CC BY
350
ЭЛЕКТРОНИКА,ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА • ИНФ.-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ И УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ
УДК 615.5
В. Г. ГУСЕВ, А. Ю. ДЕМИН Т.В.МИРИНА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЖНОГО ПОКРОВА ЧЕЛОВЕКА
Приведены результаты анализа явлений, наблюдавшихся при воздействии на кожный покров человека электрической энергией, имеющей постоянную мощность. изложена концепция в соответствии с которой кожный покров рассматривается как система с параметрами, адаптивно меняющимися при внешнем воздействии. Даны и обсуждаются результаты исследований кожного покрова с помощью оригинальной установки, разработанной авторами. сделана попытка объяснить некоторые электрические свойства точек акупунктуры, полученные при экспериментальных исследованиях. Электрические свойства
организма; кожный покров
Кожный покров является границей, разделяющей внутреннюю среду организма и окружающую его внешнюю среду. Эта граница создается самим организмом, и на основной части поверхности представлена эпидермисом, который достаточно устойчив к внешнему физико-химическому воздействию. На участках, которые в определенной степени защищены кожным покровом от внешних воздействий, граница раздела представлена более нежными, более легко уязвимыми, и более чувствительными клетками — слизистыми тканями. Они покрывают поверхность рта, носа, толстого кишечника и пр., т. е. те отверстия в кожном покрове, которые необходимы для осуществления физиологических функций. Через них в организм вводится пища, вода, воздух и выводятся продукты метаболических реакций. В отдельных случаях более нежные ткани закрываются подвижным защитным покровом из эпидермиса, например, веки, которые закрывают глаза.
Кожный покров имеет гидрофильные свойства. Жидкость, нанесенная на его поверхность, пропитывает приповерхностный слой. Возможно, присутствует явление реабсорбции — явление всасывания секрета потовых желез после их открытия и выброса порции жидкости на поверхность. Гидратация кожного покрова зависит от особенностей физиологического состояния конкретной зоны и состояния связанных с ней органов и систем, а также от температуры окружающей среды. При повышении температуры устья потовых желез начинают открываться. При этом выбрасываются на поверхность порции секрета — пота, который, испаряясь, охлаждает поверхность эпидермиса. Увлажнение по-
верхности эпидермиса приводит к тому, что его сопротивление прохождению электрического тока уменьшается. В естественном состоянии, при котором устья потовых желез закрыты, между клетками эпидермиса находится жидкость. Она приходит из глубины организма. Этот процесс на уровне сознания обычно организмом не ощущается и называется неощутимой перспирацией. Неощутимая перспирация характеризует физиологическое состояние данной зоны организма и связанных с ней органов и систем. Изменение состояния конкретной зоны вызывает нарушение состояния ее термодинамического равновесия с окружающей средой. Это приводит к внутренней реакции, восстанавливающей термодинамическое равновесие в новых изменившихся условиях. Общим правилом взаимодействия тел, свойства у которых могут меняться, является минимум энергии взаимодействия. Физические свойства тел, которые при взаимодействии могут изменяться, меняются так, чтобы энергетическое взаимодействие было бы минимальным.
Кожный покров является сложной системой, параметры которой динамично изменяются, компенсируя внешнее энергетическое возмущение, т. е. адаптивно изменяющиеся при внешнем воздействии. Это касается всех видов взаимодействия. Если воздействие осуществляется электромагнитным излучением, к которому относится и световое, то организм и, в первую очередь, эпидермис, принимают то состояние, при котором их взаимодействие на энергетическом уровне минимальное. Если это свет, то кожный покров меняет свою окраску, уменьшая свою прозрачность для светового излучения. В итоге боль-
шая часть световой энергии задерживается эпидермисом, который становится более черным благодаря меланину, от состояния которого зависит окраска кожи.
Аналогично, при приложении к кожному покрову электрического напряжения основная часть его падает на слой эпидермиса, уменьшая напряженность электрического поля внутри организма. Диполи зарядов в эпидермисе ориентируются так, что их поле ослабляет внешнее электрическое поле, в которое организм помещают. Можно предположить, что такое же явление наблюдается при помещении организма в магнитное поле. Электрические токи в организме, видимо, начинают протекать так, что создаваемое ими магнитное поле уменьшает значение внешнего поля, воздействующего на внутреннюю среду организма.
Переменные электрическое и магнитное поля периодически изменяют распределение зарядов и внутренних токов. Причем эти изменения всегда будут направлены на ослабление влияния тех физических полей, которые воздействуют на организм. Это утверждение не касается тех случаев, когда внешние поля оперативно изменяют состояние организма в положительном направлении и это оценивается системами управления его параметрами.
Исходя из вышеизложенного, можно сделать вывод о том, что быстрой реакцией организма на любое внешнее воздействие является ослабление воздействующего фактора и за счет этого уменьшение внешнего энергетического действия, изменяющего гомеостазис.
Взаимодействие между различными телами и физическими полями происходит на энергетическом уровне. В результате их происходит выравнивание энергий в месте контакта или появление стабильных физических факторов, обеспечивающих выравнивание энергии контактирующих тел. Так, при контакте двух металлов выравнивание энергий тел приводит к появлению разности потенциалов в месте их контакта. При контакте металла с полупроводником выравнивание энергий приводит к появлению слоя, имеющего вентильные свойства (барьер Шотки). При контакте металла с электролитом появляется двойной электрический слой и появляется разность потенциалов в десятые доли вольта. При охлаждении нагретого термоанемометра потоком воздуха, выравнивание энергий приводит к изменению температуры и сопротивления термоанемометра, ибо часть
энергии в форме теплоты отдается воздушному потоку.
Энергия физического тела определяется физическими параметрами. Так, электрическая энергия равна интегралу произведения напряжения на ток и на время. Очевидно, что при взаимодействии с другим физическим телом могут изменяться только значения напряжения и тока, т. е. значение электрической мощности, воздействующей на другое тело. В то же время, при изменении длительности воздействия с определенной мощностью, изменяется величина энергии.
Для однозначной оценки состояния и характеристики живой материи следует оценивать изменения тока и напряжения в течение времени при одинаковой мощности электрического воздействия на нее. На основании этого можно утверждать, что наиболее достоверную оценку состояния живой материи можно получить путем измерения временных изменений напряжения и тока при постоянной мощности воздействия в течение конкретного времени и при разных значениях мощности. Последнее обусловлено тем, что в биологии действует закон «все или ничего». В соответствии с ним возбуждение биологической клетки происходит при определенном значении воздействия. Если оно меньше порогового — возбуждения нет, что характеризуется термином «ничего». Если оно больше порогового значения, то клетка переходит в возбужденное состояние - «все». Причем ее параметры в идеале не зависят от уровня воздействия.
Применительно к оценке состояния локальных зон на кожном покрове (точек акупунктуры), вышеизложенное интерпретируется следующим образом. При воздействии электрической мощностью и контакте с кожным покровом, происходят переходные процессы установления нового состояния живой материи. Они объясняются тем, что энергия взаимодействия меняется с течением времени в связи с тем, что живая материя динамично изменяет свои параметры при изменении внешних условий. Они зависят от величины энергии, вносимой в организм. Падение напряжения и ток будут изменяться до тех пор, пока в системе «электрод-эпидермис» не наступит термодинамическое равновесие. При постоянной мощности воздействия эти параметры должны меняться в течение времени, после которого должны принять установившееся значение.
Причем при справедливости закона «все или ничего» падение напряжения и ток не будут линейно зависеть от уровня воздействия. Величина мощности воздействия (значения воздействующей мощности) должна оказывать влияние только на длительность процесса установления устойчивых значений падения напряжения и тока. Поэтому идентичные показания, полученные на разных участках кожного покрова, свидетельствуют о том, что все клетки на пути прохождения электрического тока возбуждаются им. Этим явлением можно объяснить наблюдаемое в отдельных случаях сравнительно медленное нарастание электрического тока и уменьшение падения напряжения. До тех пор, пока энергия воздействия меньше определенного значения, возбуждение клеток мало, и падение напряжения на них большое, а ток — малый. По мере увеличения энергии количество возбужденных клеток увеличивается. Падение напряжения на электродах при постоянной мощности уменьшается, а электрический ток увеличивается. Время, в течение которого в системе возникает состояние динамического равновесия, характеризует возбудимость клеток и степень их возбуждения. Начальное падение напряжения будут характеризовать степень возбужденности клеток, а время, в течение которого устанавливается квазистатическое значение, их возбудимость. Чем больше уровень мощности воздействия, тем быстрее устанавливаются показания. Явление можно использовать для быстрого получения информации
о состоянии живой материи. Для этого следует подавать электрическую мощность значительного уровня и отключать ее сразу же после установления ее стабильного значения. Быстрое падение напряжения свидетельствует о том, что значительное количество клеток возбуждено и быстро возбуждается под влиянием электрической мощности. При этом падение напряжения должно быть малым. Соответственно, электрический ток будет значительным. При коротком замыкании электродов ток в их цепи будет иметь достаточно большое значение.
Электрический ток, протекающий во время возбуждения, по всей вероятности, запускает механизмы уменьшения возбуждения. Поэтому после быстрого уменьшения падения электрического напряжения на участке организма, происходит его некоторое увеличение с течением времени. При этом уменьшается величина тока, протекающего в цепи и снижение тока короткого замыкания. Эти явления, по всей вероятности, характе-
ризуют процессы снижения уровня возбуждения, свидетельствующие об осознанной целенаправленной реакции живой ткани на электрический ток.
Степень возбуждения и возбудимость клеток, наверное, меняются с течением времени и характеризуют внутренние биоритмы организма. В соответствии с ними возбудимость и степень возбужденности отдельных зон изменяются с течением времени. Малое падение напряжения свидетельствует о том, что в данный момент времени возбужденность и возбудимость клеток высокая. Его увеличение в другие моменты времени, вероятно, свидетельствует о том, что возбужденность и возбудимость, вследствие действия механизма био-ритмических колебаний существенно уменьшились.
В некоторых случаях наблюдались колебательные процессы существенных изменений падения напряжения и тока короткого замыкания в течении интервала в десятки секунд. Предположительно, это происходит в те промежутки времени, когда возбудимость клеток определяется сигналами биоритмов, при которых данная зона переходит в другое состояние возбуждения.
Управление электровозбудимостью клеток осуществляется с помощью экстремального метода. При его использовании параметры живой материи изменяются в одну и другую стороны. После трех-пяти колебаний определяется направление, в котором должны быть изменены параметры и, ориентировочно, величина изменения.
Эта гипотеза объясняет колебательные процессы, наблюдаемые в течение некоторого времени после установления падения напряжения и существенное или незначительное изменение сигнала, которое наблюдается один или с паузами несколько раз после установления сигнала. Все это свидетельствует о том, что при неизменной мощности воздействия организм пытается найти такой режим функционирования, при котором обеспечивается термодинамическое равновесие и минимальное энергетическое взаимодействие.
Эти свойства характерны для всей поверхности кожного покрова. Вероятнее всего, точки акупунктуры отличаются только повышенной чувствительностью к внешнему воздействию. При попадании на них активного электрода наблюдается больший бросок изменения падения напряжения и, в ряде случаев, наблюдается более длительное установление сигнала.
Такая трактовка заставляет считать точки акупунктуры зонами, в которых наблюдается повышенная реакция на внешнее энергетическое воздействие любой формы: механическое, электрическое, оптическое, тепловое. Вероятно поэтому воздействие на них более эффективно, чем воздействие на другие зоны. Если это так, то зоны для терапии следует выбирать исходя из их временных реакций на внешнее энергетическое воздействие. Следует оценивать бросок падения напряжения, длительность и характер процесса установления после этого броска. Так, в некоторых зонах наблюдается:
медленное и очень медленное изменение показаний, идущее с меняющейся скоростью;
быстрое изменение показаний и стабильное их значение после этого изменения;
быстрое уменьшение падения напряжения при постоянной мощности воздействия и дальнейшее увеличение показаний в течение времени, напоминающее процесс установления после перерегулирования;
колебательный процесс изменения падения напряжения и тока короткого замыкания как с большой амплитудой, так и с малой.
Стоит обратить внимание на тот факт, что с помощью прибора оценивались усредненные падения напряжения, наблюдавшиеся при воздействиях импульсов мощности с положительной полярностью, длительностью 1,14 мс и усредненное значение электрического тока короткозамкнутых электродов на время 1,14 мс. Так что длительность периода мс.
По сегодняшним представлениям авторов, кожный покров представляет собой своеобразную сеть с отверстиями разного диаметра. Самые мелкие из них пропускают ионы жидкости, если последняя доходит до слоя эпидермиса. Если жидкость плохо доходит до слоя эпидермиса, то зона имеет повышенное электрическое сопротивление. При большом количестве жидкости сопротивление малое. Гидравлическое изменение количества межклеточной жидкости, количество которой зависит от размеров клеток и плотности их упаковки, может изменять электрическое сопротивление цепи. Также, вероятно, сопротивление, а особенно его колебания, зависят от работы ионных каналов клеток. Регистрируемый ток есть производная от большого количества одновременно действующих факторов: количества и состава жидкости, находящейся между клетками, а соответственно, от размеров;
давления на жидкость внутри организма и качества работы системы ее регулирования;
химического состава жидкости и электрической активности ионов, находящихся в ней;
количества ионов, движение которых обусловлено их миграцией в электрическом поле, диффузией и гидравлическими факторами;
возбудимости клеток под влиянием электрического тока;
явлениями электроосмоса.
Наверное, наиболее существенное влияние оказывает количество жидкости, геометрия пути, по которому распространяется электрический ток, электровозбудимость клеток. Причем электровозбудимость и ионы, появляющиеся при этом, должны оказывать влияние на быстрые колебания электрического сопротивления. Более крупные поры в кожном покрове являются регулируемыми, и движение зарядов, создающих электрический ток через них, будет зависеть от управляющего ими фактора.
Из всего вышеизложенного сделаны следующие выводы:
для получения информации о состоянии зоны, характеризуемой электрическими параметрами, целесообразно проводить серию измерений. В каждом из них следует оценивать показания в момент установки электрода и через 30 с или 1 мин после начала измерительной операции. По полученным данным, через промежуток времени порядка 30 с изменения показаний прекращаются. Желательно оценивать время, в течение которого основная часть процесса установления электрического сигнала заканчивается. Тут, наверное, имеет смысл оценивать длительность стадии возбуждения, в течение которой показания становятся максимальными, и длительность стадии установления, в течение которой показания после падения увеличиваются до установившегося значения, а также и время, в течение которого это происходит. При этом ток короткого замыкания уменьшается. Наибольшие колебания падения напряжения и тока, с частотой порядка долей герца, отражают процессы подстройки параметров зоны под внешнее энергетическое воздействие.
На рис. 1 приведены типовые виды кривых изменений падения напряжения на зонах кожного покрова, полученные авторами экспериментально, при импульсах мощности мкВт, следующих с периодом мс длительностью 1,14 мс.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 t,C
Рис. 1. Кривые, характеризующие временное изменение падений напряжения при воздействии постоянными импульсами с мощностью 60 мВт, длительностью 1,14 мс, следующими непрерывно с периодом Т = 2,28 мс
Кривая 1 характеризует случай, когда после установки электрода падение напряжения быстро уменьшается за доли секунды, а затем, достигнув минимального значения, начинает увеличиваться. Кривая 2 аналогична по форме, но величина падения напряжения существенно меньше, и слабее выражены процессы увеличения падения напряжения. Кривая 3 характеризует случай, когда показания устанавливаются сразу и не изменяются в течение времени. Кривая 4 характеризует случай, когда падение напряжения уменьшается с течением времени. Кривая 5 характеризует случай, когда падение напряжения очень медленно уменьшается в течение времени. Причем эта длительность достигает десятка — нескольких десятков секунд. При медленных изменениях показаний, как правило, процесса перерегулирования не наблюдается и за процессом установления не следует процесс, идущий в обратном направлении.
Процесс изменения падения напряжения, как правило, коррелирован с процессом изменения электрического тока (рис. 2).
Причем сложилось впечатление, что на начальном этапе имеется задержка в доли секунды с нарастанием тока. Но это может быть оценено только путем одновременной регистрации соответствующих процессов.
Повышенная чувствительность именно точек акупунктуры к внешнему энергетическому воздействию и большая длительность установления квазистационарных значений наиболее ярко проявляются при механическом воздействии на кожный покров, особенно в тех зонах, где падение напряжения в дан-
ный момент времени имеет повышенное значение.
Рис. 2. Графики временных изменений падения напряжения и и тока короткого замыкания
Деформируя электродом кожный покров, особенно в плоскости, совпадающей с его поверхностью, удастся локализовать то место, где падение напряжения минимально. Потом оно увеличивается до установившегося значения со сравнительно небольшой скоростью. Вероятно, величина изменения падения напряжения и время, в течение которого это происходит, характеризует состояние конкретной точки акупунктуры. Это утверждение основывается на том обстоятельстве, что после окончания процесса установления падение напряжения и электрический ток короткого замыкания принимают те же значения, которые были у зоны при начальной установке на нее электрода. Наблюдающиеся процессы временных изменений есть следствие возбуждения клеток зоны вследствие механического воздействия на них.
Зоны на поверхности лица имеют стабильное низкое падение напряжения при постоянной мощности воздействия. Это заставляет предположить, что они постоянно находятся в возбужденном состоянии и более чувствительны к внешнему энергетическому воздействию.
Взаимосвязь и коррелированность между собой падения напряжения и тока короткого замыкания наблюдается не всегда. Произведение падения напряжения на ток короткого замыкания характеризуется коэффициентом , который показывает, какая часть тока, протекающего в цепи при воздействии импульсом постоянной мощности гв, отдается при коротком замыкании во внешнюю цепь ( ).
К , = ~ = = Ш т.
где: г — ток при замыкании цепи на малое сопротивление; *в — ток, протекающий в цепи
при постоянной мощности воздействия = Р — мощность воздействия, Р =с.ош1;
— падение напряжения; — коэффициент пропорциональности.
Как показали экспериментальные исследования, коэффициент остается постоянным не всегда и, обычно, уменьшается в течение времени.
Как правило, это происходит за счет изменения (уменьшения) тока и увеличения падения напряжения и. Большое значение тока короткого замыкания, которое характерно для отдельных зон, уменьшается через небольшой промежуток времени, оцениваемый несколькими секундами десятками секунд (рис. 3). Потом он стабилизируется. Так, в течение пяти минут в точке снизу у слухового прохода ток уменьшился в два раза с 10 до 5 делений, а коэффициент — с 10 • т до . Падение напряжения изменилось с
2,1 делений до 2,5^2,6 делений.
Рис. 3. Кривые временных изменений тока г и падение напряжения при мкВт
Все это свидетельствует о том, как живая материя реагирует на постоянное энергетическое воздействие в форме электрических импульсов мощности, с коротким замыканием в паузах между воздействиями, устраняющими заряд, накопленный при воздействии. Но для полного устранения электрического зарядового компонента воздействия на ткань и оставления только энергетического теплового компонента, следует изменять полярность напряжения.
Следует отметить, что коэффициент меняется в течение времени (рис. 4).
Он изменяется и в процессе измерений в течение тридцати секунд (рис. 5).
Это есть результат непрерывного воздействия импульсов электрической мощности. В отдельных случаях наблюдается повышенная чувствительность к механическому давлению. Так, изменение степени надавливания иногда меняло падение напряжения на 0,51,5 деления.
В частном случае при сильном нажатии падение напряжения с 6 делений уменьшилось до 3,5, а ток с 0,5 деления увеличивался до 1,5 деления. При уменьшении нажатия до исходного состояния показания возвращались к исходным. Вероятнее всего, это можно связать с проявлением пьезоэлектрических свойств у кожного покрова.
В зонах, где взаимодействие с электродом достаточно сильно выражено, и показания падения напряжения при воздействии электродом уменьшилось с 3,5 делений до 5 делений, повтор показаний при повторной установке наблюдался после 30 с. Это позволило сделать предварительный вывод о том, что длительность восстановления электрических свойств у кожного покрова после предварительного воздействия на него порядка 30 с.
Многократные сильные механические деформации кожного покрова в одних случаях вызывают сильные изменения падения напряжения и меньшие изменения тока короткого замыкания. В других случаях изменения падения напряжения и электрического замыкания бывают небольшими. Причина сильных изменений показаний, наверное, заключается в том, что при деформациях происходит изменение сопротивления за счет уплотнения тканей и увеличения емкостей цепи организма (емкостных свойств деформируемых тканей), в которых энергия накапливается. Сложилось впечатление, что механизм изменения электрических свойств эпидермиса запускался только после определенного уровня внешнего механического воздействия. Все это позволило предположить, что состояние конкретной зоны у организма более объективно характеризует уровень внешней энергии, которую необходимо приложить для получения определенного состояния или изменений этого состояния в определенное число раз. Так, в частности, определив электрические параметры в определенном режиме, следует найти то мощностное изменение, которое вызовет изменение этого параметра в требуемое число раз. Вероятно, на небольшом участке изменения параметра линейности будет сохраняться, хотя сама по себе биоткань существенно нелинейна.
Управление параметрами кожного покрова, вероятно, осуществляется с помощью экстремального метода. Исходя из законов энергетического взаимодействия измерительного электрода и данной зоны организма, особенности которого неизвестны, в организме принимаются решения об изменении свойств конкретной зоны. Видимо, они принимают-
ся на основе сравнения результатов, получаемых при модуляции свойств зоны в разных направлениях. Исходя из них принимается решение о том, в какую сторону должны быть произведены изменения электрических параметров. При сильном различии при модуляции получаемых результатов наблюдались сильные изменения электрических параметров, которые при мкВт достигали из-
менений порядка 1-4 делений. Они происходили сравнительно быстро в течение долей
секунды. При малых различиях изменения идут медленно и имеют характер временного дрейфа. При больших отклонениях изменение параметров идет сравнительно быстро и на величину, которая может оказаться избыточной. После следующего цикла модуляций, показания возвращаются назад, как бы исправляя ошибки перерегулирования, или идут вперед, исправляя «недорегулирование». Затем процесс изменений параметров идет достаточно гладко в форме временного дрейфа показаний.
Рис. 4. Временные изменения коэффициента А";: а,б — у точек-пособников меридианов мочевого пузыря, слева (а) и справа (б ); в, г — у точек-пособников меридиана желчного пузыря, слева (в)
и справа (г)
Все описанное может быть интерпретировано так. В организме имеется механизм быстрого, ступенчатого изменения электрических параметров, который включается в работу при больших несоответствиях оптимуму энергии тел, участвующих во взаимодействии, а также есть механизм плавного изменения электрических параметров организма. Они дополняют друг друга и обеспечивают требуемые динамический диапазон и быстродействие. Все это подтверждает мнение о том, что параметры кожного покрова, во всяком случае, электрические, динамично изменяются самим организмом. Скорее всего, здесь основную роль играет симпатическая нервная система. Парасимпатическая нервная система должна оказывать влияние на скорость восстановления равновесного состояния после внешнего измерительного воздействия.
и, дел.
6-[\ 1 дел.=1>5 В
1 3 5 1 I,с
Рис. 5. Наблюдаемые переходные процессы установления падения напряжения и параметры, которые целесообразно определять: 1 — при быстром установлении малого падения напряжения; 2 — при медленном установлении падения напряжения
Энергетические свойства кожного покрова, гидратация клеток и их возбужденность изменяются в зависимости от окружающей их среды. Так, после горячей ванны показания, характеризующие падение напряжения при заданной мощности мкВт,
устанавливаются сразу же на уровне 1,9-
2,2 делений. Потом начинаются процессы увеличения падения напряжения. Они длятся секунды-десятки секунд. В течение их падение напряжения увеличивает до 2,5-3,5 делений и, соответственно, уменьшается электрический ток. Но все это происходит при использовании металлического электрода. При применении влажного электрода электрический ток при коротком замыкании имеет ничтожно малую величину.
Таким образом, скорость нарастания показаний зависит от гидратации кожного покрова и температуры тела по внешней его поверхности, которая сохраняется в течение неко-
торого времени. Следовательно, скорость изменения показаний при заданной мощности воздействия зависит от возбужденности клеток и их гидратации и температуры. Поэтому оценивание длительности процесса установления дает результаты, которые характеризуют не только состояние данной зоны, но и характеризуют внешнюю среду.
На сегодняшний день представляется целесообразным оценивать:
значение коэффициента ;
• отношение коэффициентов при разных значениях мощности воздействия;
длительность установления падения напряжения; (£ь рис. 4)
отношение длительности установления напряжения при разных значениях мощности воздействия;
величину увеличения падения напряжения после достижения им минимума и относительную величину этого изменения; ( ,
рис. 4)
отношение величин увеличения падения напряжения после достижения им минимума при разных значениях мощности воздействия;
длительность промежутка времени, в течение которого падение напряжения устанавливается после достижения минимума ( , рис. 4) и отношение этих длительностей при разных значениях мощности;
диапазоны целесообразных изменений мощностей воздействия;
диапазон колебаний электрических параметров при их модуляции в разные стороны ( , рис. 4), частота этих колебаний и их
амплитуда;
параметры, характеризующие изменения электрических параметров: величины изменения падения напряжения (Д?7, рис. 5) и электрического тока ( , рис. 6) и время, в те-
чение которого это происходит ( , рис. 5, 6).
влияние материала электродов на параметры, характеризующие взаимодействия электродов с кожным покровом.
Скорость установления падения напряжения и тока следует использовать для оценки электровозбудимости клеток и степени их возбуждения. Величина электрического тока дает информацию о способности эпидермиса накапливать электрическую энергию. Спад падения напряжения и его длительность характеризует качество работы системы управления электрическими параметрами конкретной зоны. Разница показаний при использовании разной мощности характеризует чув-
ствительность данной зоны к данному энергетическому воздействию.
I, дел. 8
1 3 5 7 С,с
Рис. 6. Переходные процессы изменений электрического тока: 1 — при быстром изменении падения напряжения; 2 — при медленном изменении падения напряжения
Не исключено, что движение жидкости в кожном покрове есть следствие наличия разности потенциалов. Так, в технике известен метод осушения поверхности, когда к электродам, установленным в осушаемой зоне и вне ее пределов, подключается разность потенциалов. Через некоторое время у электрода с определенной полярностью жидкость исчезает, а около другого появляется влажность. Если это работает, то возможно, что постепенное уменьшение сопротивления можно попытаться объяснить тем, что под влиянием положительного напряжения к электроду приходит из внутренних структур жидкость и появляется движение ионов.
По существу это явление попадает под категорию электрокинетических, к которым относят: электроосмос; электрофорез; потенциал течения (эффект Квинке); потенциал седиментации (эффект Дорна) [1].
Электроосмос — движение жидкости относительно неподвижной твердой фазы под действием электрического поля. Хорошо проявляется в капиллярных системах. Электрофорез — движение свободных частиц дисперсной фазы в дисперсной среде. Потенциал течения характеризует явление возникновения электрического поля при движении жидкости относительно неподвижной твердой фазы (возникновение разности потенциалов между концами капилляра или поверхностями пористой перегородки при продавлива-нии через них жидкости) Потенциал седиментации (потенциал оседания) характеризует явление возникновения электрического поля при движении свободных частиц дисперсной фазы в дисперсной среде (возникновение разности потенциалов в жидкости в направле-
нии оседания взвешенных в ней частиц). Скорее всего, электроосмос играет определенную роль в изменении гидратации кожного покрова. К тому же, кожный покров имеет свойства, характерные для капиллярной системы. Поэтому можно считать, что для него присущи все электрокинетические явления.
Диссоциация жидкости на ионы в кожном покрове зависит от электрического потенциала, приложенного к внешней поверхности.
При экспериментах наблюдалось медленное установление падения напряжения при сухом кожном покрове. Увлажнение его водопроводной водой приводило при измерениях к быстрому падению напряжения до минимального значения порядка 2 делений, а потом его увеличение до того значения, которое в данный момент характеризует состояние зоны (до 3-5 делений). Вероятно, сначала ток создается ионами воды, попавшей в эпидермис, а затем он определяется составом той жидкости, которая вследствие электроосмоса, диффузии электрофореза приходит в зону эпидермиса. Этот эксперимент подтверждает тот факт, что в сухую зону эпидермиса жидкость приходит в результате электроосмоса, электрофореза, диффузного и гидродинамического движений. Последние оценить сложно из-за нарушений состояния локальной зоны. Они появляются вследствие изменения обмена энергий и жидкостью с окружающей средой, появляющихся при установке электрода.
Осмысливание результатов изменений электрических свойств локальных зон на кожном покрове, которые с разными интервалами проводились на протяжении 1214 часов, показало следующее. Сопротивляемость организма внешнему энергетическому воздействию имеет колебательный характер. Имеются промежутки времени, когда сопротивляемость организма постоянному мощ-ностному воздействию минимальная (показания порядка 2 и немного менее делений). В другое время сопротивляемость внешнему энергетическому воздействию увеличивается, достигая 7 делений. Не проглядывается четкой временной зависимости у параметров сопротивляемости организма внешнему энергетическому воздействию. В одних случаях между минимальной сопротивляемостью проходит 30 минут (с 1600 до 1630), в других
1 час 30 минут (с 1900 до 2030). Причем колебательность в изменении сопротивляемости организма воздействию электрической энергии более сильно выражена в первой половине дня (с 10 до 16 в одном случае и ма-
ло меняется с 21 до 23 в другом. В другие дни в то же время характер колебательности другой. Причем в симметричных точках с разных сторон картины колебательности различаются. Колебательность различна у локальных зон разных меридианов. В одних случаях между минимумами сопротивляемости внешнему воздействию проходит 6 часов, в других 3 часа, в третьих минимальная сопротивляемость наблюдается в течение 2,5-3 часов. Пока ясно одно, что сопротивляемость мощност-ному энергетическому воздействию характеризует процессы в организме, оказывающие влияние на электрические свойства данной зоны, и они колеблются с течением времени.
Ток короткого замыкания (в первом приближении) коррелирован с сопротивляемостью кожного покрова электрическому воздействию. Характер колебаний временных изменений тока короткого замыкания напоминает колебания электросопротивляемости мощностному электрическому воздействию. Чем меньше сопротивляемость организма внешнему электрическому воздействию и меньше падения напряжения и больше ток при постоянной электрической мощности, тем больше значения тока короткого замыкания. Причем зависимость тока короткого замыкания от падения напряжения и тока при постоянной мощности воздействия характеризуется коэффициентом К{, К] = ■. который различен для других зон и изменяется в зависимости от времени. По полученным данным кривая временного изменения коррелированна (в первом приближении) с кривой временного изменения тока при воздействии постоянной электрической мощностью. Чем больше значение имеет электрический ток воздействия, тем большее значение имеет коэффициент . Причем его значение меняется в зависимости от времени в пределах от 5 • т до 19 • т, где т — коэффициент пропорциональности. Другими словами, чем больший электрический ток протекает через организм при постоянной мощности воздействия на него, тем большее значение тока отдастся во внешнюю цепь при замыкании электродов на малое электрическое сопротивление. Феномен увеличения коэффициента в зависимости от тока воздействия обусловлен особенностями режима измерения. При малой сопротивляемости организма электрическому воздействию падение напряжения минимальное, а значение тока — максимальное. При замыкании на малое внешнее сопротивление электрический ток оказывается максимальным, так как структуры ор-
ганизма, обладающие емкостными свойствами, имеют сниженное внутреннее сопротивление, и электрический ток разрядки имеет максимальное значение. Предположительно, имеется однозначная связь между значением падения напряжения, измеренном в режиме постоянной мощности воздействия и током при коротком замыкании электродов. Но измерять только одно падение напряжения не целесообразно, потому что под влиянием рассеиваемой электрической мощности электрические свойства организма изменяются. При этом в большинстве случаев падение напряжения увеличивается, а электрический ток короткого замыкания уменьшается. Более стабильными остаются результаты произведения падения напряжения в режиме постоянной электрической мощности на ток короткого замыкания, что качественно характеризует, какая часть тока, которым воздействовали на организм, возвращается назад во внешнюю цепь. Можно пересчитать, какая часть из мощности воздействия на организм отдается во внешнюю цепь, а какая рассеивается в нем в форме энергии, изменяющей состояние соответствующей зоны (изменение температуры, возбуждение атомов и молекул).
Полученные результаты, по нашему мнению, характеризуют:
1. Скорость установления показаний — работу симпатической системы и гидратацию кожного покрова и ее изменения под влиянием электроосмоса, электрофореза, гидродинамического и диффузионного движения.
2. Значения падения напряжения — возбужденность и возбудимость клеток в конкретной зоне.
3. Электрический ток короткого замыкания — емкостные свойства эпидермиса при контакте с электродом и возбужденность клеток в зоне.
4. Изменения падения напряжения и тока после броска — работу парасимпатической системы.
5. Колебания при установлении — качество работы подсистемы регулирования (количество колебаний и величина изменения параметров после них)
6. Изменения показаний при изменениях электрической мощности — чувствительность конкретной зоны к внешнему воздействию.
7. Электрические свойства локальной зоны, проявляющиеся путем ее взаимодействия с электродом, который при взаимодействии отдает в нее постоянную электрическую мощность.
Исходя из вышеизложенного целесообразно создать гамму технических средств, которые позволят:
• измерять сопротивление живой материи в режиме заданной электрической мощности воздействия;
оценивать электрические свойства локальных зон;
оценивать характер микроциркуляции в отдельной зоне по переменной составляющей измерения сопротивления;
оценивать гидратацию кожного покрова и ее изменения под влиянием электрической мощности;
оценивать колебания сопротивления, обусловленные движением крови, а возможно, и ее скорость, по изменениям сопротивления при разных направлениях электрического тока относительно вектора движения;
оценивать свойства продуктов, содержащих воду;
расширять возможности электротомографии организма и других физических электропроводящих тел.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Проведенные исследования показали несостоятельность распространенного мнения о невозможности получения устойчивых и воспроизводимых результатов при измерениях электрических параметров живой материи и жидких сред.
Результаты их дали новую информацию об электрических свойствах организма, в частности, его кожного покрова, изменили взгляды на их информационную значимость и открыли возможности создания гаммы устройств для тех областей, в которых применение электрических методов ранее не давало достоверной воспроизводимой информации. Как представляется сейчас, открылась возможность создания устройств, с помощью которых можно проводить массовое обследование и мониторинг состояния здоровья населения.
Но для этого следует выполнить обширные исследования коллективом, в состав которого будут входить специалисты в области измерительной техники и электронного приборостроения, биологии и клинической медицины.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Прохоров, А. М. Физический энциклопедический словарь / под ред. А. М. Прохорова. М.: Советская энциклопедия, 1984.944 с.
ОБ АВТОРАХ
Гусев Владимир Георгиевич,
проф., зав. каф. инф.-изм. техн. Дипл. инж.-электромех. по авиац. приборостр. (УАИ, 1965). Д-р техн. наук по элем. и устр. выч. техн. и сист. упр-я (защ. в МИЭТ, 1987). Засл. деят. науки РФ. Иссл. в обл. преобр. инф. и устр. биомед. назначения.
Демин Алексей Юрьевич, ст.
преп. той же каф. Дипл. маг. техн. и технол. по приборостр. (УГАТУ, 2000). Канд. техн. наук по элем. и устр. выч. техники и сист. упр. (там же, 2004). Иссл. в обл. измер. техники.
Мирина Татьяна Владимировна, доц. той же каф. Дипл. инж.-элект. по инф.-изм. и упр. системам (УГАТУ, 1991). Канд. техн. наук (там же, 2006). Иссл. в обл. инф.-изм. систем, мед. техники.
