Зависимость импеданса ткани от частоты переменного тока определяется физиологическим состоянием и морфологическими особенностями ткани, что позволяет использовать измерения их электропроводности в биологических и медицинских исследованиях.
Методы измерения электропроводности тканей осуществляются при достаточно низких напряжениях (менее 50 мВ) и малых токах, которые не вносят изменений в физико-химические процессы в тканях и не повреждают их.
При действии внешних повреждающих факторов (повышенная температура, мощный ультразвук, ионизирующие излучения и др.), а также при отмирании ткани происходит увеличение проницаемости мембран, их частичное или полное разрушение, что приводит к уменьшению роли емкостного сопротивления ткани и зависимость ее импеданса от частоты становится слабой. Для "мертвой ткани" она практически исчезает.
Для иллюстрации на рис. 8 представлена частотная зависимость импеданса для трех образцов одной и той же ткани: 1 – образец не подвергался никаким внешним воздействиям; 2 – ткань подвергнута кратковременному нагреванию, приводящему к частичному разрушению клеточных мембран; 3 – образец ткани, подвергнутой длительному кипячению, вызывающему полное разрушение мембран ("мертвая ткань).
Видно, что сопротивление мертвой ткани практически не зависит от частоты.
По частотной зависимости импеданса можно оценивать жизнестойкость тканей организма. Это существенно, в частности, для оценки качества трансплантата при пересадке тканей и органов. Жизнестойкость ткани количественно принято характеризовать коэффициентом К, называемым коэффициентом поляризации (часто коэффициентом жизнестойкости ткани), представляющим собой отношение импеданса ткани ZН, измеренного на низкой частоте (обычно 103 Гц), к ее импедансу на высокой частоте ZB (106 Гц):
Для живой ткани этот коэффициент значительно больше единицы (К >>1) и зависит от способности ткани к обмену веществ. Так, величина К для печени млекопитающих больше, чем для мышц того же организма, и составляет порядка 9-10.
В физиологии и медицине путем измерения зависимости импеданса от времени при фиксированной частоте определяется кровенаполнение органов и тканей, которое зависит от работы сердечно-сосудистой системы – при систоле количество крови увеличивается, сопротивление органа уменьшается, при диастоле – наоборот. Этот метод называется реографией (импедансной плетизмографией).
Из предыдущего анализа очевидно, что сопротивление живой ткани переменному току большой частоты практически определяется только активным сопротивлением кровенаполняемой ткани. Поэтому в реографии применяют переменный ток с частотой 40-150·кГц. Полное сопротивление тканей имеет постоянную часть (базовый импеданс) Z и переменную составляющую ΔZ, связанную с пульсовыми колебаниями кровенаполнения и составляющую обычно 0,05-1% от базового импеданса. Отток и приток крови в исследуемом участке ткани вызывает изменение объема ΔV кровенаполняемых структур и соответственно изменение активной составляющей импеданса на величину ΔZ.
Изменения переменной величины ΔZ представляются графически в виде кривой (реограммы) с помощью приборов - реографов. Для сохранения физиологического смысла реограммы её записывают так, чтобы она соответствовала изменению кровенаполнения. При этом размах (амплитуда) пульсовых колебаний электрического сопротивления характеризует объем кровенаполнения тканей (чем больше амплитуда, тем кровенаполнение ткани больше и наоборот). Таким образом, реограмма (РГ) представляет собой график зависимости изменения объема кровенаполнения органов со временем ΔV(t) (Рис. 9).
Рис. 9 Соотношение фаз электрокардиограммы и реограммы
В практике врача-стоматолога реографию применяют для диагностики и оценки эффективности лечения основных стоматологических заболеваний парадонта, пульпы зуба и слизистой оболочки полости рта. Так пульсовое приращение крови в пульпе зуба уменьшает его электрическое сопротивление на 10-50 Ом (в зависимости от размеров пульпы в одно - и многокорневых зубах). Схема наложения электродов при реодентографии (РДГ) приведена на рисунке 10.
Рис. 10. Схема наложения электродов в реодентографии: 1-собственно электроды; 2-проводники; 3-зуб; 4-пластмассовая обойма; 5-пружинный фиксатор.
Диагностику состояния пульпы осуществляют путем сравнения РДГ исследуемого зуба и симметричного интактного, а при отсутствии такового – соседнего интактного. Совпадение по конфигурации и амплитуде двух сравниваемых РДГ диагностируется как отсутствие изменений в исследуемой пульпе. Так, например, при начальном и среднем кариесе функциональное состояние сосудов пульпы исследуемого зуба не изменяется, т.е. такое же, как и в другом интактном зубе. Следовательно, если в зубе имеется кариозная полость и по РДГ состояние пульпы этого зуба не изменено, можно ставить диагноз средний кариес. При глубоком кариесе функциональное состояние сосудов пульпы изменяется – повышается тонус сосудов (вазоинстрикция), что уменьшает просвет в сосудах и снижает пульсовой объем кровенаполнения пульпы. Как следствие – амплитуда пульсовых колебаний в исследуемом зубе уменьшается примерно в 2 раза по сравнению с интактным зубом (Рис. 11).
Рис. 11
Таким образом, при наличии кариозной полости по РДГ можно, не приступая к ее препарированию, определить глубину кариозного процесса в зубе. Контролем успешного лечения глубокого кариеса и острого пульпита служит увеличение амплитуды РДГ.