32. Електрични свойства на биологичните тъкани. Постоянен ток в биологични обекти. Физиологично действие.

32.1. Електрични свойства на биологичните тъкани.

Биологичните обекти се характеризират със значителна нееднородност на пасивните електрични свойства (диелектрична проницаемост и специфично електрично съпротивление) на всички структурни нива - на клетъчно, на тъканно, както и на нивото на отделните органи в организма като цяло. Някои тъкани като например скелетните мускули и миокарда притежават и ясно изразена анизотропия - специфичното електрично съпротивление по оста на клетките е няколко пъти по-малко отколкото перпендикулярно на оста.

Биологичните обекти - клетки, тъкани, органи и др. може да се разглеждат като съвкупност от разнородни проводници и диелектрици. Това са главно белтъчни колоиди, които слабо провеждат електричния ток, и електролитни разтвори с добра електропроводимост. В биологични обекти чисто електронна проводимост липсва.

Към електролитите се отнасят кръвната плазма и различните тъканни течности - лимфа, урина, гръбначномозъчна течност и др. Те имат специфично електрично съпротивление от 0.5 до 2 Ω.m.

Малко по-голямо съпротивление имат мускулите, тъканта на белия и черния дроб.

Много голямо е съпротивлението на мастната и костната тъкан и кожата.

Съпротивлението на някои тъкани като кожа например зависи и от външни причини. Например специфичното съпротивление на влажна кожа е много по-малко, отколкото на суха кожа. Различни увреждания, като изгаряния и рани също намаляват съпротивлението на кожата.

Измерването на електричното съпротивление на тъканите и органите е много трудно поради няколко причини:

• Тъканите и органите са нееднородни по своя състав.
• Биологичните обекти имат различна конфигурация.
• Физическите параметри на живите същества не остават постоянни с течение на времето. Те се изменят както поради физиологичните процеси, протичащи в организмите, така и под действието на протичащият електричен ток. При опити с животни е необходимо да се следи за физиологичното състояние на животното, тъй като ако тока предизвиква дразнене, това ще доведе до изменение на електричните параметри на организма. При измервания, извършвани на изолирани от организма тъкани, трябва да се отчита йонния характер на електропроводимостта им и да се поддържа в тях постоянна влажност.
• Трудно е измерването на електричните параметри на отделни клетки. Въвеждането на микроелектроди в клетката не може да не и оказва определено влияние, поради което се променя и нейната проводимост.
• Дори при отчитане на всички други фактори, при използване на неполяризуеми електроди големината на тока намалява с времето поради поляризационни ефекти.

Приблизителната стойност на специфичното електрично съпротивление, на различни тъкани, in vitro е:

32.2. Постоянен ток в биологични обекти и неговото физиологично действие.

Поради голямата разлика в електропроводността на различните тъкани и органи електричният ток минава не по най-късия път, а следва тези участъци, съпротивлението на които е най-малко. Например при животните и човека електричният ток минава по кръвоносните тъкани, нервните влакна, лимфните пътища и др. През кожата електричният ток минава предимно през порите на каналите на потните жлези.

Физиологичното действие на постоянния ток в значителна степен е свързано с процесите, протичащи в електролитите, запълващи клетките и тъканите. Протичането на постоянен ток, тъй като в биологични обекти е свързано с движение на йони, предизвиква също така сложни електрохимични реакции около електродите:

• Продуктите от електролизата, отделени върху електродите - Na⁺ и Cl^- йони, могат да образуват такива силно реактивни вещества като HCl и NaOH, действието на които може да доведе до изгаряния. За избягване на това явление при лечение или биоелектрични измервания се използват неполяризуеми електроди или между металните електроди и кожата се поставя марлен тампон, намокрен с физиологичен разтвор.
• Газови мехурчета, отделени на повърхността на електродите, увеличават общото съпротивление.
• Насочените към електрода йони със знак, противоположен на неговия, образуват около него електронен облак, който променя електродите и създава поляризационно ЕДН.

При дадено напрежение големината на протеклия ток зависи от съпротивлението на съответния участък, през който протича тока. Например при суха кожа, R ~ 10⁵Ω

При влажна кожа, R ~ 1500Ω

Промени на съпротивлението на кожата стоят в основа на детекторите на лъжата. Емоционалното състояние предизвиква промяна в потоотделянето, а оттам и промяна на кожното съпротивление. Това от своя страна предизвиква увеличение на големината на протичащия ток при едно и също напрежение.

Ток с големина 1 mA предизвиква дразнене, а ток с големина 5 mA предизвиква болка. Ток с големина 10 mA предизвиква мускулна контракция, а при токове, по-големи от 15 mA, се загубва волевия контрол върху мускулите. Токове с големина 70 mA и продължителност 1 s могат да доведат до вентрикуларна фибрилация, а при по-голяма продължителност и смърт. При директен контакт на електродите със сърцето, фибрилация може да възникне и при много малки токове - от 50 до 100 μА. Веднъж възникнала, фибрилацията не се прекратява, дори да се прекрати действието на тока, който я е предизвикал. Неполучавайки свежа кръв 1-2 минути, сърдечният мускул отслабва и не може да бъде приведен в състояние на нормално съкращение, след което настъпва смърт. За дефибрилация обикновенно се използва електричен ток, пропускан за няколко милисекунди чрез 2 електрода, поставени на повърхността над кожата над и под сърцето. Този ток предизвиква деполяризация, всички мускулни влакна се връщат в състояние на покой и след това следващия сигнал от синусовия възел може да започне регулирани съкращения.

Слаби постоянни токове притежават терапевтично действие. Метода на лечение със слаби постоянни токове се нарича галванизация. Физиологичното действие се основава на размесване на йоните на електролитите и на други заредени частици, които се съдържат в тъканите, задържането им на границата на среди, различни по своите физикохимични свойства и полупроницаеми тъканни мембрани, изменение на рН в областта под електродите. Това води до изменение на възбудимостта, хиперемия, загряване и др.

С постоянен ток може да се внасят в организма лекарства, които в разтвор се разпадат на йони. Това се нарича йонофореза. Внасяните с електричен ток лекарства не проникват на голяма дълбочина, а се задържат в кожата и в подкожната тъкан, образувайки кожно депо. От там чрез дифузия лекарствените вещества преминават в кръвта.

Слаби постоянни токове стимулират растежа на костите и многотъканната регенерация.