I tessuti biologici sono formati da cellule e da stroma interstiziale variamente disposti a seconda del tipo di tessuto. Le membrane cellulari, producendo una separazione fisica dall'ambiente extracellulare, mantengono un gradiente di concentrazione di ioni tra lo spazio intra-ed extra-cellulare. Si crea così una differenza di potenziale tra i due lati della membrana stessa, indispensabile per la sopravvivenza delle cellule. Il gradiente elettrico è infatti essenziale per il movimento dell'ossigeno, dell'anidride carbonica e dei nutrienti che attraversano la membrana cellulare utilizzando pori costituiti da proteine idrosolubili. In tal modo la membrana cellulare si comporta da isolante elettrico o dielettrico (107) .Quando un tessuto viene sottoposto ad una corrente elettrica, il segnale elettrico, condotto dagli ioni, passa attraverso le proteine inserite nel doppio strato lipidico della membrana cellulare e conferisce una carica elettrica allo strato interno del doppio strato lipidico ed una carica analoga, ma di segno opposto, allo strato esterno. Questa configurazione costituisce un condensatore che, per definizione, è formato da due piastre conduttrici separate da uno strato di materiale isolante o dielettrico. Il condensatore accumula per un certo periodo di tempo una carica elettrica, dipendente dalla resistenza del dielettrico, dall'area delle piastre e dalla distanza fra le piastre.Il corpo umano può essere considerato come un conduttore ionico: un flusso di corrente elettrica alternata che lo attraversi tende a percorrere le vie contraddistinte da minore resistenza. I tessuti non grassi sono altamente conduttivi, contengono forti quantità di acqua ed elettroliti ed oppongono una limitata resistenza alla corrente che li attraversa. La cute, i tessuti adiposi e le ossa, cattivi conduttori contenenti pochi fluidi ed elettroliti, sono fortemente resistivi. Il grasso puro è un isolante. La cute ed il tessuto adiposo garantiscono quindi un certo isolamento elettrico dell'organismo e le membrane cellulari isolano elettricamente il nucleo. Inoltre, la conducibilità del tessuto adiposo è costante, mentre quella cutanea è variabile ed influenzata da fattori come la sudorazione o lo stato di idratazione (108).Tutte le sostanze, incluse le strutture biologiche complesse, presentano una resistenza al passaggio della corrente elettrica che è inversa rispetto alla conducibilità elettrica della sostanza (legata alla distribuzione elettrolitica e alle caratteristiche fisiche del conduttore). La resistenza R di un conduttore geometrico è direttamente proporzionale alla sua lunghezza ed inversamente alla sua sezione, secondo l'equazione: R = ρ L/A dove:• ρ è la resistività specifica, che esprime la resistenza per unità di volume di un materiale (Ω/cm 3 ) e si assume che sia costante;• L è la lunghezza del conduttore (cm);• A è la sezione del conduttore (cm 2 ).Se si moltiplicano entrambi i membri dell'equazione per L/L avremo: R = ρ L 2 /AL Essendo il volume (V) pari ad A x L, per sostituzione si otterrà:R = ρ L 2 /V E perciò: V = ρ L 2 /RQuesta equazione dimostra che è possibile risalire ad un volume misurando la lunghezza e la resistenza del conduttore.Secondo la legge di Ohm, la resistenza di un conduttore, oltre a dipendere dalle caratteristiche fisiche del conduttore stesso, è proporzionale alla caduta di tensione della corrente elettrica che gli si applica: R = E/I dove:• E è la caduta di tensione (Volt)• I è l'intensità della corrente (Ampere)In realtà l'applicazione di una corrente elettrica alternata ad una struttura biologica non incontra solamente una resistenza ma più propriamente un'impedenza, dovuta alla complessità della composizione della struttura. L'impedenza (Z) è una misura esprimibile tramite un numero complesso, caratterizzato da una componente di resistenza, una di reattanza, un'ampiezza ed un angolo di fase.L'ampiezza dell'impedenza (|Z|) è data dalla radice quadrata della somma della resistenza (R) al quadrato e della reattanza (X C ) al quadrato:Z = (R 2 + X C 2 ) 0,5che può anche essere espressa come:Z 2 = R 2 + X C 2La reattanza, conosciuta anche come resistenza capacitiva, è la misura della resistenza al passaggio di una corrente elettrica a causa di una capacità, ovvero di un condensatore; sulla base di quanto detto precedentemente, essa costituisce quindi una misura indiretta delle membrane cellulari. Dal momento che le cellule grasse non hanno una membrana dielettrica, esse non oppongono reattanza al passaggio di corrente elettrica. Pertanto la reattanza è fondamentale per la determinazione corretta della massa cellulare dei tessuti privi di grasso.L'organismo umano è una combinazione complessa di resistenze (indice del contenuto di liquidi corporei) e di condensatori, che hanno una reattanza (indice cellulare).L'angolo di fase (φ, arctan, ovvero X C /R, espresso in radianti) è un metodo lineare per esprimere la relazione esistente fra resistenza e reattanza e rappresenta l'angolo espresso in gradi tra la coordinata della resistenza e la linea dell'impedenza(Figura 3.1). Z R X C φ Figura 3.1: Resistenza, reattanza, impedenza ed angolo di fase.L'angolo di fase varia da 0 a 90°. In un circuito solo resistivo (modello privo di membrane cellulari) con reattanza pari a zero, l'angolo di fase è di zero gradi, mentre in caso di circuito solo capacitativo con resistenza uguale a zero (modello di sole membrane senza fluidi), l'angolo di fase è di 90°.Se il corpo contenesse solo acqua ed elettroliti si avrebbe solo resistenza, se viceversa fosse costituito soltanto da cellule (condensatori) si avrebbe solo reattanza.Un corpo umano contiene in proporzione molta più acqua che cellule, quindi l'angolo di fase umano è basso e nell'individuo sano adulto è compreso normalmente tra 5 e 10 gradi.Le relazioni geometriche fra impedenza, resistenza, reattanza e angolo di fase dipendono dalla frequenza della corrente somministrata. A basse frequenze, l'impedenza delle membrane cellulari e l'interfaccia dei tessuti sono troppo grandi e non consentono la propagazione della corrente all'interno della cellula; la corrente quindi viene condotta soltanto attraverso i fluidi extracellulari. L'impedenza misurata per queste frequenze è considerata unicamente resistiva, senza componente capacitiva. Per frequenze maggiori, la corrente penetra attraverso le membrane cellulari e il dato di impedenza dipende anche dalla componente capacitiva. Per frequenze estremamente elevate, l'impedenza è nuovamente uguale alla sola resistenza, perché la presenza di membrane e le interfacce liquido-membrana non rappresentano un ostacolo alla propagazione della corrente.