Скачать отчёт в WORD (160Кб)

Отчёт по лабораторной работе №3

“ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ СЪЁМА МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ БИОТКАНЕЙ”

I. ЗАДАНИЕ

Цель работы:

Изучение зависимости электрического сопротивления кожи от различных физических параметров.

Приборы и принадлежности:

Комплекс аппаратно-программный традиционной диагностики и терапии по биологически активным точкам (БАТ) с возможностью управления функциями других электро-, магнито-, лазерных терапевтических аппаратов «АРМ-ПЕРЕСВЕТ»; персональный компьютер.

Лабораторные задания и порядок выполнения работы:

1. Подготовьте Комплекс «АРМ-ПЕРЕСВЕТ» к работе.
2. Последовательно установите на заранее выбранных участках поверхности тела (ладонная поверхность кисти) большие, средние и точечные пары электродов. Подключите источник внешнего постоянного тока. Замерьте электрическое сопротивление с регистрацией показателя в условных единицах. Определите площади поверхности больших, средних и точечных электродов. По графику определите сопротивление, соответствующее условным единицам шкалы Комплекса «АРМ-ПЕРЕСВЕТ». Результаты измерений и вычислений запишите в таблицу. Постройте график зависимости сопротивления кожи от площади поверхности электродов. Сформулируйте основные выводы и объясните получившуюся зависимость.
3. Последовательно установите на заранее выбранных участках поверхности тела (ладонная или тыльная поверхности кисти) большие и средние пары электродов. Подключите источник внешнего постоянного тока. Замерьте электрическое сопротивление с регистрацией показателя в условных единицах. Повторите измерения на влажных электродах. Результаты измерений запишите в таблицу . По графику определите сопротивление, соответствующее условным единицам шкалы Комплекса «АРМ-ПЕРЕСВЕТ». Постройте графики зависимости сопротивления (Ом) от выбранных участков кожи и влажности для больших и средних пар электродов. Сравните графики и объяснить отличия (если есть). Сформулируйте основные выводы.
4. Установите на заранее выбранном участке поверхности тела (центр ладонной поверхности кисти) точечный активный электрод. Пассивный (трубчатый электрод) в контакте с ладонной поверхностью другой руки. Подключите источник внешнего постоянного тока. Замерьте электрическое сопротивление с регистрацией показателя при разных значениях давления, точечного электрода. Результаты измерений запишите в таблицу 3. Постройте графики зависимости сопротивления (Ом) от значений давления электрода. Сравните графики и объяснить отличия (если есть). Сформулируйте основные выводы. Оптимизируя параметры влажности и давления, полученные в пунктах 3 и 4, и зная величины коридора электропроводимости биологически активных точек (БАТ), найти на тыльной поверхности правой кисти БАТ. Отметьте на рисунке кисти положение БАТ, укажите величины измерений в условных единицах и Ом.

Примечание. Для пересчёта условных единиц проводимости в единицы сопротивления (Ом) использовать график зависимости этих величин.

II. ТЕОРИЯ

1. Электропроводимость тела человека.

Сопротивление тела человека между двумя касаниями (электродами) складываются из сопротивления внутренних тканей и органов и сопротивления кожи. Электросопротивление можно смоделировать электрической цепью, состоящей из резисторов и конденсаторов, отображающие омические (R) и ёмкостные (C) свойства биологических тканей.

Сопротивление Rвн внутренних частей организма слабо зависит от общего состояния человека, в расчётах принимают Rвн = 1 кОм (для пути “ладонь-ступня”). Сопротивление кожи Rк при прохождении тока от её поверхности к внутренним тканям в десятки раз больше Rвн. Поэтому для постоянного и низкочастотного тока (50-60 Гц) сопротивление кожи при точечном контакте является определяющим фактором, который ограничивает ток. (При высоких частотах более существенным фактором является внутренне сопротивление тела). Следовательно, в большинстве ситуаций ток, протекающий через тело, в основном зависит от состояния тела в точке контакта. Сухая кожа имеет высокое сопротивление, а влажная или мокрая кожа будет обладать низким сопротивлением, так как ионы, находящиеся во влаге, обеспечат прохождение тока в тело. При сухой коже сопротивление между крайними точками тела (ладонь-ступня) может быть равным 105 Ом, а при мокрой коже может составить 1% от этого значения. Полное сопротивление тела между потными руками принимают равным 1500 Ом.
Сопротивление кожи Rк существенно зависит от внутренних и внешних причин (потливость, влажность, наличие раневого повреждения). Кроме того, на разных участках тела кожа имеет разную толщину и, следовательно, различное сопротивление. Поэтому, учитывая изменчивость сопротивления кожи, её вообще при расчётах не учитывают, принимая Rк = 0. Ток, протекающий через тело, рассчитывают по формуле:

I=U/Rвх

Наиболее чувствительными к электрическому току частями организма являются мозг, грудные мышцы и нервные центры, которые контролируют дыхание и сердце. [1]

2. Кожа человека

Площадь кожи 1.5-2.5 кв.м. Составляет 18% от массы тела.
Функции кожи:
- барьерная
- терморегуляционная (потоотделение, подкожная жировая клетчатка – теплоизоляция, сосудистые реакции кожи)
- метаболическая (выработка витамина D)
- рецепторная
- выделительная (пот)
- депо крови (накопление до 1 л крови)
- иммунологическая (начинаются иммунные реакции)

Слои кожи:

1. Эпидермис. Толщина 0.3 – 2 мм в зависимости от участка тела. Это многослойный ороговевающий эпителий. Лежит на базальной мембране.

а. Базальный слой – клетки интенсивно делятся и смещаются верхние слои.
б. Шиповатый слой – клетки становятся овальными.
в. Зернистый слой – уплощённые клетки с гранулами кератина.
г. Роговой слой – состоит из чешуек – постклеточные структуры.

2. Дерма кожи. Толщина 1 – 2.5 мм. В дерме кожи располагаются производные кожи: потовые железы, сальные железы, волосы.

а. Сосочковый слой. Сосочки слоя вдаются в эпидермис. Они образуют папиллярные линии ладоней.
б. Сетчатый слой. Обеспечивает механическую прочность кожи. [2]

Эпидермис не обладает электропроводностью. Это изолятор. Но в нём проходят протоки желёз, по которым передаётся электрическое поле. Пот определяет электропроводность кожи. Состоит из 98% воды и 2% органических и неорганических веществ (солей и др).

Существуют соматовисцеральные связи (от кожи к органам) и висцеросоматические связи (от органов к коже). Если органы болеют, то кожа меняет свои параметры.

3. Электроды

Электроды – это проводники специальной формы, соединяющие измерительную цепь с биологической системой. К электродам предъявляются определённые требования: они должны быстро фиксироваться и сниматься, иметь высокую стабильность электрических параметров, быть прочными, не раздражать биологическую ткань и т.п.
Важная физическая проблема, относящаяся к электродам для снятия биоэлектрического сигнала, заключается в минимализации потерь полезной информации, особенно на переходном сопротивления “электрод кожа”. Эквивалентная электрическая схема контура, включающего в себя биологическую систему и электроды представлена ниже:

Ебп – ЭДС источника биопотенциалов
r – сопротивление внутренних органов
R – сопротивление кожи и электродов
Rвх – входное сопротивление усилителя

Из закона Ома (без учёта разветвления цепи) следует:
Падение напряжения на входе усилителя полезное, т.к. усилитель увеличивает именно эту часть ЭДС источника. Падение напряжения Ir и IR внутри биологической системы и на контакте кожи с электродом бесполезное. Поскольку Eбп задана, а повлиять на уменьшение Ir невозможно, то увеличивать IRвх можно лишь уменьшением R и прежде всего уменьшением сопротивления контакта “электрод-кожа”.

Это можно сделать разными способами:
- используя салфетки, смоченные физраствором
- увеличивая площадь электрода (истинная картина в этом случае может искажаться, т.к. электрод будет захватывать сразу несколько эквипотенциальных поверхностей).

При пользовании электродами возникают две проблемы. Первая – возникновение гальванической ЭДС в месте контакта электрода с биологической системой. Вторая – электролитическая поляризация электродов, что приводит к выделению на электродах продуктов реакции при прохождении тока. В результате возникает встречная ЭДС. В обоих случаях возникновение ЭДС искажает снимаемый электродами полезный биоэлектрический сигнал.[1]

III. ОТЧЁТ О ПРОВЕДЁННЫХ ИЗМЕРЕНИЯХ

1. Применяемые электроды

Точечный электрод:

S = (pi*d^2)/2
d << h
d = 3.5 мм
S = 0.2 кв.см

Ручной электрод:

S = pi*d*h
d = 20 мм
h = 80 мм
S = 50 кв.см

Ножной электрод:

S = ab
a = 120 мм
b = 200 мм
S = 240 кв.см

Лобный электрод:

S = a^2
a = 36 мм
S = 13 кв.см

2. Исследование зависимости сопротивления кожи от площади электрода.

Выводы: Сопротивление соединения “кожа-электрод” зависит от площади и формы электродов. При увеличении площади сопротивление падает, но с определённого значения площади дальнейшее увеличение размеров прямоугольного электрода бессмысленно, т.к. поле значительно ослабевает на некотором удалении от кожи. При больших площадях возникает искажение снимаемой информации из-за того, что электрод захватывает несколько эквипотенциальных поверхностей. Также бессмысленно увеличение длины точечного электрода. В целом сопротивление зависит от площади соприкосновения электрода с кожей.

2. Исследование зависимости сопротивления кожи от площади электрода.

Зональный ножной электрод:

Зональный ручной электрод:

Точечный электрод:

Выводы: Сопротивление соединения точечный электрод с кожей большое, т.к. площадь электрода маленькая. Зональный ножной электрод обладает наименьшим сопротивлением из-за большой площади. Соединение электродов с влажной кожей показывает меньшее сопротивление по сравнению с сухой, т.к. вода смачивает кожу и сама по себе обладает высокой электропроводностью.

IV. ЛИТЕРАТУРА

1. В.Н. Фёдорова “Краткий курс медицинской и биологической физики”, М.:2001, РГМУ
2. Лекции по морфологии человека. Евстафьев, РГМУ.