ELEKTRICKÉ POLE V BUŇKÁCH A V ORGANISMU. Helena Uhrová

Transkript

1 ELEKTRICKÉ POLE V BUŇKÁCH A V ORGANISMU Helena Uhrová

2 Hierarichické uspořádání struktury z fyzikálního hlediska organismus člověk elektrodynamika Maxwellovy rovnice buňka akční potenciál fenomenologická termodynamika Nernst-Planckovy rovnice suprabuněčná struktura membránový potenciál statistická termodynamika Poisson-Boltzmannova rovnice atomární a molekulární struktura vlnění a kvantová mechanika Schrödingerova rovnice

3 Organismus - složitá heterogenní soustava z hlediska proudů a elektrických polí uspořádání a rozdělení elektrických nábojů různé polarity membránové a akční potenciály komplikovaný vodič elektrického proudu mezibuněčná tekutina (R) má jiné vlastnosti než buňky (Z)

4 Vstup proudu do těla epidermis - vysoký odpor vrstva tuku kožní maz vnitřní vrstva kůže - značný obsah vody a elektrolytů dobrý izolátor dobrý vodič dobrý x špatný vodič

5 Proud procházející lidským tělem U - dotykové napětí, R t - odpor lidského těla (za normálních podmínek 2 až 3 kω), R p - přechodový odpor- odpor mezi živým koncem instalace a tělem a mezi tělem a zemí. I = R t U + R p

6 Elektrické vlastnosti tkání měrná vodivost cytoplazmy a mezibuněčného prostoru 0,2 1,0 s/m měrná vodivost buněčných membrán s/m

7 Stejnosměrný proud způsoben pohybem iontů - elektrolytický teče především mezibuněčnou tekutinou (velký odpor X C membrán) permanentní dipóly dipólové molekuly x dipólové momenty polarizace dielektrika x posuvný proud

8 Střídavý proud veden tkáněmi převážně jako posuvný proud natáčení dipólů molekul ve směru pole v rytmu střídajících se půlperiod velké množství Q = R I 2 t vedení elektrického proudu závisí na ε E = E 0 /ε, kde ε = ε 0.ε r

9 Membrány a frekvence proudu nízkofrekvenční proud - membrány kladou velký odpor vysokofrekvenční proud - kapacitní přemostění membrán = proud prochází snadno díky malému kapacitnímu odporu membrán

10 Impedance R, X C, (X L ) Sériový obvod U I = Z Paralelní obvod C Z = R + X = R + 1 ω C 2 2 ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ ˆ U U U R I = IR + Ic = +, tedy Z = Z R XC 1+ ω CR 2 2 2

11 Frekvenční závislost Z kapacitní odpor kůže X C f = 50 Hz, (R těla ~ 2000 Ω). f = 1 khz, X C = 1 6 R f = 10 khz, X C = 1 60 R

12 Měrný odpor tkání (rezistivita) ρ [Ωm] ρ tkání tukových + kostí: ρ tělních tekutin: 0,8 1,3 ρ svalů:

13 Odpor kůže proměnný, cca 3x vyšší než tkání mezi L a P rukou při napětí do U = 50 V je R > 10 kω, s rostoucím napětím R klesá při napětí U = 220 V je R = 5 kω, ve vlhku R = 1kΩ ve vodě R = 500 Ω

14 Rozdíly mezi suchou a vlhkou kůží suchá kůže U = 220 V ρ k = 105 Ω ma I = 2,2 vlhká kůže U = 220 V ρ k = 1,5 Ω 146,7 ma přípustné hodnoty stejnosměrných a střídavých proudů I =

15 Střídavý proud jde tkání cestou nejmenšího odporu, tj. mezi buněčnými prostorami, podél cév, nervových vláken Při průchodu stejnosměrného proudu dochází postupně k depolarizaci a vzrůstu permeability membrán pokles měrného odporu

16 Diagnostika poruch prokrvení končetin měření elektrického odporu kůže měření elektrického odporu tkání reopletyzmografie - pro zjištění objemových změn v cévách přírůstek objemu je přímo úměrný poklesu elektrického odporu

17 Elektrická dráždivost Stejnosměrný proud - nemá dlouhodobé dráždivé účinky - stálý proud zvyšuje membránový potenciál - podráždění vzniká až při prahové hodnotě intenzity působící po určitou dobu - reobáze nejmenší intenzita I vyvolávající podráždění - chronaxie kvantitativní vyjádření

18 chronaxie

19 Účinky stejnosměrných proudů Elektrolýza - transport disociovaných iontů Elektroforéza - pohyb disociovaných molekul a koloidů Elektroosmóza redistribuce vody membránovými strukturami směrem ke katodě Tepelné účinky (Q = R I 2 t) Dráždivé účinky

20 Účinky stejnosměrného el. proudu se nejvýrazněji projevují na nervech motorických - snížení prahu dráždivosti v důsledku alkalizace senzorických - snížení dráždivosti v důsledku kyselých reakcí analgetický účinek vázomotorických (kůže, svaly) až trojnásobné prokrvení proti stavu klidovému

21 Léčebné účinky stejnosměrných proudů iontoforéza vpravení léků s el. nábojem do injekčně špatně přístupných tkání proudem (oči, klouby) hloubková galvanizace tlumení bolesti po úrazech, při zánětech vazivových tkání, nervů a svalů, při žilních trombózách zvýšením místního metabolismu, urychlením tkáňové difůze apod.

22 Účinky střídavých proudů Účinky střídavého proudu jsou závislé na f do 100 Hz roste dráždivý účinek s rostoucí frekvencí nad 100 Hz - klesá dráždivý účinek I I = k f s rostoucí frekvencí Hz I = k-. f stále klesá u 10 khz, kde, mizí nad 100 khz - žádné dráždivé účinky

23 Léčebné účinky střídavých proudů Elektrostimulátory využívající dráždivých účinků proudu defibrilátor kardiostimulátor neurostimulátor elektrošoky

24 Léčebné účinky střídavých proudů Vysokofrekvenční proudy diatermie - krátkovlnná λ = 11,06 nm 27,12 MHz, - ultrakrátkovlnná λ = 69 cm 433,92 MHz prohřívání v kondenzátorovém poli prohřívání v indukčním poli mikrovlnná terapie - (λ = 12,4, 12,25 cm 2400, 2450 Hz)