§ 6.1 Характеристики електричного струму. Закони Ома і Джоуля-Ленца

Електричним струмом називають впорядкований (напрямлений) рух елект­ричних зарядів.

Сила струму визначається відношенням кількості заряду dq, який переноситься через переріз провідника, до проміжку часу dt, за який цей заряд переноситься:

I = (6.1)

Якщо за будь-які однакові проміжки часу переносяться однакові кількості елек­тричного заряду, такий струм називають постійним.

Густина струму j - величина, яка дорівнює відношенню сили струму до площі поперечного перерізу провідника dS, через який цей струм проходить.

j = (6.2)

Закон Ома в диференціальній формі формулюється так: вектор густини стру­му пропорційний напруженості електричного поля і має однаковий з нею напрям.

j = = , (6.3)

де р - питомий опір, - питома електропровідність.

Закон Ома в такому вигляді встановлює зв'язок між локальними величинами, які відносяться до даної точки провідника, тому він застосовний і до неоднорідних провідників.

Проходження електричного струму через біологічні тканини супроводжуєть­ся їх нагріванням. Кількість теплоти, яка при цьому виділяється, визначається за законом Джоуля-Ленца

Q= I²Rt (6.4)

де I- сила струму, t - час його проходження, R - опір провідника.

§6.2 Електропровідність тканин організму. Гальванізація. Електрофорез

Багато біологічних середовищ є електролітами. Носіями струму в електролі­тах є позитивно і негативно заряджені іони, які виникають в результаті електролі­тичної дисоціації.

Напрямлений рух іонів в електроліті можна вважати рівномірним, при цьому електрична сила зрівноважується з силою тертя

F_e = F_mp , qE =r , (6.5)

де r - коефіцієнт тертя - швидкість руху іона. Тоді

E = bE, b= , (6.6)

де b - рухливість іонів.

Рухливість іонів b чисельно дорівнює швидкості їх впорядкованого руху в елек­тричному полі з напруженістю Е = 1

Явище проходження електричного струму через біологічні тканини може бути описане законом Ома для електролітів:

= nq(b₊ + b_-) , (6.7)

де - коефіцієнт електролітичної дисоціації, п - концентрація іонів, q - за­ряд, b₊,b_- - рухливість іонів.

Питома електропровідність електролітів визначається за формулою

nq(b₊ + b_-). (6.8)

Електропровідність тканин та органів залежить від їх функціонального стану і використовується як діагностичний показник.

Вимірювання електропровідності (кондуктометрія) широко використовується при вивченні процесів, які відбуваються в живих клітинах і тканинах під час зміни фізіологічного стану в результаті дії деяких хімічних речовин, а також за умови патологічних процесів.

Біологічним тканинам властива електрична гетерогенність.

У таблиці 6 приведені питомі опори різних тканин та рідин організму.

Таблиця 6. Питомий опір тканин та рідин

Табл 22,стр 248 Ремизов

Первинна дія постійного струму на організм пов'язана, в основному, з двома процесами: поляризацією тканин організму і рухом та перерозподілом в організмі заряджених частинок. Ці процеси викликають зміну функціонального стану клітин організму, тобто збудження або гальмування їхньої діяльності. Через нейрогумо­ральні або рефлекторні регуляторні механізми це приводить до функціональних змін у відповідних тканинах і органах, що є основою лікувального ефекту.

Застосування постійного струму невеликої сили (до 50 мА) і напруги (30-80 В) лікувальною метою називають гальванізацією. При цьому густина струму не повинна перевищувати j _mах = 0,1 .

Уведення в тканини організму лікарських речовин за допомогою постійного струму називають лікувальним електрофорезом. Ліки вводять з того полюса, заряд якого вони мають. Під дією електричного струму збільшується їх фармакологічна дія. Позитивні іони, катіони, рухаючись до неактивного електроду, катіоду розрихляють клітинну мембрану, збільшуючи їх проникність . підвищують тканинний обмін, процеси регенерації, змінюють рH середовище, збільшують ШОЕ.

Негативні іони. Аніони , рухаючись до позитивного електроду –аноду, ущільнюють клітинну мембрану, тим самим зменшують збудливість клітин, що сприяє зменшенню болі.