Элетрөткізгіштік.
2. Мақсаты: Жасуша мен ұлпалардың электр өткізгіштігінің физикалық мағынасын түсіндіру
Дәріс жоспары:
1.Жасуша мен ұлпалардың электр өткізгіштігі.
2.Поляризация түрлері.
3.Жасуша мен ұлпалардың айнымалы токтарды өткізуі.
4.Электр өткізгіштікті биологиялық және медициналық зерттеулерде қолдану.
3. Дәріс тезистері:
Тірі ағза арқылы тұрақты ток өткенде кернеу шамасының тұрақты болғанына қарамастан біраз уақыт бойы кемиді содан кейін оның шамасы тұрақты болады. Тізбек бөлігіндегі потенциал айырымы (кернеу) тұрақты болғанда тізбектегі ток шамасы тұрақты болуы тиіс, ал тірі ұлпада бұл заңдылық орындалмайды, яғни Ом заңының бұрмаланғаны байқалады. Бұл қарастырылған құбылыс биологиялық жүйеде поляризацияның болуынан деп түсіндіріледі.
Биологиялық жүйе арқылы тұрақты ток өткенде, онда белгілі бір шамаға дейін өсетін негізгі электр қозғаушы күшке қарама-қарсы поляризациялық Э.Қ.К. пайда болады. Оның әсерінен тізбектегі ток шамасы кемиді.
Поляризациялық Э.Қ.К. шамасы уақытқа тәуелді болады, яғни Р(t). Олай болса биологиялық жүйе үшін Ом заңы мына түрде жазылады:
Поляризациялық Э.Қ.К. пайда болуының басты себебі ретінде, тірі жасушалар арқылы ток өткенде олардың сиымдылық, диэлектрлік қасиеттеріне байланысты бойларында зарядтарды жинайтын қабылетінің арқасында деп саналады.
Кез келген денелерде зарядтар еркін немесе байланысқан түрде кездеседі.
Денедегі еркін зарядтар (электрон, ион) түрақты токтың электр өрісі әсерінен бір электродтан екіншіге, ал жасушадағы еркін иондар мембрана арқылы бір орыннан екінші орынға орын ауыстыра алады. Олардың бұл қозғалысы ток деп аталады.
Ал байланысқан зарядтардың қозғалысы тұрақты токтың әсерінен басқаша түрде жүреді. Олар тек белгілі бір, өте аз аралықта ғана қозғала алады. Бұл қозғалыс ығысу тоғын тудырады.
Байланысқан зарядтардың электр өрісі әсерінен орын ауыстыруын және соның нәтижесінде сыртқы өріске қарама-қарсы электр қозғаушы күштің пайда болуын поляризация деп атайды.
Поляризацияның пайда болу жолдарына байланысты түрлері:
Дипольдық поляризация. Дене молекулаларының оң және теріс зарядтарының «масса центрі» бір біріне сәйкес келмейді делік (су, спирт, нитробензол және т.б.). Мұндай молекуларда электрлік дипольдік момент болады.
Сыртқы электр өрісі жоқ кезде мұндай молекулалар ретсіз орналасады, соның нәтижесінде олардың дипольдік моментерінің қосындысы нольге тең болады.
Егер оларға электр өрісі әсер етсе, онда молекулалар өріске сәйкес реттеліп орналасады, соның нәтижесінде олардың дипольдік моменттерінің қосындысы нольден бөлек мәнге ие болады. Осының нәтижесінде молекулалар поляризацияланады, денеде сыртқы электр өрісіне қарсы өріс пайда болады.
Поляризацияның бұл түрін дипольдық деп атайды, ол негізінен жоғарғы молекулалық байланыстағы қосылыстарда, ақуызда және олардың ертінділерінде кездеседі.
Молекулалардың дипольдық поляризациялану уақытын релаксация уақыты деп атайды, ол молекуланың бұрылу уақытына сәйкес келеді және 10-13 с тан 10-7 с аралығанда орын алады.
2. Электрондық поляризация деп, сыртқы электр өрісінің, не басқа факторлардың әсерінен атом не иондардағы электрон орбиталарының оң зарядталған ядроға салыстырған ығысуын атайды. Атом, не ионда мұндай ығысудың салдарынан сыртқы өріске қарсы дипольдық момент пайда болады.
Электрондық поляризация уақыты, яғни релаксациясы 10-16 с тан 10-14 с аралығанда орындалады.
3. Иондық поляризация деп, сыртқы электр өрісінің, не басқа факторлардың әсерінен ионның кристалдық торға қатысты ығысуын атайды. Осының салдарынан сыртқы өріске қарама қарсы дипольдық момент пайда болады.
Иондық поляризацияның релаксация уақыты 10-14 с тан 10-12 с тең. Осы қарастырылған поляризация түрлері биологиялық жүйелерге тән.
Қазіргі кезеңде биологиялық жүйелерден айнымалы ток өткізіу арқылы олардың электр өткізгіштігін өлшейді, осылайша ол туралы толық мәлімет алуға болады. Бұл жағдайда биологиялық жүйенің омдық кедергісімен қатар оның сиымдылық кедергісі болатындығын ескеру қажет.
Электрлік сиымдылық деп өткізгіштегі заряд өзгерісінің потенциал өзгерісіне қатынасымен анықталынатын шаманы, яғни С=dq/d( атайды. Сонымен қатар электр сиымдылық диэлектрлік өтімділік пен поляризациялану дәрежесіне де байланысты болады.
Биологиялық жүйелерде активті және реактивті кедергілер қатар кездеседі. Реактивті кедергінің шамасы XR= 1/(C өрнегімен сипатталынады, мұндағы ( — дөңгелек жиілік. Жүйенің толық кедергісін импеданс деп атайды.
Биологиялық жүйелердің импедансының жиілікке тәуелділігі импеданс дисперсиясы, оның сиымдылық кедергісінің жиілікке байланыстығынан туындайды.
Қазіргі кезеңде биологиялық және медициналық зерттеулерде биологиялық жүйелердің электр өткізгіштігін өлшеу арқылы оның күйін сипаттау кеңінен қолданылады. Бұл әдіс зерттелінетін биологиялық жүйелердегі физика-химиялық үдерістерде үлкен өзгерістер тудырмайды, бүлдірмейді, әрі дәл және шын мәлімет береді.
Биологиялық мембрананың сиымдылығы мен кедергісін өлшеу кезінде олар туралы алынатын мәліметтердің зор ғылыми және практикалық маңызы бар.
Биологиялық объектінің төменгі жиілікті токқа кедергісі мембрананың өтікгіштігінің көрсеткіші болатыны белгілі, олай болса мембрананың электр өткізгіштігін анықтау арқылы олардың иондарды өткізу дәрежесін анықтауға болады.
Қабыну кезінде ұлпаның электрлік қасиеттерінің өзгеретіні белгілі. Мысалы, қабынудың алғашқы сатысында ұлпаның кедергісі ұлғаяды, бұл құбылыс төменгі жиілікті ток арқылы өлшеу кезінде жақсы байқалады.
Бұл кезде ұлпаның кедергісі негізінен жасуша аралық кеңістіктің күйіне байланысты болады. Жасушаның ісінуі жасуша аралық кеңістік көлемін кемітеді, бұл кезде оның құрылымында үлкен өзгерістер орын алмайды, яғни жасушаның сиымдылығы өзгермейді.
Олай болса жасушаның омдық (активті) кедергісі ұлгаяды, ал сиымдылық кедергісі өзгермейді. Сонымен, егер ұлпаның сиымдылық кедергісі өзгермей, тек омдық кедергісі ұлғайса,онда ұлпаның ісінгені, егер кедергісі кемісе онда, жасуша көлемінің кішірейгені.
Әртүрлі зақымдаушы факторлардың әсерін бағалауда электр өткізгіштікті өлшеу әдісі кең қолданылады. Зақымдаушы факторлар әсерінен ұлпа еттері жансызданғанда мембрананың өткізгіштігі артады, яғни оның иондарды өткізуі күшейеді, бұл құбылыс төменгі жиілікте ұлпаның кедергісі мен сиымдылығының төмендеуіне алып келеді.
Ал жоғарғы жиілікті токтарда поляризация құбылысының болмауынан ұлпа кедергісі өзгере қоймайды. Ұлпа кедергілерінің жиілікке тәуелділігін дисперсия деп атайды. Сонымен зақымдаушы факторлар әсерінен немесе ұлпа жансызғанда, оның электрлік параметрлері төмендейді, ал ұлпа толығымен жансызғанда (өлгенде) дисперсия толығымен жойылады
Егер зақымдаушы фактор әсерінен ұлпаның жоғарғы жиілікті токқа кедергісі өзгерсе, онда бұл жасушадағы бос иондар концентрациясының өзгергенін көрсетеді. Кедергінің ұлғайғаны иондардың азайғанын, ал кемігені бос иондардың концентрациясының ұлғайғаны немесе байланысқан иондардың босағанының көрсеткіші.
Физиология мен медицинада электр өткізгіштікті мүшелердің қанға толу дәрежесін анықтауда қолданылады. Мүше тамырлары қанға толғанда, яғни жүрек жұмысының систолалық фазасында, мүшенің кедергісі кемиді, себебі, қанның кедергісі клетканың кедергісінен көп төмен. Керісінше, жүректің диастолалық фазасында мүшенің кедергісі артады.
Мүшелердің кедергісінің қанға толуы әсерінен кедергісінің өзгеруін тіркеуге негізделген диагностикалық әдісті реография деп атайды. Реография кезінде кедергі өзгерісінің бірінші туындысы да тіркеледі, бұл шама мүшенің қанға толу жылдамдығын сипаттайды.
Көп каналды реографты пайдалану арқылы әр түрлі жағдайдағы ішкі мүшелерде бауырда, бүйректе, жүректе т.б. мүшелердегі, сонымен қатар үлкен кіші қан тамырларындағы қанның таралуын зерттейді. Мидағы қанның таралуын зерттеу әдісін реоэнцефалография деп атайды.
4. Иллюстрациялы материалдар: Презентация, слайдтар.
5. Әдебиет:
1. Көшенов Б. Медициналық биофизика: оқулық – Алматы, 2008 ж.
2. Көшенов Б.Медициналық биофизикадан зертханалық жұмыстар: оқу-әдістемелік құрал.-2 бас.,өңделіп толықтырылған.- .-Алматы: Эверо, 2010
3. Сәтбаева Х.К., Өтепбергенов А.А., Нілдібаева Ж.Б. Адам физиологиясы. Алматы.: Дәуір, 2005 – 663 бет.
4. Канкожа М.К. Қозғыш ұлпалар физиологиясы. Алматы, 2004. – 78 бет.
Арызханов Б. Биологиялық физика, Алматы, 1990.
5. Әдіқасова ,-А.Ә. жалпы физика курсының семестрлік тапсырмалары:оқу құралы .-Алматы: Эверо, 2009.-112 бет
6. Физикалық тәжірбиелер ; жоғарғы оқу орындарының студенттеріне арналған құрал. – Алматы: Рауан ,1993.
7. Ү.А. Байзак, Қ.Ж. Құдабаев «Медициналық биофизика және медициналық техника бойынша лабораториялық практикум»
6. Қорытынды сұрақтары (кері байланысы):
1.Тұрақты токтың ұлпа арқылы өту ерекшеліктері неде?2.Поляризацияның қандай түрлері болады?