Wpływ czynników
fizycznych na organizm.
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
