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 wyŜszą 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, gdyŜ w bardzo małym stopniu ulegają one ugięciom i odbiciom od jonosfery.
Mikrofale
ulegają
odbiciu
od
obiektów
o
duŜej
gęstości,
oraz
rozpraszaniu
i
tłumieniu
w atmosferze i innych ośrodkach. Intensywność tłumienia zaleŜy 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 odróŜnieniu 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 niŜ 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 Ŝywe. RóŜne organizmy wykazują róŜną wraŜliwość 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 uwaŜa się obszar, w którym średnia gęstość strumienia mocy stacjonarnej mikrofal jest
mniejsza niŜ 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 niŜ światło widzialne i dłuŜszej niŜ promieniowanie rentgenowskie
(ang. X-rays). Oznacza to zakres długości od 100 nm do 380 nm. Ze względu na działanie na człowieka
wyróŜnia 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 niŜ inne zakresy; uszkadza włókna kolagenowe w skórze, co
przyspiesza procesy starzenia. UV-B jest niebezpieczne dla oka i moŜe powodować zaćmę. Długa ekspozycja na
działanie UV-B ma związek ze zwiększoną częstością występowania nowotworu złośliwego skóry - czerniaka, a
takŜe 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. TakŜe 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 róŜnicą 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.
RóŜnica p = p
p
– p
op
rozciąga płuca przeciwdziałając napręŜeniom spręŜystym tkanki płucnej. Wynikiem
działania sił spręŜystych 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 (aŜ p
p
= p
at
= 0).
Podczas wydechu mięśnie rozluźniają się, klatka zmniejsza obj., siły spręŜyste (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 podwyŜszaniu ciśnienia niŜ przy jego obniŜaniu – zjawisko to nosi nazwę
histerezy ciśnieniowo – objętościowej. Odpowiedzialne za nie są przede wszystkim właściwości spręŜyste 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 przybliŜeniu 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 spręŜystym pozwala na utrzymanie równowagi z ciśnieniem napierającego powietrza –
wzrost objętości moŜe 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 przezwycięŜenia sił adhezyjnych. W następnej
fazie objętość rośnie ze zmianą ciśnienia, najpierw nieznacznie, później gwałtownie (rekrutacja pęcherzyków).
Włączenie się w ostatniej fazie inflacji sił spręŜystości ogranicza dalszy wzrost obj.
W pierwszej fazie deflacji ciśnienie spada gwałtownie przy nieznacznym zmniejszaniu się obj., płuca są mało
podatne na odkształcenia. Siły napręŜeń maleją. OpróŜnianie pęcherzyków zachodzi powoli, równomiernie. W
drogiej fazie deflacji obj. maleje ze spadkiem ciśnienia, opróŜniają 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: stęŜenie gazu rozpuszczonego w cieczy jest w stanie
równowagi proporcjonalne do ciśnienia cząstkowego (p) gazu pozostałego nad cieczą, niezaleŜnie od obecności
innych gazów:
c = α * p, gdzie c – stęŜenie gazu w cieczy; α – współczynnik rozpuszczalności gazu (współczynnik absorpcji); p
– ciśnienie cząstkowe.
α
zaleŜy 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 wyraŜa się strumieniem ob. dV/dt gazu dyfundującego.
Strumień jest proporcjonalny do róŜnicy 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, wyraŜa obj. gazu dyfundującą w jednostce czasu przy jednostkowej róŜnicy
ciśnień cząstkowych gazu między pęcherzykami a krwią; zaleŜy 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 → spręŜanie i
rozpręŜanie gazów np. w jelitach
- działanie biochemiczne – zleŜy od powinowactwa chemicznego gazów do składników tkanek organizmu;
określone zaleŜnością Berta: wpływ poszczególnych gazów, wchodzących w skład mieszaniny, na Ŝywy
organizm zaleŜy od ich ciśnień cząstkowych, a nie od ich procentowej zawartości w mieszaninie. Działanie
biochemiczne będzie większe przy wzroście jego ciśnienia parcjalnego.
1.Wpływ obniŜonego 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 rozpręŜenie gazów m.in. w uchu środkowym, Ŝołądku, jelitach, źle wypełnionych ubytkach w zębach,
co moŜe prowadzić do bólu ucha, zębów (aerodontalgia), wzdęć i kolki.
Przy gwałtownym rozpręŜeniu moŜe dojść do uszkodzenia płuc.
AEROEMBOLIZM – nadmiar gazów, które nie rozpuściły się we krwi w skutek zmniejszonego ciśnienia moŜe
wydzielać się w postaci pęcherzyków i przy dostatecznie szybkim i duŜym spadku powodować zatory małych
naczyń (embolie).
EBULIZACJA – zjawisko wrzenia płynów tkankowych w organizmie; u człowieka ma małe znaczenie, gdyŜ
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 obniŜaniem ciśnienia atm. W wyniku hipoksji
dochodzi do wielu zmian, głównie adaptacyjnych:
-
zwiększenie wentylacji płuc
-
przyspieszenie akcji serca
-
wzrost liczby erytrocytów i hemoglobiny
a takŜe:
-
upośledzenie trawienia
-
zaburzenia koordynacji
-
zmiany psychiczne
118-126
Strona 5 z 8
Bardzo powaŜnie niedotlenienie prowadzi do drgawek, poraŜeń, utraty przytomności i śmierci (powyŜej 7000 m
n.p.m.).
2.Wpływ podwyŜszonego ciśnienia (hiperbarii)
Ciśnienie w wodzie wzrasta liniowo wraz z głębokością o ok. 101,3 kPa (= 1atm) na kaŜde 10 m.
Działanie mechaniczne:
SpręŜanie gazów w jamie brzusznej nie powoduje dolegliwości, jakie powstają przy ich rozpręŜaniu.
Choroba dekompresyjna (kesonowa) – przy zbyt szybkim wynurzaniu z głębokości mogą wystąpić objawy
jak: duszność, poraŜenia 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 pręŜność tlenu (hipertoksja) moŜe prowadzić do zatrucia tlenem. 2 – krotny wzrost pręŜności moŜe
okazać się szkodliwy przy dłuŜszym wdychaniu; mogą pojawić się drgawki, utrata przytomności, uszkodzenie
miąŜszu 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 Ŝywych 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 duŜej wys. – wówczas następuje zmiana połoŜenia
narządów, moŜe dojść do uszkodzenia tkanek (np. rozerwanie śledziony)
Człowiek moŜe znieść do 100 g jeśli t<0,25 s
Przyspieszenia o średnim czasie trwania (rzędu sekund, minut) – w lotnictwie, kosmonautyce
Przyspieszenia podłuŜne:
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 – powyŜej 10g moŜe dojść do zatrzymania ruchów oddechowych.
Przyspieszenia o długim czasie trwania:
Np. przyspieszenie ziemskie – największy wpływ na ukł. KrąŜenia (Ŝylaki, omdlenia ortostatyczne, czyli
związane z pionową postawą ciała).
NiewaŜkość – człowiek doznaje wiele wraŜeń subiektywnych i zaburzeń orientacji, ale moŜe się adaptować; w
odciąŜonym szkielecie odwapnienie, cefalizacja –wzmoŜony 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 wyraŜania 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.
Ŝ
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 – sprzęŜenie zwrotne staje się dodatnie. PowyŜej 44-46
o
następuje śmierć osobnika.
ObniŜenie do 33
o
wprowadza zakłócenia, poniŜej 30 – wyłączenie termoregulacji. Przy 28
o
pojawia się
zagraŜające Ŝyciu zaburzenie rytmu serca. Organizm ludzki jest bardziej odporny na hipo- niŜ 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 uzaleŜniona 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 równieŜ układu sterującego procesami utrzymania temp. ciała na stałym poziomie.
118-126
Strona 8 z 8