Upload
tilly
View
114
Download
5
Embed Size (px)
DESCRIPTION
Biofyzika faktorov vonkajšieho prostredia. Ekobiofyzika – interakcie organizmu s fyzikálnymi faktormi vonkajšieho prostredia Kontakt s okolitým prostredím koža dýchací systém tráviaci systém Faktory vonkajšieho prostredia – fyzikálne, chemické biologické, spoločenské Fyzikálne faktory: - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Biofyzika faktorov vonkajšieho prostredia
Ekobiofyzika – interakcie organizmu s fyzikálnymi faktormi vonkajšieho prostredia
Kontakt s okolitým prostredím– koža– dýchací systém– tráviaci systém
Faktory vonkajšieho prostredia – fyzikálne, chemické biologické, spoločenské
Fyzikálne faktory: – mechanické– akustické– klimatické– elektrické– magnetické– ionizujúce a neionizujúce žiarenie
Účinky mechanických faktorov
• charakter – statický a dynamický
účinky gravitácie a zrýchlenia
• ľudský organizmus – adaptovaný na jednosmerné pôsobenie gravitačného zrýchlenia (g = 9,81 m.s-2)
• preťaženie – niekoľkonásobné zrýchlenie ako g – kladné preťaženie – pôsobiaca sila smeruje od hlavy
k nohám• biela slepota• kritická hodnota 5 g
– záporné preťaženie – pôsobiaca sila smeruje od nôh k hlave
• červená slepota• kritická hodnota 3 g
– priečne preťaženie - kritická hodnota 18 g
beztiažový stav – odstredivá a dostredivá sila sú v rovnováhe– zaniká dráždenie
vestibulárneho systému
kinetózy – opakované nepravidelné striedanie záporného a kladného zrýchlenia
účinky tlaku
• zmeny atmosférického tlaku – podtlak– pretlak
• tlak klesá s nadmorskou výškou
- výšková hypoxia
– náhly výstup do výšky nad 3000 m
- horská (výšková) choroba
Henryho zákon pV
V
k
p .
Kesónova choroba
- pretlakové komory
• dysbarizmus
• barotrauma
účinky mechanickej energie
• mechanická trauma organizmu – pri náraze, náhlej zmene smeru pohybu, pri dlhodobom pôsobení tlaku– otrasy mozgu, srdca
• mechanické kmitanie hmotných telies s f menšou ako 25 Hz otrasy
• otrasy s vyššou f vibrácie
účinky akustických faktorov• zvuk 16 Hz – 20 kHz (pod 16 Hz – infrazvuk, nad 20
kHz – ultrazvuk)– intenzita zvuku– hladina intenzity
• hluk – nežiadúci zvuk neperiodického charakteru s rôznou frekvenciou, intenzitou a hlasitosťou, ktorý vyvoláva rušivý alebo nepríjemný vnem
účinky hluku
• faktory rozhodujúce o škodlivosti hluku:– fyzikálna charakteristika– charakter hluku– čas trvania– charakter práce
poškodenie sluchu: - akútne - chronické
prevencia: - technické opatrenia - osobná ochrana
akustický úder
účinky ultrazvuku
• zdroj ultrazvuku – mechanické,
magnetostrikčné a piezoelektrické generátory
- šíri sa ako zvuk, rozdiel je v absorpcii pri prechode rôznymi prostrediami (vyššia absorpcia v plynoch)
medicína:• nízkofrekvenčný ultrazvuk (20-100 kHz) – chirurgia• vysokofrekvenčný ultrazvuk (1-3 MHz) – fyzikálna terapia,
diagnostika
- interakcia ultrazvukových vĺn s organizmom závisí od ich intenzity:
– vyššia intenzita – aktívna interakcia – zmena biologického prostredia (terapia, chirurgia, laboratórne pokusy)
– nižšia intenzita – pasívna interakcia – zmena časového a priestorového priebehu ultrazvukovej vlny (diagnostika)
mechanizmy účinku ultrazvuku: • ohrev• mechanické účinky• kavitácia
ovplyvňovanie biologických systémov:• inhibičné účinky• stimulačné účinky
Účinky klimatických faktorov
Klíma – súbor priemerných hodnôt klimatických faktorov prevažne fyzikálneho charakteru (teplota, vlhkosť a prúdenie vzduchu, elektroklíma a i.)
Účinky tepelnej energie a vlhkosti
Telesná teplota – rovnováha medzi tvorbou a výdajom tepla
• teplota povrchu tela – kolíše v širokom rozmedzí
• teplota telesného jadra je stála → termoregulačné mechanizmy
• termostatické centrum – v hypotalame (36,5°C)
• koža – termoreceptory, tukové tkanivo – tepelný izolátor a regulátor
• Termoregulácia organizmu
– správanie
– zmeny metabolizmu
– fyzikálne mechanizmy
Teplota kože < teplota vzduchu → organizmus teplo prijímaTeplota kože > teplota vzduchu → organizmus teplo vydáva → 4 fyzikálne mechanizmy:
Kondukcia (vedenie) – 1% z celkového tepelného výdaja org.
Konvekcia (prúdenie) – 15%
Radiácia (sálanie) – 55-65%
Evaporácia (vyparovanie) – 20 – 25% - závisí od vlhkosti vzduchu
Účinky zvýšenej teploty a vlhkosti prostredia
nízka vlhkosť - nepriaznivé účinky zvýšenej teploty vonkajšieho prostredia znesiteľnejšie → evaporácia (potenie), vazodilatácia, endokrinné regulačné mechanizmy
• Prehriatie organizmu a zlyhanie termoregulácie – tepelný úpal
• Nadmerné ožiarenie slnečným žiarením – slnečný úpal (insolácia)
Účinky zníženej teploty a vlhkosti prostredia
Znížená teplota prostredia
→zvýšená tvorba tepla v organizme (zrýchlenie metabolizmu, chladový tras)
→ zníženie výdaja (vazokonstrikcia v koži)
Dlhodobé podchladenie a telesné vyčerpanie
• spánok → ďalšie ochladenie organizmu
• zníženie telesnej teploty pod 25°C ohrozenie života, pod 20°C smrť
Miestne poškodenie chladom – omrzlina
• Zmiernenie následkov – normalizácia krvného obehu (hypertermický kúpeľ)
• Hypotermia – chirurgické zákroky, zvýšenie činnosti štítnej žľazy, prehĺbenie dýchania, zníženie metabolizmu
Účinky elektroklímy
Elektroklíma – el. pole Zeme, priestorový náboj a iné el. polia
• Kladné ióny priestorového náboja – dráždivé účinky, únava, bolesti hlavy → ťažkosti pred búrkami
• Záporné ióny – priaznivé účinky → úľava po búrke
Počasie – okamžitý stav súboru klimatických faktorov nepravidelne kolísajúcich okolo priemeru určeného klímou
Biotropné účinky počasia – komplexné pôsobenie niekoľkých meteorologických
faktorov na reaktivitu veg. nerv. systému – Magnetické búrky, zvýšená frekvencia erupcií na Slnku,
prechod frontov
• Následky – obehové a dýchacie ťažkosti, bolesti v patologicky zmenených tkanivách, vplyv na psychiku
• Klimatoterapia – liečba pobytom v oblastiach s priaznivým účinkom klímy na človeka
Účinky elektrického prúdu
• Elektrický prúd – pohyb voľného elektrického náboja• Elektrické vodiče – pohyb voľných elektrických nábojov (e-
v kovoch, ióny v elektrolytoch, e- a ióny v plynoch)• Dielektrické látky – elektrické náboje sú viazané na
polarizované atómy a molekuly – posúvaním a otáčaním nábojov sa dielektrikum polarizuje → posuvný elektrický prúd
• Jednosmerný prúd – prechádza tkanivom ako pohyb iónov – elektrolyticky, šíri sa medzibunkovou hmotou– polarizácia dielektrika
• Striedavý prúd – prechádza tkanivom ako posuvný prúd– nízkofrekvenčný - membrány kladú veľký odpor– vysokofrekvenčný - prechádza bunkovými membránami
ľahko
Elektrický prúd prechádza v organizme cestou najmenšieho odporu - pozdĺž obalov nervových vlákien, ciev a medzibunkovými priestormi
- Najväčšia vodivosť - likvor a krvná plazma
- Najmenšia vodivosť - kosti
• Dráždivosť – schopnosť reagovať na podnet – Jednosmerný prúd - nemá za normálnych okolností
dráždivé účinky (iba pri náhlej zmene intenzity, pri dosiahnutí prahovej intenzity, ktorá pôsobí určitý čas)
• Reobáza – najnižšia intenzita el. prúdu, ktorá je potrebná na vyvolanie podráždenia
• Chronaxia – čas, ktorý je potrebný na vyvolanie podráždenia impulzom, ktorý má veľkosť dvojnásobku reobázy– charakteristická pre každý sval – Jednosmerný prúd spôsobuje zmeny podráždenia,
ktoré sú spojené aj so zmenou iónového prostredia – elektrotonus
• v oblasti katódy – zvýšená dráždivosť motorických nervov
• v oblasti anódy znížená dráždivosť senzorických nervov (analgetický účinok) → elektroterapia
Dráždivé účinky - elektrostimulácia
• Defibrilátor – obnovenie srdcovej akcie pri jej zastavení
• Kardiostimulátor – normalizácia a obnovenie srdcového rytmu
• Neurostinulátor – dráždenie mozgu a miechy pri Dg alebo Th
• Elektrošok – striedavý prúd vysokej intenzity (strata vedomia, epileptiformný kŕč všetkého svalstva – strata pamäti) – liečba ťažkých depresívnych stavov
účinky jednosmerného elektrického prúdu
• zmeny iónového prostredia – pohyb disociovaných iónov (transport iónov)
• elektroforéza - pohyb nedisociovaných elektricky nabitých makromolekúl a koloidov
• elektroosmóza - redistribúcia vody mebránovými štruktúrami smerom ku katóde
• účinok aj na vazomotorické nervy – zvýšenie prekrvenia svalov
Liečebné využitie jednosmerného prúdu – galvanoterapia– ionoforéza– galvanizácia
Ionoforéza
• vpravovanie liekov s elektrickým nábojom do tkanív pôsobením jednosmerného el. prúdu (kĺby, oko)
• z anódy: K+, Li+, Ca2+, acetylcholín, neomycin• z katódy: Cl-, I-, vitamín C, penicilín
• liečba ekzémov, zápalových, reumatických, alergických ochorení
Galvanizácia• aplikácia jednosmerného prúdu do tkanív pomocou
elektród umiestnených vo vodnom kúpeli• vyvoláva zvýšenie metabolizmu, hyperémiu v koži
a svaloch• analgetický účinok (pri úrazoch, zápaloch nervov,
svalov a kĺbov, trombózach, chronických kĺbových ochoreniach)
Účinky striedavého elektrického prúdu
• dráždivé účinky sú závislé od frekvencie
– do 100 Hz - dráždivosť sa zvyšuje so stúpajúcou frekvenciou
– nad 100 Hz – zvýšená frekvencia znižuje dráždivý účinok
– nad 3 kHz – dráždivý účinok sa výrazne znižuje– pri 10 kHz – dráždivý účinok sa úplne stráca, pretože
dĺžka trvania impulzu je kratšia ako najkratšia chronaxia
Nízkofrekvenčný striedavý prúd
• dráždivé, tepelné a čiastočne aj elektrolytické účinky
• liečebne sa využíva v impulzoterapii – pri rozcvičovaní zdravých a čiastočne degenerovaných svalov,
elektrostimulácii hladkých svalov,
liečbe porúch srdca,
zastavení srdca (defibrilácia)
Vysokofrekvenčný striedavý prúd
• nad 1 MHz nemá ani dráždivé a ani elektrolytické účinky• dielektrický ohrev
Vysokofrekvenčná terapia – – vysokofrekvenčný striedavý prúd + magnetické polia
+ elektromagnetické vlnenie
– hĺbkový ohrev tkanív bez priameho kontaktu a bez absorpcie infračerveného žiarenia
– krátkovlnná diatermia (f = 27,12 MHz, λ = 11,06 m)– ultrakrátkovlnná diatermia (f = 433,92 MHz, λ = 69 cm)– mikrovlnná diatermia (f = 2,45 GHz, λ = 12,25 cm)
Nepriaznivé účinky elektrického prúdu
• Najnebezpečnejší prúd pri f = 50 - 60 Hz• Pri f > 10 kHz už nie je nebezpečenstvo úrazu• možnosť úrazu závisí od napätia a od
celkového odporu v obvode (najnebezpečnejšie - zdroje s nízkym vnútorným odporom)
• Najcitlivejšie – mozog, respiračné svaly hrudníka, centrum riadiace dýchanie a srdcovú činnosť, srdce
• Bezpečný prúd pri f do 1 kHz:
– pri striedavom prúde približne 10 mA– pri jednosmernom 25 mA
• Pri úrazoch striedavým prúdom:
– do 25 mA – zástava dýchania– do 80 mA – reverzibilné zastavenie srdcovej činnosti– nad 80 mA – pribúda podiel smrteľných úrazov– nad 1 A – smrť– pri blesku – 104 - 106 A
Účinky magnetických polí
Magnetické polia podľa časových zmien:• statické – intenzita sa nemení (permanentný magnet, vodiče jednosmerného prúdu,
geomagnetické pole Zeme)• premenné – intenzita sa mení (vodiče striedavého
elektrického prúdu)• pulzné – vodiče elektrických impulzov
Magnetické polia podľa rozloženia magnetického poľa v priestore:
• homogénne – vo všetkých bodoch rovnaká veľkosť a smer
• nehomogénne – rôzna veľkosť a smer
magnetická indukcia - B
B = μ.H• H – intenzita magnetického poľa• μ – relatívna magnetická permeabilita
podľa hodnoty μ sa látky delia:• feromagnetické – μ >> 1, (Fe, Co, Ni)
• paramagnetické – μ > 1, (O2, Al, Pt)
• diamagnetické – μ < 1, (H2O, NaCl, Bi)
• v ľudskom organizme - prevažne diamagnetické a paramagnetické látky– pri zmene orientácie a koncentrácie, hlavne diamagnetických
látok - zmena kinetiky biochemických reakcií i iných fyzikálne – chemických procesov
Nepriame pôsobenie magnetického poľa – voľné radikály, ktoré vznikajú v dôsledku magnetochemických reakcií– statické polia – utlmujú metabolické procesy, znižujú dráždivosť
nervového systému– premenné polia – stimulujú metabolické procesy, zvyšujú
dráždivosť nervového systému
Magnetické polia vysokej intenzity - zmeny reakčného času, spomalenie sedimentácie erytrocytov, zníženie odporu kože, poruchy inervácie srdcovo-cievneho systému – dočasné zmeny
Využitie: • Dg. – magnetická rezonancia• Th. – nízkofrekvenčné – liečba zápalov periférnych
nervov, urýchlenie hojenia rán po úrazoch a operáciách - vysokofrekvečné – premena magnetickej energie na tepelnú – diatermia