Wykładowca: dr L. Nowak

Wykład z dnia 19.12.2010 (niedziela)

• Czynniki fizykalne wpływu na człowieka:

1. Czynniki mechaniczne

2. Promieniowanie niejonizujące

3. Promieniowanie jonizujące

4. Pola elektromechaniczne

5. Ciepło

• Biofizyka - nuka przenosząca zagadnienia fizyki na ciało człowieka. Istotą biofizyki jest przekazywanie energii na organizm człowieka.

• Zasada zachowania energii i materii - w układzie izolowanym suma składników wszystkich rodzajów energii całości układu jest stała. Zasada zachowania energii w mechanice klasycznej jest konsekwencją przesunięć w czasie. W fizyce ta zasada ma szerokie znaczenie. Przyjmuje się że zasada zachowania energii jest spełniona również w układach nie przejawiających symetrii translacji (przesunięć w czasie).

Prawa zachowania energii i materii jest w biofizyce najważniejszym, podstawowym. Nic w przyrodzie ożywionej nie może być zmienione w coś innego, tylko w energię bądź inną materię. Nic też nie dzieje się za darmo. Zawsze coś rodzi się kosztem czegoś. Jeżeli coś dzieje się w fizjoterapii, jest to zmiana jednej energii, przeważnie zewnętrznej, na inną, oddziałującą na tkanki, naczynia lub narządy człowieka.

• Ciepło

Z ciepłem wiąże się pojęcie energii. CIEPŁO = ENERGIA. W przypadku ciepła najważniejsza jest ilość energii jaką jesteśmy w stanie przekazać w trakcie procesów fizykalnych. Ciepło jest energią mierzoną (liczoną) w kaloriach (kcal).

kcal - jednostka miary SI, która określa ciepło. Istnieje bardzo dużo potocznych przekazów dotyczących kilokalorii.

Kilokaloria (kcal) jest to ilość ciepła potrzebna na dostarczenie na 1 kilogram pod ciśnieniem 1 atmosfery aby organizm podniósł temperaturę swojego ciała.

Trzy podstawowe jednostki miary układu SI: kg (kilogram), m (metr) i s (sekunda).

• Masa

Każdy człowiek posiada swoją masę. Masa jest to objętość naszego ciała, która zawsze jest stała. Ma znaczenie przy obciążaniu stawów, przy chorobach im towarzyszących, a nawet przy osteoporozie.

1 kg - jednostka masy wyznaczająca objętość somatyczną.

Człowiek posiada pewną masę, którą mierzy się w kilogramach (kg), ale posiada też pewien ciężar mierzony w Newtonach [N] lub kilogramach siły [KG].

Waga - używanie masy ciała w pojęciu „waga” jest stosowanym uproszczeniem i nadużyciem w życiu codziennym. Waga to tylko narzędzie do pomiaru ciężaru ciała.

Różnica między Newtonami [N] a kilogramami siły [KG].

gdzie:

F- siła,

m- masa,

a - przyspieszenie

gdzie:

Q - przyciąganie

m - masa

g - przyspieszenie ziemskie

1 KG ≈ 10 N

Np. 70 KG ≈ 700 N

Jeżeli kula ziemska oddziałuje na nas jakimś ciężarem, to w przestrzeni kosmicznej ciało nic nie waży, czyli g = 0,01

• Parametry somatyczne ciała

WYSOKOŚĆ ciała [M] cm - rzeczywista wielkość ciała

WZROST - pewna liczba określająca różnicę pomiędzy tym co jest, a tym co było. Od momentu wysokości przy urodzeniu do chwili pomiaru.

• Czynniki mechaniczne oddziałujące na organizm człowieka

Przeciążenia

Np.

Przeciążenie normalne

Jeżeli człowiek poddany jest przeciążeniom większym jak przeciążenie normalne (patrz powyżej) odczuwalny jest pewien dyskomfort. Może dotyczyć to zarówno prędkości, jak i kierunku. Zawsze przy zmianie prędkości poddawani jesteśmy przeciążeniom.

I Zasada Dynamiki Newtona - zwana także zasadą bezwładności, mówi, że każde ciało trwa w swym stanie spoczynku lub ruchu prostoliniowego jednostajnego, jeżeli siły przyłożone nie zmuszą ciała do zmiany tego stanu. O takim ruchu mówimy czasem jako o ruchu swobodnym.

Ciało człowieka w polu grawitacyjnym ziemi ma tendencje do pozostawania w spoczynku lub poruszania się w ruchu jednostajnym prostoliniowym.

Siła odśrodkowa nie istnieje. Istnieją natomiast siły rzeczywista (dośrodkowa) i siła bezwładności.

Jeżeli coś porusza się po torze krzywoliniowym sprawia, że musi istnieć jakaś siła dośrodkowa, dlatego, że ruch krzywoliniowy nie jest ruchem naturalnym. Bezwładność powoduje natomiast to, że ciało porusza się ruchem jednostajnym prostoliniowym.

Organizm ludzki jest zbudowany niejednorodnie, dlatego przy wzajemnym oddziaływaniu organów i narządów, które mają różną gęstość, odczuwamy niekorzystne efekty bezwładności, co nazywamy chorobą lokomocyjną.

V - prędkość, zmiana prędkości.

Przeciążenia (zmiany) poprzeczne prędkości	Przeciążenia (zmiany) podłużne prędkości
L P	G D

Tolerancja ludzkiego organizmu na przeciążenie (graniczne) to 12G. Człowiek jej nie odczuje, gdyż wcześniej mdleje, ale jest bezpieczne, bo jeszcze nie powoduje zgonu.

Średnia wartość przeciążenia, którą człowiek zniesie, przy dobrych predyspozycjach organizmu to 3,5G.

Ludzie niżsi (a zwłaszcza kobiety) znoszą przeciążenia lepiej. Natomiast przeciążenia wyższe jak 12G powodują niedotlenienie i obumieranie komórek mózgu przy przeciążeniach poprzecznych.

Siła bezwładności

gdzie:

F_b- siła,

-m- masa ujemna,

a - przyspieszenie

Przy przeciążeniach kierowanych do góry maksymalnie możemy znieść 3G (powyżej wystąpi wylew krwi do mózgu), a przy przeciążeniach do dołu zniesiemy maksymalnie 6G (powyżej tej wartości nastąpi utrata przytomności połączona z niedotlenieniem, co w dłuższym czasie może doprowadzić do zgonu).

Sytuacje, gdy występuje brak przeciążenia nazywa się stanem nieważkości. Ważne są wtedy:

• Właściwa gospodarka wapniem,

• Potrzeby fizjologiczne

• Mocna psychika

Właściwa gospodarka wapniem:

Kość musi być obciążana i niezwykle ważne jest, aby pracowała. Wtedy wapń dostaje się do kości w większym udziale, co zmniejsza ryzyko osteoporozy, a człowiek jest zdrowszy. Gdy organizm ludzki nie jest obciążany, kości otrzymują mniej wapnia, co powoduje ich osłabienie i zwiększenie ryzyka łamliwości oraz zachorowania na osteoporozę. W wyniku nieobciążania kości może dochodzić nawet do utraty 30% masy kostnej.

Potrzeby fizjologiczne:

Przyjmowanie pożywienia oraz wydalanie jest bardziej utrudnione. Przy stanie nieważkości można wygenerować stan przyciągania ziemskiego, aczkolwiek mimo wszystko człowiek i tak człowiek znajduje się w stanie nieważkości, co ma na niego szkodliwy wpływ.

Ciekawostka:

Przeciążenia przy skoku na bungie wynoszą 0G. Dlaczego? Ponieważ człowiek spada swobodnie z kierunkiem przyciągania ziemskiego. Przeciążenia występują dopiero w momencie poderwania liny do góry, gdyż w ten sposób człowiek stawia opór przyciąganiu ziemskiemu.

• Ciśnienie atmosferyczne

Ciśnienie atmosferyczne może być większe lub mniejsze. Mniejszemu jesteśmy w poddawani np. w górach. I tak:

2500 m n.p.m.	¾ atmosfery
5500 m n.p.m.	^2/3 atmosfery
8500 m n.p.m.	½ atmosfery

W górach występuje rozprężenie gazów wewnątrzustrojowych, co nazywa się zjawiskiem hipoksji.

Hipoksja - niedobór tlenu w tkankach powstający w wyniku zmniejszonej dyfuzji tlenu z płuc (hipoksja hipoksemiczna) lub zaburzenia transportu tlenu przez krew do tkanek (hipoksja ischemiczna).

Ciśnienie atmosferyczne podwyższone występuje natomiast głównie pod wodą w warunkach naturalnych. Np.

10m = +1 atmosfera

Do głębokości 30 metrów (+ 4 atmosfery) wyklucza się normalne funkcjonowanie bez uprzedniego przygotowania.

---