118-126

Strona 1 z 8

118. CHARAKTERYSTYKA MIKROFAL I ICH DZIAŁANIA BIOLOGICZNEGO

Mikrofale to fale elektromagnetyczne o małej długości fali zawierającej się w granicach od 30 cm do około 1
mm. Jest to rodzaj promieniowania, które rozchodzi się w postaci wzajemnie przenikających się drgań
elektrycznych i magnetycznych. Są to najkrótsze fale spośród fal radiowych.
Mikrofale powstają podobnie jak fale radiowe, ale mają wyższą częstotliwość. W technice mikrofalowej
przesyłanie fal elektromagnetycznych wymaga rozwiązania problemu zakodowania informacji w postaci
zmodulowanej amplitudy fali nośnej. Propagacja mikrofal jest w zasadzie ograniczona do zasięgu bezpośredniej
widoczności, gdyż w bardzo małym stopniu ulegają one ugięciom i odbiciom od jonosfery.
Mikrofale

ulegają

odbiciu

od

obiektów

o

dużej

gęstości,

oraz

rozpraszaniu

i

tłumieniu

w atmosferze i innych ośrodkach. Intensywność tłumienia zależy od długości fali. Efektem charakterystycznym
dla mikrofal jest zjawisko echa, które jest wykorzystywane w radarach. Promieniowanie mikrofalowe podlega
wszystkim

prawom

znanym

na

przykład

w promieniowaniu ultrafioletowym, podczerwonym czy innych. W odróżnieniu od innych rodzajów fal
elektromagnetycznych promieniowanie mikrofalowe powoduje tylko rotację molekuł w zmiennym polu
elektrycznym bez naruszania trwałości wiązań chemicznych w nich istniejących. Energia transportowana
poprzez promieniowanie mikrofalowe jest znacznie mniejsza niż energia dysocjacji wiązania chemicznego,
nawet tak słabego jak wiązanie wodorowe. Za efekt ogrzewania mikrofalowego odpowiedzialne jest zjawisko
polaryzacji dielektrycznej. Wynika ono z polaryzacji cząsteczek związków chemicznych przez pole elektryczne.
Mikrofale oddziałują na organizmy żywe. Różne organizmy wykazują różną wrażliwość na przegrzanie, np.
szczury są najbardziej odporne. U ludzi mogą spowodować zwiększenie temperatury organizmu, uczucie
zmęczenia, senności lub zdenerwowania, bóle głowy, uczucie apatii, zaburzenia pamięci, zmiany metabolizmu.
Za sferę bezpieczną uważa się obszar, w którym średnia gęstość strumienia mocy stacjonarnej mikrofal jest
mniejsza niż 0,1 W/m2. Strefa o gęstości przekraczającej 100 W/m2 jest bardzo niebezpieczna i nie wolno
w niej przebywać ludziom.

119. EFEKTY BIOLOGICZNE PROMIENIOWANIA ULTRAFIOLETOWEGO

Ultrafiolet (UV, promieniowanie ultrafioletowe, pozafioletowe, nadfioletowe) to promieniowanie
elektromagnetyczne o długości fali krótszej niż światło widzialne i dłuższej niż promieniowanie rentgenowskie
(ang. X-rays). Oznacza to zakres długości od 100 nm do 380 nm. Ze względu na działanie na człowieka
wyróżnia się:

•

UV-C - długość fali 200-280 nm

•

UV-B - długość fali 280-320 nm

•

UV-A - długość fali 320-380 nm

Promieniowanie UV-A jest mniej szkodliwe niż inne zakresy; uszkadza włókna kolagenowe w skórze, co
przyspiesza procesy starzenia. UV-B jest niebezpieczne dla oka i może powodować zaćmę. Długa ekspozycja na
działanie UV-B ma związek ze zwiększoną częstością występowania nowotworu złośliwego skóry - czerniaka, a
także częstszych, choć mniej agresywnych guzów jak rak płaskonabłonkowy i podstawnokomórkowy .
Promieniowanie prowadzi do uszkodzenia łańcuchów DNA. W komórkach dochodzi do szeregu mutacji. W
warunkach prawidłowych większość uszkodzeń DNA jest usuwana przez systemy naprawcze. Osoby obarczone
wadami tych systemów naprawy bardzo często chorują na nowotwory skóry. Także u osób bez szczególnych
predyspozycji promieniowanie UV zwiększa ryzyko rozwoju nowotworów skóry.

118-126

Strona 2 z 8

Zakres A – pigmentacja (przenika przez naskórek)

Zakres B – fizykoterapia (leczenie krzywicy)

Zakres C – sterylizacja (wykazuje właściwości bakteriobójcze i niszczące tkanki)

120. MECHANIZM WENTYLACJI PŁUC

Ruch powietrza w płucach jest spowodowany zmienną różnicą ciśnień między powietrzem atm. a płucami.
Ciśnienie powietrza w pęcherzykach, czyli ciśnienie śródpęcherzykowe p

p

jest większe od ciśnienia

wewnątrzopłucnego p

op

, panującego w przestrzeni opłucnowej.

Różnica p = p

p

– p

op

rozciąga płuca przeciwdziałając naprężeniom sprężystym tkanki płucnej. Wynikiem

działania sił sprężystych tkanki jest ciśnienie p

sp

, w stanie równowagi jest ono równe p

sp

= p

p

– p

op

. W stanie

spoczynku p

p

jest równe ciśnieniu atmosferycznemu, p

a

= p

p

.

Przyjmując ciśnienie atm. jako ciśnienie odniesienia – za zero, ciśnienie wewnątrzopłucnowe jest ujemne (bo
p

op

< p

p

= 0).

Podczas wdechu mięśnie oddechowe powiększają obj. klatki piersiowej – p

op

zmniejsza się wtedy, płuca

rozciągają się jeszcze bardziej. Wzrost obj. płuc powoduje wzrost obj. pęcherzyków. Zgodnie z prawem Boyle’a
– Mariotte’a ze wzrostem obj. gazu zmniejsza się jego ciśnienie. Ciśnienie p

p

staje się więc nieco mniejsze od

atmosferycznego – w ten sposób powstaje spadek ciśnienia w drogach oddechowych, kierujący strumień
powietrza do pęcherzyków. Gdy strumień staje się maksymalny, tłoczące się do pęcherzyków powietrze zaczyna
zwiększać panujące w nich ciśnienie, niwelując spadek ciśnienia w drogach oddechowych (aż p

p

= p

at

= 0).

Podczas wydechu mięśnie rozluźniają się, klatka zmniejsza obj., siły sprężyste (retrakcyjne) zmniejszają obj.
pęcherzyków. Ciśnienie p

op

rośnie, a p

p

staje się nieco dodatnie. Wzrastające ciśnienie w pęcherzykach wypiera z

nich powietrze, strumień maleje gdy ciśnienie w pęcherzykach zrówna się ponownie z atm.

Ciśnienie wewnątzropłucnowe zmienia się w rytmie oddychania w granicach od –0,33 kPa do –0,8 kPa,
ś

ródpęcherzykowe od –0,2 kPa do +0,2 kPa

118-126

Strona 3 z 8

121. HISTEREZA CIŚNIENIOWO – OBJĘTOŚCIOWA

Inaczej zmienia się objętość płuc przy podwyższaniu ciśnienia niż przy jego obniżaniu – zjawisko to nosi nazwę
histerezy ciśnieniowo – objętościowej. Odpowiedzialne za nie są przede wszystkim właściwości sprężyste tkanki
płucnej i napięcie powierzchniowe warstwy powierzchniowej pęcherzyków.
Ś

ciany pęcherzyków pokryte są substancjami powierzchniowo czynnymi. Grubsze warstwy surfaktantów mają

małe napięcie powierzchniowe, natomiast cienkie – znacznie większe, w przybliżeniu takie jak osocze. Przy
wdechu powiększa się pow. pęcherzyków, tym samym zmniejsza się grubość surfaktantów, zwiększa się
napięcie powierzchniowe. Zwiększone napięcie, zgodnie z prawem Laplace’a daje większe ciśnienie, które
wspomagane ciśnieniem sprężystym pozwala na utrzymanie równowagi z ciśnieniem napierającego powietrza –
wzrost objętości może zachodzić w sposób ciągły. Podczas wydechu, wraz ze zmniejszającą się powierzchnią
pęcherzyków

i

rosnącą

grubością

surfaktantów

napięcie

powierzchniowe

i ciśnienie się zmniejszają. Wobec tego zmniejszenie obj. odbywa się w sposób ciągły, bez zapadania
pęcherzyków, w równowadze z ciśnieniem śródpęcherzykowym.
W pierwszej fazie inflacji potrzebne jest ciśnienie otwarcia dla przezwyciężenia sił adhezyjnych. W następnej
fazie objętość rośnie ze zmianą ciśnienia, najpierw nieznacznie, później gwałtownie (rekrutacja pęcherzyków).
Włączenie się w ostatniej fazie inflacji sił sprężystości ogranicza dalszy wzrost obj.
W pierwszej fazie deflacji ciśnienie spada gwałtownie przy nieznacznym zmniejszaniu się obj., płuca są mało
podatne na odkształcenia. Siły naprężeń maleją. Opróżnianie pęcherzyków zachodzi powoli, równomiernie. W
drogiej fazie deflacji obj. maleje ze spadkiem ciśnienia, opróżniają się przede wszystkim małe pęcherzyki

.

122. PRAWA RZĄDZĄCE WYMIANĄ GAZOWĄ

Wymiana gazów oddechowych między krwią o pęcherzykami odbywa się na zasadzie dyfuzji. Rozpuszczalność
gazów w cieczy podlega w prawu Henry’ego, wg którego: stężenie gazu rozpuszczonego w cieczy jest w stanie
równowagi proporcjonalne do ciśnienia cząstkowego (p) gazu pozostałego nad cieczą, niezależnie od obecności
innych gazów:
c = α * p, gdzie c – stężenie gazu w cieczy; α – współczynnik rozpuszczalności gazu (współczynnik absorpcji); p
– ciśnienie cząstkowe.
α

zależy od rodzaju gazu i cieczy, od temp. (maleje ze wzrostem) oraz ciśnienia całkowitego gazu nad cieczą [α]

= Pa

-1

.

Podczas wdechu do płuc dostaje się ok. 0,5 l powietrza, z czego 0,12 l pozostaje w przestrzeni martwej
(tchawicy, oskrzelach, oskrzelikach), a pozostałe 0,38 miesza się z powietrzem w przestrzeni czynnościowej.
Szybkość dyfuzji gazów z pęcherzyków do krwi wyraża się strumieniem ob. dV/dt gazu dyfundującego.
Strumień jest proporcjonalny do różnicy ciśnień cząstkowych gazu w pęcherzykach p

A

i naczyniach włosowatych

p

C

:

dV/dt = D

m

(p

A

– p

C

)

118-126

Strona 4 z 8

D

m

– zdolność dyfuzyjna płuc, wyraża obj. gazu dyfundującą w jednostce czasu przy jednostkowej różnicy

ciśnień cząstkowych gazu między pęcherzykami a krwią; zależy m.in. od właściwości błon, powierzchni,
rozpuszczalności gazu

123. WPŁYW CIŚNIENIA NA ORGANIZM

Zmienione ciśnienie wywołuje działanie mechaniczne i biochemiczne.
- działanie mechaniczne – występuje w zmianach, zwłaszcza szybkich, ciśnienia w otoczeniu → sprężanie i
rozprężanie gazów np. w jelitach
- działanie biochemiczne – zleży od powinowactwa chemicznego gazów do składników tkanek organizmu;
określone zależnością Berta: wpływ poszczególnych gazów, wchodzących w skład mieszaniny, na żywy
organizm zależy od ich ciśnień cząstkowych, a nie od ich procentowej zawartości w mieszaninie. Działanie
biochemiczne będzie większe przy wzroście jego ciśnienia parcjalnego.
1.Wpływ obniżonego ciśnienia (hipobarii)
Ciśnienie atm. zmniejsza się wraz z wysokością zgodnie z równaniem:
p = p

0

e

-αh

T = const

p – ciśnienie powietrza
p

0

– ciśnienie na poziomie morza

e – podstawa log
h – wysokość
(patrz slajd)
Działanie mechaniczne:
Następuje rozprężenie gazów m.in. w uchu środkowym, żołądku, jelitach, źle wypełnionych ubytkach w zębach,
co może prowadzić do bólu ucha, zębów (aerodontalgia), wzdęć i kolki.
Przy gwałtownym rozprężeniu może dojść do uszkodzenia płuc.
AEROEMBOLIZM – nadmiar gazów, które nie rozpuściły się we krwi w skutek zmniejszonego ciśnienia może
wydzielać się w postaci pęcherzyków i przy dostatecznie szybkim i dużym spadku powodować zatory małych
naczyń (embolie).
EBULIZACJA – zjawisko wrzenia płynów tkankowych w organizmie; u człowieka ma małe znaczenie, gdyż
występuje na wysokości ponad 19 km, wcześniej pojawia się niedotlenienie.
Działanie biochemiczne:
HIPOKSJA = NIEDOTLENIENIE
Działanie biochemiczne związane jest z powinowactwem tlenu do hemoglobiny. Ilość tlenu związanego z
hemoglobiną spada wraz ze spadkiem ciśnienia cząsteczkowego i obniżaniem ciśnienia atm. W wyniku hipoksji
dochodzi do wielu zmian, głównie adaptacyjnych:

-

zwiększenie wentylacji płuc

-

przyspieszenie akcji serca

-

wzrost liczby erytrocytów i hemoglobiny

a także:

-

upośledzenie trawienia

-

zaburzenia koordynacji

-

zmiany psychiczne

118-126

Strona 5 z 8

Bardzo poważnie niedotlenienie prowadzi do drgawek, porażeń, utraty przytomności i śmierci (powyżej 7000 m
n.p.m.).
2.Wpływ podwyższonego ciśnienia (hiperbarii)
Ciśnienie w wodzie wzrasta liniowo wraz z głębokością o ok. 101,3 kPa (= 1atm) na każde 10 m.
Działanie mechaniczne:
Sprężanie gazów w jamie brzusznej nie powoduje dolegliwości, jakie powstają przy ich rozprężaniu.
Choroba dekompresyjna (kesonowa) – przy zbyt szybkim wynurzaniu z głębokości mogą wystąpić objawy
jak: duszność, porażenia kończyn, niemota, zapaść, utrata przytomności, które mogą prowadzić nawet do śmierci
(zastępowanie w mieszankach oddechowych azotu helem zmniejsza niebezpieczeństwo pojawienia się choroby).
Działanie biochemiczne:
Zwiększona prężność tlenu (hipertoksja) może prowadzić do zatrucia tlenem. 2 – krotny wzrost prężności może
okazać się szkodliwy przy dłuższym wdychaniu; mogą pojawić się drgawki, utrata przytomności, uszkodzenie
miąższu płucnego oraz narządu wzroku.
Narkoza azotowa powstaje przy oddychaniu powietrzem na głębokościach pow. 50 – 60m; halucynacje, objawy
jak przy upojeniu alkoholowym.

124. WPŁYW PRZYSPIESZEŃ NA ORGANIZM

Siły bezwładności powodują w organizmach żywych przemieszczanie płynów i narządów.
Przyspieszenia krótkotrwale (<1s)

-

nie wywołują większych zmian, jeśli nie są rzędu kilku g (1g = 9,81m/s

2

)

-

niebezpieczne

są

przyspieszenia/opóźnienia

wynoszące

dziesiątki

i

setki

g,

np.

w wypadkach komunikacyjnych lub upadkach z dużej wys. – wówczas następuje zmiana położenia
narządów, może dojść do uszkodzenia tkanek (np. rozerwanie śledziony)

Człowiek może znieść do 100 g jeśli t<0,25 s
Przyspieszenia o średnim czasie trwania (rzędu sekund, minut) – w lotnictwie, kosmonautyce
Przyspieszenia podłużne:
Dodatnie – w kierunku do stóp – przemieszczenie krwi i narządów w kierunku odgłowowym, spadek ciśnienia w
głowie, wzrost w kończynach, upośledzenie widzenia (czarna zasłona), omdlenia
Ujemne – w kierunku głowy – przemieszczenie krwi i narządów dogłowowo, wzrost ciśnienia w głowie,
czerwona

zasłona,

bóle

głowy,

wybroczyny,

krwawienia,

zaburzenia

serca

i oddechu. – przez 10 s 3g
Przyspieszenia poprzeczne – powyżej 10g może dojść do zatrzymania ruchów oddechowych.
Przyspieszenia o długim czasie trwania:
Np. przyspieszenie ziemskie – największy wpływ na ukł. Krążenia (żylaki, omdlenia ortostatyczne, czyli
związane z pionową postawą ciała).
Nieważkość – człowiek doznaje wiele wrażeń subiektywnych i zaburzeń orientacji, ale może się adaptować; w
odciążonym szkielecie odwapnienie, cefalizacja –wzmożony dopływ krwi do głowy.

118-126

Strona 6 z 8

118-126

Strona 7 z 8

125. WPŁYW TEMPERATURY NA ORGANIZM – DROGI ODDAWANIA CIEPŁA

Do wyrażania wpływu temp. na procesy biologiczne wprowadza się współczynnik Van’t Hoffa (Q

10

). Jest to

stosunek szybkości przebiegu procesu w temp. T+10K do jego szybkości w temp. T. Dla procesów w org.
ż

ywych Q

10

1-4.

+ slajd wpływ temperatury
Zbyt wysoka temp. wprowadza ustrój w stan hipertermii, przy zbyt niskiej temp. – hipotermii. Odchylenia o ok.
2

o

są tolerowane, wzrost do 41-42

o

C wprowadza zakłócenia w funkcjonowaniu ośrodka centralnego, co

prowadzi do wyłączenia termoregulacji. Wzrost temp. powoduje wzrost procesów metabolicznych, co pociąga
za sobą wytwarzanie ciepła – sprzężenie zwrotne staje się dodatnie. Powyżej 44-46

o

następuje śmierć osobnika.

Obniżenie do 33

o

wprowadza zakłócenia, poniżej 30 – wyłączenie termoregulacji. Przy 28

o

pojawia się

zagrażające życiu zaburzenie rytmu serca. Organizm ludzki jest bardziej odporny na hipo- niż na hipertermię.
Wymiana ciepła:
- konwekcja
- promieniowanie (za pomocą promieniowania elektromagnetycznego w zakresie podczerwieni; skóra
zachowuje się jak ciało doskonale czarne – a=1)
- parowanie wody
- przewodzenie (przewodność właściwa tkanki uzależniona jest od stopnia jej ukrwienia

126. UKŁAD TERMOREGULACJI

(slajd – termoregulacja, rysunek!)
Rolę układu regulującego pełni podwzgórze. Pełni ono rolę receptora informującego o temp. krwi dopływającej
do podwzgórza, jak również układu sterującego procesami utrzymania temp. ciała na stałym poziomie.

118-126

Strona 8 z 8