0323

17.2.2. Dyspersja przenikalności i przewodności elektrycznej

Zachowanie się komórek umieszczonych w polu elektrycznym, w zależności od częstotliwości, można w uproszczeniu przedstawić jak na ryc. 17.19.

Przy niskich częstotliwościach następuje na skutek dużego oporu elektrycznego błony separacja jonów we wnętrzu komórki; zostaje indukowany silny dipol. Z tego powodu wartość przenikalności elektrycznej jest bardzo wysoka. Natomiast prawie wszystkie linie prądu omijają komórkę. Ze wzrostem częstotliwości efekt ten stopniowo maleje. Przy odpowiednio wysokich częstotliwościach (ok. 1 MHz) opór pojemnościowy błony zwiera praktycznie opór warstwy lipidowej i substancja wewnątrzkomórkowa bierze udział w przewodzeniu prądu. Polaryzacja jonowa komórki całkowicie znika.

Ryc. 17.19. Zachowanie się pojedynczej komórki w elektrolicie, w polu elektrycznym przy różnych częstotliwościach: a — rozkład linii prądu: h — polaryzacja komórki; n.cz. — niska częstotliwość; s.cz. — średnia częstotliwość; iv.cz. — wysoka częstotliwość.

Zależność częstotliwościowa, czyli dyspersja przewodności i przenikalności w szerokim zakresie częstotliwości występuje dla wszystkich rodzajów tkanek. Jednak charakter dyspersji oraz parametry określające dyspersję (częstotliwości relaksacyjne, zakresy dyspersji) zależą od zawartości wody w tkance. Ogólny charakter przebiegu krzywych dyspersji przewodności i przenikalności elektrycznych dla tkanek ciekłych (krew, limfa) przedstawia ryc. 17.20. Przenikalność elektryczna w początkowym zakresie częstotliwości jest bardzo duża, co spowodowane jest polaryzacją jonową — wewnątrzkomórkową (rozdział 17.1). Przykładowo: e, krwi wynosi kilka tysięcy, a w przypadku wątroby jest jeszcze kilkakrotnie większa. Dalej widoczne są wyraźnie dwa zakresy dyspersyjne, którym odpowiadają okresy relaksacji 7\, T₂. Na temat mechanizmów tego rodzaju dyspersji znane są właściwie tylko przypuszczenia. Pierwsze pasmo dyspersji prawdopodobnie ujawnia się przy częstotliwościach, dla których reaktancja pojemnościowa błony komórkowej staje się porównywalna z jej rezystancją. Wówczas błona komórkowa, na skutek zbyt małego okresu zmian prądu, nie nadąża się naładować. Natomiast drugie pasmo jest związane z procesem relaksacji makrocząsteczek znajdujących się wewnątrz komórek. Przy bardzo wysokich częstotliwościach (powyżej 10³ MHz) pojawia się jeszcze jedno pasmo dyspersji, które należy tłumaczyć właściwościami polarnymi cząsteczek wody. W tym zakresie wartości przenikalności elektrycznej stają się nawet mniejsze od wartości dla wody. Różnicę tę tłumaczymy obecnością w komórkach cząsteczek białkowych, których przenikalność elektryczna wynosi około 20. Tworzą one coś w rodzaju wnęk dielektrycznych w ośrodku elektrolitycznym.