БИОФИЗИКА Електрични поjави. Доцент Др. Томислав Станковски

Transcript

1 БИОФИЗИКА Електрични поjави Доцент Др. Томислав Станковски За интерна употреба за потребите на предметот Биофизика Катедра за Медицинска Физика Медицински Факултет Универзитет Св. Кирил и Методиj, Скопjе Септември 2015

2 2 0.1 Електростатика Важноста од проучувањето на електричните поjави има два елемента: во прв ред фактот што живите организми се управувани со помош на електрични сигнали и сензори кои реагираат на промените во околината, а втор елемент што во медицината се повеќе се користат уреди и инструменти засновани на електричните поjави. Експриментите покажале дека две наелектризирани тела или се привлекувааат или се одбиваат. Според тоа произлегува дека постоjат два вида на електрицитет: позитивен и негативен. Процесот на електризирање треба да се сфати како нова квантитативна прераспределба на позитивниот и негативниот електрицитет, кои каj електрично неутралните тела се содржат во еднакви количини. Делот од науката за електрицитет што се занимава со проучувањето на поjавите што се во врска со наелектризираните тела, при кои распределбата на електрицитетот во тек на времето не се менува е наречена електростатика. Електростатика е гранка на физиката што се бави со феномени и своjства на стационарни (неподвижни) или споро-движечки електрични полнежи без забрзување Елементарен електричен полнеж Експериментално е потврдено дека секоj електричен полнеж, било да е позитивен, било негативен, содржи во себе цел броj елементарни неделиви количества електричество што се вика елементарен електричен полнеж чиjа вредност е q = 1, C. Единицата за количество на електричество Кулон (С) во Меѓународниот систем на единици (SI) се определува од релациjата: q = It Со I и t се означени jачината на струjата и времето. Оттука 1 Кулон (С) е количество електричество што протекува низ спроводник кога низ него тече струjа со jачина од 1 Ампер (А) за време од 1 секунда (ѕ), или 1С = 1А.1ѕ. Неутрален атом содржи еднаков броj позитивно и негативно наелектризирани честички. Нарушувањето на оваа неутралност доведува до создавање на вишок од позитивни или негативни количества електричество, поради што атомите стануваат позитивно

3 3 Сл. 0.1: Шематски приказ на позитивен и негативен електричен полнеж. или негативно наелектризирани Слика Спроводници и изолатори Во зависност од тоа дали во телата постоjат електрични полнежи кои слободно можат да се придвижуваат, телата се делат на спроводници и изолатори (диелектрици). Во металите постоjат т.н. слободни електрони кои се носители на спроводливоста на електричната струjа, поради што тие им припаѓаат на групата на спроводници. Течењето на електричната струjа поради придвижување на електроните во металите не доведува до нивни хемиски промени. Тие се наречени спроводници од прв ред. Каj електролитите (раствори на бази, киселини или соли во вода) пренесувачи на електрична енергиjа се позитивни и негативни jони. Течењето на електрична струjа низ електролитите е поврзано со хемиски процеси, при што доаѓа до промена на карактеристиките и своjствата на средината, поради што се наречени спроводници од втор ред. Каj гасовите, носители на електрична струjа се електрони и jони. Каj диелектриците не постоjат слободни носители (електрони или jони), поради што низ нив практично не тече струjа. Во оваа група припаѓаат: каучук, килибар, стакло, дестилирана вода и др. Селенот, германиумоут, силициумот и други, се вброjуваат во посебна група наречена полуспроводници каде што спроводноста освен со електрони, во извесни услови може да се изведува и со придвижување на празнини.

4 4 Сл. 0.2: Заемнодеjствo на два точкасти електрични полнежи Кулов Закон Скаларната вредност на силата со коjа си заемнодеjствуваат (Слика 0.2) два точкасти електрични полнежи q 1 и q 2 во вакуум е правопропорционална со нивните големини, а обратно пропорционална со квадратот од меѓусебното растоjание r, и деjствува по линиjата што ги поврзува двата електрични полнежи: F = k q 1q 2 r 2. Во Меѓународниот систем (SI) коефициентот на пропорционалност k има вредност: k = 1/(4πε 0 ) каде што ε 0 е диелектрична константа на вакуумот со вредност: ε 0 = F/m (F -Фарад e единица за капацитет). Според тоа, релациjата за скаларната вредност на силата го добива обликот: F = 1 4πε 0 q 1 q 2 r 2. Ако двете количества електричество q 1 и q 2 што заемнодеjствуваат се наоѓаат во друга хомогена и изотропна средина, а не вакуум, тогаш Кулоновиот закон добива облик: F = 1 q 1 q 2 4πε 0 ε r. 2 каде со ε е означена вредноста на релативната диелектрична константа на разгледуваната средина. Таа покажува колку пати силата F во материjална средина е помала од силата F 0 со коjа полнежите заемнодеjствуваат во вакуум; значи таа е бездимензионална величина. За вакуум ε = 1, за разни видови масла околу 2, за стакло 4, биолошките мембрани околу 6, етанолот - 24, водата 81, крвта 85, мозочното ткиво 90, лецитин 130 итн.

5 Електрично поле Кога електричен полнеж ќе се наjде во некоj простор, тоj врши деjство на околината создаваjки електрично поле. Ако полнежот е непроменлив по големина и положба тоа е електростатско поле кое што се претставува со силови линии. Условно е земено броjот на силовите линии што минуваат низ единица површина што стои нормално на нив, да биде мерка за jачината на полето. Силовите линии почнуваат од позитивниот, а завршуваат во негативниот електричен полнеж, или во бескраjност. Jачина на електрично поле Ако во полето на точкаст позитивен електричен полнеж +Q се донесе друг пробен точкаст полнеж +q, тогаш на него деjствува сила F коjа, поради истиот знак, ќе настоjува да го помести подалеку. Оваа сила ќе биде пропорционална со големината на електричниот полнеж: F = Eq, каде величината E се вика jачина на електрично или електростатското поле. Според тоа, jачината на електростатското поле во дадена точка е векторска величина броjно еднаква на силата со коjа полето деjствува на единица полнеж. Спротивно однесување ќе се покаже во колку полнежите се со различен знак. Во согласност со Кулоновиот закон за jачината на елeктростатското поле се добива изразот: E = Q 4πε 0 εr 2. За вакуум каде што вредноста ε = 1, во важност ќе биде законот: E = Q 4πε 0 r 2. Jачината на електростатското поле Е на точкаст електричен полнеж Q, во дадена точка на полето е обратно пропорционална на квадратот на растоjанието r.

6 6 Сл. 0.3: Eлектричен дипол. Електричен дипол Систем од два точкасти електрични полнежи, спротивни по знак: +q и q, оддалечени помеѓу себе на растоjание L се вика електричен дипол. Правата што минува низ двата полнежи се вика оска на диполот. Основна карактеристика на диполот е диполниот момент p, дефиниран со производот меѓу полнежот q како скалар и диполното растоjание L, сметано како вектор со насока од q кон +q: p = ql. Во Меѓународниот систем (SI) диполниот момент се изразува со единицата кулон по метар (Cm). Кога електричниот дипол се наjде во присуство на хомогено електрично поле му деjствува спрег на сили F = ql. По одредено свртување диполот ќе се постави паралелно на силовите линии на полето. Од Слика 0.3 произлегува дека моментот на овоj спрег е: M = F L = qel sin(θ) = pe sin(θ). Моментот има максимална вредност кога оската на диполот е нормална на силовите линии, а пак кога електричниот дипол и полето се во иста насока е еднаков на нула. Тоа значи дека диполот во електрично поле има потенциjална енергиjа. Наjголемиот броj биолошки молекули претставуваат диполи Потенциjал и Напон По аналогиjа со дефинирањето на работата во механиката како сила што деjствува на одреден пат (A = F s), во електростатиката се разгледува придвижување на еден полнеж q 0. Наjчесто оваа придвижување се врши до или од бескраjност, за да се изврши максимална работа, а силите од другиот полнеж постануваат нула. Земаjки го деjството на Кулоновата сила F на растоjание r, тогаш извршената

7 7 работа во електричното поле е (d A = F dr), односно: A = q 0Q 4πε 0 εr. Ако вредноста за А се подели со q 0 се добива нова величина наречена потенциjал ϕ на електростатското поле: ϕ = A q 0 = Q 4πε 0 εr. Потенциjалот ќе има единица волт: 1V = J/C. Електростатското поле во некоjа точка има потенциjал од 1V(волт) ако за пренесување од неа до бескраjност на позитивниот полнеж од 1С (еден кулон) се изврши работа од 1J (еден џул). Од горната релациjа произлегува дека потенциjалот на електро-статското поле во некоjа точка броjно е еднаков на работата што jа вршат силите на електростатското поле при пренесување на единичен позитивен електричен полнеж од таа точка на полето до бескраjност. Истата работа би се извршила ако тоj полнеж се пренесува обратно, од бескраjност до дадената точка на полето. Од дефинициjата за потенциjалот следува дека тоj ќе биде позитивен за електрични полиња на позитивно наелектризирани тела, бидеjќи силите на полето сами го пренесуваат единичниот позитивен полнеж до бескраjност и при тоа тие вршат позитивна работа што не е случаj со пренесување на негативен полнеж. При проучување на електростат-ското поле почесто се употребува потенциjална разлика помеѓу две точки коjа се изразува со напон. За точка 1 со потенциjал ϕ 1 и точка 2 со потенциjал ϕ 2 напонот е разлика на потенциjали: U = ϕ 1 ϕ Електрична струjа Ако краевите од еден спроводник се на потенциjална разлика U = ϕ 1 ϕ 2 тогаш во спроводникот се создава електрично поле со jачина E под чие деjство електроните се движат кон позитивен (+) потенциjал, а тоа нивно насочено движење се вика електрична струjа. Насоката на електричната струjа определена со насоката на движењето на слободните електрони се вика електронска или

8 8 внатрешна насока. По договор во техниката е прифатено струjата да има насока од (+) кон (-) потенциjалот. За да се обезбеди подолготраjно течење на електрична струjа, треба постоjано да има потенциjална разлика и да биде исполнет условот ϕ 1 ϕ 2 0. Одржувањето на оваа потенциjална разлика се одвива за сметка на вршење работа од надворешни извори на енергиjа како што се: галвански елементи, акумулатори (хемиска енергиjа), електрични генератори (механичка енергииjа), фотоелементи (соларна енергиjа), нуклеарни генератори (нуклеарна енергиjа) и други, познати под името извори на електрична енергиjа. Количеството електричество q што за определено време t ќе протече низ спроводникот се вика jачина на електричната струjа: I = q t. Ако времето на протекување е 1s, а количеството електричество е 1С (Кулон), тогаш jачината на струjата е 1А (Ампер). Густината на електричната струjа j се изразува преку jачината на струjата I низ единичен напречен пресек S т.е. j = I/S, и се изразува во единицата А/м2. Врската помеѓу густината и електричното поле е следната: j = σ E, каде што σ е специфичната електрична спроводливост Омов закон При течењето на електрична струjа низ метални спроводници слободните електрони при насоченото движење наидуваат на одреден отпор, поради нивното заемнодеjство со позитивните jони од кристалната решетка на металот. За совладување на тоj отпор на краевите на спроводникот треба постоjано да се одржува константна потенциjална разлика. Во такви услови jачината на електричната струjа ќе зависи од отпорот на спроводникот. Германскиот физичар Г. Ом во 1826 година експериментално покажал дека jачината на струjата I во спроводникот е пропорционална со приложениот напон

9 9 Сл. 0.4: Елементарно електрично коло. U на краевите од спроводникот (Слика 0.4): I = ku каде што k е коефициент наречен електрична спроводливост. Реципрочната вредност на електричната спроводност претставува електричен отпор: R = I k. Имаjки го и ова предвид, се добива: R = U I. Оваа релациjа го изразува законот на Ом за дел од струjното коло. Единицата за електричен отпор е 1Ω (ом), каде 1Ω = 1V/1A, т.е. електричен отпор од еден Ом ќе има оноj спроводник, низ коj тече постоjана електрична струjа со jачина од еден ампер, при одржување на неговите краеви потенциjална разлика од еден волт. Често се зема во предвид и малиот отпор што се поjавува во самиот извор. Во биофизиката од интерес е да се наjде врска меѓу елементите што го карактеризираат течењето на струjата низ нехомогени средини (ткивото, коските итн.) каде што не важат досега запишаните релации за Омовиот закон. За таа цел служи врската меѓу jачината на електричното поле во дадено место во спроводната средина и густината на струjата j во тоj дел дадена со релациjа j = σe. Закон за електричен отпор геометриjа и температура За зависноста на отпорот од геометриjата на отпорникот важи: R = ρ L S

10 10 каде со ρ е означен специфичниот електричен отпор коj зависи од материjалот, L е должината а S напречниот пресек на спроводникот. Од горната релациjа произлегува: ρ = RS L коjа се користи за определување на специфичниот отпор коj во Меѓународниот систем (SI) има единица Ωm. Електричниот отпор зависи и од температурата: R = R 0 (1 + αt) а за специфичниорт отпор: ρ = ρ 0 (1 + αt) каде со R 0 и ρ 0 се означени омскиот и специфичниот отпор при температура од 0 o С, α е температурниот коефициент на отпорот, а t соодветната температура. При температури блиски до апсолутната нула, електричниот отпор на материjалите е скоро еднаков на нула, состоjба позната под името суперспроводност Работа и моќност на електрична струjа При течењето на електрична струjа, електроните губат дел од своjата кинетичка енергиjа поради судири со атомите (jоните, молекулите) на спроводникот. Оваа енергиjа се манифестира како топлина Q: Q = A = qu = UIt, кад што U-напон, I -jачина, a t- време на протекување на струjата. Овоj израз го претставува Џул-Ленцовиот закон и тоj се однесува на хомогени проводници. Ако се има предвид Омовиот закон за отпорот, може да се добиjат и овие две други релации за Џул-Ленцовиот закон: Q = I 2 Rt, Q = U 2 t R.

11 11 Бидеjки моќноста се дефинира како работа извршена во единица време, за неа ќе важи релациjата: P = UI Единица за моќност на електричната струjа во SI системот е 1W (ват). Џулов закон за човечкиот организам како проводник Човечкиот организам е хетероген отпорник затоа што специфичниот отпор му се менува во зависност од органите, кожата, крвта итн. Сепак, во организмот постоjат делови кои што во голема мерка имаат специфичен отпор близок по вредност (крвта Ωm, мускулното ткиво Ωm, сувата кожа Ωm, коските Ωm). Поради тоа, организмот може да се претстави како комбинациjа од повеќе хомогени отпорници поврзани било сериски, било паралелно. Износот на ослободената топлина во тие делови ќе зависи од врската. Ако земеме (условно) само два отпорници сврзани сериски, низ нив тече струjа со иста jачина I, тогаш поголема топлина ќе се ослободува на отпорникот со поголем отпор. Односот на топлините ќе биде: Q 1 Q 2 = I2 R 1 t I 2 R 2 t = R 1 R 2. Ако отпорниците се сврзани паралелно, тогаш на нивните краеви владее ист напон и поголема топлина ќе се ослободи на отпорникот со помал отпор. Односот на ослободените топлини ќе биде: Q 1 Q 2 = U 2 t/r 1 U 2 t/r 2 = R 2 R 1. Како пример може да се разгледа протекување на струjа низ надлактицата кога се доведува напон трансверзално (напречно на надлактицата) преку две електроди на двата краjа од надлактицата. Во тоj случаj струjа ќе поминува низ сите ткива (кожа, масно ткиво, мускулно ткиво) но не и низ коската затоа што таа поради своjот голем специфичен отпор не спроведува струjа. Наjголема топлина во тоj случаj ќе се ослободи на кожата затоа што неjзиниот отпор е наjголем. Обратно, ако напон се донесе лонгитудинално (во должина на надлактицата), на

12 12 пример една електрода на коленото, а другата на стапалото, струjата поминува низ сите слоеви, па вкупниот отпор може да се разгледува како еквивалентен отпор на паралелно сврзани отпори. Наjмногу топлина ќе се ослободува на оние слоеви што имаат наjмал отпор т.е. каj мускулно ткиво каде што има наjмногу крвни садови што предизвикува нивно ширење (вазодилатациjа). Контактна потенциjална разлика Ако два различни метали се доведат во непосреден контакт, меѓу нив се создава тнр. контактна потенциjална разлика. За електроните да jа напуштат површината на некоj метал, неопходно е да се изврши определена работа, поради совладување на силите, кои се резултат од интеракциjата со jоните од кристалните решетки и електроните во близина на металната површина. Оваа работа е позната под името излезна работа, а неjзината вредност е различна за различни метали. А. Волта установил дека контактната потенциjална разлика зависи од хемискиот состав на металите што се во допир и од температурата на контактот Термоелемент Ако контактите на два различни метални проводници се на различна температура, тогаш низ системот од проводници ќе се создадат услови за течење на електрична струjа. Потенциjалната разлика се должи на зголемената подвижност на носителите на електрицитет во контактот со повисока температура и е наречена термоелектромоторна сила (или Зебеков ефект). Врз основа на поjавата на течење на електрична струjа низ контактите на парот метали при различна температура конструирани се уреди термоелементи коишто служат за одредување на температурата. Потенциjалната разлика каj материjали што се во контакт, освен од изборот на металите и температурната разлика на коjа се наоѓаат споевите, може да се зголеми и со зголемувањето на броjот на сукцесивно поврзани парови, наречени термопарови Слика 0.5. Таков систем се вика батериjа од термоелементи. Во зависност од комбинациjата на металите за термоелементи, тие успешно се користат при мерењата во широк температурен интервал. Во температурен интервал o C се користи термопарот бакар-константан или железо-константан.

13 13 Сл. 0.5: Потенциjална разлика каj термопарови. Тие можат да се употребат за симетрични и асиметрични мерења на температурата во разни точки на биолошките организмите. Термоелектричните термометри имаат повеќе предности над останатите (течните) термометри, поради тоа што имаат висок степен на осетливост, мали димензии, ниски вредности на топлинскиот капацитет, мала температурна инертност, можност за мерење на повисоки или пониски температури итн. Поради нивната миниjатурност тие се во можност да дадат информации за температура во точкасти обjекти, капки, инсекти, мали растениjа и сл. Особено се погодни за мерење на температурната распределба на телата, во нормална и патолошка состоjба Електрична струjа низ гасови Во нормални околности гасовите не се спроводници на електрична струjа. Експериментално, оваа состоjба може да се потврди со помош на електроскоп. Ако даден електроскоп се наелектризира и подолго време се остави во средина од чист и сув воздух, нема да доjде до негово празнење. Но, доколку во близината на електроскопот се поjават слободни носители, на пример со доближување на пламен од свеќа, ќе започне процесот на електрично празнење. Генерирање на слободни носители (електрони и jони) со помош на пламен се покажува и со експериментот претставен на Слика 0.6. Кога помеѓу плочите поврзани во електрично коло, се донесе пламен од свеќа, низ волтметарот ќе потече струjа. Пламенот на свеќата ќе се насочи заради постоење на електрично поле и струење на слободните електрични носители. Освен со присуство на пламен, воздухот или гасовите постануваат елктроспроводни и со нивно изложување на разни видови на зрачења (ултравиолетно, рентгенско, радио-активно). За потврдување на оваа поjава може да се користи горниот експеримент: ако наместо jонизирање на воздухот со пламен просторот

14 14 Сл. 0.6: Jонизациjа на воздух. помеѓу плочите се изложи на разни видови озрачувања. Факторите на jонизациjа во овие услови се познати под името jонизатори. Општо земено течењето на струjа низ гасовите е посложен проблем од елктроспроводноста низ металите и електролитите. Освен приложениот напон на електродите, jачината на електричната струjа ќе зависи од нивната оддалеченост и облик, од видот на гасот, притисокот и се разбира од степенот на jонизациjа. Ако помеѓу две електроди кои се наоѓаат во атмосферски воздух се зголемува приложениот електричен напон, а со тоа и електричното поле меѓу нив, при одредени вредности на полето ќе доjде до прескокнување на електрична искра. Во такви услови станува збор за електрично празнење низ воздухот во вид на искра. Jачината на електричното поле при коjа настанува електричното празнење во вид на искра се вика пробивна jачина. Неjзината вредност зависи од видот и состоjбата на гасот. Аероjони и нивното лековито деjство Гасовите што се состоjат само од неутрални честици претставуваат изолатори. Ако се jонизираат, тие спроведуваат електрична струjа. Било коjа поjава или прибор што предизвикува jонизациjа на гасните атоми или молекули се вика jонизатор. Во воздухот практично секогаш постои извесен броj jони што се должи на деjството на природните jонизатори; радиоактивните супстанци во почвата и космичкото зрачење. Jоните и електроните што се наоѓаат во воздухот можат да се присоединат кон неутралните молекули и да формираат сложени jони. Овие jони во атмосферата се викаат аероjони. Аероjоните се разликуваат по знакот на полнежот и по своjата големина (маса). Во зависност од големината можат условно да се поделат:

15 15 -лесни jони; тоа се единечни гасни jони со диjаметар (7-8) m -средни jони; составени се од еден гасен jон и неколку електро-неутрални гасни молекули. Нивниот диjаметар е (1,6-50) 10 7 m -тешки или Ланжвенови аероjони; составени се од уште поголем броj честици со диjаметар (5-11) 10 6 m -ултратешки аероjони; составени се од ситни водни капки или честици од прав на чиjа површина има апсорбирани jонизирани гасни молекули. Големината им достигнува (1-2) 10 5 m. Сите наведени jони можат да имаат позитивен или негативен полнеж. Смирувачко деjство врз човекот имаат само лесните негативно наелектризирани аероjони; сите други имаат штетно деjство. Поради тоа е важно да се знае видот и концентрациjата на аероjоните во воздухот и неговата загаденост особено со тешките честици и нивните jони. Во медицинската пракса се користи лековитото деjство на лесните негативно наелектризирани jони. Тоа е методатта на аероjонотерапиjа што се состои во дишење на воздух со зголемена концентрациjа на вакви jони. Наjпроста вариjанта е природната аероjонотерапиjа; дишење во природни планински области и покраj планински реки каде што нивната концентрациjа достигнува до jони во кубен метар.

16 Електрична струjа низ течности и биолошки системи До сега разгледавме електрични поjави генерално и низ тврди метални спроводници. Од посебна значаjност за биолошките системи се спроводници од II ред (раствори на соли, бази и киселини), каде преносници на електричната струjа се jони и при тоа доаѓа до хемиски промени во спроводникот. Овие спроводници се познати под името електролити, а jоните се создаваат по пат на електролитна дисоциjациjа, т.е со трансформирање на неутралните молекули во jони. Електричната проводност на течните електролити игра важна улога во животните процеси во организмот. Електролитите се голема група соединениjа: раствори на киселини, бази и соли. Општа нивна карактеристика е тоа што тие се изградени од поларни молекули што дава можност овие молекули да се разгледуваат како електрични диполи составени од два еднакви по големина разноимени електрични полнежи +q 1 и q 2 Слика 0.7. Основна карактеристика на овие диполи е диполниот момент p = ql. Кога супстанца со диполни молекули се раствори во поларен растворувач, двата вида поларни молекули се поставуваат така да бидат ориентирани еден спроти друг со спротивните полнежи. Тоа jа слабее врската и молекулите можат да дисоцираат на jони. Овоj процес на распаѓање на неутралните молекули на jони (позитивни и негативни) се вика електролитна дисоциjациjа Слика 0.8. На пример за хлороводородна киселина имаме дека: HCl H + + Cl. Истовремено постои и процес на рекомбинирање на jоните. Вероjатноста за дисоциjациjа е дадена со степен на електролитна дисоциjациjа коj зависи од електролитот. Сл. 0.7: Диполна молекула и неjзините полнежи.

17 17 Сл. 0.8: Електролитна дисоциjациjа Фарадееви закони на електролизата Во отсуство на електрично поле, а поради термичките движења, jоните во електролитниот раствор се наоѓаат во постоjано и хаотично движење. Нека во електролитот се вклучи еднонасочен напон преку две електроди како што е прикажано на Слика 0.9. Електродата поврзана за (+) полот се вика анода, а негативните jони што таа ги привлекува се викаат анjони. Негативната електрода се вика катода, а позитивните jони привлекувани од неа се наречени катjони. Под деjство на полето, негативните jони се придвижуваат кон анодата и со предавање на вишокот електрони се претвараат во неутрални атоми. Позитивните jони се придвижуваат кон катодата, добиваат електрони што им недостигаат и се претвараат во неутрални честици. Процесот при коjшто, на електродите потопени во електролит се издвоjува супстанциjа поради течење на струjа, е наречен електролиза. Така на пример, при електролиза на физиолошки раствор (0,9% воден раствор на N acl) на анодата доаѓаат анjоните на хлорот, а на катодата натриумовите катjони. За разлика од спроводливоста каj металите коjа е чисто електронска, при елекролитната спроводливост, учествуваат и позитивните и негативните jони (мешана jонска спроводност). Подвижноста на jоните во електролитот се дефинира како однос на брзината Сл. 0.9: Процес на електролиза.

18 18 на jоните и jачината на електричното поле: U = v/e. Процесот секогаш не оди како што го прикажавме. Така на пример: при електролиза на NaCl би требало на катодата да се добие метален Na, а на анодата Cl. Но, се покажува дека на катодата се одделува водород. Обjаснувањето на овоj случаj е дека водните молекули парциjално хидролизираат на H + и OH Водородните и натриумовите катjони се придвижуваат кон катодата, каде што Na + катjоните добиваат по еден електрон и се претвараат во неутрални атоми на метален натриум, но набрзо таквите електрони се акцептираат од страна на водородните катjони: така се добива гас водород и нови количества Na + катjони. Процесот на неутрализациjа во коj електролитите jа менуваат нивната хемиска состоjба, се вика секундарна хемиска реакциjа. Сите процеси што настануваат во електролитот и на електродите се одвиваат за сметка на потрошената електрична енергиjа од изворот на струjата. Основните закони при тоа се утврдени од страна на Фарадеj, уште во 1834 година. Првиот Фарадеев закон jа дава врската меѓу масата m на издвоената супстанца на електродата и количеството електричество q што поминува низ електролитот: m = kq = kit, каде k е коефициент на пропорционалност наречен електрохемиски еквивалент на супстанцата. Вредноста на k броjно е еднаква на масата на супстанциjата што се одделува при проток на единица електричен полнеж (q=1c), а зависи и од хемиската природа на супстанциjата. Количеството електричество е еднакво на производот од jачината на струjата I и времето t на неjзиното протекување. Вториот Фарадеев закон гласи: електрохемиските еквиваленти k на различни супстанции се однесуваат, како што се однесуваат и нивните хемиски еквиваленти E: k 1 : k 2 = E 1 : E 2. Хемискиот еквивалент Е на jон од одреден вид е определен со односот на моларната маса на jонот А и неговата валентност z: Е =А/z. Од изразот следува

19 19 пропорционалност меѓу E и k: E = F k A z = F m q, каде F -коефициент на пропорционалност познат под името Фарадеева константа. Со преуредување на последната релациjа се добива општиот закон на Фарадеj за електролизата: m = Aq F z. Од законот се добива физичката смисла на Фарадеевата константа. Ако се стави m =А/z, тогаш полнежот q што поминал низ електролитот е еднаков на Фарадеевата константа (q=f), а тоа значи: Фарадеевата константа е броjно еднаква на електричниот полнеж што треба да помине низ електролитот, за да на една од електродите оддели 1mol од некоjа едновалентна супстанциjа. Од тука може да се одреди елементарниот електричен полнеж, што било од особена важност за докажување на дискретниот карактер на електричниот полнеж Електрокинетички процеси Биолошките обjекти претставуваат сложени хетерогени системи, со множество од меѓуфазни граници. Сите ткива и клетки во организмот содржат или се во контакт со различни ендолимфни течности кои се jавуваат како добри спроводници. Органските супстанции (белки, масти, jаглени хидрати), како конституенти на организмите во сува состоjба претставуваат диелектрици. Кога на двоjниот електричен слоj се делува со надворешно електрично поле, настанува придвижување на полнежите и оддалечување (или приближување) од фазната граница во зависност од нивниот знак. Електрофореза Движењето на честичките од тврдата дисперзна фаза поради присуство на електрично поле кон спротивно наелектризираните електроди се вика електрофореза. Во колку електродите се во контакт со кожата на човечкиот организам, тогаш електрофорезата се одвива во самиот организам.

20 20 Брзината на движењето на честичките (v) од дисперзната фаза може да се определи според релациjата: v = Eϕε 4πµ каде ε е диелектричната константа на дисперзната средина, Е - е градиентот на надворешното електрично поле, ϕ е електрокинетички потенциjал, a µ е вискозноста на разгледуваната дисперзна средина. Оваа релациjа е неприменлива за дисперзни средини со честички чиj диjаметар има поголеми вредности од вредноста на дебелината на двоjниот електричен слоj. Наjчесто се користат две методи на електрофореза: макро и микро електрофореза. Макрометодите на електрофорезата се користат во прв ред за разгледување и проучување на електрохемиските своjства на колоидните раствори. Проучување на електрохемиските своjства е од посебен интерес на суспензии од различни клетки, еритроцити, леукоцити, бактерии полови клетки и сл. Каj микрометодите на електрофорезата клеточните суспензии во мали количества се внесуваат во специjални комори наполнети со пуферни раствори. Во таквите комори се внесуваат електроди поврзани со извор за истонасочна струjа. Под деjство на електричното поле се одвива движење на клетките кон спротивно наелектризираните електроди. Со методите на електрофорезата се добиваат значаjни податоци за карактеризациjа на биолошките течности. Како резултат на ваквите експерименти е откриено дека површината на протоплазмата на живите клетки секоj пат е со негативен потенциjал, т.е. сите биолошки површини имаат негативен електрокинетички потенциjал. Електрокинетичкиот потенциjал може да има различни вредности за различни клетки. Каj човекот при ph = 7.4, електрокинетичкиот потенциjал за еритроцитите изнесува ϕ = 16.3 mv. Интересно е да се истакне дека таа вредност е константна за луѓе од различна раса, пол, крвна група и сл. Леукоцитите слично како и еритроцитите при електрофорезата се движат кон анодата, но нивната подвижност е два пати помала.

21 21 Сл. 0.10: Процес на jонофореза Jонофореза Внесување на jони од надворешен електролит во организмот со помош на електрично поле се вика jонофореза (лекувачка електрофореза). Оваа метода се користи за внесување на фармаколошки препарати. Човечката кожа во обични услови има мала пропустливост за jоните. Тоа се должи на фактот што порите на кожата се исполнети со воздух. Големите органски jони во општ случаj не можат да поминат низ кожата. Со приложување на електричното поле, можно е ѕидовите на порите да се електризираат и да се создадат услови за електроосмотско движење на течноста, пропорционално со jачината на електричното поле. Воздухот од порите во такви услови се заменува со течност, со што пропустливоста значително се зголемува. Jонофорезата се користи за терапевтски цели. Медикаментите во вид на jони со користење на истонасочна електрична енергиjа се внесуваат во организмот. Овоj метод е успешен само за фармаколошки препарати со голем степен на електролитна дисоциjациjа. Такви се многу антибиотици, витамини, бактерицидни препарати, препарати за смирување на болка итн. На Слика 0.10 е илустриран методот на jонофоретско внесување на медикамент на болно место. Jоните што се внесуваат во организмот треба да имаат ист знак со електродата. Контактот помеѓу заболеното место и електродата се реализира со раствор на медикаментот со коj се натопува филтер хартиjа коjа се користи како контакт коj го забрзува продирањето на jоните.

22 Физиолошко деjство на струjата Според фреквенциjата, струите се делат на еднонасочни (0 Hz) и наизменични кои се делат на ниско-фреквентни (до 20 Hz), среднофреквентни (20 Hz - 20 КHz) струи со фреквенциjа како ултразвукот (20 KHz КHz), високофреквентни (20 KHz - 30 МHz) и ултра-високофреквентни (до 300 МHz и повеќе). Во медицината наjмногу се користат истонасочната струjа, синусно променливите струи и правоаголните струjни импулси. Електростимулациjата се врши со струи со фреквенциjа до 100 Hz Галванизациjа Користењето на еднонасочната електрична струjа со напон 60-80V за тарапевтски цели во медицинската биофизика е позната под името електротерапиjа (галванизациjа). Се користи каj ревматски заболувања, парализи, трауматски лезии итн. За пропуштање на електричната струjа низ оболените делови на организмот се користат специjални електроди, а за да не доjде до несакани ефекти треба да се исполнети строго определени услови. При ист приложен електричен напон, каj електродата со помала површина, густината на силовите линии е поголема, и обратно. Од овие причини малите електроди се наречени активни, а поголемите пасивни. Под деjство на приложеното електрично поле, позитивните jони (H +, Na +, K + ), се движат кон катодата, а негативните (OH ) кон анодата. За спроведување на процесот на галванизациjа е неопходен специjален извор на истонасочна електрична енергиjа, со можност за континуирано менување на напонот од 0-100V. Jачината на струjата не jа надминува вредноста од 100mA. Притоа дозирањето на електричната енергиjа зависи од времетраењето, геометриjата на електродите и местото на нивната поставеност. Фарадизациjата се користи за електрогимнастика на мускулите. Фарадеевите струи се импулсни со приближно триаголен облик и со фреквенциjа Hz и времетраење од 1ms што не е доволно да предизвика контракциjа на мускулите. Фарадизациjата се користи за терапиjа на нервно мускулниот апарат при хипертрофиjа и атониjа што е последица на долготраjна неподвижност. Правоаголни импулси со фреквенциjа Hz со мало времетраење се ко-

23 23 Сл. 0.11: Процес на диjатермиjа. ристат за електроаналгетика (смалување болки), за предизвикување на состоjба слична до фармаколошка наркоза (електронаркоза) и состоjба на вештачки сон Диjатермиjа Диjатермиjата претставува процес на произведување на топлина во внатрешноста на организмите, како резултат на пропуштање на електрична енергиjа низ нив. За да не доjде до оштетување на организмите се користи струjа со висока фреквенциjа и со определена jачина Слика Наизменичната струjа со jачина што jа бара терапевтската цел, со фреквенциjа на градската мрежа (f = 50Hz) не може да се користи за оваа цел. Имено, таквата струjа и при мали jачини (околу 10мА) би предизвикала силна контракциjа на мускулите и силна болка, а мала ослободена топлина (според Џул-Ленцовиот закон топлината е пропорционална со jачината на струjата). Од друга страна, наизменична струjа со фреквенциjа поголема од 20 KHz во организмите предизвикува ефект на топлина (термогенеза), а не деjствува на нервно-мускулниот систем. Овие струи не предизвикуваат контракциjа на мускулите што се манифестира како бол. Ваквото однесување на нервно-мускулниот систем се обjаснува со извесната инертност на jоните во електролитот. Дури ни многу висок напон коjшто би предизвикал струjа со голема jачина не може да побуди акционен потенциjал во нервно-мускулните влакна ако деjствува пократко од 0,1 ms, а очигледно, при високите фреквенции полупериодите на наизменичната струjа се многу кратки и за тоа време jоните не можат да се придвижат во една насока за да извршат побудување на невронот. Во зависност од фреквенциjата на струjата, диjатермиjата е класифицирана

24 24 во: долгобранова, краткобранова и микробранова. При долгобрановата диjатермиjа се користат струи (f=1-3mhz) коишто своjата енергиjа директно jа трансформираат во топлина. Електродите каj овоj тип на диjатермиjа се од метални фолии со можност за свиткување во сакана форма и се прицврстуваат директно на кожата. Поради големиот електричен отпор, во овоj случаj не тече струjа низ коските поради што не доаѓа до нивно директно загревање, туку посредно, со загревање на околното ткиво. Кожата не се загрева. Во долгобрановата диjатермиjа се користат Теслини струи со различна фреквенциjа и jачина на струjата. При краткобрановата диjатермиjа електродите претставуваат рамни метални плочи со релативно мали димензии, кои можат да бидат обложени со изолатор со пластифицирана материjа (дебелина 1-2cm). Од причини што за ова диjатермиjа се користи струjа со фреквенциjа од 10-50MHz, таа би можела да поминува низ организмот иако електродите не се во директен контакт со кожата. Поради тоа овоj тип на диjатермиjа е познат под името диjатермиjа на електрично поле. Каj микробрановата диjатермиjа наместо електроди се користи мала диполна антена коjа емитира електромагнетни бранови (2,4 GHz) произведени во микробранов (високо фреквентен) генератор. Антената А е сместена во фокусот на параболички рефлектор R. Емитираните микро бранови навлегуваат низ површинските слоеви до длабочини од 6-8cm и доаѓа до загревање и на органите во внатрешноста. Овие фреквенции се користат и каj микро брановите печки. Под деjство на диjатермичката енергиjа (за минути) во внатрешноста на организмот доаѓа до зголемување на температурата што се одржува повеќе часови. При тоа, сите структури во организмот не се затоплуваат подеднакво. Наjсилно се затоплуваат масните ткива, рбетниот мозок и кожата, значи постои селективност при затоплувањето. Со диjатермиjата се обезбедува подобра проточност на крвта и лимфата, се забрзуваат процесите на метаболизмот, се прошируваат крвните садови (се снижува крвниот притисок). Овие струи имаат и бактерицидно деjство. Сите овие влиjаниjа придонесуваат за подобрување на здравствената состоjба на третираниот организам.

25 25 Деструкциjа на ткива со електрична струjа. Високофреквентна електротомиjа. При користење на електроди со многу мали димензии, според Џуловиот закон, доаѓа до ослободување на големо количество на топлина затоа што густината на приложената струjа зависи од површината на електродата. Ако е потребно на некое место да се изврши деструкциjа на ткивото (брадавица и сл.) игличестата катода (електричен скалпел) изработена наjчесто од платина или цинк, се поставува на тоа место а плочкастата анода пациентот jа држи в рака. Саканиот ефект се постигнува за неколку секунди, кога jачината на струjата низ спомнатите точки е од редот на 1-2mA. Поради високата температура, крвните протеини преципитираат и го затвораат крвниот сад. Но, недостаток на електротомиjата е што таквите рани тешко зараснуваат (како и сите рани-изгореници). Каj диелектриците под деjство на електрично поле настанува поларизациjа на молекулите и нивна ориентациjа предизвикана со променливото високофреквентно поле. При тоа доаѓа до енергетски загуби, поради совладувањето на силите што ги држат молекулите во рамнотежни положби. Овие загуби се наречени диелектрични. Фреквенциите што се користат во индуктотермиjата (лечење со вителни струи што настануваат во масивни проводници во магнетно поле), високофреквентната и супервисоко фреквентната диjатермиjа се во областа на метарски, дециметарски и сантиметарски бранови, област на радиопредаватели, телевизиjата и телекомуникациите. На пример, општо прифатена фреквенциjа во индуктотермиjата е 13,56 MHz што одговара на бранова должина 22,12 m. Поради тоа, во електротерапиjата се определуваат неколку стандардни фреквенции што не се заземени од радиотелевизиската и телекомуникационата техника Електростимулациjа и активна електродиjагностика Основа на електродиjагностиката е возбудувањето на биолошките ткива со помош на електрична струjа (електро стимулациjа). Тоа се користи при заболувања на нервниот и мускулниот систем. Електричната стимулациjа претставува предизвикување на електрични промени на клетките, нервите или мускулите. Како резултат на стимулациjата се поjавува акционен потенциjал. Неговото предизвикување може да биде поради

26 26 Сл. 0.12: Приказ на кардиостимулатор (пеjсмеjкер). диjагностички или поради тераписки цели. Основните величини што го карактеризираат импулсотсо коjе се вржи електростимулациjа се: амплитудата, времето на траење на импулсот, време на пауза, периода, време на пораст и време на опаѓање на импулсот. Деjството на дразба на електричната струjа се должи на предизвиканото движење на jоните на електролитите во ткивата поради што се променува нормалниот jонски состав на двете страни на клеточната мембрана. Од таму е jасно дека електростимулациjа може да се оствари само со помош на електрични импулси со мала фреквенциjа или со единечни (осамени) импулси. При големи фреквенции, jоните на електролитите во ткивата не успеваат да ги следат промените на електричното поле и затоа нема да се движат. За дефибрилациjа на срцевиот мускул се применува доста силен единечен електричен импулс со амплитуда до V и времетраење 8-16 ms. За време на апликациjата на импулсот низ срцевата област поминува доста голема енергиjа. За дефибрилациjа често се користи и празнење на електричен кондензатор низ ткивата на срцевата област. Енергиjата што се ослободува е во граници Ws. Импулсите за дефибрилациjа обично се доведуваат преку две електроди што се поставуваат на градната коска близу до срцето, или пак едната на градите а другата на грбот на пациентот. Кардиостимулаторите (пеjсмеjкери) се користат од пациенти што имаат постоjани срцеви проблеми. Тие претставуваат генератори на правоаголни електрични импулси со големина 1-3 V со мало траење (0.8-3 ms) и со фреквенциjа еднаква на феквенциjата на срцето Hz. Пеjсмеjкерите jа подржуваат рит-

27 27 мичната инервациjа на срцето коjа е нарушена поради проблеми на синусниот jазел Слика Импулсите од генераторт директно се даваат на срцето преку два проводници (внесени преку некоj крвен сад). Тие се синхронизирани со работата на срцето и делуваат само кога недостига природниот биоимпулс што jа иницира секоjа контракциjа на срцето. Пеjсмеjкерите се мали, плоснати капсули кои се имплантираат поткожно, обично под големиот граден мускул. Нивното електрично напоjување се врши со литиум-jодни батерии што имаат голем век на траење.

28 Биоелектрична активност Биолошките тела и организми поседуваат напонски електрични потенциjали и мали електрични струи кои ги карактеризираат многу од биолошките системи и процеси. Електрофизиологиjата ги испитува електричните поjави во живиот организам како и влиjанието на електричната струjа при неjзиното преминување низ организмот. Сите електрични процеси во живиот организам потекнуваат од промените на електричните потенциjали што постоjат на мембраните на сите клетки, наречен мембрански потенциjал. Поjавите поврзани со течење на електрична струjа имаат огромно значење во биопроцесите што се одвиваат во клетките, ткивата и органите. Така при физиолошките процеси од посебна важност се електричните побудувања и нивното пренесување низ органите. Од друга страна, поради директната поврзаност помеѓу биопотенциjалите со процесите на метаболизмот и физиолошката состоjба на клетките и органите, можно е, според вредностите на нивните биопотенциjали да се добиjат информации за здравствената состоjба на огранизмот Потенциjали во состоjба на мирување Биоелектричните потенциjали се jавуваат како последица на различната концентрациjа на позитивните и негативните jони во клетките, состоjба коjа е резултат од циркулациjата на течностите во кои се наоѓаат овие jони, кои при метаболичките процеси посебно се прераспределуваат. Тоа се должи на околноста што jони со едниот знак имаат поголема дифузиjа низ клеточната мембрана во однос на jоните со другиот знак. На тоj начин во близина на мембраната доаѓа до формирање на двоен електричен слоj. Суштинска претпоставка е дека егзистенциjата на потенциjалите на побудување и мирување во основа се должи на мембранскиот потенциjал. Ако со специjална микро-електрода се пробие клеточната мембрана и се навлезе во неjзината внатрешност, а друга електрода се постави во течноста од меѓуклеточниот простор, со соодветен mv - микро-волтметар може да се измери потенциjалната разлика што постои помеѓу внатрешната и надворешната страна на клетката Слика На тоj начин измерениот потенциjал на пример,

29 29 Сл. 0.13: Потенциjал во внатрешна и надворешна страна на клетката. изнесува околу - 70mV. Создадената потенциjална разлика во биофизиката се вика биоелектричен напон, коj е предмет на мерење и проучување. Различните електрични потенциjали што егзистираат во биолошките системи се познати како биоелектрични потенциjали или биопотенциjали. Освен каj клеточните мембрани и нервните влакна, такви потенциjали се jавуваат и меѓу мускулните влакна и средината во коjа тие се наоѓаат, меѓу различни делови на еден ист орган, коj се наоѓа во различни физиолошки состоjби итн. Ако биопотенциjалите се разгледуваат каj некоj орган или клетка без побудување, се викаат биопотенциjали на мирување. Ако на било коj начин доjде до надразнување на овие клетки или органи, тогаш овоj потенциjал добива други вредности и е наречен акциски биоелектричен потенциjал Слика Промените на биоелектричните потенциjали со тек на времето даваат информации за физиолошката состоjба на испитуваниот орган, ткиво или клетка. За определување на вредностите на биопотенциjалите и следење на нивните промени се користат специjални електронски инструменти или системи, кои имаат можности за засилување на детектираните сигнали и нивно графичко или табеларно претставување. Интрацелуларната течност и онаа надвор од клетката (екстрацелуларна) по состав меѓу себе значаjно се разликуваат. Интрацелуларната и екстрацелуларната течност се електролити каде што средно се наоѓаат 150 до 160 mmol/l позитивни и негативни jони. По пат на пасивен и активен транспорт тие поминуваат низ мембраната на клетката како резултат

30 30 Сл. 0.14: Акциски биоелектричен потенциjал. на што се jавува и мембранскиот потенциjал. Пропустливоста на мембраната на клетката за калиумовите jони е голема додека таа не е пропустлива за анjоните кои се во клетката поради нивните големи мдимензии. Поради огромниот концентрациски градиент на калиумот од внатре кон надвор jоните на калиумот дифундираат према надвор. Hа тоj начин надворешната страна на мембраната се електризира позитивно а внатрешната негативно. Потенциjалната разлика (Нернстов потенциjал) што би се создала само поради дифузиjата на калиумовите jони се пресметува со Нернастова равенка: V = RT F ln c i c e, каде c i и c e се концентрациите на jони од надворешната и од внатрешната страна на мембраната, F - Фарадеева константа, R - гасна константа, а Т температура. Ако се предпостави дека низ мембраната дифундираат само jоните на К+, Нернстовиот потенциjал при Т=38 0 C би изнесувал V = 94mV. Aкo се претпостави дека само натриумовите jони дифундираат од надвор во клетката, потенциjалот е со обратен знак и ќе има вредност V = +61mV. Но, за да се наjде сумарниот потенциjал потребно е да се имаат предвид повеќе фактори; обичнат дифузиjа на повеќе видови jони низ мембраната, активниот транспорт што го обезбедува натриум-калиумовата пумпа, пропустливоста на мембраната за пооделните jони, од видот на полнежите на jоните, концентрациjата на соодветните jони од надворешната и внатрешната страна на мембраната, итн. Но, доминантна улога при генерирањето на мембранскиот потенциjал има дифузиjата на на-

31 31 триумовите и калиумовите jони што обезбедува голем jонски концентрациски градиент од двете страни на мембраната. При нормална (невозбудена) состоjба пропустливоста на мемебраната на клетките за калиумовите jони е за 100 пати поголема од пропустливоста за натриумовите jони. Oд таа причина главна улога во генерирањето на мембранскиот потенциjал во мирување има дифузиjата на калиумовите jони низ протеинските калиумови канали. Поради тоа, резултантниот мембраниски потенциjал би изнесувал - 86mV Биоелектричен потенциjал на срцето Срцето претставува орган коj jа пумпа крвта низ крвниот систем (мрежа со вкупна должина од околу km), со чиjа помош се разнесуваат хранливите супстанции и кислород до сите клетки во организмот, а со соодветен процес на размена се отстрануваат непотребните материи и со циркулациjата се обезбедува изедначување на температурата на организмот. Информации за состоjбата на биоелектричните потенциjали на срцето се добиваат со методите на електрокардиографиjа (ЕКГ) коjа се занимава со регистрирање на биопотенциjалот од деjството на срецевиот мускул. Како генератор на биоелектричен потенциjал на срцето се смета синусниот jазел коj се наоѓа во ѕидот на десната предкомора, во близина на влезот на горната шуплива вена. Тоj е почетната електронегативна точка на срцето. Електрокардиограмот всушност претставува графикон што jа дава промената на потенциjалот генериран од срцевиот мускул за време на различни фази од работата на срцето. Промените на потенциjалот се резултат на сумарна деполаризациjа и реполаризациjа на милиони индивидуалните мускулни клетки. Во состоjба на мирување на мембраните од клетките на мускулите од срцето постои потенциjал на мирување. При возбудување на клетките се генерира акционен потенциjал коj се шири по различни патишта на нервно-мускулната градба на срцето. Притоа, околу срцето се создава променливо електрично поле што се шири по целиот организам, значи до површината на телото каде што може да се регистрира со осетливи инструменти. Според теориjата на Аjнтховен срцето се споредува со електричен дипол што

32 32 Сл. 0.15: Eлектрично поле на срцето. се наоѓа во хомогена спроводна средина. Векторот на електричниот момент на диполот P при тоа се разгледува како вектор коj се вика електрична оска на срцето што каj здраво срце се совпаѓа со анатомската оска. Проекциjата на еквипотенциjалните површини на електричното поле што го формира диполот врз фронталната површина на човечкото тело е прикажана на Слика Еквипотенциjалните линии jа даваат релативната дистрибуциjа на потенциjалот а косата линиjа е насока на оската на диполот низ коj тече струjата. Според распоредот на потенциjалот, Аjнтховен предложил при електрокардиографските мерења разликата на потенциjалите да се мери во темињата на рамностран триаголник конструиран симетрично во однос на телото на човекот Слика Секоjа од трите измерени разлики во потенциjалите е пропорционална со проекциjата на векторот Е на соодветната страна на триаголникот. При работата на срцето E векторот го менува и модулот и насоката, затоа се менуваат и разликите во потенциjалите. При регистрациjа на биопотенциjалите на срцето електродите се поставуваат на такви места да можат да се сметаат за електрични еквиваленти на точките од триаголникот на Аjнтховен, при што се има предвид дека потенциjалите се пренесуваат до површината на кожата од организмот. Секоj пар од електродите поставени помеѓу парови од точките претставуваат стандарден одвод, при што се разликуваат: I лева рака десна рака II лева нога десна рака III лева нога лева рака.

33 33 Сл. 0.16: Триаголник на потенциjали на човечкото срце. Апаратите што се користат за регистрирање на биоелектричните потенциjали на срцето се викаат електрокардиографи и се составени од три главни делови: електроди, засилувач и регистратор. Наjголеми вредности на биопотенциjалниот напон се од редот на големина од неколку миливолти. За да можат да се користат за успешна регистрациjа, овие напони треба да се засилуваат со помош на специjални засилувачи чии коефициенти треба да бидат со фактор на засилување од Разликата од потенциjалот прво се засилува со помош на засилувач, а потоа се запишува на подвижна лента (наjчесто) од хартиjа, или во дигитална форма за обработка на компjутер. Така добиената крива се вика електрокардиограм коjа физички значи графички прикажана временска промена (за еден циклус од работата на срцето) на моменталните вредности на потенциjалната разлика во соодветниот одвод. На Слика 0.17 шематски е прикажан електрокардиограм на здрав човек земен од 1 одвод. Ако се анализира електрокардиограмот, ќе се види дека на него има три карактеристични врвови означени со P, QRS и T, кои меѓу себе се разделени за определени временски интервали. Максимумот означен со P го претставува побудувањето на преткоморните делови, со делот QRS е претставено побудувањето на левата и десната комора на срцето, додека делот ST одговара на временскиот интервал во коj е опфатено побудувањето на сите делови на срцето. Делот QT одговара на електричната систола на срцето, т.е. на неговата контракциjа. Интерва-

34 34 Сл. 0.17: Шематски приказ на електрокардиограм (ЕКГ). лот од Т до Q одговара на диjастолната фаза на срцето. Периодот на комплетна систола и диjастола се наоѓа помеѓу две положби P и P или R и R. Од обликот на електрокардиограмот (обликот на запците, нивната големина и временската раздвоеност) и неговата правилна анализа, можат да се добиjат информации за анатомската и физиолошката состоjба на срцето Слика 0.18 прикажува реално измерен ЕКГ сигнал. Од тие причини, снимањето на електрокардиограмот е секогаш придружна работа на лекарите за да jа диjагностицираат здравствената состоjба на срцето. Во зависност од инструментот (едно или повеќе канален) се поставуваат електродите на двете раце и левата нога и се снима една или сите проекции на P одеднаш. Некои инструменти имаат и градна електрода, а се воведува и помошна електрода коjа го заземjува телото преку десната нога Биоелектричен потенциjал каj мозокот Електроенцефалографиjа (EEГ) ги мери биопотенциjалите што се создаваат во мозокот. Тие имаат различна фрекфенциjа (до 200 Hz) и амплитуда до 1mV, а Сл. 0.18: ЕКГ сигнал измерен со електрокардиографиjа.

35 35 Сл. 0.19: Интернационален ЕЕГ систем. наjчесто се мерат во микроволти µv. Каj здрав човек, овие потенциjали имаат одредена периодичност и според формата можат да се диференцираат пет (или повеќе) различни облици. Различни осцилаторни мозочни интервали се активни за различни функции на мозокот на пример при спиење, мислење, помнење,... Исто така и при различни болести и состоjби (на пример при шизофрениjа, кома, епилепсиjа итн.) електричната активност каj мозокот е различна. Биопотенциjалите создадени во мозокот се регистрираат со инструменти познати под името електроенцефалографи. За регистрациjа на овие потенциjали се користат повеќе парови електроди, поставени на различни, но определени места на главата. Сигналите со кои се претставени промените на биопотенциjалот се електроенцефалограми (EEГ). Позната конфигурациjа на електроди коjа е прифатена како стандард е Интернационален ЕЕГ систем Слика Електродите што се користат овде обично се од мали сребрени плочки со посебен контакт за електричниот спроводник. Постоjат и игличести антикорозивни електроди, кои се внесуваат на поголеми длабочини. При нормални околности (психофизичка стабилност) вредностите на биопо- Сл. 0.20: ЕEГ сигнал измерен со електроенцефалографиjа.