ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA TẾ BÀO VÀ MÔ
Mở đầu
Độ dẫn điện của tế bào và mô trong những điều kiện nhất định là
một đại lượng không đổi – đặc trưng cho trạng thái sinh lý và
chức năng của tế bào.
Nghiên cứu tính dẫn điện của tế bào và mô nhằm 2 mục đích chính:
1. Tìm hiểu một số đặc tính vật lý của vật chất sống.
2. Nghiên cứu sự biến đổi các thông số điện liên quan đến chức năng của
hệ.
Hoberơ là người đầu tiên nghiên cứu độ dẫn điện của máu (TK 19), sau đó
Osterohout nghiên cứu độ dẫn điện của da ếch và tế bào thực vật.
Trong những năm gần đây, phương pháp đo độ dẫn điện chủ yếu
được sử dụng để xác định các quá trình tổn thương của hệ sinh học.
ĐỘ DẪN ĐIỆN CỦA TẾ BÀO VÀ MÔ
Các đối tượng sinh vật thuộc loại các chất bán dẫn.
Với dòng điện 1 chiều, điện trở của các tế bào động thực vật cũng
như của các mô có giá trị khoảng 10
6
– 10
7
Ω.cm, hồng cầu: 10
12
Ω.cm.
Với dòng điện xoay chiều, điện trở của hệ sinh vật nhỏ hơn.
Khi cho dòng điện không đổi chạy qua
cơ thể sinh vật người ta thấy 1 số hiện
tượng, quy luật tương tự như khi dòng
điện không đổi chạy qua kim loại và
chất điện ly.
Dòng điện không đổi qua 1 vài môi trường
1. Dòng điện trong kim loại: dòng chuyển dời có hướng của các

electron tự do dưới tác dụng của điện trường ngoài.
Nguyên nhân của điện trở là sự cản trở chuyển động có hướng của
các electron gây ra bởi các nút tinh thể kim loại.
Điện trở của 1 dây dẫn kim loại phụ thuộc vào kích thước, bản chất và nhiệt
độ của nó. Ta có mối liên hệ:
R
L
1
=
S
l
R .
ρ
=
ρ
- điện trở suất của kim loại (Ωm)
2. Dòng điện trong chất điện phân
Sự điện ly của các phân tử trong dung dịch.
Những chất hòa tan có khả năng phân ly thành các ion trong dung môi gọi là
chất điện phân hay chât điện ly.
Chỉ có các dung dịch mà các phân tử của chất hòa tan bị phân ly thành các
ion âm và dương mới có khả năng dẫn điện
Song song với quá trình phân ly của các ion trong dung dịch điện ly, còn tồn
tại sự tái hợp: sự va chạm của 2 ion âm và dương trong quá trình chuyển
động nhiệt có thể kết hợp thành phân tử trung hòa.
 Trong dung dịch chất điện phân có sự cân bằng động của 2 quá trình
phân ly và tái hợp.
ĐIỆN TRỞ CỦA TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỐI VỚI DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU.
Khi cho dòng điện 1 chiều đi qua tế bào và mô, người ta thấy cường độ
dòng điện (I) bị thay đổi – ngay sau khi nối mạch I giảm liên tục cho đến khi

đạt được 1 giá trị nào đó nhỏ hơn I ban đầu (tương tự như khi cho dòng
điện đi qua dung dịch chất điện phân)
I
P = f(t)
Sự phụ thuộc của cường độ dòng điện theo thời gian
Nguyên nhân: khi có dòng điện 1 chiều
chạy qua, trong hệ xuất hiện một dòng
điện ngược chiều, dòng điện này lớn
dần cho tới khi đạt được 1 giá trị không
đổi

Định luật Ohm đối với hệ sinh học
có dạng:
R
PU
I
−
=
Trong đó, gíá trị P(t) là sức điện động phân cực - chỉ đặc trưng cho tế bào và
mô sống
Hiện tượng này cũng giống khi cho dòng điện 1 chiều đi qua chất điện
phân. Nguồn gốc của dòng điện ngược chiều trong dung dịch điện phân là
hiện tượng phân cực hệ sống có khả năng phân cực.
Lượng điện được tích lũy trong hệ sống không thể chỉ do điện dung tĩnh,
mà còn có điện dung phân cực tham gia.
Đặc trưng của tế bào sống không bị tổn thương: có giá trị điện dung phân
cực rất cao. Nếu tế bào bị tổn thương hay chết thì điện dung phân cực nhỏ
dần hoặc biến mất.
Điện dung phân cực của các đối tượng sinh vật : 0,1 –10 µF/cm
2

Cơ cua bể: 40 µF/cm
2
Tảo Nitella: 1-2 µF/cm
2
Dây thần kinh: 8-10 µF/cm
2
ĐIỆN TRỞ CỦA TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỐI VỚI DÒNG ĐIỆN MỘT CHIỀU
Các đối tượng sinh vật rất nhạy cảm với dòng điện 1 chiều.
ĐIỆN TRỞ CỦA TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỐI VỚI DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Đặc điểm của hệ sống:
•
Điện trở của hệ đối với dòng điện xoay chiều thấp hơn dòng điện 1 chiều
•
Điện trở không phụ thuộc vào cường độ dòng điện xoay chiều nếu
cường độ nhỏ hơn ngưỡng kích thích.
•
Ở trạng thái sinh lý bình thường, điện trở của hệ phụ thuộc vào cường
độ (trên ngưỡng) và phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều
•
Ở một tần số nhất định nào đó, điện trở của tế bào và mô không thay đổi
nếu trạng thái sinh lý của tế bào không thay đổi.
Sự thay đổi điện trở ở các tần số khác nhau
(1920, Philipxôn, tế bào cơ)
Khi t bế ào bị tổn thương thì điện trở giảm.
R

ω
Tính chất chung: Độ dẫn điện của hệ tăng
dần và đạt 1 giá trị cực đại khi tần số dòng
điện xoay chiều tăng lên.

Thông thường, độ dẫn điện cực đại ở 10
6
Hz.
ĐIỆN TRỞ CỦA TẾ BÀO VÀ MÔ ĐỐI VỚI DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU
Sự phụ thuộc độ dẫn điện vào tần số cũng như khả năng phân cực chỉ
đặc trưng cho tế bào sống.
Tế bào bị tổn thương càng nặng thì tính chất trên thể hiện càng yếu.
Nghiên cứu điện trở của tế
bào và mô ở các tần số khác
nhau  có thể đánh giá trạng
thái sinh lý của tế bào và mô
mà không gây tổn thương – sử
dụng khi cần cấy hoặc truyền
vào cơ thể người.
R
ω
Sự phụ thuộc điện trở của mô thực vật
vào trạng thái sinh lý
Bình thường
Đun ở 100
0
trong 20 phút
Đun ở 50
0
trong 4 phút
Đun ở 50
o
trong 2 phút
Hệ số phân cực - k
Taruxov xác định điện trở của hệ sống trong cùng 1 điều kiện thí nghiệm,

nhưng ở 2 tần số khác nhau, bằng tỷ số:
R
10
4
: điện trở của hệ ở tần số 10
4
Hz
R
10
6
: điện trở ở tần số 10
6
Hz.
Với các tế bào và mô bình thường, k phụ thuộc vào vị trí của cơ thể trong
bậc thang tiến hoá,
Ví dụ: gan động vật có vú k = 9-10
gan động vật máu lạnh (ếch) k= 2-3
Trong cùng 1 cơ thể, k tỷ lệ với cường độ trao đổi chất của từng loại mô. Ở
cơ quan có cường độ trao đổi chất cao (gan, lách) k có giá trị lớn. Ở cơ, nơi
có cường độ trao đổi chất thấp hơn thì k có giá trị thấp hơn.
6
4
10
10
R
R
k =
Hệ số phân cực - k
R
t

ω>>0
ω
=
1
0
4
H
z
Điện trở của mô ở các tần số khác nhau
Đo hệ số k của cơ ở các trạng thái sinh
lý khác nhau:
Ở vùng cao tần (ω>>0) – điện trở của
cơ không thay đổi trong vòng 30 giờ
Ở vùng âm tần: điện trở của cơ thay đổi
5 lần.
Sự thay đổi độ dẫn điện của tế
bào và mô là do khả năng
phân cực của chúng.
TỔNG TRỞ CỦA TẾ BÀO VÀ MÔ
Trong hệ sống tồn tại cả điện trở Ohm và điện dung.
Đối với dòng điện 1 chiều, điện trở của hệ lớn là do sự có mặt
của thành phần điện dung, không cho dòng điện 1 chiều chạy
qua.
Với dòng xoay chiều, phải xét cả 2 loại điện trở: điện trở thuần
hầu như không phụ thuộc vào tần số dòng điện đi qua, còn điện
trở kháng sẽ giảm khi tần số dòng điện tăng  giảm trở của toàn
bộ hệ thống.
Độ dẫn điện của tế bào và mô thay đổi là kết quả của việc giảm
điện trở kháng của hệ khi tần số dòng điện đi qua hệ tăng.
Trong khoảng tần số 10

6
-10
8
Hz – độ dẫn điện của hệ là cực đại.
Tuy vậy, việc xác định điện trở của tế bào và mô có ý nghĩa lớn về mặt
lý thuyết cũng như thực tiễn trong y học và sinh học.
Để xác định được thông số về điện trở thuần, điện trở kháng của các hệ
thống sống là một việc làm không đơn giản. Thông thường, ta gặp phải
những khó khăn và phức tạp trong khi đo vì:
- Đối tượng sống là một hệ đa pha và tổ chức không đồng nhất về cấu trúc.
- Thể tích tế bào không cố định mà có thể biến đổi tuỳ theo trạng thái sinh lý của
đối tượng khi khảo sát.
- Bề mặt tế bào có một lớp vỏ protéin bao bọc, lớp màng bảo vệ tế bào có độ
điện dẫn rất lớn.
- Ngoài ra, dòng điện đi vào mô chủ yếu chạy qua lớp gian bào có độ dẫn điện tôt
vì bản thân nó chứa nhiều loại ion với nồng độ rất cao.
- Các vi điện cực làm tổn thương màng.
Mô hình vật lý tương đương
C
R
R
i
R
C
R
i
Fricke Morse
Petrop
Svan
R- điện trở gian bào;

R
i
-điện trở nội bào
R
m
- điện trở màng
C- điện dung màng
CƠ CHẾ PHÂN CỰC TRONG HỆ THỐNG SỐNG
Phân cực trên bề mặt tế bào.
Phân cực trong toàn bộ thể tích tế bào
Sự phân cực không chỉ do các ion tham
gia, mà còn do sự đóng góp của các
lưỡng cực hữu cơ (các phân tử
protein, nucleotide)
Tính chất đa điện phân của các phân tử
sinh học.
ỨNG DỤNG TRONG NGHIÊN CỨU SINH HỌC VÀ Y HỌC
Pp đo điện trở : sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu các quá trình xảy ra trong
tế bào và mô dưới tác dụng của các yếu tố vật lý, hoá học, trong quá trình
bệnh lý (vd: quá trình viêm)
Nghiên cứu các tổn thương do tia phóng xạ ion hoá gây ra – ngay ở giai
đoạn đầu tiên của tổn thương đã có sự thay đổi về tính dẫn điện của tế
bào và mô.
Nghiên cứu trong ung thư: khi tế bào bình thường biến thành tế bào ung
thư, ở giai đoạn đầu điện dung tăng.
Đánh giá trạng thái sinh lý của da qua các tham số điện của da. Các yếu tố
kích thích đều có khả năng làm giảm cả điện trở thuần lẫn điện trở kháng
của da.
ỨNG DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN
TRONG ĐIỀU TRỊ

ỨNG DỤNG CỦA DÒNG ĐIỆN TRONG ĐIỀU TRỊ
1. Các loại dòng điện dùng trong điều trị
•
Dòng điện 1 chiều
•
Dòng điện xoay chiều (các xung điện)
Xung vuông
Xung Faradic
1. Dòng hạ tần: dòng điện có tần số <1000 Hz
2. Dòng trung tần: có tần số trong khoảng 1000 – 300.000 Hz
3. Dòng cao tần: có tần số lớn hơn 300.000 Hz
Sóng ngắn: bước sóng #10m, tầnsố #30 MHz
Sóng siêu ngắn: 70cm ; 400 MHz
Sóng cực ngắn: 10cm; 2500MHz
a. Điện giải liệu pháp:
•
Xuất hiện các hiện tượng hóa học: xảy ra ở cực âm và cực
dương  tác dụng điện hóa  ứng dụng để điều trị bệnh.
•
Đặt các điện cực trực tiếp vào vị trí cần điều trị, chọn điện cực
phù hợp với mục đích (phân cực or không phân cực) và các
phức hợp hóa chất thích hợp để điều trị các bệnh tương ứng.
1. Tác dụng của dòng điện 1 chiều và
ứng dụng điều trị
b. Ion liệu pháp:
Khi cho dòng điện 1 chiều chạy qua chất điện ly, các ion có trong dung dịch sẽ
chuyển động theo hướng xác định tuỳ theo dấu của nó.
(Cần tránh các hiện tượng điện hóa xảy ra ở điện cực bằng cách dùng điện cực
bọc bông tẩm dung dịch dẫn điện)
Ion liệu pháp dùng tính chất trên để đưa các thuốc cần thiết dưới dạng ion vào

cơ thể. (Thí nghiệm Leduc)
Các ion vào cơ thể theo cách này không thấm sâu được  có tác dụng tại
chỗ và nông (ngoài da)
Tuy nhiên, nhờ sự thâm nhập qua đường bạch huyết or mạch máu, cũng có
thể xảy ra tác dụng sâu.
Ví dụ: ion liệu pháp qua não tuỷ: đưa Ca
+
vào trung ương thần kinh trong
điều trị bệnh liệt nửa người.
Tẩm dung dịch CaCl
2
1%, 2 điện cực dương đặt trên 2 mắt, điện cực âm đặt ở gáy, và
cho dòng điện 1-2 mA chạy qua.
c. Galvani liệu pháp:
Đưa dòng điện 1 chiều cường độ I bằng vài chục mA , kéo dài nhiều
phút.
Sự dịch chuyển của các ion kéo theo sự di chuyển của các phân tử
trung hòa, những chuyển động phức tạp này làm thay đổi trạng thái
cân bằng ion  thay đổi tính thấm của màng sinh học.
Liệu pháp dựa trên tác dụng sinh lý gây ra khi cho dòng điện 1 chiều
đi qua hệ sống như:
•
Làm giảm ngưỡng kích thích của sợi cơ vận động
•
Giảm tính đáp ứng của thần kinh cảm giác  giảm đau
•
Gây giãn mạch
•
Tăng cường trao đổi chất
2. Ứng dụng của dòng điện xoay chiều (hạ tần và trung

tần) và tác dụng điều trị
•
Kích thích co cơ: dòng xoay chiều có xung ngắn và tần số từ 40 – 180 Hz
làm cơ co và mệt nhanh  Tác dụng này được sử dụng trong điều trị các
bệnh thoái hoá thần kinh vận động chống teo cơ. Ngoài ra việc kích thích co
cơ cũng làm tăng lưu thông máu, hồi phục dinh dưỡng cơ.
•
Các xung vuông có tần số và cường độ thích hợp được dùng để gây
“choáng điện” – một cơn co giật nhân tạo bằng kích thích điện xuyên qua
sọ - trong điều trị một số bệnh tinh thần có chu kỳ
•
Xung vuông biên độ 150V, kéo dài 1-2 ms có thể kích thích tim từ ngoài
lồng ngực  dùng cấp cứu trong trường hợp ngừng tim.
•
Dùng kích thích tim trong trường hợp bệnh nhân bị đau tim: bệnh nhân
được gắn 1 máy đảm bảo nhịp tim thường xuyên (pacemaker) – một loại
máy phát xung điện kích thích có kích thước nhỏ, chạy pin và các điện cực
kích thích có thể bố trí ngay trên màng tim.
3. Tác dụng của dòng điện cao tần và ứng dụng điều trị
•
Năng lượng của dòng cao tần được biến thành nhiệt năng tại nơi có dòng
điện đi qua.
•
Sự phân bố nhiệt trong cơ thể không đồng đều và phụ thuộc vào tần số, với
sóng ngắn nhiệt giữ nhiều ở tổ chức mỡ và ít ở tổ chức cơ…
Tác dụng nhiệt làm tăng lưu thông máu, dịu đau, tăng cường chuyển hoá vật
chất, giảm ngưỡng kích thích vận động, thư giãn thần kinh, cơ.
Dòng điện cao tần với bước sóng 200m cung cấp nhiệt năng cao  Dòng
nhiệt điện thường được chỉ định để điều trị các bệnh viêm thần kinh,
bệnh ngoài da, hoặc giảm đau ở các khớp nông (sóng cực ngắn)

Cắt đốt bằng nhiệt điện: tiêu diệt các tổ chức sống do tác dụng nhiệt của dòng
cao tần. Khi dòng nhiệt điện chạy qua cơ thể, các đường sức điện tập trung
vào điện nhỏ  nhiệt lương lớn ở nơi tiếp xúc tiêu hủy các tổ chức.
Trong phẫu thuật, dùng máy nhiệt điện có thể cắt đốt các tổ chức mà không gây
chảy máu, không nhiễm trùng và để lại sẹo nhỏ trắng không dính