FALA AKUSTYCZNA: podłużne fale mechaniczne, które mogą rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach, gazach. Polega na chwilowych zmianach gęstości ośrodka przez co powstają różnice ciśnień.
Podział fal akustycznych:
- Fale dźwiękowe - fale działające na ucho i mózg; wywołujące wrażenie słyszenia. Częstotliwość: 16Hz do 20kHz.
- Fale ultradźwiękowe - niesłyszalne dla człowieka. Częstot. większa od 20 kHz.
- Fale infradźwiękowe - niesłyszalne dla człowieka. Częstotliw. mniej niż 16 Hz.
Poziom natężenia fali akustycznej wyrażamy w belach [B] lub decybelach [dB]
Obiektywne wielkości charakteryzujące dźwięk:
- Prędkość rozchodzenia fali akustycznej zależna jest od właściwości sprężystych ośrodka.
- Długość fali dźwiękowej - długość jaką przebyła w ciągu jednego okresu
- Ciśnienie akustyczne - dodatkowe ciśnienie ponad ciśnienie równowagi ośrodka wywołane rozchodzeniem się fali dźwiękowej
- Częstotliwość - liczba okresów drgań przypadająca na 1 s - im wyższa jest częstotliwość tym dźwięk wyższy
- Natężenie - ilość energii przepływającej w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię ustawioną prostopadle do fali.
INFRADŹWIĘKI- fale dźwiękowe niesłyszalne dla człowieka, ponieważ ich częstotliwość jest za niska, aby odebrało je ludzkie ucho. Mogą przenosić się na znaczne długości; mogę ulegać łatwo wzmocnieniu wskutek zjawiska rezonansu pomieszczeń i elementów konstrukcyjnych; mogą być odbierane przez mięśnie, ścięgna i stawy oraz na skórze; mogą wywoływać drgania rezonansowe w poszczególnych tkankach i narządach organizmu, w szczególności w obrębie
jamy brzusznej, klatki piersiowej i gardła.
Źródła infradźwięków:
- naturalne: bolidy, duże wodospady, fale morskie, lawiny, silny wiatr, pioruny, tornada, trzęsienia ziemi, wulkany;
- sztuczne: ciężkie pojazdy samochodowe, drgania mostów, eksplozje, głośniki, odrzutowce i śmigłowce, przemysł, rurociągi, urządzenia chłodzące i ogrzewające powietrze.
ULTRADŹWIĘKI- fale mechaniczne o częstotliwość powyżej 20kHz (poza granicami słyszalności); występują w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych; zwierzęta mają zdolność wytwarzania i odbierania; częstotliwość ultradźwięków jest niezmienna; prędkość ultradźwięków jest taka sama jak fala dźwiękowa
Rozchodzenie się ultradźwięków w tkankach
Mogą ulec: odbiciu, załamaniu, dyfrakcji (ugięcia), rozproszeniu, absorpcji.
Odbicie następuje przez przechodzenie fali ultradźwiękowej przez granice dwóch ośrodków o różnej odporności skutecznej.
Załamanie - następuje gdy wiązka fal pada na granicę dwóch ośrodków pod innym kątem niż kąt prosty
Dyfrakcja (ugięcie fali) to zjawisko fizyczne zmiany kierunku rozchodzenia się fali na krawędziach przeszkód oraz w ich pobliżu.
Tłumienie - Przyczyną tłumienia jest utrata części
energii fali na skutek absorpcji lub rozpraszania.
Absorpcja -proces absorbowania energii fali dźwiękowej przez ciała fizyczne. Na skutek pochłaniania energia fali przechodzącej przez ciało ulega zmniejszeniu, powodując wzrost energii wewnętrznej tego ciała.
Biologiczne działanie ultradźwięków:
- pierwotne - ma wpływ bezpośrednio na miejsce działania;
- wtórne - wynika z działania pierwotnego i może oddziaływać na cały organizm
Skutki działania ultradźwięków
- Mechaniczne - Spowodowane wahaniem ciśnień w przebiegu fali ultradźwiękowej. Zachodzą w bardzo krótkim czasie, zależnym od częstotliwości.
- Termiczne - rozgrzewanie tkanek podczas badania ultradźwiękami; związane jest z pochłonięciem części energii fali przez tkanki i zamianą jej na ciepło. Chemiczne - Zachodzące reakcje chemiczne polegają w większości na utlenianiu
Zastosowanie ultradźwięków:
- czynne - wywołuje zmiany fizyczne, chemiczne i biologiczne
- bierne - nie ingerują w daną strukturę.
Zastosowanie medyczne: leczenie chorób reumatycznych, narządów ruchu, tkanek niszczenie i zmian patologicznych, sterylizacja sprzętu lekarskiego, dezintegracja komórek, rozdrabnianie. usuwanie kamienia nazębnego, litotrypsja, peeling kawitacyjny, wytwarzanie aerozoli do inhalacji, sonofereza
Zastosowanie pozamedyczne: czyszczenie, wytrącanie składowych mieszaniny, krystalizacja, przyspieszenie dyfuzji, homogenizacja, filtracja
ULTRASONOGRAFIA, USG - nieinwazyjna, atraumatyczna metoda diagnostyczna, pozwalająca na uzyskanie obrazu przekroju badanego obiektu. Metoda ta wykorzystuje zjawisko rozchodzenia się, rozpraszania oraz odbicia fali ultradźwiękowej na granicy ośrodków, przy założeniu stałej prędkości fali w różnych tkankach. W ultrasonografii medycznej wykorzystywane są częstotliwości z zakresu ok. 2-50 MHz.
KAWITACJA jest zjawiskiem polegającym na gwałtownej przemianie fazowej z fazy ciekłej w fazę gazową pod wpływem zmiany ciśnienia. Jeżeli ciecz gwałtownie przyśpiesza zgodnie z zasadą zachowania energii, ciśnienie statyczne cieczy musi zmaleć. Dzieje się tak np. w wąskim otworze przelotowym zaworu albo na powierzchni śruby napędowej statku.
WIBRACJE - wstrząsy danego ciała o niskiej amplitudzie i częstotliwości kilkunastu-kilkudziesięciu Hz. Z biologicznego punktu widzenia wibracje określamy jako przekazywanie drgań mechanicznych z ciała stałego na poszczególne tkanki ciała człowieka lub na cały organizm. Wibracja i wstrząsy są bodźcami fizycznymi przekazywanymi bezpośrednio z materiału drgającego, z pominięciem środowiska powietrznego. Towarzyszący wibracji dźwięk powstaje na skutek przekazywania części energii drgających cząstek materiału poprzez powietrze do narządu słuchu człowieka.
Litotrypsja - zabieg urologiczny; polega na pozaustrojowym skruszeniu kamienia w p. moczowym, moczowodzie
lub nerce.
Skalling ultradźwiękowy - usuwanie kamienia nazębnego ultradźwiękiem
WPŁYW PRZYSPIESZENIA NA ORGANIZM LUDZKI
- Skutek zależy od wartości, czasu ich występowania i kierunku działania względem ciała.
- Przyspieszenia krótkotrwałe: oddziaływanie przyspieszeń (ułamki sekund) może nie wywołać ujemnych skutków, ale przyspieszenia rzędu dziesiątek i setek g mogą spowodować poważne uszkodzenia ciała, a nawet śmierć na skutek przemieszczania i rozerwania tkanek.
- Bardzo duże przyspieszenia występują podczas wypadków komunikacyjnych
- Przyspieszenia o średnim i długim czasie trwania. Efekt ich działania zależy głównie od kierunku.
- Przyspieszenie w kierunku stóp powoduje gwałtowny ból głowy, zaburzenia czynności serca, krwotoki i utratę przytomności
- Przyśpieszenie podłużne
równoległe do osi długiej ciała powodują przemieszczanie krwi i narządów wewnętrznych.
NIEWAŻKOŚĆ
Stan, w którym działające na układ ciał siły zewnętrzne nie wywołują wzajemnych nacisków części układu na siebie, a wewnętrzne oddziaływania grawitacyjne są pomijalne.
Nieważkość występuje, gdy na ciało działa tylko siła grawitacji. Powoduje to, że człowiek będący w stanie nieważkości odnosi wrażenie, iż jego ciało traci ciężar, choć jego masa nie ulega żadnym zmianom.
WPŁYW ZMNIEJSZONEGO CIŚNIENIA NA CZŁOWIEKA
- Spadek ciśnienia - rozprężanie gazów w uchu, jelitach i ubytkach zębowych co wiąże się z wystąpieniem bólów, wzdęć i kolek jelitowych
- Nagła dekompresja może prowadzić do poważnych uszkodzeń tkanek.
- Niedotlenienie. Długotrwałe przebywanie pod wpływem niskich ciśnień w wyniku niedotlenienia prowadzi do zmian adaptacyjnych zwiększenia liczby czerwonych ciałek i hemoglobiny oraz niekorzystnych zmian trawienia, koordynacji ruchów i zmian psychicznych. Silne niedotlenienie powoduje utratę przytomności, a nawet śmierć.
PROMIENIOWANIE NIEJONIZUJĄCE - to fale elektromagnetyczne w zakresie widzialnym nadfioletowym i podczerwonym. Nie wywołuje jonizacji ośrodka, przez które przechodzi ze względu na niską energię jonizacji
Źródło promieniowania niejonizującego: cząsteczki i atomy we wzbudzonych stanach elektronowych, podczas przechodzenia wzbudzonych elektronów do stanu podstawowego następuje emisja fotonów.
LUMINESCENCJA - wzbudzenie atomów lub cząsteczek.
- Fluorescencja - wzbudzony elektron przechodzi ze stanu wzbudzonego prosto do stanu podstawowego. Długość fali wyemitowanego światła jest dłuższa od długości fali zaabsorbowanej.
- Fosforescencja jest procesem bardziej złożonym z przejściem w stan meta trwały. Czas trwania - nawet do kilku sekund.
Rodzaje promieniowania niejonizującego
- promieniowanie termiczne - jeśli emisja jest wynikiem termicznego wzbudzenia cząsteczek i atomów
- zjawisko luminescencji - jeśli emisja jest następstwem wzbudzenia nie termicznego. Czynnikiem wzbudzającym jest tu promieniowanie rentgenowskie, jonizujące, pole elektryczne, fotony.
REAKCJE FOTOCHEMICZNE
Mogą być jednocząsteczkowe (produkty reakcji powstaje z cząsteczki wzbudzonej) jak i dwucząsteczkowe (produkty reakcji powstaje w wyniku oddziaływania cząsteczki wzbudzonej z inną cząsteczką)
Ważne reakcje fotochem.:
- Wytwarzanie witaminy D3. Powstaje ona w wyniku foto przegrupowania w cząsteczce prowitaminy polegającego na rozerwaniu wiązania pomiędzy atomami węgla pod wpływem promieniowania ultrafioletowego UV-b; jej jest pobudzenie transportu wapni z jelita do naczyń krwionośnych. Wpływa na prawidłowe kształtowanie szkieletu jej niedobór powoduje krzywice.
- Fotodimeryzacja tyminy; ma zastosowania w procesie dezynfekcji; w celu wytworzenia promieniowania nadfioletowego stosuje się niskociśnieniowe lampy rtęciowe. Lampy tego typu stosowane są w pomieszczeniach gdzie wymagana jest wysoka sterylność. Działanie bakteriobójcze promieniowania UV polega na powstawaniu połączeń kowalencyjnych pomiędzy sąsiadującymi tyminami. Takie dimery powodują zaburzenie replikacji.
- Fotoizomeryzacja retinalu
Barwnikiem umieszczonym w pręcikach odpowiedzialnym za widzenie jest rodopsyna. Zbudowana jest ona z 11-cis-retinalu połączonego kowalencyjnie z białkiem opsyną. W wyniku absorpcji światła 11-cis retinalu przechodzi w formę 11-trans-retinal. Następuje izomeryzacja oraz odłączenie od białka opsyny. W wyniku zmiany potencjału elektrycznego komórki powstaje impuls nerwowy
- Reakcja fotochemiczne ozonu atmosferycznego
Ochronne działanie ozonu polega na fotodysocjacji jego cząsteczek.
FOTOMEDYCYNA
Dział medycyny zajmujący się zastosowaniem promieniowania niejonizującego w terapii oraz patofizjologicznych następstw jego działania.
Fototerapia żółtaczki fizjologicznej u noworodków
W wyniku obumierających erytrocytach hemoglobina ulega przemianie w bilirubinę, która jest transportowana do wątroby. W normalnie funkcjonującym organizmie po przetworzeniu przez wątrobę wraz z żółcią trafia ona do jelit gdzie jest wydalana. Jeśli ten mechanizm zawiedzie nadmiar bilirubiny gromadzi się we krwi oraz tkanka zawierających tłuszcz co powoduje żółte zabarwienie skóry.
Bilirubina w związku ze swoją budową jest słabo rozpuszczalna w wodzie. Pod wpływem światła niebieskiego, fioletowego lub długofalowego promieniowania nadfioletowego dochodzi do rozerwania w cząsteczce bilirubiny wiązań wodorowych. Powstały izomer bilirubiny staje się rozpuszczalny w wodzie i może być rozpuszczalny bezpośrednio do moczu.
Fotodynamiczna terapia nowotworów (PDT)
Oparta jest na zjawisku fizycznym, w którym substancje wzbudzające pod wpływem światła przekazują część swojej energii otoczenia. Terapia ta oparta jest na dwóch etapach. W pierwszym podaje się choremu fotouczulacz, który selektywnie gromadzi się w komórkach zmienionych nowotworowo. W drugim etapie naświetla się chorego światłem o ściśle określonej długości aktywującej fotouczulacz. Niszczenie komórek nowotworowych zachodzi w oparciu o reaktywne formy tlenu - tlen singletowy. W wyniku stosowania PDT dochodzi do niszczenia komórek nowotworowych co powoduje powstanie lokalnego stanu zapalnego.
TERMOGRAFIA - Bezstykowy pomiar temperatury na powierzchni całego ciała.
Badanie opiera się na pomiarze promieniowania podczerwonego, które emitowane jest przez każdy obiekt o temperaturze wyższej niż 0. Do zalet termografii należy bezinwazyjność, niskie koszty oraz całkowite bezpieczeństwo stosowania. Znalazła zastosowanie kliniczne w rozpoznawaniu: chorób tarczycy; raka sutka; zmiany w układzie krążenia; zmiany reumatyczne
SPEKTOFOMETRIA
Analiza widmowa polega na oznaczaniu składników badanych substancji na podstawie identyfikacji długości fali świetlnych emitowanych lub absorbowanych przez substancję.
Spektrofotometria absorpcyjna znalazła zastosowanie w biochemii klinicznej.
PROMIENIOWANIE PODCZERWONE
- fale elektromagnetyczne o długości 760 - 106 nm
- głównym źródłem promieniowania podczerwonego jest słońce,
- oddziaływanie promieniowania podczerwonego z materią polega na jej ogrzewaniu, co znalazło zastosowania w medycynie
Stosowanie terapii promieniowaniem podczerwonym powoduje: poprawę ukrwienia skóry i zwiększenie wydzielania potu; rozszerzenie naczyń włosowatych oraz zwiększony przepływ przez tkanki krwi tętniczej; pobudzenia procesów metabolicznych; działanie przeciwbólowe poprzez podwyższenie progu bólu; zmniejszenie napięcia mięsni
Zastosowanie medyczne: leczenie przewlekłych i podostrych procesów zapalnych i reumatycznych stawów oraz części miękkich kończyn;
przewlekłych i podostrych stanach zapalnych jamy nosowej, zatok przynosowych, ucha zewnętrznego i stawów żuchwy; leczenie nerwobóli oraz zespołów bólowych w
stanach po zapaleniu bakteryjnym, odmrożeniu i uszkodzeniu promieniami rtg lub uv; leczeniu nacieków i ropni tkanek miękkich, nacieków po zbyt płytko podanych zastrzykach; jako zabieg przygotowawczy przed masażem
PROMIENIOWANIE NADFIOLETOWE
obejmuje obszar widma fal elektromagnetycznych od 20 - do 400nm; naturalnym źródłem jest słońce emitujące cały zakres fal.
Zakresy promieniow. UV
- Nadfiolet A (uvA) dobrze przenikliwy, przenika przez naskórek, odgrywa rolę w pigmentacji skóry czyli opaleniźnie
- Nadfiolet B stosowany jest w fizykoterapii i leczeniu krzywic
- Nadfiolet C posiada silne działanie bakteriobójcze i niszczące tkanki
- Promieniowanie próżniowe - silnie pochłaniane przez atmosferę powoduje powstawania ozonu.
MELANINA - naturalny fotoprotektor chroniący komórki skóry przed promieniowaniem nadfioletowym.
Wytwarzana w melanocytach czyli kom. barwnikowych w warstwie komórek podstawnych skóry. Substratem w syntezie melaniny jest aminokwas tyrozyna, a enzymem katalizującym reakcję oksydaza o-difenolowa. Pigment melanina chroni skórę poprzez pochłanianie promieniowania oraz wychwytywanie i dezaktywacje wolnych rodników.
RODZAJE PIGMENTACJI SKÓRY: pigmentację bezpośrednią - zachodzi pod wpływem promieniowania o szerokim zakresie; pigmentacja pośrednia - uwolniona melanina wędruje na powierzchnię skóry i natrafia na promieniowanie UV-A oraz tlen, który dostaje się do komórek skóry poprzez krew. W wyniku zachodzącej reakcji melanina jest przyciemniana.
FOTOKANCEROGENEZA - promieniowanie UV wywołuje dimeryzację tymin. Tego rodzaju mutacje nie są wywoływane przez żaden inny czynnik rakotwórczy. Rak skory występuje w jednej z 3 form w zależności od typu komórek od których się wywodzi. Prawdopodobieństwo wystąpienia raka skóry zwiększają niektóre związki chemiczne np. benzopiren pochodzący z dymu papierosowego.
LASERY - wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania.
Warunkiem koniecznym do emisji światła jest wzbudzenie atomów lub cząsteczek czyli przeniesienie elektronów na wyższy poziom energetyczny poprzez dostarczenie do układu energii. Elektrony przechodząc w stan podstawowy emitują nadmiar energii w postaci kwantów promieniowania. Zjawisko zachodzi w sposób nieuporządkowany i samorzutny.
Laser - generator spójnych fal elektromagnetycznych wykorzystujący zjawisko wymuszonej emisji polegające na działaniu kwantu promieniowania o energii równej różnicy poziomu energetycznego wzbudzonego i podstawowego na wzbudzony atom.
Właściwości promieniowania laserowego: Spójność;
Monochromatyczność - duża powierzchniowa gęstość mocy; Równoległość - mała rozbieżność wiązki
Wpływ promieniowania laserowego na tkanki
Podczas oddziaływania promieniowania laserowego na tkanki może zachodzić odbicie, rozproszenie, transmisja oraz całkowita lub częściowa absorpcja. Szczególnie ważne jest zjawisko transmisji i absorpcji. Absorpcja może wywołać w tkankach efekty fotobiochemiczne, fototermiczne i fotojonizujace.
Zastosowanie laserów w medycynie wywołuje efekty fotobiochemiczne: działanie antymutagenne; zmiany struktury błon biologicznych; wzrost szybkości wymiany metabolitów pomiędzy komórką i otoczeniem; wzrost aktywności enzymów; Stosowanie jako narzędzia tnące i koagulujące.
Przy wzroście mocy i odpowiednim czasie ekspozycji występują następujące efekty fototermiczne:
- 37-43s nie występują nieodwracalne zmiany
- 60s następuje uszkodzenie błon komórkowych i częściowego odwracalna denaturacja enzymów
- 80s trwała desaturacja białek enzymów na skutek zerwania wiązań stabilizujących cząsteczki
- 100s trwała denaturacja dna
- 300s wrzenie wody, osuszanie i zwęglanie komórek
- Powyżej 300s następuje fotopiroliza czyli odparowanie tkanek
Lasery znalazły również zastosowanie w: Usuwanie tatuaży; Wygładzaniu skóry przez uzyskanie efektu termicznego w kolagenie;
Bezinwazyjnym hamowanie krwawienie; w stomatologii
bezbolesnym odparowaniu zmiany próchniczych oraz topienie szkliwa; Leczenie jaskry; Korekcja wad wzroku
BUDOWA ATOMU:
Atom składa się z jądra mającego ładunek dodatni i skupiającego prawie całą masę oraz krążący wokół niego elektronów o znikomej masie i ładunku ujemnym.
Jądro atomowe składa się z dodatnio naładowanych protonów i obojętnych elektrycznie neutronów
Liczbę protonów w jądrze oznacza się literą Z jest to tzw. liczba atomowa
Sumę liczby protonów i neutronów oznacza się literą A jest to tzw. liczba masowa.
Liczbę neutronów obliczamy z zależności A-Z
Atomy tego samego pierwiastka o takiej samej liczbie Z) różniące się liczbą neutronów nazywamy izotopami
Rozpad promieniotwórczy
- trwałość jąder atomowych zależy od liczb (A) oraz od stosunku neutronów i protonów
- najbardziej trwałe są jądra, w których liczba neutronów jest równa liczbie protonów
- wszystkie jądra atomowe o liczbie A ≥ 210 rozpadają się, są promieniotwórcze
PROMIENIOTWÓRCZOŚĆ jest to zdolność samoistnego wysyłania promieniowania jonizującego przez jądra niektórych pierwiastków,
PROMIENIOT. NATURALNA - sprowadza się do przemian zachodzących e jądrach pierwiastków ciężkich od Z=81 do Z=92.
Większość promieniotwórczych nuklidów występujących w przyrodzie tworzy trzy szeregi promieniotwórcze:
Szereg uranowo -radowy; szereg uranowo - aktynowy; szereg torowy
PROMIENIOT. SZTUCZNA - w 1934 roku Irena i Fryderyk Joliot-Curie otrzymali pierwszy sztuczny pierwiastek promieniotwórczy - izotop fosforu. Przeprowadzone doświadczenie polegało na bombardowaniu emitowanymi przez polon cząstkami alfa płytki wykonanej z glinu
PROMIENIOWANIE RTG
Promieniowanie to powstaje w wyniku hamowania szybko pędzących elektronów w ośrodku materialnym.
Podobnie do promieniowania gamma, jest to promieniowanie elektromagnetyczne.
Wywołuje jonizację ośrodka; nie odchyla się w polu elektromagnetycznym;
Jest niewidzialne, oddziałuje jednak z kliszą fotograficzną; przenika przez materiały, które, są nieprzenikliwe dla światła: drewno tkanka mięśniowa , aluminium. Jest silnie pochłaniane przez materiały o większym ciężarze właściwym np. ołów.
Powstanie promieniowania RTG
Źródłem promieniowania X w aparacie rentgenowskim jest lampa, w której elektrony emitowane są z żrącej katody. Uzyskują dużą energię kinetyczną dzięki silnemu polu elektrycznemu istniejącemu między katodą i anodą. Energia ta pozwala im na penetrację wnętrza anody. Podczas zderzenia z tarczą anody elektron zostaje nagle zahamowany w wyniku czego następuje wytworzenie promieniowania rentgenowskiego i ciepła
Podstawowe typy przemian promieniotwórczych w wyniku których powstaje promieniowanie jonizujące są: rozpad alfa; rozpad beta; rozpad gama.
Promieniowanie α - podczas rozpadu wyrzucane są z jądra cząstki α, czyli jądra helu, poruszają się z prędkością 107 m/s posiadają ładunek dodatni i silne właściwości jonizacji ośrodka, przez który przechodzą. Są mało przenikliwe w powietrzu ich zasięg wynosi kilka centymetrów z trudem przenikają przez pojedynczą kartkę papieru
Promieniowanie β - może powstawać na skutek rozpadu β+ lub β-
- rozpad β- - strumień szybko poruszających się elektronów, posiadają one ujemny ładunek elektryczny i właściwości jonizujące. Ich zasięg w powietrzu wynosi kilka metrów, mogą przenikać przez kilkumetrową osłonę metalową.
- rozpad β+ - strumień szybko poruszających się elektronów dodatnich nazywanych pozytonami. Promieniowanie to posiada podobne właściwości do β- z tym, że posiada ładunek dodatni.
Rozpad γ (gamma) - promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo dużej przenikliwości bez emitowania dodatkowej cząsteczki. Posiada własności jonizujące mniejsze niż promieniowanie β. Do promieniowania γ dochodzi podczas przejścia atomu ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii. Promieniowanie γ towarzyszy często rozpadowi α lub β.
ODDZIAŁYWANIE ELEKTRONÓW Z ANODĄ
- Pierwszym rodzajem oddziaływań jest przedostawanie się elektronów w pobliże jądra gdzie ich tro ulega w polu elektrycznym jądra zakrzywieniu, a elektron traci część swej energii która jest emitowana w postaci kwantu promieniowania.
- Drugim rodzajem oddziaływania pędzących elektronów jest ich oddziaływanie z elektronami atomów z materiału tarczy anody. Jeśli pędzące elektrony mają energię dostateczną do wybicia elektronów z wewnętrznych powłok elektronowych atomów anody to podczas powrotu tych wybitych elektronów będzie następowało wypromieniowanie kwantów promieniowania rentgenowskiego. Energia tych kwantów jest zależna od materiału anody, a powstające widmo jest nieciągłe i nazywamy je promieniowaniem charakterystycznym.
Oddziaływanie promieniowania rentgenowskiego i gamma z materią następuje przez:
- Zjawisko fotoelektryczne
- Efekt Comptona
- Tworzenie par
Zjawisko fotoelektryczne - emisja elektronów z ośrodka pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. Zaabsorbowanie kwantu promieniowania X lub gama przez związany w atomie elektron może spowodować że uzyska on energię większą od jego energii wiązania i nastąpi wybicie. Taki elektron opuszczający atom nazywamy fotoelektronem,. Atom pozbawiony elektronu staje się jonem dodatnim. Wybity elektron ulega zderzeniu z sąsiednimi elektronami jonizując je. Fotoelektron traci stopniowo swą energię i ulega przyłączeniu do jonu dodatniego - powstaje jon obojętny lub z atomem obojętnym - powstaje ujemny anion. Wyniku działania pojedynczego fotonu powstaje w ośrodku pewna liczba jonów.
Efekt Comptona- możemy opisać jako sprężyste zderzenie fotonu z elektronem swobodnym (foton posiada tak dużą energię, że energię elektronu możemy zaniedbać i uważać go za swobodny) po zderzeniu foton zostaje odrzucony pod kątem elektron zaś uzyskuje pęd. Elektrony Comptonowskie oddziałują z otoczeniem podobnie jak fotoelektrony zaś foton powstały w wyniku odrzucenia oddziałuje dalej z energią
Tworzenie par - jeśli kwant promieniowania posiada energię większą 1,02 MeV może w pobliżu jądra atomu przekształcić się w parę elektron (negaton) - pozyton. Powstałe elektrony jonizują atomy kosztem swej energii kinetycznej. Pozytony po jej utracie łączy się z negatonem - oba elektrony ulegają unicestwieniu a w ich miejsce powstają dwa kwanty promieniowania gama biegnące w przeciwnym kierunku.
Biologiczne działanie promieniowania jonizującego
- Stadium pochłaniania energii przez struktury komórkowe - naładowane cząski wchodzą w głąb tkanek, tracą swą energię na skutek oddziaływania z elektronami atomów
- Stadium oddziaływania elektrycznego - następuje przekazywania energii składnikom komórkowym poprzez jonizację i pobudzenie atomów i cząsteczek. Pozbawione elektronów atomy stają się jonami a w wybite elektrony mogą oddziaływać z atomami sąsiednimi. Stadium pochłaniania energii oraz stadium oddziaływania elektrycznego przebiega tak samo dla materii ożywionej i nieożywionej. Podstawowymi efektoramii odgrywającymi tu rolę są zjawisko fotelektryczne efekt Comptona efekt tworzenia par.
- Stadium zmian fizyko - chemicznych - powstałe jony i wzbudzone atomy są bardzo nietrwałe i biorą udział w szeregu różnorodnych i skomplikowanych reakcji. Zachodzi radioliza wody, powstawanie wolnych rodników, uszkodzenia DNA
Stadium zmian chemicznych - wolne rodniki reagują z innymi cząsteczkami w komórkach powodując niekorzystne zmiany.
- Stadium zmian biologicznych - zaburzenie działania komórki może powodować poważne skutki biologiczne z jej śmiercią włącznie. Zmiany w materiale genetycznym mogą się utrwalać i po wielu latach ujawnić się chorobą nowotworową
TEORIE ANALIZ RADIOBIOLOGICZNYCH ZAKŁÓCANIA PRAWIDŁOWEGO FUNKCJONOWANIA KOM.
Trafienia w cel - opierała się ona na założeniu iż kwant energii lub cząsteczka promieniowania korpuskularnego trafiając w ważną dla funkcjonowania komórki strukturę może bezpośrednio spowodować zmianę lub uszkodzenie biologiczne istotnej funkcji - uszkodzenie komórki
Teoria radiochemiczna (pośredniego oddziaływania)zakłada, że w powstawaniu uszkodzeń popromiennych kluczową rolę odgrywa woda jako główny składnik układów biologicznych. Na jedną cząsteczkę DNA w komórce przypada 700 cząsteczek białka i aż 1,2 x 107 cząsteczek wody wg teorii przewaga wody jest tak duża że trawienia bezpośrednie na związki organiczne można pominąć
Obecnie przyjmuje się, że w skutek trafienia bezpośredniego powstaje 20% uszkodzeń, a 80% w skutek zmian radiochemicznych.
Skutki somatyczne i genetyczne promieniowania jonizującego
Somatyczne:
- Wczesne: Choroba popromienna (ostra, przewlekła); Miejscowe uszkodzenie skóry
- Odległe: Zmętnienie soczewek i zaćma; Aberracje chromosomowe w komórkach somatycznych; Nowotwory złośliwe; Niepłodność; Zahamowanie wzrostu i rozwoju
Genetyczne: Mutacje genowe (dominujące, recesywne); Aberracje chromosomowe w komórkach rozrodczych
Cechy promieniowania jonizującego - zmiany chorobowe mogą ujawnić się nie tylko u osoby napromieniowanej lecz również u jej potomstwa. W pierwszym przypadku mówimy o skutkach somatycznych a w drugich o genetycznych - dziedzicznych
Skutki stochastyczne - są to skutki późne, które związek przyczynowy z napromieniowaniem daję się wskazać dopiero w badaniach statystycznych. Mają charakter losowy. Wywoływane są przez małe dawki 0,5 - 1,0 dawki promieniowania. Są to efekty bez progowe - nie istnieje dawka uważana za bezpieczną.
Skutki stochastyczne można podzielić na somatyczne i genetyczne
Skutki somatyczne:
- indukowanie zmian nowotworowych - kancerogeneza popromienna.
- osłabienie układu immunologicznego u ludzi, co powoduje zwiększoną śmiertelność noworodków
Skutki genetyczne - występują wtedy gdy napromieniowaniu ulegną komórki rozrodcze. Skutki napromieniowania będą uwidaczniać się wówczas u potomstwa. Mogą być przekazywane jako zaburzenia dziedziczne następnym pokoleniom. Najczęściej schorzenia te powodują śmierć dziecka zaraz po urodzeniu, rzadziej zaburzenia pojedynczych komórek lub układów.
Skutki deterministyczne - do skutków deterministycznych zaliczamy takie, które wywołują zmiany w tkankach i narządach w krótkim czasie po napromieniowaniu i kiedy daje się ustalić związek pomiędzy napromieniowaniem, a objawami. Wywoływane są przez duże wartości dawek, powyżej 1 dawki promieniowania. Ogólnie polegają na uszkodzeniu znacznej liczby komórek co powoduje zaburzenie funkcjonowania całego organizmu. Objawy kliniczne pojawiają się od kilku minut do kilku dni po ekspozycji na promieniowanie. Mają charakter progowy (dawka mniejsza od progowej nie wywołuje objawów) nasilenie objawów wzrasta ze wzrostem dawki.
Następstwem napromieniowania są:
ubytki komórek nie mogące być wyrównane przez komórki pozostałe przy życiu; reakcje zapalne; zaburzenia czynności wewnątrzwydzielniczych tkanek; Utrata kończyn; Martwicze zmiany skóry oraz narządów
Środowiskowe źródła promieniowania jonizującego to:
Naturalne izotopy potasu;
Promieniowanie kosmiczne; przedmioty codziennego użytku; telewizory i monitory ekranowe; glazura; farby stałego świecenia w zegarkach i kompasach; badania radiologiczne; prześwietlenie klatki piersiowej; Prześwietlenie zębów ; Prześwietlenie jamy brzusznej; Tomografia komputerowa całego ciała;
opad promieniotwórczy pochodzący z awarii jądrowych i prób z bronią jądrową.
Wytwarzanie ciepła w organizmie
Energia cieplna powstaje w wielu organach, podczas procesów metabolicznych, pracy mięśni. Największa jego ilość wytwarzana jest podczas utleniania składników pokarmowych. W stanie spoczynkowym wątroba wytwarza około 50%, mózg 15% a mięśnie 25% ciepła, proporcje te zmieniają się w zależności od aktywności fizycznej.
Temperatura ciała człowieka wynosi 37 +- 0,5 stopnia Celsjusza na stałym poziomie.
Termoregulacja
Utrzymanie temperatury cała jest możliwe dzięki regulacji ilości ciepła pobranego i wytworzonego oraz oddawanego przez organizm. Regulacja zachodzi na drodze fizycznej i chemicznej przy udziale układu nerwowego i hormonalnego. Ośrodek regulacji temperatury zlokalizowany jest w podwzgórzu gdzie trafiają bodźce z receptorów obwodowych oraz z neuronów ośrodka obmywanych przez krew. Po odchyleniu temperatury części rdzeniowej ciała od 37,6°C następuje uruchomienie mechanizmów termoregulacji.
Podczas spadku temperatury poniżej 37,6°C następuje:
Zahamowanie wydzielania potu; Zwężenie naczyń krwionośnych skóry; Wytwarzanie ciepła na drodze termo genezy drążeniowej polegającej na skurczach mięśni i zwiększeniu ich napięcia; Wytwarzanie ciepła na drodze termo genezy bezdeszczowej polegającej na zwiększeniu przemian katabolicznych w tkance tłuszczowej; zwiększeniu metabolizmu komórek.
Podczas wzrostu temperatury powyżej 37,6°C następuje:
Zwiększenie wydzielania potu; Rozszerzenie naczyń krwionośnych skory; Zahamowanie wytwarzania ciepła
Wpływ temperatury otoczenia na organizm człowieka
Organizm człowieka może pobierać lub tracić energię cieplną na drodze:
Kondukcji (przewodzenie) - polegającej na przekazywaniu energii kinetycznej cząsteczkom o mniejszej energii cieplnej przez cząsteczki o energii większej
Konwekcji (przenoszenie) - polegającej na przenoszeniu ciepła przez cząsteczki cieczy lub gazów będących w ruchu
Promieniowania - w wyniku konwersji energii cieplnej na elektromagnetyczną (promieniowanie podczerwone, długofalowe, światła widzialnego)
W temperaturze pokojowej człowiek traci ciepło w postaci: promieniowania 60%, odparowywania wody z potu 25%, (gdy wilgotność powietrza przekracza 60% parowanie zaczyna ustawać) przewodzenie i konwekcję (do powietrza) 12%, (do przedmiotów) 3% oraz z wydalinami.
Około 80% ciepła organizm traci przez skórę, a ok. 17% przez układ oddechowy.
Hipertermia
stan podwyższonej temperatury ciała spowodowany czynnikami zewnętrznymi (jak np słońce, gorąca kąpiel) lub wewnętrznymi (nadprodukcja i zaburzone oddawanie ciepła), który wymaga podjęcia kroków ochładzających organizm, w przeciwnym wypadku grozi uszkodzeniem mózgu lub nawet śmiercią. Hipertermia nie wynika z przestawienia centralnego ośrodka termoregulacji, dlatego należy ją różnicować z gorączką.
SZOK TERMICZNY
Jeśli temperatura ciała wzrośnie powyżej 41 stopni Celsjusza może nastąpić szok termiczny, którego objawami są: suchość skóry, zaburzenia centralnego układu nerwowego, utrata orientacji, utrata przytomności, w celu obniżenia temperatury stosuje się zimną kąpiel.
HIPOTERMIA
dolegliwość, w wyniku której temperatura ciała (u ludzi) spada poniżej bezwzględnego minimum normy fizjologicznej czyli 36 °C. Stan taki jest spowodowany zbyt szybkim ochładzaniem organizmu w stosunku do jego zdolności wytwarzania ciepła. Najczęściej jest to spowodowane działaniem zimnego powietrza a zwłaszcza zimnej wody i/lub zahamowaniem procesów przemiany materii. Przechłodzenia i odmrożenia zdarzają się również w temperaturze powyżej 0 °C.
Łagodna hipotermia (32-35) - uczucie zimna, dreszcze, zaburzenia mowy, bezwład mięśni spowolnienia reakcji senność
Umiarkowana hipotermia - 28-32 stopni Celsjusza utrata orientacji, zaburzenia świadomości, ból z zimna migotania przedsionków, wyłączenie termoregulacji
Ostra hipotermia poniżej 28 stopni Celsjusza - migotanie komór, ustanie pracy serca, utrata świadomości, oddech ledwo wyczuwalnych, śmierć
Ochłodzenie organizmu zachodzi szybciej w wodzie (woda 23 razy lepiej przewodzi ciepło) niż na powietrzu szczególnie narażone na wychłodzenie i śmierć są; osoby starsze, dzieci osoby niedożywione, w stanie upojenia alkoholowego.
Sposobem podniesienie temperatury ciała jest ciepła kąpiel
1