Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Исследование пассивных электрических свойств биологических тканей на низких частотах

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Исследование пассивных электрических свойств биологических тканей на низких частотах"

,11 ;з С1 в

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОРДЕНА ЛЕНИНА СИШРСКОЕ ОТДЕШШЕ ИНСТИТУТ БИОФИЗИКИ

На правах рукописи

ИБРАГИМОВ РАБШЬ ШАЙШШОИН

ИССЛЕДОВАНИЕ ПАССИВНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БИОЛОГИЧЕСКИХ- ТКАНЕЙ НА НИЗКИХ ЧАСТОТА!

03.00,02 - биофизика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

Красноярск - Г992

У//

/> /У /. > .

Работа выполнена в Новосибирском ордена Трудового Красного Знамени медицинском институте

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор В.П. Нефедов,

доктор биологических наук Р.И. Кузьмина,

доктор медицинских наук, профессор A.C. Пуликов

Ведущая организация: Российский государственный медицинский университет им. Н.И. Пирогова

Защита состоится_ 1992 г. в_часов

на заседании специализированного совета Д 003.45.01 по защита диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Институте биофизики СО РАН (660036, Красноярск, Академгородок).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института биофизики СО РАН.

Автореферат разослан "_"_ 1992 г.

Учений се1фетарь специализированного" Совета, кандидат физ,- кат. наук

Л.Г.Косолалова

ИГ;1,,

г;-: .:,л

. йШ

ОЕЦАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

^^^ Актуальность теш. Исследование пассивных электрических ■'■■■ авоисм биологических тканей (БГ) - одна из важнейших проблем биофизики (Х.ПЛЕван, 1963). Повышенный интерес к изучении пассивных электрических свойств биообъектов обусловлен тем, что в случае разработки точных методов измерения их электрических характеристик и определения физиологического или функционального состояния тканей и органов по результатам электрических измерений, открываются широкие возможности для диагностической оценки состояния любых тканей и органов, а не только электрически активных (Б.Н.Тарусов, О.Р.Колье, 1968).

В настоящее время в медицинских исследованиях пассивных электрических свойств тканей и органов применяются, в основном методы рзографии (Б.ИЛаябич, 1969), Объяснение этого факта, по-видшому, кроется в особенностях реографических исследоваг-ним, позволяющих достаточно простыми, технически доступными, нешшазиЕНьчл! методами оценить кровенаполнение органа, эластичность сосудисто;': стенки и некоторые другие параметры, по относительный изменения:»! электропроводности, обусловленных пульсоЕьта волнами (А.И.Науменко, В. Е.Скотников, 1975).

Иг/педансокетрическпе и кавдуктометричесние исследовашш пассивных электрических сеойств БГ по своей сущности являются более инфордативныт/и, абсолютны!®, так как позволяют определять удельные электрические характеристики (Х.П.Шван, 1980). Результаты шшедансометрическйх и ковдуктометрических измерений различных биообъектов поддаются сравнению и количественным оценкам. Существенным недостатком ковдуктометрических .методов является необходимость проведения измерений образцов БТ или жидкости в специальных ячейках правильной геометрической формы (В.С.Андреев, 1973). В медицинских исследованиях, в условиях клиники извлечение специального образца ткани не всегда возможно. В этой связи, наиболее удобными объектами для конну-ктометрических исследований в медицине остаются лишь зшдкие среды организма, такие как кровь, плазма, линвор.

С другой стороны установлено, что удельная электропроводность ЕГ в конкретных нормальных условиях обычно величина стабильная и является одной и5 ее объективных физических характеристик. Особенно информативными являются низкочастотные

(НЧ) измерения удельной электропроводности (УЗ) (П.П.Слынъко, 1972). Поэтому отклонения величины УЗ от нормы могут быть использованы в диагностике для количественной оценки патологических изменений в тканях ж органах. К сожалению, развитие физически обоснованных методов измерения УЭ тормозится из-за отсутствия общепринятых представлении о способах создания ж поддержания постоянства электрических характеристик меаду электродами и япеыми тканями. Это приводит к значительному разбросу -полученных данных, невоспроизводимосги исследований и, следователъ-но, результаты различных авторов трудно сопоставить, В связи с вншеизложентш, построение теории и разработка методов измерения уцелышх электрических характеристик на органах и тканях произвольной геометрической $орш представляются весьма перс-пеЕИшааш. Это позволило бы проводить исследования непосредственно на живом функционирующей организме без отрицательных последствий и обеспечило бы широкий выход е пш?.

Отсутствие комплексных исследований хасагадихс? ческого рассмотрения и экспериментального изучения особенностей ишгедансометриЕ и ковдуетдаегрпа з на£&«л»е икТормаги-ьом низкочастотном диапазоне и, следователь; . возможность более оптшаяьного решения хграккигских зьлпч :..с,мщш}ко* диагностики послужило основанием для начала и выполнения данной работы.

Цель исследования. Теоретическое и экспериментальное изучение пассивных электрических свойств биологических тканей, разработка теории и методов измерения их удельных электрических характеристик, поиск и биофизическое обоснование новых способов диагностики некоторых заболеваний, пригодных для использования в условиях клиники.

Основные задачи исследования.

1. Теоретическое изучение особенностей импедансометрии и ковдуктоыетрии ЕГ. Провести анализ системы дифференциальных уравнений Максвелла для случая, когда материальной средой является биологическая ткань. Оценить вклад емкостной и активней составляющих проводимости в обдай импеданс БГ и на этой основе провести классификацию ЕГ по электрическим свойствам.

2. Изучить влияние сюш-э^екта и нарушения условия квази-

стационарности на результаты измерения пассивных электрических характеристик БГ. Провести анализ возможных вредных воздействий на биообъекты электрических полей и процесса электрических измерений.

3. Разработать ковдуктометрические диагностические устройства для измерения УЗ БГ и жидкостей с повышенной точностью на низких частотах.

4. Построить теорию и разработать конструкции электродных устройств для нетраЕматичного измерения УЭ ЕГ' и органов произвольной геометрической формы.

5. Обосновать теорию определения параметров кровоснабжения тканей и органов в михроцирнулярном русле по электрофизическим измерения;« разработанными диагностическими устройствами.

6. Обосновать иетоды измерения емкостных характеристик БГ, псьдачавдие мотки;; емкости границы раздела металлический электрод-ВГ на результаты исследований.

7. Изучить влияние различных физико-химических воздействий (алкогольная интоксикация, лазерное излучение, радоновые ванны, электрические пода) на биообъекты до изменениям их электрических характеристик с помсись» новых диагностических устройств.

8. Разработать нетрашатичные экспресс-способы определения жизнеспособности тканей и органов, пригодные для использования в условиях клиники на основе созданных кондуктометричес-ких устройств.

Научная новизна. Диссертационная работа посвящена одной из актуальных, но недостаточно разработанных проблем медицинской и биологической д-изики - исследованию пассивных электрических свойств биологических тканей на низких частотах. Б основном рассмотрены вопросы, имеющие прикладное значение для медицины. Разработанные диагностические устройства и методы, диагностики могут быть использованы в медико-биологических исследованиях непосредственно в условиях клиники.

Б работе впервые показано, что скин-эффект и нарушение условия квазистационарности при измерении удельных электрических характеристик биологических тканей могут приводить к ра-

змерным эффектам, Впервые рассчитаны и построены номограммы, позволяющие исключить влияние размерных эффектов на точность измерений. Предложена классификация биологических тканей по электрическим свойствам, облегчающая анализ результатов им-педансометрических измерений. Выдвинут ноеый биофизический механизм влияния переменных электрических полей низкой частоты на биологические объекта.

Разработаны принципиально ноЕые конструкции ковдуктоме-трических ячеек с высокой точностью измерения на низких частотах (A.c. Je III6373), полностью исключающие влияние поляризационных эффектов как на токовых, так и на потенциальных электродах.

Прец'ояенн новые способы исследования емкостных свойств биологических тканей в области низких частот, исключающие влияние емкости металлический электрод - ЕГ на результаты исследований, а также методика определения низкочастотной диэлектрической проницаемости биологических тканей.

Впервые рассмотрены теоретические принципы измерения удельных электрических характеристик биологических тканей произвольной геометрической формы к на этой основе разработаны электродные устройства для прижизненных, нетравматкчных экспресс-измерений тканей и органов произвольной геометрической формы. Электродные устройства могут быть использованы для интраопе-рациошой диагностики.'

Использование разработанных электрофизических методов исследования в медико-биологических экспериментах позволили впервые количественно оценить физиологические изменения, происходящие в организме после физико-химических или фармакологических воздействий: лазерного излучения, электрических полей низкой частоты, при алкогольной интоксикации, при лечении радоновыми ваннами.

Разработанные ковдуктометрические устройстх а и способы точного определения и анализа электрических характеристик биологических тканей позволили обосновать новые методы экспресс-диагностики физиологического состояния тканей и органов, опирающиеся на измерения их абсолютных характеристик. В частности, предложены новые экспресс-способы определения

кровенаполнения миокарда, определение относительных изменений скорости кровотока (A.c. № I2I7337), способ определения жизнеспособности ткани кишки (A.c. № 1412740), способ определения жизнеспособности трансплантата роговицы глаза.

Практическая ценность. Разработанные диагностические устройства и методы измерения удельных электрических, характеристик биологических тканей и жидкостей наши практическое применение на теоретических и клинических кафедрах Новосибирского медицинского института и в научно-исследовательских институтах Сибирского отделения Академии медицинских наук СССР: в Институте клинической и экспериментальной медицины СО АМН СССР, в Институте физиологии СО АШ СССР. Разработанные электродные и кондуктометрические устройства, а также способы определения жизнеспособности тканей используются в клиниках и больницах г. Новосибирска и в Новосибирском филиале МНТК микрохирургии глаза.

В соответствии с Договором о научном и техническом сотрудничестве мезду Новосибирским медицинским институтом и На-учно-исследователъким институтом измерительных приборов НПО "Кристалл" от 24.10.89 г., в качестве исходных данныЗс переданы результаты наших исследований и разработок для подготовки рабочих чертежей к серийноиу производству.медицинских кондуктометров. В настоящее время в НИИ измерительных приборов изготовлено 10 экспериментальных, образцов кондуктометров.

На защиту выносятся следующие положения.

1. Нарушение условия: квазистационарности электрического поля и скин-эффект при измерениях пассивных удельных электрических характеристик БГ могут приводить к появлению размер-ныхэффектов.В силу специфических особенностей электрических свойств БГ (низкая электропроводность и высокая относительная диэлектрическая проницаемость) размерные ьффекты проявляются на достаточно низких частотах.

2. Особенности распределения плотности тока л потенциалов в объеме и на поверхности БГ от электродов полусферической формы могут быть использованы для создания электродных устройств, позволяющих измерять удельную электропроводность ЕГ. Для случая четырех электродов УЭ ткани, ток через электроды, падение напряжения на ткани и расстояния между элек-

тродами можно связать математической расчетной формулой.

3. В области низких частот емкостные свойства системы электрод-БГ-элетарод определяются в основном емкостью границы раздела электрод-Ш, хотя относительная диэлектрическая проницаемость ЕГ с понижением частоты возрастает.

4. Разработанный комплекс диагностических приборов, тет-раполярных ковдуктометрических ячеек и четырехэлектродных ус>- тройств обеспечивают измерения У5 изолированных образцов. ВТ и

жидкостей с высокой точностью на низких частотах, а также поз; воляют проводить нетравматичные, прижизненные измерения УЭ на „. тканях и органах произвольной геометрической формы.

5. Изменения величины УЭ ЕГ в зависимости от их физиоло-гичеекого состояния в области низких частот наблюдаются в ш-

'>>рок<агдинамическом диапазоне. Обнаруженное явление позволяет использовать низкочастотные измерения для оценки физиологического состояния тканей и органов и определять их жизнеспособ-' - ность с высокой достоверностью.

Апробация материалов дисоегтадки. Материалы диссертации были доложены и обсувдены:

- на I Съезде физиологов Сибири и Дальнего Востока "Физиологические и структурно-функциональные основы жиэн-.деятс-

- ' -льности человека в районах нового промышленного ееве^.т.г: Сибири". Новосибирск, 1985,,

- на Научно-практическом совещании "Оценка ыияшш ЛсП СШ ж УЩ на природные сйстемы". Томск, 1987 г.,

- на II.Конференции изобретателей и рационализаторов, -посвященной 70-детию Великой Октябрьской социалистической ре-•волюции. (2докяада) Новосибирск, 1987 г.,

- на Пленуме проблемной комиссии по хирургии СО АМН СССР "Актуальные вопросы современной хирургии детского возраста." Новосибирск, 1988 г.,

' - участие в Областном радиотелевизионном конкурсе приборных разработок "Прогресс-88". Президиумом Новосибирского областного Совета БОИ? и Комитетом по телевидению и радиовещанию присуадено звание Лауреат конкурса "Прогресс-88".

- на Сешнаре по прикладной и магнитной гидродинамике • "Секция физические проблемы в медицине". Пермь, 1989 г.,

на II Всесоюзной конференции "Проблемы физики прочности и пластичности полимеров". Душанбе, 1990 г.,

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 324 страницах машинописного текста (основной текст составляет 230 страниц) и состоит из введения, обзора литературы, 6 глав собственных исследований, общих выводов, раздела "Внедрение результатов в практику", указателя литературы, включающего 229 отечественных и 87 иностранных источников и приложения. Текст иллюстрирован 26 таблицами и 70 рисунками. Диссертация является плановой научной работой ШЛИ и связана с разработками кафедры медицинской и биологической физики по теме:"Изучение термодинамических, электрических и оптических свойств биологических тканей". Номер государственной регистрации темы - 0185.0079С5С. Весь материал диссертации получен, обработан и проанализирован лично автором.

Публикации. Автором опубликовано 52 печатных работы, 25 из них по теме диссертации, получено 4 авторских свидетельства.

СОДЕШАНИЕ РАБОТЫ

ПетэБая глава посвящена обзору литературы по теме исследования. В ней кратко рассмотрены основные этапы исследования пассивных электрических свойств ВТ и их особенности как объекта электрофизических исследований. Основными параметрами характеризующими пассивные электрические свойства БГ являются удельная электропроводность (УЗ) и относительная диэлектрическая проницаемость. Интегральной характеристикой указанных параметров в электрических измерениях является комплексное сопротивление цепи переменного тока, то-есть импеданс ВТ. Следовательно, процессы электрической проводимости ВТ принципиально не отличаются от аналогичных процессов в неживой материи.

Активное омическое сопротивление биообъектов определяется преимущественно жидкими средами'организма: кровь,' лимфа, межклеточная жидкость, цитоплазма. При этом следует учитывать, что электропроводность жидких сред организма будет зависеть от их электролитного состава, а также концентрации электронейтральньгх примесей, в общем снижающих подвижность-ионов. Емкостные свойства'ВТ обусловлены, преззде всего, наличием клеточных и внутриклеточных мембран. Емкостное сопротивление живых тканей зависит.от их диэлектрической проницаемости и частоты измерительного тока. При этом необходимо

иметь ввиду, что диэлектрическая проницаемость БТ также является частотно-зависимым параметром, причем наблюдается гри~ области ее резкого спада (^,^ и ^- дисперсия). Показано, что пассивные электрические свойства НГ принято моделировать эквивалентными электрическими схемами. Приведены и анализируются возможные варианты эквивалентных электрических схем, предложенные различными авторами. Достаточно простой и физически обоснованной является трехэлементная эквивалентная электрическая схема ЕГ, предложенная Шваном.

Показано, что с понижением частоты измерительного тока повышается информативная ценность импедансометрических и ковдуктометрических измерений. При этом наиболее ценными являются результаты измерения импеданса более глубоких структур или непосредственно внутренних органов, чем измерения импеданса тела с поверхностных тканей. Однако, при измерении на низких частотах проявляются грубые погрешности, обусловленные поляризационными явлениями на электродах. Таким образом, встает старая и остающаяся актуальной проблема создания неполяризущихся электродов к биообъектам. Анализ данных из литературы показывает, что решение этой задачи, по-видимому, следует искать на пути исключения влияния поляризации электродов на результаты шпедансометряческих измерений.

Практическое применение в клинической медицине результатов исследования пассивных электрических свойств БТ и органов представлены главным образом электроплетизмографичес-кими методами, основанными на регистрации относительных изменений импеданса, обусловленных пульсовыми волнами. Для ковдуктометрических методик наиболее удобными объектами исследования являются жидкие среды организма такие как кровь, плазма, ликвор, лимфа. Это обусловлено тем, что ковдуктоме-трические измерения необходимо проводить в специальных ячейках правильной геометрической форт и, следовательно .требуется извлечение образца ткани, что резко ограничивает возможности их использования в медицине. Измерение УЭ тканей органа непосредственно в функционирующем организме, например, легкого расширяет диагностические возможности.

В рассмотренной литературе нами не обнаружено сведений об особенностях'измерения пассивных электрических свойств

е

биообъектов, в -частности, о влиянии нарушения -условия квазистационарности и скин-эффекта на результаты измерений, о возыо^шом вредном воздействии зондирующего тока на биообъекты. Вопросы, связанные с измерением УЭ тканей и органов ¿и \fiV0 также требуют детального теоретического рассмотрения. Таким образом, анализ литературы по теме исследования показывает перспективность выбранного направления, его практическую значимость для медицины.

Бо второй главе рассмотрены вопросы, касающиеся особенностей импедансометрии и кондуктометрии КГ.

1. Известно, что пассивные электрические свойства БТ характеризуются импедансом, величина которого определяется емкостной и активной проводимостью ткани. Активная составляющая электропроводности обусловлена количеством и электролитным составом днтерсткциальной жидкости, а на высоких частотах и электропроводностью клеток. Емкостные свойства ВТ определяются наличием клеточных и внутриклеточных' мембран.

Обычно электрические характеристики ВТ измеряют с помощью наложенных электродов, то-есть по существу исследуют импеданс системы металл-ВГ-металл. Б результате получают завышенные значения емкости ВТ за счет • влияния емкости грани- -цы раздела металлический электрод-Ш1, В наших' измерениях непосредственно емкости БГ, раздельно от - емкости границы раздела электрод-БТ, получены меньшие значения емкости, чем-у других авторов, измерявших емкость в системе электрод-ЕГ-электрод. В этой связи представляет интерес оценка-вклада, емкостной и резистивной составляющие в импедане БГ.

При микроскопическом рассмотрении каждую клетку БТ можно представить как.микроскопический конденсатор, одной обкладкой которого служит межклеточная жидкость,-другая-обкладка -внутриклеточная жидкость, а диэлектриком является мембрана. В этом представлении внутренняя обкладка микроскопических клеточных конденсаторов по существу не имеет внешнего вывода, так как окружена мембраной.,Таким образом, "клеточные конденсаторы" практически отключены от внешней измерительной схемы и' не могут проявить в полной мере больших значений удельной емкости клеточных мембран.

2. В наиболее общем ввде электромагнитное поле в БГ

можно охарактеризовать системой дифференциальных уравнений Максвелла. Феноменологический характер теории ЫаксЕеляа позволяет, не рассматривая внутренние механизмы явлений, происходящих в БГ, описывать её свойства с помощью трех параметров: относительной диэлектрической проницаемостью £ , удельной электропроводностью <5 и относительной магнитной проницаемостью ум ( в БТуч»1). В среде, обладающей заметной электропроводностью и замедленными механизмами поляризации, приводящими к рассеянию энергии, уравнения Максвелла примут еид:

Г С ^Н 3 = (бГ + ^<5в) Е \rVE3 ^-¿^И

В случае ВТ УЭ вкшочает активную электропроводность межклеточной жидкости и активную составляющую поляризационных токов. Для анализа уравнений Максвелла воспользуемся понятием комплексной диэлектрической .проницаемости £ .

6 -+ ¡со¿а = ¡а£*

В результате преобразований получим, что отношение двух составляющих комплексной диэлектрической проницаемости равно отношению активной проводимости ткани к его емкостной проводимости .

£* = 6 _ - в г м£ оэга

Будем считать с допустимой точностью 0,1%, что если отношение (й/Ьо^ > 1000, то БТ обладает омической проводимостью, если б/00 < 0,001, то проводимость носит емкостный характер, а в промежуточной области при измерениях необходимо учитывать импедансные свойства. Таким образом, ВТ по электрическим свойствам в зависимости от ж частоты

электрического поля можно разделить на три группы.

в / 00 > 1000 -0,001 > <о/<Х>£а

I'группа 2 группа 3 группа

резистивные импедансные емкостные

свойства свойства свойства

Количественные оценки проведенные с использованием полученного соотношения показывают, что пассивные электрические свойства БГ на низких частотах, имеют в'основном резистив-ный характер.

3. Перейдем к рассмотрению размерных эффектов. Измерения пассивных электрических характеристик биообъектов проводят обычно на переменном токе в широком интервале частот. При этом на достаточно высоких частотах может проявиться влияние размеров биологического объекта на электрические характеристики. Проявление такого рода размерных эффектов возможно, если глубина проникновения электромагнитного поля например, из-за скин-эффекта сравнима с размерами образца или при несоблюдении условия квазистационарности, то-есть размеры биообъекта должны быть значительно меньше длины электромагнитной волны Л в данной среде, то-есть И, « Я ж ¿ « Л . Таким образом, условия исключения размерных эффектов можно представить в виде неравенства Ь << £«/? • Плотность тока ^ , удельная электропроводность ткани <о и напряженность электрического поля Е связаны между собой законом Ома З^бЕ , который справедлив в области достаточно низких частот. На высоких частотах будут накладываться вше сформулированные ограничения. Глубина проникновения электромагнитного поля £ и длина есяны /) определяются известными соотношениями :

I я_• 7 =_1_•

После подстановки их в полученное неравенство и преобразований получим условие исключения влияния размерных эффектов на результаты измерения электропроводности БГ,

« <э « (зПЧ/ъу1;

С учетом £,= 8,85-Ю"12 Ф/м и Д= 1,25-Ш^ Гн/м условие при-

мет вид: ' -6 ,-2

■> \)<5 « <0 « 0,1$--10 V ь ;

Тагам образом, в полученном условии граница слева определяется произведением относительной диэлектрической проницаемости и частоты, а граница справа находится в обратной здвиси_

мости от частоты и размеров биообъекта. Увеличение частоты измерительного тока приводит к резкому сулению интервала допустимых значений-УЭ.

Практическое применение полученного условия и экспресс оценку на искточение размерных эффектов может быть реализована по рассчитанным номограммам, которые ограничивают допустимые значения электропроводности ткани по верхней и нижней границе. Номограммы охватывают достаточно широкий диапазон частот и параметров биообъектов ^ , бГ» £ » <£ , позволяют избежать артефактов при измерениях пассивных электрических свойств биологических тканей и корректно ставить задачи ковдукюметрических измерений с учетом возможных размерных • эффектов.

4. Изучение влияния на биологические обьекты и человека электрических полей низкой частоты приобретает особую актуальность в связи' с использованием линий высоких и сверхвысоких напряжений промышленной частоты, а также с внедрением в медицинские исследования измерений пассивных электрических характеристик ЕГ-. Для биообъекта в принципе не имеет значения каким образом создаются в нем электрические поля. Создаются ли они воздействием внешних электрических полей шкостными методами или с помощью наложенных электродов-механизм действия их будет одинаков.

Нами рассмотрен,возможный биофизический механизм воздействия электрических полей низкой частоты на биообъекты, действующий на клеточном уровне. Известно', что одним из важнейших свойств клеточных мембран является их односторонняя проводимость, которая осуществляется за счет натриевых и калиевых каналов. С учетом селективности ионных каналов и несимметричности их электрических характеристик предложена эквивалентная. электрическая схема ЕТ (см рис Л).

. При воздействии внешнего электрического поля, например, вдоль направления. X ток через клетку будет создаваться ионами натрия через канал Ш. включенный в пропускном направлении. Данное обстоятельство приводит в введению некоторого избыточного количества натрия в клетку. Для выполнения условия непрерывности электрического тока необходимо талое же число носителей заряда вывести из клетки.

Рис. I

Я I - моделирует проводимость межклеточной жидкости, К2 - моделирует проводимость цитоплазмы, Л и ])3 » моделируют одностороннюю проводимость каналов дои ионов натрия, ¿2 I ])4 - моделируют, одностороннюю проводимость каналов для ионов калия-, С I и С 2 -емкость клеточной мембраны, КЗ и К 4 - активная проводимость мембран.

Но канал 1) 3 на противоположной стороне клетки для ионов натрия закрыт. Очевидно, сохранение условия непрерывности ■ тока возможно за счет выведения ионов калия через канал 1)4. Таким образом, избирательность ионных каналов и-несимметричность их' электрических характеристик приводит к нарушению электролитного баланса в клетке при воздействии электрических полей низкой частоты.

Третья глава посвящена разработке принципиально новых типов кондунтоиетрических преобразователей полностью исклю чающих влияние поляризационных явлений на электродах на результаты измерений, а также разработке теории и конструкций электродных устройств для нетравматичннх Прижизненных измерений на тканях и органах произвольной геометрической Форш.

Предложена методика измерения УЭ ВТ -на постоянном токе, позволяющая определить активную составляющую электропроводности БТ_ Измерения осуществляли в ч'етырехэлектродной кон-дуктокетрической ячейке, в которой функции токовых и потен-

циальннх электродов разделена. Падение напряжения в ВТ определяли из измерений двух различных, направлениях тока. При этом ЭДС поляризации потенциальных- электродов и влияние поляризационных явлений, на, токовых'электродах исключались.

Проведен сравнительный анализ особенностей работы двух-электродных и четырехэлектродных коцдуктометрических ячеек при измерении УЭ ВТ на переменном токе низких частот. Показано, что основным источником погрешностей измерения являются поляризационше явления на электродах. .

В результате поляризации на границе раздела металл-БГ образуется электрическое поле и возникает двойной электрический слой, состоящий из ориентированных молекул с диполь-ным моментом. Этот слой обладает высоким сопротивлением и емкостными свойствами, причем обкладками конденсатора служат с одной стороны металлический электрод с другой-БГ, а диэ-лектриком-слой молекул, обладающих дипольнш моментом. Под воздействием тока толщина и свойства слоя меняются. На повышенном сопротивлении поляризованного слоя падение напряжения может превышать падение напряжения непосредственно в ткани в несколько раз и соответственно погрешности измерения в двухэлектроданх методах могут достигать ста и более процентов. Б четырехэлектродных ячейках приэлектродная поляризованная область токовых электродов находится вдали от измеряемой зоны, то соответственно исключаются погрешности, обусловленные поляризацией токовых электродов. Однако, при работе с четнрехалектродннми ячейками нами замечено, что на низких частотах они дают заниженные значения удельного сопротивления исследуемых тканей. Особенно заметно это проявляется при градуировочных измерениях на физиологическом растворе. УЭ физиологического раствора не должна меняться от частоты.

Для выяснения источника погрешности на низких частотах проведем анализ эквивалентной электрической схемы измерительной ячейки ( см. рис,2 ), Из схемы следует, что источником погрешности является большая величина импеданса потенциальных игольчатых электродов, соединенная последовательно с входным сопротивлением прибора. Расчеты показали, что для снижения импеданса потенциальных электродов необходимо увеличить их площадь примерно в 1000 раз. Однако, такое увеличение площади потенциальных электродов ведет к нарушению одно-

**

СпРп

Сп

Хт

нь

ст

биологическая ткань

Ст

Рис. 2

Эквивалентная электрическая схема четырехэлектродного способа измерения электропроводности ЕГ. Ст и -поляризационная емкость и омическое сопротивление токовых олектродов; Сп и - поляризационная- емкость и омическое сопротивление потенциальных электродов.

родного распределения электрического поля в измерительной ячейке и, следовательно, может стать причиной еще больших погрешностей. Таким образом, к потенциальным эл&ктродам предъявляются противоречивые требования: с одной стороны площадь электродов должна быть большой для снижения импеданса, с другой стороны площадь электродов должна быть минимальной для сохранения однородного электрического поля в измерительной камере. Эти противоречивые требования к электродам разрешены в разработанном нами устройстве для измерения УЭ ЕГ. На устройство получено А.С, ИП6373. Особенность устройства заключается в том, что потенциальные электроды с очень большой поверхностью выполнены в виде зигзагообразной ленты. С целью сохранения однородного распределения электрического поля они вынесены из измерительной камеры и размещены в специальных дополнительных объемах. Разработанное устройство полностью устраняет погрешности измерения, обусловленные влиянием импеданса, как токовых, так и потенциальных электродов.

Несмотря на высокую точность измерения УЭ ,ЕГ в кондукто-метрнческих ячейках, возможности их использовании ограничены, так как дан проведения измерений требуется извлечение образца ткани, а это связано с травмой. Б этой связи практический и научный интерес представляет разработка ковдуктометрических устройств для измерения УЭ тканей на живом организме или, например, непосредственно во время операции. Нами разработано четнрехэлектродное устройство дозволяющее проводить измерения УЭ с высокой точностью на тканях и органах произвольной геометрической формы ( см.рис 3).

Рис. 3

Схема расположения щупа на поверхности БТ. I и 4 - токовые электрода, 2 и 3 - потенциальные электрода, и ¿2расстояние между токовыми и потенциальными электродами, ¿2 ~ расстояние между потенциальными электродам,

Основным элементом устройства является четырехс-лехтродный щуп с электродами полусферической формы. Длл проведени:: измерений достаточно коснуться' поверхности БГ торцовой частью щупа. При этом через крайние электроды создается ток в ткани, а на средних измеряется падение напряжения. Лля ьтого устройства ток через электрода, падение напряжения на ткани можно связать с. УЭ ткани математической расчетной формулой.

Для получения этой формулы необходимо рассмотреть ток через.отдельный электрод полусферической формы, находящийся в контакте с БГ. Б этом случае распределение потенциала в ВТ имеет сферическую симметрию, а плотность тока в ткани уменьшается обратно пропорционально квадрату расстояния от электрода. Для вычисления распределения потенциала в объеме и на поверхности ткани в зависимости от расстояния до контакта достаточно решить уравнение Лапласа с соответствующими граничными условиями. Граничные условия: У в точкам = О имеет положительную величину и ^ О при X -»► оо , так как граничные условия заданы в сферической системе координат, то удобнее использовать уравнение Лапласа также в сферической системе координат.

т? Ы1 °

Известно, что электрическое поле в электропроводящей среде подчиняется уравнению Лапласа и является потенциальным. В рассматриваемом наш случае необходим лишь один-член, зависящий от радиуса-вектора.

Решение данного уравнения с соответствующими граничными условиями дает рассчетную формулу для четырехэлектродного щупа.

Разработанное четырехэлектродное кондуктометрическое устройство успешно использовано в медицинских исследованиях. Например, в содружестве с клиническими кафедрами разработан "Экспресс- способ интраоперациовного определения жизнеспособности ткани кишки", "Способ определения кровенаполнения миокарда", "Способ определения жизнеспособности трансплан- ( тата роговицы глаза". ;

Б процессе работы с четырехэлектродным щупом было вы- I явлено, что на частотах 100 Гц и ниже устройство дает завы- • шенные значения УЭ тканей.

Из анализа эквивалентной электрической схемы четнрехэлектрод-ного щупа следует, что погрешности измерения на низких. час-,. тотах возникают из-за повышения импеданса потенциальных элек-. тродов. Для снижения импеданса необходимо увеличить площадь:, потенциальных электродов. По аналогии с ранее разработанной : четнрехзлектродвой ячеййой нами было создано четырехэлектрод-ное хоадуктометрическое устройство с увеличенной поверхностью потенциальных электродов. Ковдуктометрическое электродное устройство позволяет.проводить нетравматичные измерения на-тканях и органах произвольной геометрической формы с высокой ТОЧНОСТЬ!!) вплоть до 20 Гц.

Четвертая глава посвящается исследованию емкостных характеристик биологических объектов. Электрические параметры биологической ткани с точки .зрения существующих, представлений рассматривают как систему, обладающую емкостными и резистив-ными свойствами. Наличие в. ЕГ мембран, обладающих высокими диэлектрическими свойствами обуславливает их емкостные свойства. По данным различных авторов биологические ткани обладают большой по величине удельной емкостью С= 0,1 - 10 мкф/см2. Однако, в научной и учебной литературе указывается, что в настоящее время не выяснено, где сосредоточена электрическая емкость ВТ, сосредоточена ли она непосредственно в объеме ткани или в приэлектродных областях. Это связано с тем, что не разработано эффективных способов раздельного измерения емкости БГ и емкости границы раздела электрод-ткань.

Наш разработаны методики измерения емкостных свойств БТ раздельно от емкости границы раздела электрод-ткань с использованием четырехэлектродных устройств. Исследования емкостных свойств ЕГ, емкостных свойств границы раздела электрод-ткань и емкостных свойств системы электрод-ЕГ-электрод проведены путем изучения электрических переходных процессов при подаче прямоугольных шпульсоч тока. Измерения осуществлялись с использованием генератора сигналов специальной формы Г6 - 28 и двухлучевого осциллографа С1 - 69. Из анализа эквивалентной электрической схемы измерений и осцилограмм следует, что емкость ткани имеет величину порядка 10"^ Ф при длительности отпульса ПГ4 с.

Величина емкости граяжш раздела растет с увеличением дли-

тельности импульса и достигает в наших измерениях величины Ю"4 Ф/см2. Таким образом, на низких частотах емкостные' свойства системы -3-ЕГ-Э определяются в основном емкостными свойствами границы раздела Э-БГ, а емкостные свойства тканей проявляются слабо. Рассмотренный способ исследования емкостных свойств системы Э-БГ-Э замечателен тем, что позволяет быстро определить по переходным характеристикам где, в какой области сосредоточены емкостные свойства системы, однако более точные исследования необходимо проводить на синусоидальном сигнале.

Рассмотрим методику исследования емкости и низкочастотной диэлектрической проницаемости БТ на синусоидальном сигнале. Исследования осуществляются в четырехэлектродной ячейке путем измерения импеданса и сдвига фаз между током и напряжением в объеме БТ. Сдвиг фаз измеряли методом линейной развертки с помощью двухлучевого осциллографа. Анализ результатов измерений проведен с использованием трехэлементной эквивалентной электрической схемы БТ (см. рис.4).

*2

Рис. 4

С - конденсатор, моделирующий емкость клеточных мембран;

- резистор, моделиругаций электропроводность цитоплазмы; К 2 - резистор, моделирующий электропроводность межклеточной жидкости.

Для данной схемы полную электрическую проводимость У в комплексной форме можно представить как сумму активной (г и реактивной 8 проводимостей. у _ ^ ^ • £

Из схемы следует, что активная и реактивная проводимости связаны с параметрами элементов схемы следующими соотношениями.

Л _ 1 , Ял . р ~ Хс. .

в= К* + Ха '

Тангенс,угла, характеризующий активные потери в схеме, можно представить как отношение реактивной и активной проводимости.

Используя полученные соотношения и экспериментально определив из измерений импеданса на низкой и высокой частотах величины резисторов КI и Я 2 можно получить формулу и рассчитать емкость БГ в измерительной ячейке.

При определении относительной диэлектрической проницаемости ВТ воспользуемся известной из теории электрических полей аналогией между электрическим полем в диэлектрике и электрическом полем в электропроводящей среде. Тогда из форлулн для емкости плоского конденсатора можно получить соотношение для расчета относительной диэлектрической проницаемости БГ. Проведено экспериментальное определение емкости и относительной диэлектрической проницаемости ткани печени в области низких частот ( 20-1000 Гц). Диэлектрическая проницаемость с понижением частоты увеличивается и особенно резко в интервале частот 20 -100 Гц и достигает значений £ = 5 Ю6. По-видимому такое сильное возрастание £ можно связать с новой более низкочастотной областью дисперсии, которая может быть обусловлена поляризацией клеточных структур и клеток. Для случая поляризации клеток время релаксации будет определяться временем дрейфа свободных в пределах клетки носителей заряда. Проведенная оценка области низкочастотной дисперсии В для рассмотренного механизма поляризации достаточно хорошо согласуется с экспериментом.

В пятой главе рассмотрены принципы использования новых методов регистрации изменений электропроводности биообъектов в медико-биологических исследованиях.

■ I. Предложена методика неинвазивного исследования лечебного действия радоновых ваш по измерениям электропроводности ?ела; Разработан нетравматичньгй и'безопасный метод измерения электропроводности тела, причем в качестве токовых электродов служили левая рук& и левая нога, а потенциальными - правая ру-

ка и правая нога. Итак, в данном случае происходит измерение электропроводности только туловища, а сопротивления рук и ног исключаются, то есть руки и ноги являются как бы "омическими контактами" к туловищу, место наложения которых в процессе многодневных измерений не может измениться. Предложенная методика исключает погрешности измерений, обусловленные поляризационными явлениями на электродах, зависимость результатов от силы лритама электродов и разброс результатов измерений из-за неконтролируемых изменений межэлектродных расстояний.

Исследования проведены на группе больных остеохондрозом мужчин и женщин в возрасте 40-50 лет. Всего 20 человек. Электропроводность тела измеряли в положении лежа до и после приема ванны на частоте 1000 Гц в течение всего курса лечения ( 14-15 ванн, курорт "Белокуриха" ). Измеренные величины электропроводности тела как до приема бальнеопроцедуры, так и после приема испытывают довольно значительные непредсказуемые колебания. Эти колебания могут быть вызваны различными факторами: состояние клеточных мембран, изменение температуры тела, перераспределение циркулирующей в организме крови, которое может быть связано с эмоциональный состоянием обследуемых. Для выявления закономерности изменения электропроводности тела в процессе лечения родоновыми ваннами нами использован метод 'регрессионного анализа. Полученные данные свидетельствуют о заметном и достоверном возрастании электропроводности тела в процессе лечения радоновыми ваннами.

Известно, что проницаемость мембран и процессы метаболизма определяют белково-Лшщдные комплексы. В результате действия радона изменяется состав и структурно-пространственное положение липидов в биологической мембране,' активизируется ферментативные реакции окисления, протекающие в клетке. Под действием сС. -частиц в биологической мембране увеличивается количество гидрофильных полярных соединений и содержание жидкости в мембране, а также усиливается межмембранный перенос электронов.

Воздействие рассмотренных физико-химических факторов может привести к уведрченшо проницаемости клеточных мембран» что является одним из пусковых механизмов усиления обменных

процессов и процессов метаболизма. Таким образом, увеличение проницаемости клеточных мембран для ионов может привести к возрастанию низкочастотной электропроводности тела. Рассмотрены также другие возможные причины возрастания электропроводности тела. Проведенные исследования показывают, что низкочастотная электропроводность тела в процессе лечения возрастает, следовательно, изменения электропроводности могут служить одним из косвенных количественных критериев успешности проводимого лечения.

2. Проведено изучение влияния алкогольной интоксикации на электрические свойства организма. Исследования выполнены на белых крысах-самцах линии Вистар. На группах по 20 крыс проводили острую алкоголизацию путем введения в желудок 30$ раствора этилового спирта 6 г/кг и длительную алкогольную интоксикацию 15% раствор этилового спирта 6 г/кг в течение 60 дней. Контрольная группа состояла из 20 крыс. Б качестве электрических параметров регистрировали изменение общей электропроводности тела, а также изменение удельной электропроводности тканей почек, крови и лимфы.на фиксированных частотах I кГц, Ю кГц и 100 кГц с помощью разработанных нами кондукто-метрических устройств.Анализ изменений общей электропроводности тела животных показывает, что электропроводность на частотах 10 кГц и ЮОкГц практически не меняется. Исключение составляет электропроводность тела животных с хронической алкоголизацией на частоте I кГц. Наблюдается достоверное возрастание электропроводности по сравнению с контрольной группой, что свидетельствует об увеличении проницаемости клеточных мембран. Значительное возрастание УЭ крови ( в среднем на ВА%-) при острой алкоголизации можно объяснить увеличением проницаемости мембран эритроцитов. Увеличение УЭ тканей почек по-видимому связано с повышением проницаемости стенок сосудов и расширением сосудоЕ мшфоциркуляторного русла. Изменения УЭ тканей почек коррелируют с морфологическими изменениями.

В шестой главе рассмотрены новые электрофизические методы исследования параметров кровоснабжения тканей и органов в мик-роциркуляторном русле.

I. Новый способ определения кровенаполнения миокарда основан на измерении ее низкочастотной УЭ с помощью четырех-

электродного щупа. При разработке способа определения кровенаполнения миокарда использованы следующие общефизические положения: а) Ткань миокарда и кровь рассматриваются как несжимающиеся вещества. Следовательно, в заданном обьеме миокарда увеличение кровенаполнения приведет к соответствующему уменьшению объема ткани. Тогда полный результирующий обьем миокарда К можно представить как сумму объема ткани миокарда и объема, присутствующей в тканях крови Уг . То есть

У- + У* . (5) УЭ тканей миокарда 6>у= 0,1 и

УЗ крови ¡о 2~ 5 Ом-1- значительно различаются. Так как кровь обладает большей величиной УЭ по сравнению с тканями миокарда, то очевидно, будет наблюдаться закономерное возрастание УЭ исследуемой ткани с увеличением содержания крови. б) Результирующая электропроводность миокарда У определяется аддитивной суммой двух составляющих - электропроводности крови, присутствующей в миокарде и электропроводности ткани миокарда . То есть ^ - ^ 1+ Электропроводность любого материального тепа V связана с удельной электропроводностью <5 и размерами ( 5 - сечение, £■- длина) известным соотношением Х-'оЗ/1. В этом случае имеем

Следовательно, УЗ миокарда б регистрируемая в измерениях, будет зависите от двух величин: УЭ ткани миокарда б^ и ее объемной доли в миокарде и УЭ крови 62 и ее объемной доли в кровеносных сосудах миокарда. Тогда, используя полученные соотношения и считая полный обьем миокарда за 100$ У= 10С$, можно получить формулу для определения количества крови в процентах к объему миокарда

Используя полученную формулу, можно рассчитать содержание крови в процентах к объему миокарда в зависимости От УЭ. Результаты расчетов представлены в таблице. Итак, каждому значению УЭ миокарда соответствует вполне определенное содержание крови в тканях миокарда. Предложенный способ определения кровенаполнения миокарда обладает рядом преимуществ: I. Высокая точность определения кровенаполне-

ния миокарда. 2. Способ позволяет проводить экспресс-интра-операционные исследования кровенаполнения миокарда и точную топическую диагностику зон ишемии, что имеет большое значение при изучении результатов экспериментальных воздействий и при хирургических операциях.

Таблица

УЭ миокарда Ом^м"1 одо 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20 0,22 0,24 0,26

кол-во крови в % к объему ткани О 5 10 15 20 25 30 35 40

%

О 30 60 90 мин

Рис. 5

Динамика изменений кровенаполнения миокарда после перевязки артерии, о - стенка правого желудочка (контроль) х - стенка левого желудочка (опыт)

Проведена экспериментальная проверка метода на животных (собаки). Исследована динамика изменений кровенаполнения и из-

менения функционального состояния сердечной мышцы в процессе развития экспериментального инфаркта миокарда. В опытах ишемию миокарда создавали путем перевязки нисходящей ветви левой коронарной артерии. На рисунке 5 приведены графики изменений кровенаполнения стенки левого(опыт) и правого(контроль) желудочков после перевязки артерии.

Видно, что в ишемизированной зоне происходит резкое снижение кровенаполнения с 37,'. до 15%, в то время как на контрольном участке кровенаполнение сохраняется на уровне 25?.. Например, можно отметить интересную особенность: кровенаполнение стенки левого желудочка до перевязки артерии всегда больше чем стенки правого желудочка, что обусловлено лучшим кровоснабжением левого желудочка.

2. Разработано устройство дая измерения относительных изменений скорости кровотока в микроциркуляторном русле. Предложенное устройство, по существу, является термоандао-метром, принцип действия которого основан на зависимости скорости теплоотдачи от подогретого терморезнстора от скорости омывающего его потока. В технике известны два типа термоанемометров. Первый тип - это приборы, работающие в режиме постоянного тока через терморезистор и второй тип - приборы, работающие в режиме постоянной температуры терлорезис-тора. Нами предложена принципиально новая схема подключения терморезистора, позволяющая повысить чувствительность термоанемометра при одновременном снижении температуры перегрева терморезистора относительно температуры биообъекта. Устройство для измерения относительных изменений интенсивности кровотока состоит из двух функциональных блоков: измерительного моста постоянного тока с микротерморезистором МТ-64, служащего для измерения телпературы и генератора пераленного тога для подогрева кикротерморезистора. Причем напряжение с генератора на терморезистор подается через разделительный конденсатор. Это позволяет разделить измерительные цепи моста постоянного тока от влияния цепей переменного тока генератора подогрева. Устройство обладает еысокой чувствительностью и позволяет регистрировать изменения интенсивности кровотока в микроциркуляторном русле(в частности, в-корковом веществе почки) при воздействии лекарственных препаратов.

Устройство защищено авторским свидетельством.

Седьмая глава посвящена разработке экспресс-методов определения жизнеспособности тканей и органов по низкочастотным кондуктометрическим измерениям.

Практическое .применение в клинике нашел разработанный нами способ определения жизнеспособности ткани кишки по измерениям ее УЭ. Известно достаточно много способов оценки жизнеспособности ткани кишки, например, по биоэлектрической активности, по оценке интрамурального кровотока в стенке кишки с помощью транашшминации, путем подогревания в теплом физрастворе или с помощью раздражения кристалликом соли №» 0£. Однако, все эти способы на оценку жизнеспособности требуют зат-тат времени 18-20 минут или они травматичны. Обычно хирурги оценивают жизнеспособность кишки по внешнему виду (цвет, перистальтика) , но такая оценка имеет субъективный характер.

В основе предложенного способа определения жизнеспособности ткани кишки лежит изученная наш зависимость УЗ 0т патологических изменений б тканях кишки при ее ишемическом поражении. В опытах на животных измерения величины УЭ ткани кишки в условиях ишемии и контрольных исследованиях сопоставлялись с данными гистологических исследований. Измерения электрических характеристик ткани кишки проведены четырехэлектрод-ннм методом с помощью устройства для измерения УЭ ЕС произвольной геометрической Формы на частоте I кГц.

В результате проведенных экспериментов установлено, что наиболее достоверно жизнеспособность ткани кишки гложет быть определена по величине отношения УЭ патологического и нормального участка -кишки. Если это отношение меньше 1,5 , то соыни-те&нык участок мо;шо считать жизнеспособным, если это отношение больше 1,5 , то исследуемый участок признается нездзне-способным. На рисунке 6 представлены результаты статистической обработки экспериментальных данных для отношений низкочастотной УЭ <опатол I <оНори. Вяда' что Доверительные интервалы отношений бПагол./ 2«° в стадш некроза и ъ. ста-

дии переживания б* штол / (J НОрМ = 1,3 надежно не перекрнва-ваются. Это свидетельствует о высокой достоверности разработанного способа определения жизнеспособности ткани юшки. На точность определения жизнеспособности кишки при интраопераци-

1.0 1.3

0.95 105 112 1.48

рууу//у/1\чч\ччу| г Ь потоп.. 1.73 227 бнорм.

Рис.6

Результаты статистической обработки параметра бпатсл J ^норм.

онлых измерениях %:ояет оказать влияние поверхностная электропроводность, обусловленная наличием шунтирующего слоя жидкос--7. на серозном покрове кишки. Расчеты поверхностной электропроводности показали, что ее вклад, а также изменения крове-каполнентл не оказывают существенного влияния на точность определения жизнеспособности. Таким образом, для определения жизнеспособности достаточно измерить прикосновением щупа УЭ нормального и патологического участка кишки. На способ получено авторское свидетельство.

Методы определения состояния тканей по исследованию их пассивных электрических характеристик получают все более широкое применение в медицине. Здесь следует отметить разработанные Тренчуком В.Б. способы определения состояния рогович-ной ткани по импедансометрическим измерениям на высоких частотах (I í.d'n), Наш совместно с МНТК "Микрохирургия глаза" также разработан способ определения жизнеспособности трансплантата роговицы и устройство для его осуществления.

Предлагаемый способ основан на неисследованной и неизвестной ранее зависимости УЭ роговицы на частоте 200 Гц от ее функционального состояния. Для выявления этой зависимости были проведены измерения УЗ роговины на различных частотах на собаках и людях после клинической смерти. Установлено, что для роговицы наиболее информативными являются низкочастотные измерения в области 200 Гц. Определено крити-

ческое значение УЭ (э - 0,39 йГ1- м""1. При данной величине УЭ и меньше, роговицу считают пригодной для всех видов кера-тошшстических операций.

Таким образом, для определения жизнеспособности трансплантата роговицы необходимо точно измерить её УЭ. В данном случае щуп с электродами полусферической фодаы непригоден. Экспериментально путем подбора фориы, размеров и взаимного расположения электродов было изготовлено микроэлектродное устройство, позволяющее измерить УЭ роговицы при толщине 450 - 600 мкм. На "Способ определения жизнеспособности трансплантата роговицы глаза" получено положительное решение по заявке, на изобретение.

ВЫВОДЫ

1. Впервые показано, что нарушение условия квазистационарности и скин-эффект могут привести к появлению зависимости измеряемых удельных электрических характеристик биообъекта от его геометрических размеров (к размерным эффектам). Корректная постановка задач исследования пассивных электрических свойств КГ может быть реализована по теоретически рассчитанным номограммам, позволяющим быстро подобрать условия эксперимента, при которых исключаются размерные эффекты.

2. Предложен новый биофизический механизм вредного воздействия электрических полей низкой частоты на биологические объекты, основанный на селективном взаимодействии наведенных токов с ионными каналами клеточных мембран. Проведена теоретическая оценка возможных нарушений электролитного гомеоста-за клетки от напряженности и времени воздействия электрических полей низкой частоты.

3. На основе теоретического изучения особенностей распределения плотности тока и потенциалов в объеме и на поверхности. ЕГ от:электродов полусферической формы созданы различные конструкции электродных устройств, позволяющие проводить нетравматичннб экспресс интраоперационные диагностические исследования на тканях и органах произвольной формы.

4. Разработаны принципиально новые типы кондуктометричес-ких ячеек с высокой точностью измерения на низких частотах, достигнутой за счет создания более однородного электрического шля в измерительной камере и снижения на несколько порядков

импеданса потенциальных электродов.

5. Разработаны метода исследования емкостных параметров ВТ, исключающие влияние емкости границы раздела электрод- ВТ на результаты исследований. Установлено, что емкостные свойства системы электрод-БТ-электрод на низких частотах определяются в основном свойствами границы раздела электрод-БГ, а емкостные свойства ВТ проявляются слабо. Обнаружена новая область дисперсии относительной диэлектрической проницаемости ткани в области низких частот 30-100 Гц.

6. Разработана теория и предложен экспресс-способ интра-операционного определения кровенаполнения миокарда и топической диагностики зон ишемии по кондуктометрическим измерениям, позволяющий определять абсолютные значения кровенаполнения.

7. Предложен новый нетравматичннй экспресс-способ определения жизнеспособности ткани кишки по результатам измерения её удельной электропроводности. Определение жизнеспособности основано на биофизических особенностях переноса носителей тока через норлальную и поврежденную ткань и поэтому не зависит от субъективной оценки её состояния: хирургом по внешним признакам: цвет, наличие-перистальтики, пульсации сосудов.

8. Разработан способ определения жизнеспособности трансплантата роговицы глаза, основанный на низкочастотных кондук-тометрических измерениях и устройство для его осуществления. На результаты измерения УЭ роговицы исключено влияние шунтирующего действия жидкости передней камеры глаза.

9. Изученная зависимость мезду низкочастотными электрическая! параметрами ЕГ (на примере ткани кишки) и её морфо-фувкциональным состоянием может быть использована при разработке нетраиматичных экспресс-методов диагностики практически любых тканей и органов.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССВДОВАБШ В ПРАКТИКУ

I. Устройство дая измерения электропроводности биологических тканей и жидкостей A.c. III6373 используется в лаборатории лимфологии Института физиологии СО АМН СССР с января 1985 года. Устройство позволило количественно оценить влияние лазерного излучения малой мощности на изменения электрофизических свойств крови, лимфы и плазмы крови. Полученные результаты используются при изучении механизмов воздействия лазерного излучения на биообъекты. (Зам. директора по научной

работе проф. В.Б.Виноградов, 13 мая 1985 г.)

2. Устройство для измерения электропроводности биологических тканей и жидкостей A.c. III6373 используется в отделе биохимии Института клинической и экспериментальной медицины СО АМН СССР с 14 сентября 1987 г. Устройство применяется при изучении электрических свойств биологических мембран и позволяет исследовать взвеси эритроцитов и их "тени" в норме и различных патологических состояниях. (Директор ИКЗМ СО АМН СССР академик АМН СССР В.П. Казначеев, 20 декабря IS68 г.)

3. Устройство дая измерения электропроводности биологических тканей и жидкостей A.c. III6373 внедрено на кафедре биологии Новосибирского медицинского института с 3 января 1986 г. Устройство использовалось в научной работе при изучении воздействия сильных электрических полей промналенной частоты на лабораторных животных. Обнаружено изменение электропроводности тканей у опытных групп животных. (Ректор НоТКЗМй член-корр. АМН СССР К .Г. Урсоа, 6 декабря 1988 г.)

4. Электродное устройство для измерения удельной электропроводности биологических тканей произвольной геометрической Форш и медицинский кондуктометр внедрены на кафедре ортопедической стоматологии Новосибирского медицинского института с 7 мая 1990 года. Разработанные устройства используются для исследования состояния слизистой оболочки протезного ложа. (Ректор HÖI члек-корр. АМН СССР И.Г.Урсов, 4 января 1991 г.}

5. Устройство для измерения электропроводности биологических тканей и жидкостей A.c. III6373 внедрено в учебный процесс с 1987 года на кафедре медицинской и биологической физики Новосибирского медицинского института. С использованием данного устройства разработана новая лабораторная работа "Изучение электропроводности биологических тканей а жидкостей" и изготовлено пять измерительных лабораторных установок. (Ректор ШИ член-корр.АМН СССР И.Г.Урсов, 4 января 1991 г.)

6. Устройство дая измерения электропроводности биологических тканей и жидкостей A.c. III6373 внедрено в кардиологическом отделении Городской клинической больницы Jffil с января 1989 года. Устройство используется для изучения удельной электропроводности взвеси эритроцитов и динамики её изменений у больных с артериальными гипертензиями. Динамика изменений удельной электропроводности взвеси эритроцитов после приема