Электрическим импульсом назовем кратковременное изменение электрического напряжения или силы тока.

В технике импульсы подразделяются на две большие группы видео- и радиоимпульсы.

Видеоимпульсы — эт о таки е электрические импульсы тока или н апряжения, которые имеют постояшгу ю составляющую, отличну ю от нуля. Таким образом, видеоимпульс имеет преимущественно одну полярность. По форме видеоимпульсы бывают: а) прямоугольные, 6) пилообразные, в) трапецеидальные, г) экспонен­циальные, д) колоколообразные и др.

Радиоимпульсы — это мод улированн ые электромагнитные колеба­ния.

В физиологии термином электрический импульс> или <электрический сигнал> обозначают именно видеоимпульсы.

Повторяющиеся импульсы называют импульсным током. Он характеризуется периодом повторения импульсов Т – средним временем между началами соседних импульсов и частотой повторения импульсов f=1/T. Скважностью следования импульсов назювают отношение Q=T/τ. Величина, обратная-коэффицент заполнения К.

18 ВРЕМЕНА РЕЛАКСАЦИИ В ТКАНЯХ

Под механическими свойствами биологических тканей понимают две их разновидности. Одна связана с процессами биологической подвижности: сокращение мышц животных, рост клеток, движение хромосом в клетках при их делении и др. Другая разновидность — пассивные механические свойства биологических тел.

Как технический объект биологическая ткань — композицион­ный материал, он образован объемным сочетанием химически раз­нородных компонентов. Механические свойства биологической ткани отличаются от механических свойств каждого компонента, взятого в отдельности. Методы определения механических свойств биологических тканей аналогичны методам определения этих свойств у технических материалов.

Костная ткань. Кость — основной материал опорно-двигательно­го аппарата В остальном кость состоит из органическо­го материала, главным образом коллагена (высокомолекулярное соединение, волокнистый белок, обладающий высокоэластичностью

Плотность костной ткани 2400 кг/м³. Ее механические свойства зависят от многих факторов, в том числе от возраста, индивиду­альных условий роста организма и, конечно, от участка организма.

Композиционное строение кости придает ей нужные механичес­кие свойства: твердость, упругость и прочность

Кожа. Она состоит из волокон коллагена, эластина (так же как и коллаген, волокнистый белок) и основной ткани — матрицы. Колла­ген составляет около 75% сухой массы, а эластин — около 4%. Примерные данные по механическим свойствам приведены в табл. 14.

Эластин растягивается очень сильно (до 200-300%), примерно

как резина. Коллаген может растягиваться до 10%, что соответству­ет капроновому волокну.

Мышцы. В состав мышц входит соединительная ткань, состоящая из волокон коллагена и эластина. Поэтому механические свойства мышц подобны механическим свойствам полимеров.

Релаксация напряжения в гладких мышцах соответствует моде­ли Максвелла. Поэтому гладкие мышцы могут значительно растягиваться без особого напряжения, что способствует увеличению объема полых органов, например мочевого пузыря.

Ткань кровеносных сосудов (сосудистая ткань). Механические свойства кровеносных сосудов определяются главным образом свойствами коллагена, эластина и гладких мышечных волокон. Содержание этих составляющих сосудистой ткани изменяется по ходу кровеносной системы: отношение эластина к коллагену в об­щей сонной артерии 2:1, а в бедренной артерии 1:2. С удалением от сердца увеличивается доля гладких мышечных волокон, в артериолах они уже являются основной составляющей сосудистой ткани.

При детальном исследовании механических свойств сосудистой кани различают, каким образом вырезан из сосуда образец (вдоль или поперек сосуда). Можно, однако, рассматривать деформацию сосуда в целом как результат действия давления изнутри на упру­гий цилиндр.

В заключение отметим разделы и направления медицины, для которых особо важно иметь представление о пассивных механичес­ких свойствах биологических тканей:

- в космической медицине, так как человек находится в новых, экстремальных,условиях обитания;

- результативность спортивных достижений и ее возрастание по­буждают спортивных медиков обращать внимание на физические возможности опорно-двигательного аппарата человека;

- механические свойства тканей необходимо учитывать гигиенистам
при защите человека от действия вибраций;

- в протезировании при замене естественных органов и тканей
искусственными также важно знать механические свойства и пара­
метры биологических объектов;

- в судебной медицине следует знать устойчивость биологических структур по отношению к различным деформациям;

- в травматологии и ортопедии вопросы механического воздействия на организм являются определяющими.

Этот перечень не исчерпывает значения материала, изложенного в настоящей главе, для врачебного образования.

20. ПЕРЕМЕННЫЙ ТОК. РЕЗОНАНС В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.

Представим цепь, в которой последовательно соединены резистор, катушка индуктивности и конденсатор. Напряжение на зажимах а, Ь цепи, создаваемое внешним источником, выражается по-прежнему зависимостью с амплитудой U_max-

напряжения Ur, Ul и Uc можно записать так:

U_R= UmaxR cos(w< - (р) (в фазе с током);

Ul — UmaxL cos(wt - ip -f 7г/2) (опережает силу тока по фазе);

Uc = UmaxC cos(ut - <р - ж/2) (отстает от силы тока по фазе).

Используя теорему Пифагора, имеем

Umax = UmaxR + (^maxL ~ ^maxc)²-

Z — полное сопротивление цепи переменною тока, называемое импедансом. Из получаем

• Z =√ R² + [Lω-1/Cω)²

Омическое сопротивление R цепи называют также активным, оно обусловливает выделение теплоты в цепи в соответствии с законом Джоуля - Ленца. Разность индуктивного и емкостного сопротивле­ний (Xl - Хс) называют реактивным сопротивлением. Оно не вы­зывает нагревания элементов электрической цепи.

ПОЛНОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ (ИМПЕДАНС)

ТКАНЕЙ ОРГАНИЗМА. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫРЕОГРАФИИ

Ткани организма проводят не только постоянный, но и переменный ток. В организме нет таких систем, которые были бы подобны

катушкам индуктивности, поэтому индуктивность его близка к нулю. Биологические мембраны и, следовательно, весь организм обладают емкостными свойствами, в связи с этим импеданс тканей организма определяется только омическим и емкостным сопротив­лениями. Наличие в биологических системах емкостных элементов подтверждается тем, что сила тока опережает по фазе приложенное напряжение. Омические и емкостные свойства биологических тканей можно моделировать, используя эквивалентные электрические схемы. Рассмотрим некоторые из них.

Частотная зависимость импеданса позволяет оценить жизнеспо­собность тканей организма, что важно знать для пересадки (транс­плантации) тканей и органов. Проиллюстрируем это графически. Здесь 1 - кривая для здоровой, нормальной, ткани, 2 - для мертвой, убитой кипячением в воде. В мертвой ткани разруше­ны мембраны - Сживые конденсаторы>, и ткань обладает лишь омическим сопротивлением. Различие в частотных зависимостях импенданса получается и в случаях здоровой и больной ткани.

Как видно из (18.38), угол сдвига фаз между током и напряже­нием также может давать информацию о емкостных свойствах ткани.

Импеданс тканей и органов зависит также и от их физиологиче­ского состояния. Так, при кровенаполнении сосудов импеданс изменяется в зависимости от состояния сердечно-сосудистой дея­тельности.

Диагностический метод, основанный на регистрации изменения импеданса тканей в процессе сердечной деятельности, называют реографией {импеданс—плетизмография).