О концентрации напряженности внешнего электрического поля на внутренних поверхностях кровеносных сосудов

Цель: Показать, что соединительная ткань, образующая внутренние поверхности кровеносных сосудов, может являться концентратором внешнего электрического поля.

Материал и методы: Ранее при изучении воздействия электромагнитных полей и излучений на организм человека использовались, как правило, расчетный метод SAR и экспериментальный метод тканеэквивалентных фантомов-манекенов. Их реализация предполагала, как правило, что поглощающая среда является однофазной. При этом не учитывались эффекты, связанные с тем, что биологическая ткань является смесью компонент, диэлектрические проницаемости которых отличаются в десятки раз, а размеры частиц фазовых составляющих, как правило, не превышают одного миллиметра. В статье представлены результаты разработки компьютерной модели, позволяющей анализировать неравномерное распределение электрического поля в подобном объекте. Выполнены вычислительные эксперименты с использованием авторской программы на основе метода конечных элементов.

Результаты: Структура ткани, содержащей кровеносные капилляры, имитировалась матричными системами, содержащими цилиндрические включения, сечения которых характеризовались круглой и прямоугольной формами. Проведены компьютерные эксперименты по расчетам картин пространственных распределений напряженности электрического поля. Варьировались значения диэлектрической проницаемости матрицы и включений, относительные размеры и взаимное положение включений. Процессы считались стационарными и осесимметричными. Обнаружено, что если внешнее электрическое поле направлено вдоль оси цилиндрического капилляра, напряженности поля внутри капилляра и в окружающей ткани оказываются близкими друг другу. Если же внешнее поле направлено перпендикулярно оси капилляра, возникает значительная (десятки раз) концентрация напряженности в соединительной ткани, окружающей капилляр. Полученные результаты могут использоваться при анализе воздействий на организм человека стационарных электромагнитных полей, а также электромагнитных волн, длина которых существенно превышает размер кровеносных капилляров. Обращается внимание, что в область концентрации напряженности электрического поля и мощности выделения тепла попадает эндотелий, выполняющий ряд важных физиологических функций.

Заключение: Полученные данные свидетельствуют, что при анализе механизмов возникновения патологических изменений, создаваемых электрическим полем и электромагнитным излучением в живой ткани, необходимо учитывать, что повышенным риском характеризуются прежде всего внутренние поверхности кровеносных сосудов. Особое внимание должно уделяться областям, в которых происходит сближение сосудов друг с другом.