Магнитные свойства тканей организма. Биомагнетизм

Ткани организма в значительной степени диомагниты (ослабляющие внешнее магнитное поле), подобно воде. Однако в организме имеются и парамегнитные вещества (незначительно усиливающие внешнее магнитное поле), молекулы и ионы. Железо в организме присутствует в таких соединениях, которые не являются ферромагнитными (значительно усиливающими внешнее магнитное поле).

Магнетизм биологических объектов, т.е. их магнитные свойства и магнитные поля, создаваемые ими, получили название биомагнетизма.

Магнитные поля, создаваемые биологическими объектами, достаточно слабы и возникают от биотоков. В некоторых случаях магнитную индукцию таких полей можно измерить. Так, например, на основании регистрации временной зависимости индукции магнитного поля сердца, создан диагностический метод – магнитокардиография.

Так как магнитная индукция пропорциональна силе тока, а сила тока (биотока), согласно закону Ома, пропорциональна напряжению (биопотенциалу), то в целом магнитокардиограмма аналогична электрокардиограмме. Однако она является бесконтактным методом, поскольку магнитное поле может регистрироваться и на некотором расстоянии от биологического объекта.

Магнитное поле оказывает воздействие на биологические системы, которые в нем находятся. Имеются сведения о морфологических изменениях у животных и растений после пребывания в постоянном магнитном поле, об ориентации растений в магнитном поле, влиянии магнитного поля на нервную систему, характеристики крови и т.п.

В настоящее время физическая природа воздействия магнитного поля на биологические объекты еще не установлена. Этот важный вопрос находится в стадии исследования.

4.8. Переменный электрический ток

Если относительно магнитного поля перемещать проводник, то вследствие электромагнитной индукции в нем возникает э.д.с.

Рисунок 20.

Пусть проводник выполнен в виде рамки, (рис.20) которая имеет площадь S и может вращаться вокруг оси перпендикулярной однородному магнитному полю (В=Const). Контур пронизывается магнитным потоком

,

где α =ωt угол между направлением вектора магнитной индукции и нормалью к плоскости расположения рамки.

При вращении рамки поток вектора магнитной индукции, пронизывающий контур, периодически изменяется и согласно закону Фарадея возникает э.д.с. индукции

.

То есть, в контуре проводника возникает переменная электродвижущая сила, изменяющаяся по закону синуса.

В замкнутой цепи возникает переменный ток

,

где R – сопротивление контура проводника и его внешней цепи.

Как и любой гармонический процесс, такой ток характеризуется амплитудой I_макс, круговой частотой ω и фазой ωt, а также периодом Т и частотой ν .

На этом способе получения переменного тока основаны электромашинные генераторы, в которых магнитное поле создается с помощью электромагнита, а вращающийся контор состоит из витков, расположенных на ферромагнитном сердечнике (ротор генератора).

Основу генератора переменного тока составляет катушка, вращающаяся в однородном магнитном поле, перпендикулярном оси вращения. Поток вектора магнитной индукции через катушку равен

.

Согласно закону Фарадея индуцируется э.д.с.

.

Или

где U₀=BSωn=U_макс – амплитуда э.д.с.

Если к генератору подключен резистор сопротивление R, то через него будет идти ток

То есть, напряжение и ток, протекающий через резистор, совпадают по фазе (рис.21).

Рисунок 21.

Для получения пульсирующего тока нужно концы катушки соединить с полукольцами.

Действие переменного тока на организм существенно зависит от его частоты. При низких, звуковых и ультразвуковых частотах переменный ток, как и постоянный, вызывает раздражающее действие на биологические ткани. Это обусловлено смещением ионов растворов электролитов, их разделением, изменением концентрации в различных частях клетки и межклеточного пространства.

Раздражение тканей также зависит от формы импульсного тока, длительности импульса и его амплитуды. Так, например, увеличение крутизны фронта импульса уменьшает пороговую силу тока, который вызывает сокращение мышц. Это свидетельствует о том, что мышцы приспосабливаются к изменению силы тока, наступают ионные компенсационные процессы.

Пропускание тока высокой частоты через ткань используют в физиотерапевтических процедурах, называемых диатермией и местной дарсонвализацией. Токи высокой частоты используют также для хирургических целей (электрохирургия). Они позволяют прижигать «сваривать» ткани (диатермокоагуляция) или рассекать их (диатермотомия).

Вопросы для самоконтроля

1) Что представляет собой электрическое поле? Назовите основные характеристики электрического поля.

2) Перечислите виды электрографии.

3) На каких физических основах базируется метод электрокардиографии?

4) От чего зависит электропроводимость тканей и органов?

5) При каких условиях газ является проводником электрического тока?

6) Какие виды аэроинонов бывают? Каково их воздействие на организм?

7) Что представляет собой магнитное поле? Назовите его основные характеристики.

8) В чем преимущество магнитокардиограммы?

9) Каким образом можно получить переменный электрический ток?

10) От чего зависит действие переменного тока на организм?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Пронин, В.П. – Краткий курс физики/ В.П. Пронин. – Саратов. СГАУ. 2007 г., 200с.

2. Рогачев, Н.М. – Курс физики. Учебное пособие/ Н.М. Рогачев. – С.-Петербург: Издательство «Лань», 2010г.- 448с.

3. Основы физики и биофизики./ А.И. Журавлев [и др.] М.: Мир. 2005. – 384 с.

Дополнительная

1. Белановский, А.С. Основы биофизики в ветеринарию/А.С. Белановский. – М.: Агропром–ИЗДАТ, 1989-271с.

2. Грабовский, Р.И. – Курс физики. 6-е изд./ Р.И. Грабовский – С.-Петербург: Издательство «Лань», 2002.- 608 с.

3. Медицинская и биологическая физика: Учеб. Для вузов/ А.Н. Ремизов [и др.] – 4-е изд., перераб. и дополн.. – М.: Дрофа, 2003. – 560 с.

Дата добавления: 2014-12-07