В живой ткани нет элементов подобных катушке индуктивности, поэтому импеданс определяется только омическим и ёмкостным сопротивлением

Такое соединение не подходит, так как при стремлении частоты ω к нулю (то-есть при постоянном токе) импеданс стремится к бесконечности. Но известно, что живая ткань (и неживая также) не является изолятором. Параллельное соединение резистора и ёмкости также не годится, так как при ω → ∞ импеданс обращается в нуль. На самом деле при больших частотах биологические ткани обладают ненулевым электрическим сопротивлением. Сопротивление тканей постоянному току всегда больше, чем переменному.

Более подходящей схемой соединения ёмкостей и сопротивлений было бы последовательно-параллельное соединение, показанное на схеме (Схема). Согласно этой схеме сопротивление постоянному току равно R₁, а на высоких частотах равно . Подбирая значения R₁ и R₂, соответствующие измерениям сопротивлений биологической ткани на двух частотах, можно использовать такое соединение как приближённую модель эквивалентного сопротивления ткани. Однако такая модель не вполне адекватна случаю живой биологической ткани. У живой ткани зависимость импеданса Z от частоты имеет перегиб, как показано на рисунке. У этой же ткани, но неживой, Z от частоты, как правило, не зависит. Вообще импеданс зависит от физиологического состояния ткани и, в частности, от наполнения сосудов кровью. А наполнение сосудов в свою очередь зависит от деятельности сердечно-сосудистой системы. Импеданс зависит от степени кровенаполнения тканей, периодически изменяющейся с частотой сердечных сокращений.

Кровь – проводник, поэтому в момент прилива крови сопротивление ткани R уменьшается,а сила тока I в ней растёт. В момент оттока крови – сопротивление растёт,а сила тока в ткани уменьшается. Диагностический метод, основанный на регистрации изменений полного сопротивления Z тканей в процессе сердечной деятельности, называется реографией. Этот термин предложен в 1950 г. австрийцами Польцером и Шуфридом. Имеется две разновидности этого метода. Методом собственно реографии исследуют объёмные изменения кровенаполнения сосудов, связанного с пульсовой активностью сердца. Методом реоплетизмографии исследуют относительно медленные изменения объёма органа или участка тела, связанные с колебаниями кровенаполнения сосудов в результате изменения тонуса сосудов или затруднения оттока крови, а также под влиянием дыхания и непериодических колебаний, которые вызваны воздействием различных физиологических факторов или медикаментов.

При реоплетизмографии регистрируются колебания кровенаполнения целого участка вплоть до самых медленных волн первого порядка, зависящих от тонуса артериол и капиллярного русла или условий венозного оттока. При реографии же через электросопротивление регистрируются колебания объема крови, заполняющей главным образом крупные сосуды исследуемого оргага, а медленные волны вообще не регистрируются. Сравним этот метод со сфигмографией. При сфигмографии регистрируются колебания артериальной стенки в определенных (довольно ограниченных в числе) анатомических точках. При реографии же регистрируются колебания объема крови, наполняющей сосуд (или сосуды) на участке конечности между электродами.

Измерения сопротивления в методе реографии и реоплетизмографии проводятся на частоте переменного тока 30 – 70 кГц. Использование в реографии высокочастотных токов необходимо для сведения к минимуму поляризации в системе «электрод — кожа», значительно повышающих комплексное сопротивление Z исследуемого участка при использовании низкочастотных токов. Явления поляризации возникают в связи с тем, что кожа как клеточная мембрана, слагающаяся из комплекса полупроницаемых оболочек, обладает диэлектрическими свойствами. При этом, как во всякой поляризующейся системе, чем ниже частота употребляемого в эксперименте тока, тем резче выступают явления поляризации. Первые исследования на постоянном токе показали, что удельное сопротивление менее 10⁵ Ом·см. Это по величине соответствует полупроводникам. Кроме того, сопротивление постоянному току зависит от площади контакта электродов с биологической тканью. При площади 4 – 5 см² сопротивление составляет 5 – 10 кОм, а при точечных электродах – до 100 кОм, причём величина сопротивления зависит от степени прижатия электродов к ткани. Известно, что если приложить электроды к ткани (например, к поверхности ладони) и включить напряжение, то начальный ток будет постоянным некоторое время, то-есть сопротивление постоянное, а потом начнёт уменьшаться и выйдет на некоторое стационарное состояние. Это и есть проявление поляризации биологической ткани (смещение ионов K⁺, Na⁺ и Ca⁺⁺ в клетках к мембранам и от них) под действием электрического поля. Возникает поляризационная ёмкость. Чтобы избежать поляризации, работают на переменном токе.

При наложении электродов на конечности говорят о периферической реографии, или реографии конечностей. Периферическую реографию в свою очередь делят на поперечную (оловянные, посеребренные или серебряные электроды разной площади накладывают с разных сторон конечности на том или другом ее уровне и изучают кровенаполнение данного сечения конечности) и продольную реографию или собственно реографию (электроды, как правило, кольцевые, располагают один выше другого и изучают наполнение магистральных сосудов на отрезке между электродами). Кроме того, выделяют реографию отдельных органов: печени, мозга (реоэнцефалография), яремной вены, сердца (реокардиография).

Схема фазовой структуры реографической волны предплечья. На рисунке показана реограмма предплечья (верхняя кривая). Под ней расположена кривая дифференциальной реограммы, полученная дифференцированием верхней кривой.

На рисунке обозначены с – вершина систолической волны, d – вершина дикротической волны, i – инцизура. Справа от дикротической волны на спадающем участке (напомним, что спадающая часть реографической волны называется катакротой, как и в случае сфигмограммы) просматриваются две дополнительных волны и далее, рядом с началом следующего подъема (анакроты) видна так называемая пресистолическая волна. Общепризнано, что этот график повторяет центральную сфигмограмму.

Центральную реограмму, полученную с двух электродов, охватывающих область сердца, называют реокардиограммой. Используя её, определяют две важные характеристики – ударный объём сердца (УО) и минутный объём сердца (МОК). Для проведения реокардиографии накладывают один электрод у верхушки сердца на груди, а другой электрод – сзади, на правую лопатку или на правое плечо. Главным источником сигнала волны реокардиограммы является кровенаполнение сердца и крупных сосудов грудной клетки.

Рис. Типовая запись реограммы конечности

Основные соотношения объёмных и электрических характеристик в живых тканях и биологических объектах. При изменении пульсового кровенаполнения, обусловленного сердечной деятельностью, живая ткань изменяет своё электрическое сопротивление ΔR в разных участках тела приблизительно на 0,05 – 0,5 % от постоянного значения R. Советский учёный А.А. Кедров (1948 г.) считал, что относительное изменение электрического сопротивления ΔR/R равно относительному изменению объёма органа ΔV/V, где V – объём органа. Поэтому . Дальнейшие исследования показали, что пропорциональность выполняется приближённо (и для разных органов коэффициенты проорциональности различны). Для пользования этими соотношениями необходимо вводить факторы формы, так как органы имеют разную форму и по разному охватываются электродами, которые, заметим, не контактируют непосредственно с органами.

Применяя эти соотношения для определения ударного объёма сердца, сам А.А. Кедров предложил формулу эмпирическую

, где G – масса тела обследуемого человека в граммах. Получаемый по этой формуле объём тела V выражается в см³. Эта величина называется ударным объёмом сердца. Для определения минутного объёма сердца МОК надо умножить УО на число ударов сердца минуту (частоту сердечных сокращений ЧСС). По методике А.А. Кедрова электроды два электрода накладываются на проксимальные участки правого и левого плеча. Имеется также ряд других схем расположения электродов и формул вычисления УО.

Ориентировочные значения параметров сердечной деятельности. УО сердца взрослого человека составляет 71,8 6,73 мл. Минутный объём крови у взрослого составляет 4 – 6 л/мин. Для оценки состояния сердечно-сосудистой системы применяется параметр как сердечный индекс. Он должен нивелировать различия между людьми, обусловленные полом, ростом и весом. Сердечный индекс – это отношение величины МОК к площади дю Буа S. Площадь дю Буа – это площадь поверхности тела человека, вычисляемая по эмпирической формуле

где G – масса тела в кг, h – рост в метрах. Площадь дю Буа получается в м². Как видно, эта формула не учитывает пол. Сердечный индекс в условиях основного обмена у здоровых людей равен 3,2 0,3 л/(мин·м²), однако он не вполне надёжен, поскольку не всегда есть достоверная корреляция между объёмом кровообращения и поверхностью тела. Кстати, скорость движения пульсовой волны по артериям у молодых людей составляет от 5 до 10 м/с. Она приблизительно в 10 раз превышает среднюю скорость движения крови по кровеносному сосуду.

Скорость распространения пульсовой волны (СРПВ). Эта величина характеризует состояние упругости и тонического напряжения стенок артериальных сосудов. Кроме того, на величину СРПВ влияет ударный объём сердца. В клинических условиях СРПВ определяется обычно сфигмографическим способом. Величина СРПВ больше в сосудах мышечного типа (6 – 8 м/с) и меньше в сосудах эластичного типа (4 – 6 м/с). Реографический метод определения СРПВ применяется в физиологии труда, где сфигмография встречается с трудностями. Например, трудно или невозможно осуществлять сфигмографию бедренной артерии у сидящего человека, а это обычная ситуация при изучении работы операторов. Поэтому сфигмографический способ заменяют реографией.

Измерение артериального давления (АД). Существуют два показателя давления – нижнее (диастолическое) и верхнее (систолическое). Стандартный метод измерения давления – это регистрация звуков Короткова с использованием фонендоскопа. Но в ряде случаев артериальное давление измеряется реографическим способом. Этот способ применяется для измерения АД у новорожденных и при операциях у детей. В приборе «Нейролаб», который использовался на космической станции «Мир» в частности для контроля здоровья космонавтов, давление также измерялось с помощью реографии. Космонавт вставлял палец в автоматическую пневматическую манжету, она надувалась и перекрывала кровоснабжение пальца. Опишем принцип измерения артериального давления при наложении манжеты на плечо, как в методе звуков Короткова. Два электрода устанавливаются на предплечье, один над другим. Расстояние между внутренними краями электродов равно 7 см. Повышают давление до пережатия артерий, а затем медленно понижают давление, регистрируя реографический сигнал. На рисунке видно на спаде давления момент первого появления сигнала реограммы С, это систолическое давление. За диастолическое давление принимается давление в момент появления максимума сигнала в области пресистолической волны. Обычно эта волна имеет максимальную амплитуду в данном цикле измерений АД. Можно снимать АД при компрессии (т.е. при повышении давления), но при этом меряется только диастолическое давление. На следующем рисунке показан пример измерения артериального давления при компрессии. Момент появления впервые плато на конечном участке катакроты служит индикатором диастолического давления. Этот способ даёт величину диастолического давления выше, чем при звуковом методе.

Из аппаратурного оформления метода реографии. К реографу обязательно придаётся эквивалент пациента, иначе называемый иногда «Фантомом», а в приборе имеется калибровочное устройство. Эквивалент пациента служит в качестве имитатора биологического объекта и представляет собой соединённые параллельно сопротивление и ёмкость, R = 200 Ом, С = 0,01 мкФ. Калибровка осуществляется прямугольными импульсами напряжения.

Информативность реограммы.

Обычно записывают не одну реограмму, а электрокардиограмму в нескольких отведениях и фонокардиограмму на многоканальном регистрирующих приборах. Выше показан пример такой записи. Есть некоторые правила расшифровки реограммы, которым следуют специалисты. Угол γ в норме (при стандартной калибровке на «Фантоме») составляет у здорового человека 75-85⁰. В патологии он уменьшается. Угол φ является показателем эластичности сосудистой стенки.

Основные амплитудные показатели реографической волны: амплитуда реографической волны H, амплитуда инцизуры h, наличие дополнительной волны, наличие пресистолической волны (увеличивается при венозном застое в исследуемой области). Временные показатели: Т – длительность сердечного цикла, длительности анакроты и катакроты.

Визуальные показатели.

1) Регулярность конфигурации. За 5-6 циклов долен быть постоянный период Т. Это означает норму. Если это свойство не наблюдается, то, значит, есть какая-то сердечно-сосудистая патология. 2) крутизна подъёма анакроты, определяемая по углу γ. Она определяет растяжимость сосудов. 3) вершина В в норме заострённая. 4) Высота Н в норме соответствует калибровке. Если высота меньше, то это означает, что кровоснабжение органа уменьшено. Инцизура – это отражение волны давления крови от полулунных клапанов сердца.5) Форма нисходящей части волны (катакрота) пологая. Это значит, что всё в порядке. Если она выпуклая, то можно предполагать затруднённый отток венозной крови и низкий тонус сосудов. 6) Дикротическая волна определяет тонус сосудов. Если тонус низкий, то волна низкая и смещена вправо относительно систолической волны. Если сосудистый тонус неустойчив, то в реографической волне присутствует не одна дикротическая волна, а больше. 7) В реограмме бывает 2-3 дополнительных волы. Это считается нормой. Отсутствие этих волн означает окклюзию артерий и сглаживание у пожилых людей. 8) промежуток t от зубца Q на ЭКГ до точки a на реограмме означает время распространения пульсовой волны на участке сердце- исследуемый орган. 9) Промежуток t₁ от а до второго тона сердца на фонокардиограмме – это время изгнания крови из сердца.

Определяется отношение временных интервалов:

В норме эта величина приблизительно равна 0,2 – 0,3.