Тірі ағзаға электр тогының әсері

МақалаДа электр тогынын әсерінен тірі ағзаДа заряДталған белшектерДің қозғалысы пайда болады, ұлпалар поляризацияланады да, қызаДы (жылулық эффект). Тұрақты және жиілігі 105Гц темен болатын айнымалы тоқ ағза үшін қауіпті болып саналады. Залалды әсері кернеумен емес тоқпен тұжырымдалады.

Қауіпсіз болып табылатын тоқ күші 0,01A (әлсіз тоқтың өзі нерв жүйесінің қызметінде байқалады) төмен; ал 0,1A жоғары болатын тоқ адам өмірі үшін қауіпті. Қауіпті болатын дәрежедегі тоқ ағза бойында таралатын тоққа тәуелді түрде жүріп отырады. Мысалы, бұлшықеттен өткен тоқ оның жиырылуына әкеледі. Сонда бұлшықеттің реакциясы берілген тоқ күшіне, оның әсер ету ұзақтығына байланысты. Егер қандай да бір табалдырық мәнінен тоқ күшінің мәні аз болса, онда жиырылу қысқа мерзімді болады да, ал импульс болмайды. Жиырылғаннан кейін бұлшықет босаңсу үшін біршама уақыт қажет. Сол себептен егер импульс аралығы бірінен кейін бірі болатын болса, онда бұлшықет босаңси алмайды және оның жиырылуы қозған импульс беретін уақыт сияқты созылады. Бұлшықеттің мұндай күйін тетанус деп атайды.

Тұрақты тоқтың импульсі айнымалы тоқ сияқты әсер береді. Бұлшықеттің тетаникалық жиырылуына мысал ретінде адам тоқ жүретін жалаң сымды ұстаса, оны өздігінен жібере алмайды. Импульсті тоқтар жүректің, нерв талшықтарының, бұлшықеттердің стимуляциясы үшін қолданады. Оның мақсаты олардың жиырылуының немесе өткізу

функциясының қалпына келуі болып табылады. Жүрек арқылы өтетін қысқа мерзімді импульсті тоқ мембрананың қалыпты деполяризациясын және миокарда бұлшықетінің синхронды жиырылуының пайда болуына әкеледі. Реанимация кезінде осы мақсатта арнайы аппарат дефибриллятор пайдаланылады. Соған сәйкес амплитудасына, импульс формасы мен ұзақтығына байланысты тоқ ағзаға әртүрлі физиологиялық әсер етеді. Материалдар мен әдістер.

Аз мөлшердегі электр тоғы (0,01-0,025A) тыныс алу жолдарының бұзылуына (тыныс алу бұлшықеттерінің жиырылу жағдайында), жүректің жиі соғысына әкеледі. Ал өте жоғары болатын тоқ (0,1A) жүректің қайтымды немесе қайтымсыз тоқтауына әкеліп соғады. Сонымен қатар электр тоғының әсері ақуыздардың денатурациясын, жылулық эффекті - күюді тудырады.

Кез келген биологиялық жүйе гетерогенді болып табылады. Жүйені қүрайтын бөліктерінің тоқ күшіне кедергісі кең диапазонда жатады (мысалы, рқан=1,66 Ом·м,

Рқұрғақ терì=105 Ом·м). Ағзаның кедергісі негізінде терінің кедергісімен анықталады. Ол өз кезегінде оның күйіне тәуелді: қалыңдығы, ылғалдылығы және т.б. Ағза ішінде тоқ негізінде қан мен лимфа тамырлары, нерв талшықтарының қабығы мен бұлшықет бойымен таралады. Ағзаның күйі қабыну үдерістерінде өзгеріске түсетінін де тәжірибе жүзінде бақылауға болады. Кедергінің кемуі әсіресе, денеден тер мөлшерден тыс шыққанда байқалады. Қандай да жүйенің кедергісі активті (тері)және реактивті(мембрана) кедергілермен анықталады. Мысалы, тірі ағзаларда конденсатор ролін биологиялық мембрана атқарса, ал индуктивтілік қасиет ағзада байқалмайды.

Ал бұлшықет талшығын алсақ, оны қоздыру үшін қажетті ұзақтығы ең аз уақыттан аспайтын тоқ тітіркендіреді. Тоқтың жиілігі артқан сайын (105Гц), тітіркендіру ұзақтығы төмендеп, тоқ бұлшықеттің жиырылуын тудырмайды. Осы жағдайда ол тек кана жылулық әсер береді. Бұл кезде 1015мА болатын тоқ медицинада кеңінен қолданылады.

Электромагниттік өрістің жылулық әсері оның иондарға, бейтарап бөлшектерге әсері арқылы анықталады. Электр өрісінің әсерінен бейтарап молекулалар поляризацияланады және ығысу тогының пайда болуына әкеледі. Тұрақты тоқтың алғашқы әсері иондардың қозғалысымен, олардың бөлінуімен және ұлпалардағы әртүрлі элементтердің концентрациясының өзгерісімен байланысты.

Айнымалы өрістегі бөлшектердің тербелісі үйкелумен (жанасу) жүреді, яғни жылулық энергия бөлінеді. Сыртқы өрістің жиілігі азайған сайын бөлшектердің тербеліс жиілігі де төмендейді және жылулық шығын да азаяды. Басқа жағынан алғанда электрондардың (деформациялық поляризация жағдайында) немесе молекулалардың (бағытталған поляризацияда) жиілігі артқан сайын өзінің кеңістіктегі орнын өзгертуге үлгере алмайды да, жылулық шығынға соқтырады. Осыдан тербеліс жиілігі қандай да бір мәніндегі жылулық эффектісі (жұтылу резонансы) максимал болады. Бұл сыртқы өрістің жиілігі бөлшек тербелісінің өзіндік жиілігімен сәйкес келу жағдайында байқалады. Мысалы, бағытталған поляризация жағдайында судың молекуласы жұтылу максимумы жиілігі 1010Гц жатады, яғни аса жоғары жиілік диапазонында (АЖЖ) жатады. Судың молекуласының бағытталған поляризациясы тірі ағзалардың электромагниттік сәулесінің жүтылуында негізгі роль атқарады. Сол себептен су қүрамы көп болатын ұлпалар (мысалы, бұлшықет және қан) басқаларға қарағанда (майлы және сүйекті ұлпа) тез қызады.

Электромагниттік өрістің энергиясының өгерісі бірлік көлемде уақыт бірлігінде (меншікті қуат) мынаған тең:

P = σE2 + ωE 2εε0 tgδ,

Мүндағы: ς -өткізгіштік, Е - электр өрісінің кернеулігі, ω - айнымалы электр өрісінің жиілігі, ε - диэлектрлік өтімділік, tgδ - диэлектрлік шығынындағы тангенс бұрышы. Бұл теңдеудегі бірінші қосылғыш өткізгіштік есебінен шығындалатын энергияны (джоульдік), ал екінші қосылғыш еркін зарядтары болмаған кездегі диэлектриктің шығынын көрсететін шама. Сәуле шығарудың жиілігі мен ұлпаның диэлектрлік өтімділігі артқан сайын өту тереңдігі азаяды. Өту тереңдігі өшу коэффициентіне кері пропорционал болады: d=1∕α

Ұлпада қаншалықты су мeлшерi көп болса, соншалықты өту тереңgiгi де азаяды. Мысалы, ультра жоғары жиiлiктi - толқынның (ν=3∙108...3∙109 Гц) өту тереңдiгi улпаның булшыщетi мен терi yшiн шамамен 4 см қураса, ал май және сyйектi yлпада - 20 cм. Бул кoрсеткiштер аса жоғары жиiлiктегi - толқын yшiн осыған сәйкес 2 см және 10 см қурайды.

Биологиялық улпалар мен мyшелер эртyрлi кедергiлi тyрлi тyзiлiстер болып табылады. Олар өз кезегiнде электр тоғының эсерiнен oзгерiске ушырайды. Дененщ бетiне орналастырылған электродтар (биологиялық жyйенi электр тiзбегiмен қосатын арнайы формалы oткiзгiштер) аралығындағы ағзаның электр oткiзгiштiгi терiнщ кедергiсi мен терi қабаттарының кедергiсiне тэуелдi. Терiнщ кедергiсi бiрiншi кезекте оның кyйiмен: қалыңдығы, жасымен, ылғалдылығымен және т.б. анықталады. Ылғалдылық, денеден шыққан тер кедергiнi анағурлым азайтады, аз мoлшердегi кернеудщ oзiнде ағза арқылы тоқты туғыза алады. Сол yшiн улпалар мен мyшелердщ электр oткiзгiштiгi диагностикалық кoрсеткiш ретiнде пайдаланылады. Мысалы, суық тигенде жасуша iсiнедi, соған сәйкес жасуша аралық қосылыстардың қимасы азаяды және электр кедергiсi артады; денеден тер шығаратын физиологиялық қубылыстар терiнщ электр oткiзгiштiгiнщ артуымен жyрiп отырады [1].

Айта кететiн жағдай, биологиялық улпалардың диэлектрлiк oтiмдiлiгi мен oткiзгiштiгi тyсетiн сэуленщ жиiлiгiне тэуелдi және улпалардағы судың, иондардың, дипольды молекулалардың мoлшерiмен анықталады.

Микротолқынды сэуленщ алғашқы биологиялық эсерi жылулық эффектiге алып келедi. Ал жоғары жиiлiктi және аса жоғары жиiлiктi сэулелену сэулеленетiн объектiнщ oне бойына қызуын туғызады. Толқын узындығы азайған сайын улпаға oту тереңдiгi тoмендейдi, ол oз кезегiнде тек беткi қабаттарды қыздырады. Жоғары жиiлiктi және аса жоғары жиiлiктi сәулеленуден пайда болған қызу бiрқалыпты емес екенiн тэжiрибе жyзiнде анықталады. Кейбiр жерлерде жергiлiктi қызу пайда болуы мyмкiн.

Аса жоғары жиiлiк - сэуленщ жылулық емес эффектiсi қандай да бiр молекулалардың резонанстық жутылуы себебiнен болады. Аса жоғары жиiлiк - диапазонында фосфолипидтердщ полярлы бастарының айналмалы тербелiсiнщ жиiлiгiмен (109 Гц), байланысқан судың сипаттамалық жиiлiгi (108- 109 Гц), еркiн сулардың жиiлiгiмен (1010 Гц) және т.б. анықталады. Бул жағдайда сәуле шығару улпа температурасын жалпы жоғарлауы болмаса да, жеке молекулалардың энергиясының oзгерiсiн туғызады. Мысалы, байланысқан судың молекулаларының сәуле энергиясының резонанстық жутылуы биомолекулалардың гидратты қабатының бузылуына алып келедi. Осыдан олардың конформациясының oзгерiсi пайда болады.

Аса жоғары жиiлiктi сэулеленудщ узақ уақыт қолдануы улпаларда оттегiнщ мoлшерiнщ жэне жумыс жасау қабiлетiнiң тoмендеуiне, ағзаның тез шаршауына жэне т.б. экелiп соқтырады.

Жоғары жиiлiктi тоқ хирургияда улпаларды жалғау yшiн (диатермокоагуяция) жэне кесу yшiн (диатермотомия) пайдаланылады. Ал электр oрiсi эсерiнен дэрiлiк заттардың иондары терi арқылы улпаға oтедi. Заттардың терiс зарядталған бoлшегi (анионы) катодқа, оң заряды анодқа тартылады.

Мысал ретiнде турақты тоқпен эсер ету эдiсiнщ бiрi гальванизация эдiсi мен дэрiлiк заттардың электрофорезiн айтуға болады. Тэжiрибе жyзiнде калий иодын (KI) алсақ, онда K+ ионы анодқа, ал I- ионы катодқа қарай бoлiнетiнiне студенттер кoз жеткiзедi.

Ал электромагниттiк толқын зат молекуласын поляризациялайды да, электр диполi тyрiнде периодты қайта бағыттайды. Сонымен қатар электромагниттiк толқын биологиялық жyйелердщ иондарына эсер етедi жэне айнымалы oткiзгiш тоқ пайда болады. Ол oз кезегiнде заттың қызуына экеледi. Микротолқындардың энергиясының максималды жутылуы булшықет пен қан, сyйек жэне майлы улпада су аз болғандықтан олар аз қызады.

Жутылу коэффициенттерi эртyрлi электромагниттiк толқындардың шекарасында, мысалы, су қурамы кoп жэне аз мoлшерде болатын шекарады турғын толқындар пайда болады. Бул толқындар жергiлiктi улпаларды қыздырады. ¥лпалары тез қызатын аймақтарға қанмен аз қамтылатын, яғни терморегуляциясы нашар жерлер жатады, мысалы кoздщ буршағы, шыны тэрiздес денелер жэне т.б. [2] Сонымен қатар электромагниттiк толқындар биологиялық yрдiстердi oзгертедi. Сонда сутектi байланыстарды yзедi де, ДНК жэне РНК-ның макромолекулаларының бағытына эсер етедi.

Нәтижелер және оны талқылау.

Негiзiнде электромагниттiк толқындар дене бoлiгiне тyскенде оның бiр бoлiгi терi бетiнен шағылады. Шағылу дэрежесi ауаның жэне биологиялық улпалардың диэлектрлiк oтiмдiлiгiнщ тyрлiлiгiне байланысты. Егер электромагниттiк толқындармен сэулелену дэрежесi алыс қашықтықта (белгiлi бiр арақашықтықта) жyргiзiлсе, онда электромагниттiк толқындардың энергиясының 75 %-на дейiн шағылады. Электромагниттiк толқындардан сэуле алғанда (сэуле шығаратын қурал сэуле алатын бетпен жанасқанда) ағза улпасы қабылдайтын қуат генерацияланатын қуатқа сэйкес келедi.

Сонымен қорыта келгенде электромагниттiк толқындардың биологиялық улпаларға ену тереңдiгi осы улпалардың толқын энергиясын жуту қабiлеттiлiгiне тэуелдi, ол oз кезегiнде улпалар қурылысымен (басты жағдайда судың мoлшерiне) жэне толқындардың жиiлiгiмен анықталады.

 

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

  1. Адибаев Б.М., Абирова М.А., Алмабаева Н.М. «Биофизика» 1 том. - Алматы: 2014. - Б. 76-84.
  2. Блохина М.Е.,Мансурова Г.В. «Руковоство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике». - М.: Дрофа, 2001. - С. 178-195.
Жыл: 2015
Қала: Алматы
Категория: Медицина