Ćwiczenie nr 16

 

POMIAR  PARAMETRÓW  ELEKTRYCZNYCH  SKÓRY 

1. Opis teoretyczny: 
           Prace elektrofizjologów dowiodły, że istnieje ścisły związek pomiędzy stanem czynnościowym 
skóry a jej właściwosciami. I tak: 
1

o

  struktura warstwy skóry i występujące w niej różnice stężeń jonów sprzyjają powstawaniu biopo-

tencjałów. Różnica potencjałów pomiędzy stroną wewnętrzną a zewnętrzną skóry zawiera się w prze-
dziale 30-50 mV (strona wewnętrzna ma potencjał ujemny); na wartość tej różnicy wpływa czynność 
gruczołów potowych i naczyń krwionośnych.  
2

o

 przyłożenie do skóry wzdłużnego napięcia zewnętrznego powoduje, że zachowuje się ona jak 

układ elektryczny zawierający opory czynne i pojemności. Z racji ogromnej liczby elementów składo-
wych układ jest bardzo złożony, trudny do zbadania i jednoznacznego opisu. Wynika stąd koniecz-
ność dokonywania założeń upraszczających w toku poszukiwania modelu elektrycznego o takich war-
tościach parametrów elektrycznych, które są zbliżone do wartości parametrów elektrycznych skóry. 
Posłużymy się uproszczonym modelem (rys. 1). 

Układ ten charakteryzują następujące parametry: 
a) przewodność stała gałęzi z oporem R, G

s

 = R

-1

 

wyrażona w simensach: [G

s

] = S = (ohm)

- 1

, 

b) przewodność zmienna o początkowej wartości  
G

zo

  =  r

-1

    -  przewodność  gałęzi  zawierającej  po-

jemność C i opór r. 
c) pojemność C.  
d) parametr wiążący dwie ostatnie wielkości tzw. 
stałą czasową T określoną wyrażeniem T = r .C. 

           Parametry te, szczególnie G

s

 i C, okazują się użyteczne  przy  ocenie  stanów  czynnościowych 

skóry. Niestety określenie "normy" dla tych parametrów nie jest łatwe, ponieważ ich wartości są różne 
u różnych osób; zależą od ich stanu zdrowia i lokalizacji badanego miejsca. Zwiększenie się pojem-
ności i przewodności stałej notuje się w stanach zapalnych skóry, zmniejszenie zaś u chorych z twar-
dziną uogólnioną i przy porażeniach połowiczych pochodzenia mózgowego. 
2. Opis doświadczalny. 

Metoda pomiaru, wykorzystywana w ćwiczeniu, polega na rejestracji przebiegu prądu płynącego przez 
skórę przy doprowadzeniu do niej napięcia w postaci skoku jednostkowego. Na modelu elrktrycznym 
skóry prześledzić można procesy zachodzące w układzie przy tego rodzaju pobudzeniu. Odpowiedż 
układu (prąd płynący przez układ) zawiera dwie składowe: stałą (odpowiedzialna gałąź z oporem R), 
oraz zmienną (odpowiedzialna gałąź z oporem r i pojemnością C). 
Zaistniałe w obwodzie sytuacje oddaje  rys. 2. 
           Z analizy zachowania się modelu, odzwierciedlającego w przybliżeniu właściwości elektryczne 
skóry, wynika, że pobudzając skórę skokiem napięcia i rejestrując jej odpowiedż - prąd przez nią pły-
nący - możemy w sposób zilustrowany na rys. 3 ustalić: G

s

,  G

zo

, stałą czasową T (zgodnie z defini-

cją - stała czasowa to czas po upływie którego natężenie prądu spadnie do wartości  1/2,7 wartości 
początkowej) oraz pośrednio pojemność C - ze wzoru C = T . r -1  = T . G

zo

. 

           Zastosowanie prądu stałego nie pozwala na zmierzenie pojemności skóry (przez gałąż z po-
jemnością w stanie ustalonym prąd nie płynie). Wykorzystanie prądu zmiennego  napotyka na trudno-
ści związane z występującymi w tkankach zjawiskami dyspersji. W porównaniu z innymi metodami re-
jestracja odpowiedzi skokowej skóry pozwala na proste i szybkie wyznaczenie parametrów  G

s

 i C w 

obrębie interesującego nas miejsca skóry (jest to metoda wygodna także w badaniach klinicznych). 

3. Układ pomiarowy (do wyznaczenia odpowiedzi skokowej skóry - rys. 4). 

E

1

  i  E

2

 - elektrody,  B - układ badany. 

           Na skórę badanej osoby przykłada się dwie elektrody (powierzchnie elektrod posmarować cien-
ką  warstwą  żelu).  W  wyniku  przyłożenia  do  elektrod  skokowej  zmiany  napięcia  przez  skórę  płynie 
prąd, który na oporniku pomiarowym  R

p

 (R

p

 jest znany i Rp << R

wewn

. oscyloskopu) wywołuje spadek 

potencjału rejestrowany na ekranie oscyloskopu. Spadek potencjału na R

p

 jest wprost proporcjonalny 

do prądu płynącego przez skórę. Wartość G

s

 i G

zo

, czyli odpowiadające im wartości składowych prą-

du, odczytujemy z ekranu znając czułość oscyloskopu oraz opór R

p

. Natomiast do odczytania stałej 

czasowej T konieczna jest znajomość podstawy czasu oscyloskopu. Pobudzenie skóry uzyskuje się 
dzięki  generatorowi  impulsów  prostokątnych  (G  -  rys.  4);  ciąg  tych  impulsów  synchronizuje  oscylo-
skop (O) w wyniku czego obraz (otrzymany na ekranie) nie przesuwa się. 

4. Przebieg ćwiczenia. 

1

0

 Przygotować oscyloskop do pracy (nacisnąć POWER on; nacisnąć BEAM). 

2

0

 Włączyć generator impulsów prostokątnych po czym za pomocą oscyloskopu (ustalić czułość na 2 

V/cm i podstawę czasu na 0,1 ms/cm) zmierzyć amplitudę i czas trwania impulsów  bezpośrednio  z 
generatora (łączymy  b e z p o ś r e d n i o generator z input  oscyloskopu). 
3

0

.  Przy  włączonym  w  obwód  pomiarowy  modelu  elektrycznym  skóry  przewody  z  generatora  ------> 

WE  modelu; punkty  K  i  L  zwarte przewodem  (żółty), nastawić czułość i podstawę czasu oscylo-
skopu  w  ten  sposób,  aby  obserwowana  odpowiedż  układu  zajmowała  możliwie  dużą  powierzchnię 
ekranu. Znając czułość oscyloskopu i wartość oporu  R

p

 (R

p

 = 5,5 . 10

4

 ohm) wyliczyć jakiej przewod-

ności odpowiada 1cm skali na ekranie 
Odczytać wartości parametrów G

s

, G

zo

 i T modelu; obliczyć pojemność C. Narysować obserwowane 

przebiegi (w arkuszu ćwiczeń). 
 4

0

 Przykładając elektrody na skórę badanej osoby wykonać pomiary parametrów  (elektrody pokryte 

żelem połączyć z punktami  K i L modelu; "gorący" punkt  WE modelu połączyć przewodem z punk-
tem K modelu) jak w punkcie 3

0

 ćwiczenia w dwóch różnych 

miejscach skóry. 
5

0

 Powtórzyć pomiary z punktu 4

0

 u drugiej osoby. 

6

0

 Porównać wyniki, narysować obserwowane przebiegi. 

UWAGA:  W modelu elektrycznym skóry przyjąć następujące wartości oporów: 
 
                R

p

 = 5,5 . 10

4

 ohm,   R  = 5,5 . 10

4

 ohm,  r  = 4 . 10

4

 ohm. 

 
Wymagane wiadomości teoretyczne: 
1. Pojęcia: oporu, oporu właściwego, przewodności i pojemności elektrycznej. 
2. Prąd stały i prąd zmienny.  Zasada działania oscyloskopu. 
 
PROPONOWANA LITERATURA:  
1. B. Kędzia; Materiały do ćwiczeń z biofizyki i fizyki. 
2. R. Glaser; Wstęp do biofizyki (rozdział 5.4.2). 

1. Przerysować poniżej obserwowane na ekranie oscyloskopu przebiegi. Na osiach zaznaczyć jednostki. 

 

Akademia Medyczna we Wrocławiu 

Katedra Biofizyki

 

Ćwiczenie 16 

 

Pomiar parametrów elektrycznych skóry

 

 
.................................................................. 
 
.................................................................. 

Imiona i nazwiska studentów 

 
 
 
 

Podpis prowadzącego ćwiczenia 

Wydział: 

Data: 

Grupa studencka: 
Numer zespołu: 

 
Ocena:

 

             sygnał bezpośrednio z generatora                                      model skóry, gałąź R (P

1

 - out, P

2

 - in) 

model skóry, gałąź r,c (P

1

 - in, P

2

 - out)                                          model skóry, gałęzie R i r,c (P

1

 - in, P

2

 - in) 

 
2.     Do tabeli wpisać obliczone z wykresów wartości G

S

, G

ZO

 i T. Obliczyć i wpisać do tabeli wartość C. 

 

G

S 

G

ZO 

T 

C 

Model elektryczny 

 

 

 

 

Skóra 

 

 

 

 

3.     Przerysować z ekranu na papier milimetrowy przebiegi uzyskane wg punktów 4 i 5 instrukcji dla skóry. Wy-

liczyć wartości G

S

, G

ZO

, T, C dla skóry i wpisać je do tabeli.