Wpływ czynników

fizycznych na organizm.

2

Wpływ na organizm:



ultradźwięków



przyspieszenia



zmienionego ciśnienia

3

Ultradźwięki



ultradźwięki – fale
mechaniczne, które
występują w ośrodkach
gazowych, ciekłych oraz
stałych o
częstotliwościach powyżej
górnej granicy
słyszalności ucha
ludzkiego (> 20kHz)



rozchodzeniu się ruchu
falowego w ośrodku
towarzyszy przenoszenie
energii bez
równoczesnego transportu
substancji



zakres 1 – 10 MHz niszczące

badanie materiałów,

ultradźwiękowa diagnostyka

medyczna



zakres do ok. 3GHz badania

właściwości

fizykochemicznych,

obrazowanie subtelnej budowy

materiałów metodami

mikroskopii akustycznej

4

Parametry fal i pola

ultradźwiękowego



ultradźwięki można traktować jako falę ciśnienia
bądź przemieszczenia cząsteczek ośrodka,
oscylujących wokół stanu równowagi



wraz z przekazywaniem ruchu drgającego następuje
przekazywanie energii

5

Parametrów ciąg dalszy...



zmiany ciśnienia
p = p

m

cosω(t – x/c)



długość fali
ultradźwiękowej
λ = c/f



natężenie ultradźwięków
I = E/S·t



natężenie fali płaskiej
podłużnej



amplituda wychylenia (A)



amplituda prędkości (μ

m

)



amplituda ciśnienia
akustycznego (p

m

)



opór akustyczny (ρ·c)

I = ½ A

2

ω

2

ρ·c

I = ½ μ

m2

ρ·c

I = ½ p

m2

/ ρ·c

I = ½ p

m

μ

m

6

Generowanie

ultradźwięków



ściśle określone
parametry:



częstotliwości



natężenia



długości fali



zjawisko
piezoelektryczne



wykazują je m.in.
kwarc, tytanian czy
cyrkonian ołowiu

7

Zjawisko

piezoelektryczne



polega na wytwarzaniu

potencjału elektrycznego,

podczas ściskania kryształu,

przy czym napięcie jest

proporcjonalne do siły

ściskającej



gdy kryształ jest rozciągany –

napięcie zmienia się na znak

przeciwny



odwrotne zjawisko piezoelektryczne



kurczenie i rozszerzanie się płytki wyciętej

z kryształu o odpowiedniej orientacji zależnie

od znaku przyłożonego napięcia

8

Rozchodzenie się

ultradźwięków w

tkankach



fala ultradźwiękowa,
która rozchodzi się w
tkankach ulega:



odbiciu



załamaniu



ugięciu



rozproszeniu



absorpcji

Odbijanie fali
ultradźwiękowej we
wszystkich kierunkach,
zachodzi gdy długość
fali jest większa od
elementów struktury.

Odchylenie od
pierwotnego kierunku
wiązki ultradźwiękowej,
gdy pada ona na
granicę rozdziału dwóch
ośrodków pod kątem
różnym od kąta
prostego i gdy prędkość
fali zmienia się na
granicy ośrodków.

9

Rozproszenie w

diagnostyce



rozproszenie
rayleighowskie



gdy rozpraszające
struktury są dużo mniejsze
od długości fali



α

R

= k

R

f

4



rozproszenie Tyndalla



gdy skala niejednorodności
jest porównywalna z
długością fali



α

T

= k

T

f

2



tkanki zmienione
patologicznie różnią się
budową strukturalną od
tkanek prawidłowych



wykładnicza zależność
współczynnika rozproszenia
od częstotliwości



np. z marskiej wątroby
uzyskuje się wyższą
amplitudę sygnałów echa

10

Odbicie i przenikanie fali



R = I

r

/I

0

= [(Z

1

– Z

2

)/(Z

1

+

Z

2

)]

2

R – współczynnik odbicia
I

0

– natężenie fali padającej

I

r

– natężenie fali odbitej

11

Absorpcja i tłumienie fal

ultradźwiękowych



straty energii powodują,
że amplituda drgań
cząsteczek maleje
wykładniczo z
odległością:



A = A

0

e

– μx



tłumienie tkanek
miękkich związane z
absorpcją rośnie prawie
liniowo z częstotliwością:



α = α

1

(f/f

1

)

n

12

Ultradźwięki – czynne i

bierne działanie



wykorzystuje się
dźwięk o dowolnie
regulowanym
natężeniu



wywołują zmiany
nieodwracalne bądź
utrzymujące się
stosunkowo długo



bardzo małe wartości
stosowanych natężeń



mała długość fali



dobre, prostoliniowe
rozchodzenie się

Czynne działanie

Bierne działanie



leczenie chorób

reumatycznych przez
nagrzewanie tkanek



niszczenie patologicznych

ognisk w głębi tkanek



sterylizacja lekarstw



usuwanie kamienia

nazębnego



ocena stanu kości



badania układu krążenia

krwi



rejestracja ruchów

struktur serca



diagnozowanie zaburzeń

wzroku

13

Ultrasonografia



badanie jamy brzusznej:



głębokość penetracji ok.

0,3m



głowice ultradźwiękowe o
częstotliwości 2MHz



badanie oka:



głębokość penetracji
ok.0,03m



głowice ultradźwiękowe o
częstotliwości 20MHz



podstawowymi
parametrami, z których
uzyskuje się informacje
o ośrodku są:



czas przejścia fali



amplituda

Metoda echa:

14

Dopplerowska metoda

badania



fale ultradźwiękowe,
które padają na ruchome
struktury biologiczne
ulegają odbiciu lub
rozproszeniu i zmienia się
ich częstotliwość:



Δf = f

0

(2Vcosφ/c)



zmianę częstotliwości
można przetworzyć na
zakres słyszalny np.

tętno bijącego serca
płodu



stosowane są przetworniki
piezoelektryczne na falę ciągłą
lub impulsową



metoda fali ciągłej daje
informacje o wszystkich
strukturach ruchomych leżących
na drodze wiązki
ultradźwiękowej



metoda impulsowa umożliwia
pomiar prędkości przepływu
krwi w wybranym zakresie
głębokości, pomiary średnicy
naczynia krwionośnego, rozkład
prędkości krwi wewnątrz
naczynia

15

Szkodliwość

ultradźwięków



ultradźwięki niskiej mocy (o

natężeniu 10

3

W/m

2

)



uznaje się za nieszkodliwe przy

krótkim czasie oddziaływania



ultradźwięki wysokiej mocy (przy

częstotliwościach fal rozchodzących

się w powietrzu 20 – 60 kHz)



normy dopuszczalnego

nadźwiękowienia



ultradźwięki o wysokiej mocy i

częstotliwości 20 – 60 kHz przy

sprzężeniu pozwalającym na

znaczne przenoszenie energii

(ciecz, ciało stałe)



nie został dotychczas

przebadany

16

Przyspieszenia



przyczyny pojawiania
się przyspieszeń:



zmiany prędkości
liniowej w ruchu
prostoliniowym



zmiany kierunku
prędkości w ruchu
krzywoliniowym



zmiany wartości
prędkości kątowej



wartość przyspieszenia
liniowego:



a = n · g



wpływ przyspieszeń na organizm
człowieka jest uwarunkowany:



wartością przyspieszenia



czasem trwania



kierunkiem i zwrotem w
stosunku do podłużnej osi
ciała



szybkością zmian
przyspieszenia



kondycją i wcześniejszym
treningiem organizmu

17

Kryteria przyspieszeń



udarowe:



Δt  0,05s



krótkotrwałe:



0,5s < Δt < 1s



przedłużone:



1s < Δt < kilka s



przewlekłe:



powyżej kilku s



wzdłuż podłużnej osi ciała:



+G

z

– od głowy do stóp



–G

z

– od stóp do głowy



wzdłuż strzałkowej osi ciała:



+G

x

– od mostka do pleców



–G

x

– od pleców do mostka



wzdłuż poprzecznej osi ciała:



+G

y

– od prawej strony do

lewej



–G

y

– od lewej strony do

prawej

Ze względu na
czas
występowania
przyspieszenia
:

Ze względu
na kierunek i
zwrot
przyspieszeni
a:

18

Przyspieszenia podłużne

+G

z

, –G

z



pozorne zwiększenie masy ciała



tkanki miękkie i narządy wewnętrzne

przemieszczają się w dół



krew przemieszcza się do dolnych partii ciała



1,5g – wzmożone tętnienie w skroniach



2 – 3g – ból głowy



3g – przyrost ciśnienia w tętnicach i żyłach szyjnych
o 70 – 90 mmHg



przyspieszenia udarowe o znacznych
wartościach – wylewy krwi do mózgu



już przy 2,5g występują zaburzenia oddychania

19

Przyspieszenia

poprzeczne

G

x

, G

y



zaburzenia w układzie oddechowym:



kompresja klatki piersiowej i jamy brzusznej



przesunięcie i spłaszczenie przepony



zmniejsza się całkowita pojemność płuc



6g – nasycenie krwi spada o 13%



8g – nasycenie krwi spada o 23%



przyspieszenia +G

x

zakłócają

pracę serca



6g – zwalnia ją o 14%

20

Stan nieważkości



zaburzenie orientacji przestrzennej



zmniejszenie maksymalnej wentylacji płuc



pogorszenie wysiłkowej adaptacji oddychania



układ krwionośny – wzrost różnicy między ciśnieniem
skurczowym a rozkurczowym



wzmożone wydalanie płynów



wzrost stężenia wapnia we krwi i moczu (do 30%)



zaburzenia w funkcjonowaniu ośrodkowego układu
nerwowego

21

Wpływ zmienionego

ciśnienia



ciśnienie normobaryczne – 1,0132 · 10

5

N/m

2



> 1,0132 · 10

5

N/m

2

→ hiperbaria



< 1,0132 · 10

5

N/m

2

→ hipobaria



ciśnienie różne od atmosferycznego wpływa na organizm
człowieka:



działanie biochemiczne (chemiczne)



działanie mechaniczne (fizyczne)



P = const / V

22

Wpływ obniżonego

ciśnienia



oddalanie się od powierzchni
ziemi → obniżenie ciśnienia



ciśnienie atmosferyczne
zmienia się z wysokością wg
wzoru:



p = p

0

·e

-αh



α = g (ρ

0

/p

0

)



choroby wywołane ekspozycją na
niedotlenienie wysokościowe



ostra hipoksja



ostry wysokościowy obrzęk płuc



ostry wysokościowy obrzęk
mózgu



działanie mechaniczne



wzdęcia



kolki jelitowe



bóle brzucha



ebulizacja płynów ustrojowych



wszelkie płyny ulegają wrzeniu,
gdy prężność ich pary jest
wyższa od ciśnienia otaczającego

23

Wpływ podwyższonego

ciśnienia



ciśnienie w wodzie rośnie wraz z głębokością o ok. 101,3kPa na każde 10m



zatrucie tlenem



porażenie dróg oddechowych, szum w uszach, pogorszenie
ostrości widzenia



zatrucie azotem



halucynacje wzrokowe i słuchowe, euforia



zatrucie CO

2



ból głowy, trudności w oddychaniu, nudności



dekompresja



dysbaryczna martwica kości, bóle stawów, porażenia aż do utraty
przytomności



działanie mechaniczne



uraz uszu i zatok przynosowych, urazy spowodowane
wyrzuceniem nurka na powierzchnię wody

24

Bibliografia



„Biofizyka: podręcznik dla studentów”
pod red. Feliksa Jaroszyka; aut. Helena Gawda
Wydawnictwo Lekarskie PZWL
Warszawa 2001



http://pl.wikipedia.org/wiki/Kamie%C5%84_naz%C4%99bny



http://pl.wikipedia.org/wiki/Marsko%C5%9B%C4%87_w
%C4%85troby



http://pl.wikipedia.org/wiki/Ci%C5%9Bnienie_atmosferyczne



http://pl.wikipedia.org/wiki/Grafika:Baby_in_ultrasound.jpg