Uniwersytet Medyczny

Wydział wojskowo – lekarski

Zakład fizjologii człowieka i biofizyki

Laboratorium z biofizyki

Ćwiczenie E3 Pomiary wybranych parametrów elektrycznych
skóry.

Grupa II

Zespół Z7

Michał Głowacki

1 Przygotowano: http://wojsk-lek.org

Część teoretyczna:

1. Impedancja elektryczna komórek i tkanek
Przy przepływie prądu zmiennego przez żywe tkanki i komórki uwidacznia się oprócz oporu
rzeczywistego (omowego) również, w pewnych zakresach częstotliwości, ich charakter
reaktancyjny (pojemnościowy). Obie składowe są funkcjami częstotliwości prądu
elektrycznego.

2. Dielektryki
Dielektryk, izolator elektryczny, substancja materialna praktycznie nie posiadająca
swobodnych nośników prądu elektrycznego. W dielektryku o własnościach elektrycznych
ciała decydują ładunki związane.
W dielektryku zewnętrzne pole elektryczne E powoduje polaryzację, tj. nieznaczne
przesunięcie ładunków ujemnych względem dodatnich, co prowadzi do powstania momentu
dipolowego każdego elementu objętości dielektryka.

3. Hematokryt a rezystywność komórki
Hematokryt (Ht) to stosunek objętości składników morfotycznych do całkowitej objętości
pełnej krwi. W układzie SI wielkość tę wyrażamy w l/l. Prąd stały oraz prąd o niskiej
częstotliwości (f) płynie tylko przez osocze, natomiast omija krwinki czerwone, ze względu
na ich duży opór omowy i duży opór pojemnościowy. Dopiero przy dużych
częstotliwościach prąd zaczyna płynąć również przez krwinki. Opór właściwy krwi zależy od
od liczby erytrocytów, a dokładniej hematokrytu.

4. Elektryczny model zastępczy tkanki

Przy małych wartościach f za opór całkowity odpowiada R

2

. Przy wyższych f opór zastępczy

będzie miał wpływ również R

1

i C.

5. Budowa i funkcje skóry

w.rogowa

w. jasna

w. ziarnista

w. kolczysta

w. podstawna

2 Przygotowano: http://wojsk-lek.org

Skóra ludzka składa się z dwóch warstw podstawowych i naskórków (ok. 300um) i skóry
właściwej (ok. 4mm). W naskórku wyróżnia się 5 kolejnych warstw: rogową, jasną, ziarnistą,
kolczystą(rozrodczą), podstawową. Skóra właściwa leży pod naskórkiem zbudowana jest z
warstwy brodawkowej oraz siateczkowej. Bezpośrednio pod skórą znajduje się tkanka
podskórna. Skóra bierze udział w termoregulacji, w wydalaniu (pot), gospodarce wodnej oraz
w wytwarzaniu ciał obronnych w organizmie. W skórze znajduje się szereg receptorów
(dotyku, ciepła, zimna, bólu) dostarczających informacji o otoczeniu. Warstwa rogowa
(grubość 20-30um) stanowi barierę uniemożliwiającą utratę wody przez skórę, co pozwala
żyć człowiekowi nawet w bardzo suchym otoczeniu. Stopień hydracji skóry (tzn. jej
uwodnienia) istotnie wpływa na jej elastyczność oraz funkcjonalność w procesach obronnych
organizmu. Stopień hydracji można ocenić poprzez badanie właściwości elektrycznych.

6. Wykres kołowy impedancji (Cole`a – Cole`a):

X

f

g

f

d

R

7. Zastosowanie pomiarów elektrycznych skóry:

a. Kardiografia impedancyjna
b. Kontrola ukrwienia kończyn dolnych
c. Impedancyjna metoda kontroli procesu gojenia się ran chirurgicznych

8. Ocena aktywności gruczołów ekrynowych
i

3 Przygotowano: http://wojsk-lek.org

Część praktyczna:

L.p

Częstotliwość

[kHz]

Impedancja Z [

Ω]

Kąt [

ϕ]

radiany

R [

Ω

]

X [

Ω

]

1

0,01

640

-3

-0,05236

639,1229

-33,495

2

0,1

639

-4

-0,069813

637,4434 -44,5744

3

0,2

638

-1

-0,017453

637,9028 -11,1346

4

0,5

630

-4

-0,069813

628,4654 -43,9466

5

0,8

620

-7

-0,122173

615,3786

-75,559

6

1

610

-9

-0,15708

602,4899

-95,425

7

2

550

-20

-0,349066

516,8309 -188,111

8

5

570

-26

-0,453786

512,3126 -249,872

9

8

290

-30

-0,523599

251,1474

-145

10

10

251

-37

-0,645772

200,4575 -151,056

11

20

173

-28

-0,488692

152,7499 -81,2186

12

50

150

-12

-0,20944

146,7221 -31,1868

13

100

130

-0,5

-0,008727

129,995

-1,13445

R – część rzeczywista impedancji Z R=Z cos

ϕ

X – część reaktancyjna impedancji Z X=Z sin

ϕ

Wnioski:
Po analizie wyników i przedstawienia ich w formie wykresu widać, badany model skóry daje
obraz impedancji, taki jak skóra ludzka. Krzywa impedancji kołowej przedstawiona w części
teoretycznej ma swoje odzwierciedlenie w wykresie 2. Wykres 1 również zgadza się z teorią. Na
podstawie wykresów widać charakterystykę właściwości elektrycznych skóry, które będąc
osobniczo zmienne służą do badania np. uwodnienia skóry.

4 Przygotowano: http://wojsk-lek.org

Zależność impendancji od częstotliwości

-400

-200

0

200

400

600

800

1000

0

20

40

60

80

100

120

częstotliwość [kHz]

im

p

e

n

d

a

c

ja

[

Ω

]

zależność cz. Rzeczywistej impendacji Z od częstotliwości

zależność cz. Reakcyjnej impendacji Z od częstotliwości

5

Zależność impedancji reaktancyjne od rzeczywistej

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

0

100

200

300

400

500

600

700

Impedancja [

Ω

]

Im

p

ed

an

cj

a

[

Ω

]

zależność impendacji rzeczywistej od reakcyjnej

6