосуде, а затем изменить форму тех же эритроцитов – сделать их сферическими, например, за счёт нагрева, то изменения в сопротивлении движущегося и покоящегося потока исчезают.

Эксперименты показали, что вклад этого эффекта в изменение проводимости находиться в пределах 3-4 %, в то время как, реальные изменения проводимости при движении крови составляют 15-25%. 4. Деформирование (каплеобразное вытягивание) эритроцитов в потоке крови.

При достаточных скоростях сдвига эритроциты в потоке превращаются в вытянутые эллипсоиды (каплеобразные эллипсоиды). Вклад этого эффекта в изменение r и e экспериментально оценить трудно, так как он проявляется на фоне присутствия всех пяти эффектов. Теоретические оценки, в которых принималась модель, состоящая из плазмы и эритроцитов разных форм, дает оценку не более 1-3%.

Подводя итог первым четырем процессам, следует отметить, что все вместе взятые они, хоть и существуют, но не определяют экспериментально наблюдаемые 15-20 % изменения удельного сопротивления крови возникающего при её движении.

Эксперименты проводились с использованием жесткой цилиндрической трубки, в которой поток крови создавался пневматическим желудочком аппарата Искусственное Сердце (ИС).

На входе в измерительную часть системы эритроциты перемешивались в специальных резервуарах кубической формы до достижения хаотической ориентации, что контролировалось измерением сопротивлений в трёх перпендикулярных направлениях. Длина входного участка l выбиралась исходя из того, чтобы исключить влияние эффектов формирования входного профиля скорости.

Это достигалось выполнением известных в литературе условий: lі k Rтрубки×Re, Т=37С., k=0.08-0.09, где k – безразмерный коэффициент, значение которого заимствовано из литературных данных,

Re – число Рейнольдса, Re=*2Rr/h

Рис. 1.12. Схема установки для исследования ориентационных эффектов.

Так для диаметра трубки равного 4 мм, вязкости крови 3×10 -3 Па×с (близкое к минимальному значению вязкости крови для кровеносных сосудов среднего калибра), средней скорости в ячейке 1 м/с получим для длины входного участка l>1 м.

На установке создавались близкие к прямоугольным импульсам потока крови, и измерялось сопротивление на частоте 10 кГц (рис. 1.12).

При этом меняли гематокрит и скорость сдвига (за счет разных значений ударных выбросов желудочка искусственного сердца).

Основные результаты исследований

На рисунке 1.13 приведены результаты синхронных измерений средней по сечению трубки скорости и процентного изменения продольного удельного электрического сопротивления крови в процентах.

Рис. 1.13. Графики средней скорости и продольного удельного сопротивления потока крови в измерительной ячейке.

Из представленных данных видно, что при ускорении потока крови происходит резкое уменьшение продольного сопротивления с малыми временами релаксации.

Когда поток установился, сопротивление практически постоянно и монотонно релаксирует к значению для покоящейся крови с существенным характерным временем.

Абсолютные значения изменения удельного сопротивления зависят от показателя гематокрита и скорости сдвига. Видно, что ускоряющийся поток крови практически не имеет задержки t­

Источник: http://electrobezopasnost1.narod.ru/electrotravmi/vozdeystvie_elektricheskogo_toka_na_cheloveka/elektricheskaya_provodimost_krovi.html

Нарушения сердечной проводимости

Электропроводность тканей сердца
Наиболее характерны следующие симптомы:

  • головокружение, предобморочные состояния, иногда обмороки;
  • ощущение « замирания» сердца;
  • одышка, чувство нехватки воздуха;
  • постоянная слабость, утомляемость, крайне низкая работоспособность;
  • « провалы» в памяти, резко возникающее беспокойство, некоторая неадекватность поведения, внезапные падения (в особенности у пожилых людей), которые часто становятся причинами травм;
  • редкий пульс.

По степени нарушения проведения по элементу проводящей системы сердца выделяют:

  • неполную (частичную) блокаду – проведение импульса замедлено;
  • полную блокаду – проведение импульса отсутствует.

По уровню локализации (расположению) блокады различают:

  • синоатриальную (синусовую блокаду) – нарушение проведения импульса из синусового узла в предсердия;
  • межпредсердную блокаду – нарушение проведения импульса по проводящей системе предсердий;
  • атриовентрикулярную блокаду – нарушение проведения импульса на уровне атриовентрикулярного узла (второго элемента проводящей системы сердца, расположенного между предсердиями и желудочками) или ствола пучка Гиса (третий уровень проводящей системы, локализованный в желудочках);
  • блокаду ножек пучка Гиса (элементы проводящей системы, образованные при разветвлении ствола пучка Гиса).

Выделяют 5 групп причин нарушения сердечной проводимости.

  • Кардиальные (сердечные) причины:
    • ишемическая болезнь сердца (недостаточное кровоснабжение и кислородное голодание) и инфаркт миокарда (гибель участка сердечной мышцы от кислородного голодания с дальнейшим замещением его рубцовой тканью);
    • сердечная недостаточность (состояние, при котором сердце неполноценно выполняет свою функцию по перекачиванию крови);
    • кардиомиопатии (заболевания сердца, проявляющиеся в повреждении сердечной мышцы);
    • врожденные (возникшие внутриутробно) и приобретенные пороки сердца (серьезные нарушения в строении сердца);
    • миокардиты (воспаление сердечной мышцы);
    • хирургические вмешательства и травмы сердца;
    • поражение сердца при аутоиммунных заболеваниях (повреждении иммунитетом собственных тканей организма);
    • артериальная гипертензия (стойкое повышение артериального давления).
  • Некардиальные причины:
    • нейрогенная – нарушения функции нервной системы (вегетососудистая дистония);
    • гипоксическая – недостаток поступления кислорода, вызванный заболеваниями дыхательной системы (бронхиты, бронхиальная астма), анемиями (малокровием).
    • эндокринные заболевания (сахарный диабет, заболевания щитовидной железы и надпочечников).
  • Лекарственные (медикаментозные) причины — длительный или бесконтрольный прием некоторых лекарств, таких как:
    • сердечные гликозиды (препараты, улучшающие функцию сердца при снижении нагрузки на него);
    • антиаритмические препараты (могут вызывать нарушения ритма);
    • диуретики (лекарства, усиливающие выработку и выведение мочи).
  • Электролитные нарушения (изменение пропорций соотношения электролитов (элементов солей) в организме – калия, натрия, магния).
  • Токсические (отравляющие) воздействия:
  • Идиопатические блокады – возникающие без видимой (обнаруживаемой при обследовании) причины.

LookMedBook напоминает: что данный материал размещен исключительно в ознакомительных целях и не заменяет консультацию врача!

Диагноз нарушений сердечной проводимости может быть установлен на основании:

  • анализа жалоб (на чувство « перебоев» в работе сердца, одышку, слабость, чувство нехватки воздуха, панику) и анамнеза заболевания (когда появились симптомы, с чем связывается их появление, какое лечение проводилось и его эффективность, как изменялись симптомы заболевания с течением времени);
  • анализа анамнеза жизни (перенесенные заболевания и операции, вредные привычки, образ жизни, уровень труда и быта) и наследственности (наличие заболеваний сердца у близких родственников);
  • общего осмотра, прощупывания пульса, аускультации (выслушивания) сердца (врач может обнаружить изменение ритма и частоты сокращений сердца, перкуссии (простукивания) сердца (врач может выявить изменение границ сердца, вызванное его заболеванием, которое является причиной блокады);
  • показателей общего и биохимического анализа крови и мочи, анализа на гормональный статус (уровень гормонов) – может выявить экстракардиальные (не связанные с заболеваниями сердца) причины блокады;
  • данных электрокардиографии (ЭКГ) – позволяет выявить изменения, характерные для каждого вида блокады;
  • показателей суточного мониторирования ЭКГ (холтеровского мониторирования) – диагностической процедуры, которая заключается в ношении пациентом портативного аппарата ЭКГ в течение суток. При этом ведется дневник, в котором записываются все действия больного (подъем, приемы пищи, физическая нагрузка, эмоциональное беспокойство, ухудшения самочувствия, отход ко сну, пробуждение ночью). Данные ЭКГ и дневника сверяются, таким образом, выявляются непостоянные нарушения сердечной проводимости (связанные с физической нагрузкой, приемом пищи, стрессом, или ночные блокады);
  • результатов массажа каротидного синуса (области сонной артерии, где располагаются группы нервных клеток, способных изменять частоту сердечных сокращений) – по изменениям на ЭКГ можно различить между собой некоторые виды блокад, определить истинную блокаду;
  • данных электрофизиологического исследования (стимуляции сердца небольшими электрическими импульсами с одновременной записью ЭКГ) – чрезпищеводного (электрод подводится через пищевод, возможна стимуляция только предсердий) или инвазивного (электрод подводится в полость сердца путем введения специального катетера через крупный кровеносный сосуд) – применяется в случаях, если результаты ЭКГ не дают однозначной информации о виде аритмии, а также для оценки состояния проводящей системы сердца;
  • данных эхокардиографии — ЭхоКГ (ультразвукового исследования сердца) – позволяет выявить кардиальные причины блокад (заболевания сердца, приводящие к нарушению сердечной проводимости);
  • результатов нагрузочных тестов – запись ЭКГ во время и после физической нагрузки (приседаний, ходьбы на беговой дорожке или занятиях на велотренажере) – позволяют выявить блокаду, возникающую при физической нагрузке, определить реакцию сердца на нагрузку, исключить ишемию миокарда (недостаточное кровоснабжение и кислородное голодание сердечной мышцы);
  • ортостатической пробы (тилт-тест). Этот метод позволяет исключить диагноз « вазовагальный обморок» (эпизод потери сознания, связанный с резким расширением сосудов и замедлением сердечных сокращений), который может явиться причиной паузы в работе сердца. Суть процедуры заключается в том, что на специальной кровати пациент переводится в положение под углом 60 градусов. Проба проводится в течение 30 минут. В это время фиксируются показатели электрокардиограммы, проводят измерение артериального давления вручную или автоматически;
  • фармакологических проб (пробы с использованием медикаментов). Их используют для дифференциальной диагностики (отличие между собой похожих заболеваний) между истинным нарушением проводимости и нарушениями вегетативной нервной системы (автономная нервная система, регулирующая деятельность внутренних органов). При этом вводят определенные вещества, которые нейтрализуют влияние вегетативной нервной системы на проводящую систему сердца. Регистрируемая на этом фоне частота сердечных сокращений соответствует собственной частоте синусового узла. По формуле рассчитывают нормальное значение частоты собственного ритма сердца;
  • данных магнитно-резонансной томографии (МРТ) – проводится при неинформативности эхокардиографии, а также для выявления заболеваний других органов, которые могут являться причиной блокады;
  • показателей имплантируемого монитора ЭКГ (устанавливается при обмороках, предположительно аритмогенного генеза (вызванных аритмией)).

Возможна также консультация терапевта. 

  • Медикаментозное –  врач может назначить витаминные и общеукрепляющие препараты, диету (ограничение жирной и сладкой пищи, употребление большего количества свежих овощей и фруктов), а также препараты для излечения или уменьшения симптомов заболевания, вызвавшего блокаду (если причина известна).
  • Хирургическое – применяется при неэффективности медикаментозного лечения, частых обмороках и при злокачественном (угрожающем жизни) течении заболевания.

    Проводится установка электрокардиостимулятора (ЭКС) – маленького прибора, генерирующего правильный сердечный ритм, который задает сердцу правильные и ритмичные сокращения.

  • Внезапная сердечная смерть (прекращение сердечной деятельности (остановка сердца) на фоне полной блокады).
  • Сердечная недостаточность – состояние, при котором сердце становится неспособным выполнять свою функцию полноценно.

  • Усугубление течения заболевания, вызвавшего блокаду.
  • Инсульт (острое нарушение мозгового кровообращения) – гибель участка головного мозга из-за недостаточного поступления кислорода.
  • Тромбоэмболические осложнения (закупорка сосудов тромбами (сгустки крови)).
  • Соблюдение режима труда и отдыха.
  • Рациональное и сбалансированное питание (употребление продуктов с высоким содержанием клетчатки (овощи, фрукты, зелень), отказ от жареной, консервированной, слишком горячей и острой пищи).
  • Исключение стрессовых ситуаций.
  • Отказ от курения и употребления алкоголя.
  • Прием лекарственных средств под контролем врача.
  • Своевременная диагностика и лечение заболеваний сердца и других органов.
  • Обращение к специалисту при появлении симптомов заболевания.
  • Нормальный сердечный импульс формируется в синусовом узле – группе особых клеток, находящихся в стенке сердца, которые способны производить электрический импульс.
  • Далее этот импульс проводится по специальным волокнам в стенке сердца, которые называются проводящей системой сердца.
  • Эта система разветвляется на множество волокон, самые маленькие из которых подходят к каждому мышечному волокну сердечной стенки.
  • В результате этого при нормальном возникновении импульса в сердечной стенке, сердечная мышца сокращается слаженно, ритмично (то есть сокращения происходят через одинаковые временные промежутки), с оптимальной частотой сокращений (60 – 90 ударов в минуту).
  • Также проводящая система сердца отвечает за правильную последовательность сокращений предсердий и желудочков (камер, или отделов сердца).
  • Если происходят нарушения в функционировании вышеописанной системы, то возникают сбои в отлаженной работе сердца.
  • Заболевания сердца,  некоторые нарушения иннервации (регулирования нервной системой), воздействия лекарственных или ядовитых веществ, и некоторые другие факторы, могут привести к нарушениям сердечной проводимости (блокадам).

Источник: https://lookmedbook.ru/disease/narusheniya-serdechnoy-provodimosti

КрепкоеЗдоровье
Добавить комментарий