Уравнение Фика для мембраны

Уравнение диффузии в однородной среде

Рассмотрим ситуацию, когда в однородную жидкую (газообразную) среду введено некоторое количество инородного вещества. Вначале распределение этого вещества по объему жидкости будет неравномерным. Однако с течением времени вследствие явлений переноса концентрации этого вещества в различных областях жидкости будут выравниваться.

Диффузия в однородной среде - явление самопроизвольного переноса массы вещества из области с большей концентрацией в область с меньшей концентрацией. Такой перенос называется пассивным транспортом.

Количественно диффузия описывается специальными параметрами.

1. Поток вещества через некоторую поверхность.

В пространстве, заполненном частицами диффундирующего вещества, выделим некоторое направление ОХ, вдоль которого изменяется концентрация частиц, и небольшой элемент поверхности, перпендикулярный этому направлению.

Потоком вещества (Ф) через элемент поверхности, который перпендикулярен направлению диффузии, называется количество этого вещества, переносимого через данный элемент за единицу времени.

2. Плотность потока вещества.

Плотностью потока вещества (J) называется отношение потока вещества (Ф) через элемент поверхности к площади этого элемента (S):

J=Ф/S

Уравнение Фика для мембраны

Уравнение Фика описывает диффузию в однородной среде. Модифицируем его для случая диффузии через мембрану. Обратим внимание на следующий известный факт: на границе раздела двух сред (например, воды и масла) обязательно имеет место скачкообразное изменение концентрации частиц диффундирующего вещества. Например, если в сосуд, в котором поверх воды налито масло, бросить соль, то ее концентрации в этих средах будут различны.

7. перенос заряженных частиц

Уравнение Фика описывает как пассивный транспорт незаряженных частиц, так и пассивный транспорт заряженных частиц в отсутствии электрического поля. Рассмотрим теперь транспорт ионов с учетом электрического поля внутри мембраны.

На отдельный ион в электрическом поле действует сила f₀ = qE, где Е - напряженность электрического поля, а q = Ze - заряд иона (Z - валентность иона). Напряженность поля выражается через градиент

Уравнению 11.11 можно придать более удобный вид, умножив обе его части на постоянную Авогадро (N_A):

8. пассивный транспорт

8.Пассивный транспорт имеет следующие разновидности:
Простая диффузия
Диффузия через канал
Облегченная диффузия, осуществляемая молекулами-переносчиками
Простая диффузия происходит без затраты энергии. Его направление определяется только разностью концентраций вещества по обеим сторонам мембраны (градиентом концентрации).
Путём простой диффузии в клетку проникают неполярные (гидрофобные) вещества, растворимые в липидах и мелкие незаряженные молекулы (например, вода).
Облегчённая диффузия обусловлена градиентом концентрации, и молекулы движутся соответственно этому градиенту и протекает следующим образом: молекула переносимого вещества связывается со специальной молекулой-переносчиком в единый комплекс, который легко проходит через мембрану, а на другой ее стороне распадается, отщепляя переносимую молекулу.
Диффузия через канал. Перенос вещества через каналы происходит без затраты энергии и направлен в сторону уменьшения концентрации молекул. Каналы, образованные интегральными белками, проявляют избирательность к разным ионам. Такая селективность канала к различным ионам определяется его формой и размерами, а также электростатическими свойствами аминокислот, выстилающих поверхность канала.

9. активный транспорт

9.Активный транспорт - это перенос растворённых веществ против градиента концентрации или электрохимического градиента с использованием энергии АТФ. Перенос вещества происходит в сторону большей концентрации.
Этот процесс не является диффузией и протекает за счет затраты энергии.
Энергия требуется потому, что вещество должно двигаться вопреки своему естественному стремлению диффундировать в противоположном направлении.
Самой распространенной системой активного транспорта является натрий-калиевый насос. Натрий-калиевые насосы работают за счет энергии гидролиза молекул АТФ
с образованием молекул АДФ и неорганического фосфата Ф:
АТФ = АДФ + Ф.
Натрий-калиевый насос работает обратимо: градиенты концентрации ионов К+ и Na+ способствуют синтезу молекул АТФ:
АДФ + Ф = АТФ.
Насос переносит из клетки во внешнюю среду три иона Na+ в обмен на перенос двух ионов К+ внутрь клетки.
Экспериментальная камера Уссинга, заполненная нормальным раствором Рингера, была разделена на две части свежеизолированной кожей лягушки. На рис.14 слева — наружная мукозная поверхность кожи, справа — внутренняя серозная. Наблюдались потоки ионов натрия через кожу лягушки: слева направо от наружной к внутренней поверхности и справа налево — от внутренней к наружной поверхности.На коже лягушки, разделяющей раствор Рингера, возникала разность потенциалов, причем внутренняя сторона кожи имела положительный потенциал по отношению к наружной. В установке имелся блок компенсации напряжения, с помощью которого устанавливалась разность потенциалов на коже лягушки, равная нулю, что контролировалось вольтметром. Кроме того, поддерживалась одинаковая концентрация ионов с наружной и внутренней стороны. При этих условиях, если бы перенос ионов натрия через кожу лягушки определялся только пассивным транспортом, то потоки ионов натрия должны были бы быть равны друг другу, а ток в цепи отсутствовать.
Однако было обнаружено, что в условиях опыта (отсутствие градиентов электрического потенциала и концентрации) через кожу лягушки течет электрический ток, следовательно, происходит односторонний перенос заряженных частиц. Установлено, что ток через кожу течет от внешней среды к внутренней. Методом меченых атомов было показано, что поток натрия внутрь больше, чем поток наружу.
Для этого в левый раствор экспериментальной камеры были включены радиоактивные изотопы Na22, а в правый — Na24. Изотоп Na22 распадается с излучением жестких γ-квантов. Распад Na24 сопровождается мягким β-излучением. Регистрация γ - и β - излучений показала, что поток Na22 больше потока Na24. Эти экспериментальные данные неопровержимо свидетельствовали о том, что перенос ионов натрия через кожу лягушки не подчиняется уравнению пассивного транспорта. Следовательно, имеет место активный перенос. Дальнейшие опыты показали, что истощение запасов АТФ в коже лягушки приводит к полной остановке однонаправленного потока ионов натрия.

10. мембранный потенциал

В процессе жизнедеятельности в клетках и тканях могут возникать мембранные разности электрических потенциалов вследствие градиента концентрации ионов и переноса ионов через мембрану. Поэтому, если электрические потенциалы цитоплазмы и внеклеточной жидкости различны, то разность этих потенциалов приложена именно к мембране. Эта разность потенциалов называется трансмембранным потенциалом или просто мембранным потенциалом
Концентрации различных ионов внутри и снаружи клетки неодинаковы. Во внеклеточном пространстве имеется избыток ионов Na+, Cl-, внутри клетки ионов К+. Они могут диффундировать через пористую белковую структуру мембраны. Скорости диффузии разных ионов различны.
Помимо указанных ионов внутриклеточные и внеклеточные жидкости содержат большое количество отрицательных ионов. Но размеры этих ионов больше, чем ионные каналы и их диффузионным эффектом можно пренебречь.

Трансмембранный потенциал частично обусловлен избирательной проницаемостью клеточной мембраны, что ограничивает скорость движения одного иона относительно другого. К+, например, может проникать через мембрану значительно быстрее,, чем С1. Если оба этих иона внутри клетки имеют более высокую концентрацию, чем вокруг нее, то более быстрая нетто-диффузия ионов К+ наружу по градиенту концентрации в конечном итоге приведет к возникновению более высокого отрицательного заряда внутри клетки, так как там останется избыточное количество С1

 Движение ионов через мембраны происходит частично благодаря электрохимическим градиентам и частично с помощью локализованных в мембранах насосов. Когда транспорт осуществляется по электрохимическому градиенту, ионы сначала присоединяются к особым участкам на мембране (пермеазам). Затем они проникают в клетку в соответствии с уравнением Нернста, если общий эффект градиента их концентрации по обе стороны мембраны и электрический трансмембранный потенциал обеспечивают движущую силу, направленную внутрь. Транс-, мембранные потенциалы образуются двумя путями 1) в результате диффузии как анионов, так и катионов, которые, однако, движутся через мембрану с разными скоростями 2) благодаря электрогенному транспорту с прямым использованием энергии для прокачивания протонов, анионов или катионов через мембрану против их электрохимических градиентов. Оба этих процесса всегда действуют таким образом, что внутри клетки создается более отрицательный заряд по сравнению с зарядом юне ее.

 

11. формула нернста

11.Если бы мембрана была пассивной структурой,т.е., разделяла бы два участка с одинаковым электрическим потенциалом, то ионы К+ диффундировали бы в обоих направлениях с одинаковой скоростью, и градиента концентрации не возникало бы. Но на поверхностях мембраны имеется двойной слой зарядов, и существует разность потенциалов, которая приблизительно равна-70 мВ. Эта разность потенциалов между цитоплазмой и окружающей средой называется потенциалом покоя. Он обусловливает наличие градиента концентрации различных ионов. Отметим, что жидкость с каждой стороны мембраны электрически нейтральна. Заряды имеются только на внутренней и внешней поверхности мембраны.
Разность потенциалов, которая обеспечивает равновесное отношение концентраций, дается уравнением Нернста:

 

 

В общем случае потенциал покоя дается уравнением Гольдмана-Ходжкина-Катца:

 

 

12. потенциал действия

При возбуждении клетки разность потенциалов между клеткой и окружающей средой изменяется – возникает потенциал действия.
Потенциалом действия называется электрический импульс, возникающий между внутренней и наружной сторонами мембраны и обусловленный изменением ионной проницаемости мембраны.
Рассмотрим распространение потенциала действия в нервном волокне. Нервная клетка или нейрон состоит из клеточного тела и выроста, называемого аксоном. Нейрон можно привести в возбужденное состояние в любой точке аксона электрическим, химическим или механическим способом.
При возбуждении аксона внезапно увеличивается проницаемость ионов Na+ (в 5000 раз и более). Большое количество ионов натрия устремляется в клетку, перекрывая ее отрицательный потенциал. За доли секунды возникает локальный положительный потенциал. Этот положительный потенциал, равный +40 мВ называется потенциалом действия. Потенциал действия начинает распространяться по обе стороны от возбужденной точки, пока не деполяризуется весь участок. После этого увеличивается проницаемость ионов К+ и они начинают диффундировать из клетки во внеклеточное пространство. Начинается фаза реполяризации и значение потенциала действия становится отрицательным, меньшим чем потенциала покоя. В этот момент начинают работать натрий-калиевые насосы, которые восстанавливают значение потенциала покоя, после чего весь процесс повторяется. Весь процесс занимает ~ 10 мс. Отметим, что генерация потенциала действия происходит по принципу «все или ничего» – процесс либо вообще не начинается, либо идет до конца.

13. ионные каналы в мембране

ионные каналы (ИК) - это сложные трансмембранные белковые структуры, пронизывающие клеточную мембрану поперёк в виде нескольких петель и образующие в мембране сквозное отверстие (пору). Канальные белки состоят из субъединиц, образующих структуру со сложной пространственной конфигурацией, в которой кроме поры обычно имеются дополнительные молекулярные системы: открытия, закрытия, избирательности, инактивации, рецепции и регуляции.Ионные каналы можно рассматривать как транспортный механизм, обеспечивающий перемещение ионов между цитоплазмной клетки и наружной средой.Селективность - это избирательная повышенная проницаемость ИК для определённых ионов. Для других ионов проницаемость понижена. Такая избирательность определяется селективным фильтром - самым узким местом канальной поры. Фильтр, кроме узких размеров, может иметь также локальный электрический заряд. Например, катион-селективные каналы обычно имеют в области своего селективного фильтра отрицательно заряженные остатки аминокислот в составе белковой молекулы, которые притягивают положительные катионы и отталкивают отрицательные анионы, не пропуская их через пору.

 

14. метод фиксации потенциала

. Метод локальной фиксации потенциала (гл. XXI, 6) позволяет осуществлять непосредственную запись тока через одиночные каналы (рис. XXI.24), что дает прямую информацию о его флуктуациях около среднего значения. Проводимость ко отдельных Ма-каналов варьирует от 4 до 24 пСм и слегка возрастает с температурой (<9/0 1,0-2,5). Плотность Ма-каналов в мембране достигает величин 500-2000 на один мкм. В промышленности используют различные материалы, отличающиеся химическим составом, степенью деформации, макроструктурой, термической обработкой, плотностью и другими физическими свойствами. Наличие в них дефектов вызывает локальное изменение свойств материала, которое может быть обнаружено с помощью различных МНК. Так, например, поверхностные и подповерхностные дефекты в ферромагнитных сталях могут быть обнаружены намагничиванием детали и фиксацией образующихся при этом полей рассеяния с помощью магнитных методов. В то же время такие же дефекты в изделиях, изготовленных из немагнитных сплавов, например жаропрочных, нельзя выявить магнитными методами. В данном случае необходим другой метод контроля, например электромагнитный. Однако и этот метод окажется непригодным, если изделие изготовлено из пластмассы. В этом случае поверхностные дефекты можно обнаружить капиллярными методами.

15. распространение нервного импульса

Если в каком-нибудь участке возбудимой мембраны сформировался потенциал действия, мембрана деполяризована, возбуждение распространяется на другие участки мембраны. Рассмотрим распространение возбуждения на примере передачи нервного импульса по аксону.И в аксоплазме, и в окружающем растворе возникают локальные токи: между участками поверхности мембраны с большим потенциалом и участками с меньшим потенциалом.
Локальные токиобразуются и внутри аксона, и на наружной его поверхности. Локальные электрические токи приводят к повышению потенциала внутренней поверхности невозбужденного участка мембраны φвн и к понижению φнар наружного потенциала невозбужденного участка мембраны, оказавшегося по соседству с возбужденной зоной. Таким образом, отрицательный потенциал покоя φп уменьшается по абсолютной величине, то есть повышается. В областях, близких к возбужденному участку,φм повышается выше порогового значения. Под действием изменения мембранного потенциала открываются натриевые каналы и дальнейшее повышение происходит уже за счет потока ионов натрия через мембрану.
Происходит деполяризация мембраны, развивается потенциал действия. Затем возбуждение передается дальше на покоящиеся участки мембраны.

 

1.Структурная схема съема, передачи и регистрации медико-биологической информации. Для того чтобы получить и зафиксировать информацию о состоянии и параметрах медико-биологической системы, необходимо иметь целую совокупность устройств.Первичный элемент этой совокупности - чувствительный элемент средства измерений, называемый устройством съема, - непременно контактирует или взаимодействует с самой системой, остальные элементы находятся обычно обособленно от медико-биологической системы.
Структурная схема измерительной цепи. Устройство съема преобразует информацию медико-биологического и физиологического содержания в сигнал электронного устройства. В медицинской электронике используются два вида устройств съема: электроды и датчики.
Завершающим элементом измерительной цепи является средство измерений, которое отображает или регистрирует информацию о биологической системе в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

Электроды - это проводники специальной формы, соединяющие измерительную цепь с биологической системой. К электродам предъявляются определенные требования: они должны быстро фиксироваться и сниматься, иметь высокую стабильность электрических параметров, быть прочными, не создавать помех, не раздражать биологическую ткань и т.п.
По назначению электроды для съема биоэлектрического сигнала подразделяют на следующие группы:

1) для кратковременного применения в кабинетах функциональной диагностики, например для разового снятия электрокардиограммы;

2) для длительного использования, например при постоянном наблюдении за тяжелобольными в условиях палат интенсивной терапии;

3) для использования на подвижных обследуемых, например в спортивной или космической медицине;

4) для экстренного применения, например в условиях скорой помощи.

2. Датчики медико-биологической информации. Датчиком называют устройство, преобразующее измеряемую или контролируемую величину в сигнал, удобный для передачи, дальнейшего преобразования или регистрации. Датчик, к которому подведена измерительная величина, т.е. первый в измерительной цепи, называется первичным.
В рамках медицинской электроники рассматриваются только такие датчики, которые преобразуют измеряемую или контролируемую неэлектрическую величину в электрический сигнал.

Использование электрического сигнала предпочтительнее, чем иных, так как электронные устройства позволяют сравнительно несложно усиливать их, передавать на расстояние и регистрировать. Датчики подразделяются на генераторные и параметрические.

Генераторные - это датчики, которые под воздействием измеряемого сигнала непосредственно генерируют напряжение или ток. Укажем некоторые типы этих датчиков и явления, на которых они основаны:

1) пьезоэлектрические, пьезоэлектрический эффект (см. гл. 14);
2) термоэлектрические, термоэлектричество (см. гл. 15);
3) индукционные, электромагнитная индукция (см. гл. 17);
4) фотоэлектрические, фотоэффект (см. 27.8).

Параметрические - это датчики, в которых под воздействием измеряемого сигнала изменяется какой-либо параметр. Укажем некоторые типы этих датчиков и измеряемый с их помощью параметр:

1) емкостные, емкость;
2) реостатные, омическое сопротивление;
3) индуктивные, индуктивность или взаимная индуктивность.

В зивисимости от энергии, являющейся носителем информации, различают механические, акустические (звуковые), температурные, электрические, оптические и другие датчики.
Датчик характеризуется функцией преобразования - функциональной зависимостью выходной величины у от входной х, которая описывается аналитическим выражением у = F (х) или графиком. Наиболее простым и удобным случаем является прямо пропорциональная зависимость у = kх.
Чувствительностью датчика называется величина, показывающая в какой мере выходная величина реагирует на изменение входной. Z=дельта Y/дельта X.

3. Передача сигнала. Радиотелеметрия. Снятый и усиленный электрический сигнал необходимо передать к регистрирующему (измерительному) прибору.Во многих случаях электроды или датчики, усилитель и регистрирующий прибор конструктивно оформлены как единое устройство. В этом случае передача информации не является технической проблемой. Однако измерительная часть может находиться и на расстоянии от биологической системы, такие измерения относят к телеметрии или даже несколько уже - к биотелеметрии. Связь между устройством съема и регистрирующим прибором при этом осуществляется либо по проводам, либо по радио. Последний вариант телеметрии называют радиотелеметрией. Этот вид связи широко используют в космических исследованиях для получения информации о состоянии космического корабля и его экипажа, в спортивной медицине - о физиологическом состоянии спортсмена во время упражнений. Например, с помощью антенны передатчика на шлеме спортсмена, излучающей радиоволны на расстоянии 300-500 м, можно фиксировать данные о его состоянии.Радиотелеметрия применяется также для эндорадиозондирования пищеварительного тракта. Миниатюрная капсула с радиопередатчиком заглатывается больным. По измерению частоты передатчика приемником, расположенным вблизи пациента, можно измерять давление, степень кислотности или щелочности, температуру и другие параметры в месте расположения капсулы.

6. Электронные усилители. Коэффицент усиления усилителя. Амплитудная характеристика усилителя. Нелинейные искажения.

Усилителями электрических сигналов или электронными усилителями называют устройства, увеличивающие эти сигналы за счет энергии постороннего источника. Они имеют вход, на который подается усиливаемый электрический сигнал, и выход, с которого снимается усиленный сигнал (рис. 22.1). Непременной частью всей системы является источник электрической энергии. Возможность усилителя увеличить поданный на его вход сигнал количественно оценивается коэффициентом усиления.

Он равен отношению приращения напряжения (силы тока, мощности) на выходе усилителя к вызвавшему его приращению напряжения (силы тока, мощности) на входе: _.……….

Амплитудная характеристика усилителя – зависимость амплитуды выходного сигнала от амплитуды входного гармонического сигнала.

Амплитудная характеристика усилителя напряжения (рис.22,2)
При усилении сигнала сложной формы в его спектре могут оказаться гармоники, амплитуды которых выходят за границы рабочего участка. В этом случае форма выходного сигнала будет отличаться от формы входного, т.е. возникнут нелинейные (амплитудные) искажения.

 

 

7. Частотная характеристика усилителя. Линейные искажения.

Если усиливаемый сигнал несинусоидальный, он может быть разложен на отдельные гармонические составляющие, каждой из которых соответствует своя частота. Так как в усилителях используются конденсаторы и катушки индуктивности, а их сопротивление зависит от частоты (см. 18.2), то коэффициент усиления для разных гармонических составляющих может оказаться разным. Отметим, что индуктивные свойства резисторов и емкостные свойства проводников, сколь бы малы они ни были, при увеличении частоты тоже могут оказать существенное влияние на коэффициент усиления. Таким образом, существенна зависимость к = Α(ω) или к = f(v), которая получила название частотной характеристики усилителя. Для того чтобы ангармонический сигнал был усилен без искажения, необходима независимость коэффициента усиления от частоты.

Частотная характеристика должна иметь вид k=const. На практике это не реализуется и приводит к искажениям, получившим название линейных или частотных.

8. Особенности усиления биоэлектрических сигналов

Специфика усилителей биопотенциалов определяется особенностями биопотенциалов:

• биопотенциалы - медленно изменяющиеся сигналы, поэтому полоса пропускания усилителя должна охватывать все низкие частоты;

• биопотенциалы - слабые сигналы, поэтому коэффициент усиления должен быть достаточно велик;

• выходное сопротивление биологической системы совместно с сопротивлением электродов обычно достаточно высокое.

Таким образом, при усилении биопотенциалов необходимо согласовывать сопротивление входной цепи усилителя и сопротивление биологической системы. В электрофизиологии считают, что R_вх должно в 10-20 раз превышать возможное значение R_б. Низкая частота биоэлектрических сигналов обуславливает использование специальных усилителей постоянного тока.

9. Разновидности генераторов электрических колебаний. Генератор гармонических колебаний на транзисторе.

Генераторами (электронными генераторами) называют устройства, которые преобразуют энергию источников постоянного напряжения в энергию электромагнитных колебаний различной формы. По принципу работы различают генераторы с самовозбуждением и генераторы с внешним возбуждением. Генераторы с самовозбуждением: их подразделяют на генераторы гармонических (синусоидальных) колебаний и генераторы импульсных (релаксационных) колебаний.
Рассмотрим принцип работы генератора на транзисторе (рис. 23.1), в котором возникают автоколебания, близкие к синусоидальным.

Колебательный контур Х_кС_к расположен в цепи коллектора.

Катушка L_ос, выполняет роль обратной связи. Источником энергии служит батарея E. В качестве клапана, пропускающего в контур энергию в нужный момент, используется транзистор.

В момент включения схемы в колебательном контуре возникают малые случайные электромагнитные колебания. За счет индуктивной обратной связи эти колебания передаются в транзистор и усиливаются (см. 22.4). Усиленные транзистором колебания через коллекторную цепь подаются в колебательный контур в резонанс с теми, которые там уже существуют, и амплитуда колебаний возрастает. При этом Обратная связь должна быть положительной. Если поменять концы обмотки L_ос, то желаемый эффект не будет достигнут: малые колебания контура, возникшие из-за случайных токов во время включения схемы, будут подавляться транзистором генератора усиленный сигнал через индуктивную связь частично вновь попадает на эмиттер-базу.

Возрастание амплитуды колебаний не может происходить бесконечно. Во-первых, батарея е является источником вполне конечной энергии и не может обеспечить

процесс будет периодическим, близким к гармоническому. Схема генерирует колебания, частота которых равна частоте собственных колебаний контура L_кС_к. Изменить эту частоту можно, изменяя параметры контура - индуктивность и емкость. Из конструктивных соображений обычно делают переменной емкость С_к.

10. Такие лампы зажигаются при некотором строго определенном значении напряжения U_з, а гаснут при меньшем напряжении U_г.

Процесс начинается с зарядки конденсатора согласно уравнению: _{…………….}

По графику определяем, что в точке А напряжение достигло значения U_з и лампа загорается и конденсатор заряжается через нее согласно уравнению: _{……………}

В точке B напряжение на лампе станет равным U_г, лампа гаснет и ее сопротивление значительно возрастает. Конденсатор опять подзаряжается, и процесс повторяется. Скорость возрастания напряжения в такой схеме можно изменять, изменяя параметры R и С. Так, увеличение сопротивления приведет к увеличению времени t, участок ОА станет более пологим изменение напряжения на участке АВ происходит при разряде неоновой лампы и зависит, следовательно, от ее характеристик. И график приобретет такой вид

 

 

11. Низкочастотная физиотерапевтическая аппаратура

Физиотерапевтическую электронную аппаратуру низкой и звуковой частоты называют низкочастотной. Электронную аппаратуру всех других частот - высокочастотной.

Медицинские аппараты - генераторы гармонических и импульсных низкочастотных электромагнитных колебаний - объединяют две большие группы устройств: электронные стимуляторы (электростимуляторы) и аппараты физиотерапии.

При небольших частотах наиболее существенно специфическое, а не тепловое, действие тока. Поэтому лечение током имеет характер стимулирования какого-либо эффекта раздражением токами.

Электростимуляторы могут быть подразделены на стационарные, носимые и имплантируемые (вживляемые). Для полностью имплантируемых электростимуляторов, например, кардиостимуляторов, достаточно серьезной проблемой являются источники питания, которые должны длительно и экономно функционировать. Примером своеобразного стимулятора являются дефибрилляторы аппараты, представляющие собой генераторы мощных высоковольтных электрических импульсов, предназначаемые для лечения тяжелых нарушений ритма сердца.

Носимым и частично имплантируемым кардиостимулятором является имплантируемый радиочастотный электрокардиостимулятор.

Имплантируемая его часть – приемник – получает радиосигналы от внешнего передатчика. Эти сигналы воспринимаются внутрь тела больного имплантируемой частью и в виде импульсов через электроды подаются на сердце.

К техническим устройствам электростимуляции относятся электроды для подведения электрического сигнала к биологической системе. Во многих случаях электростимулирование осуществляется пластинчатыми электродами, которые накладываются на тело человека подобно электродам для электрокардиографи.

Для вживляемых электродов имеется проблема выбора материала, устойчивого к коррозии при прохождении тока в условиях агрессивной биологической среды.

12. ВЫСОКОЧАСТОТНАЯ ФИЗИОТЕРАПЕВТИЧЕСКАЯЭЛЕКТРОННАЯ АППАРАТУРА

Большая аппаратов медицинских аппаратов - генераторов электромагнитных колебаний и волн - работает не ультразвуковых, высоких, ультравысоких и сверхвысоких частот и называется обобщающим термином высокочастотная электронная аппаратура.

Проблема электродов в данном случае решается по-разному. Для высокочастотных токов используются стеклянные электроды, воздействие переменным магнитным полем (индуктотермия) оказывается через спирали или плоские свернутые кабели, по которым проходит переменный ток, создавая переменное магнитное поле При УВЧ-терапии проrреваемую часть тела помещают между дискообразными металлическими электродами, покрытыми слоем изолятора. При воздействии олектромагнитными волнами приближают к телу излучатель этих волн.

Физиотерапевтические аппараты являющиеся генераторами электромагнитных колебаний, конструируются так, чтобы не мешать радиоприему и телевидению.

К высокочастотной электронной медицинской аппаратуре относят и аппараты электрохирургии (высокочастотной хирургии). Основой этих устройств является генератор электромагнитных модулированных. Мощность используемых в электрохирургии колебаний, гармонических или электромагнитных колебаний может быть от 1 Вт до нескольких сотен ватт.

При электрохирургии электромагнитные колебания подаются на электроды, которые рассекают или коaалируют ткань. Различают электроды для монополярной и биполярной электрохирургии.

В первом случае один выход генератора соединен с активным электродом, которым и осуществляют электрохирургическое воздействие, а другой электрод-пассивный контактирует с телом пациента.

Во втором случае оба выхода генератора соединены с двумя активными электродами, между которыми протекает высокочастотный ток, оказывая хирургическое воздействие. В этом случае оба электрода являются активными, a пассивный электрод не используется.

13. Электрические поля органов.

Метод исследования работы орган или тканей основанный на регистрации во времени потенциалов электрического поля на электрографией. Два электрода, поверхности тела, называется приложенные к разным точкам на поверхности тела, регистрируют меняющуюся во времени разность потенциалов. Временная зависимость этой разности потенциалов изменения называется электрограммой.

Название электрограммы указывает на орган (или ткани), функционирование которых приводит к появлению регистрируемых изменений разности потенциалов: сердца – ЭКГ, сетчатки глаза - ЭРГ (злектроретинограмма), головного мозга - ЭЭГ (электроэнцефалограмма).

В электрографии существуют две фундаментальные задачи:

прямая задача - расчет распределения электрического потенциала на поверхности тела по заданным характеристикам электрической активности изучаемого органа;

обратная задача - определение характеристик электрической активности изучаемого органа по измеренным потенциалам на поверхности тела.

Обратная задача а клинической диагностики измеряя и регистрируя, например ЭКГ (или ЭЭГ), определят функционально состояние сердца (или мозга).

Для оценки функционального состояния органа по его электрической активности принцип эквивалентного генератора. Он состоит в том, что изучаемый орган, состоящий из множества клеток, возбуждающихся в различные моменты времени, представляется моделью единого эквивалентного генератора. Считается, что этот эквивалентный генератор находится внутри организма и создает на поверхности тела электрическое поле, которое изменяется в соответствии с изменением электрической активности изучаем органа.

15. Физические принципы электрокардиографии.

Основные положения теории Эйнтховена:

1.Электрическое поле сердца представляется как электрическое поле точечного токового диполя с дипольным моментом Е, называемым интегральным электрическим вектором сердца (ИЭBC) (складывается из дunольных моментов разных частей сердца).

2. ИЭВС находится в однородной проводящей среде, которой являются ткани организма.

3. Интегральный электрический вектор сердца Е меняется по величине и направлению в соответствии с фазами возбуждения отделов сердца. Его начало неподвижно и находится атриовентрикулярном узле, а конец описывает сложную пространственную кривую, проекция которой на фронтальную плоскость образует за цикл сокращения сердца петли Р, QRS и Т.

Но у данной модели есть допущения:

1.Организм не является однородной электропроводящей средой: кровь, сосуды, лимфа, мышцы и другие ткани имеют различные удельные проводимости. Кроме того, проводимость меняется со временем, например при вдохе и выдохе.

2. вектор Е, вращаясь, создает сложную объемную фигуру, а не проекцию лишь на одну плоскость, и начало его может смещаться.

3. не представляется возможным точно описать изменения Е сердца только изменением момента одного точечного диполя.

Однако медицинская практика показывает, что эти допущения не столь существенны

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: