Biofizyka 19.10.2009 wyklad

Podstawy termokinetyki

Regulacja fizyczna.

Parowanie

Strumien ciepla F_E = h_E / g S(P_s - P _o ) [J/s=W]

h_E → wspolczynnik przenoszenia ciepla przez parowanie [W*m^-2*K^-1 ]

P_s , P_o – odpowiednio cisnienia czastkowe pary wodnej na powierzchni skory organizmow stalocieplnych oraz cisnienie czastkowe pary wodnej w otoczeniu

g - stala psychrometyczna

Pola temperaturowe zywych organizmow stalocieplnych

Organizm stalocieplny

Powloka (T_s)

1. 20-50% masy ciala

2. T_s = <25-35> C

Jadro (T_j)

1. 50-80% masy ciala

2. Elementy jadra ( jama brzuszna , klatka piersiowa , czaszka ,miesnie)

3. T_s = 37C

Otoczenie ( T₀)

mechanizmy przenoszenia ciepla przewodnictwo cieplne i konwekcja (woda )

(powietrze ) konwekcja i promieniowanie

Termoregulacja

uklad podlegajacy termoregulacji – jadro

wielkosc regulowana – temperatura

uklad regulujacy – podwzgorze

(wzory )

Bilans cieplny organizmu

( wzor )

F _pm struminien ciepla wytworzonego w czasie przemiany materii

F strumien ciepla traconego na drodze konwekcji

Fstrumien ciepla traconego na drodze promieniowania

Fstrumien ciepla traconego poprzez odparowanie potu

Fstrumien ciepla traconego w wyniku odparowania w plucach .

Mechanizmy regulacji temperatury ciala

podwyzszanie temperatury ciala

• zmniejszenie przeplywu krwi przez naczynia wlosowate lezace najblizej powierzchni ciala

• jezenie siersci

• dreszcze

obnizenie temperatury ciala

• konwekcja

• promieniowanie ze skory

• odparowanie potu ( w plucach i na skorze )

Granice tolerancji zmian temperatury

stan hipertermii → przegrzania organizmu

stan hipotermii → oziebienie organizmu

( tabelka )

wpływ wilgotnosci na organizm czlowieka

(poszukac sobie )

jest to zwiazane z komfortem bla bla …

wpływ czynnikow mechanicznych na organizm zywy

wpływ przyspieszen na organizm zywy :

• organizm ludzki nie odczuwa negatywnych efektow jeżeli poruszamy się ze stala predkoscia ;

• problemem jest wprawienie organizmu w ruch ;

wpływ przyspieszen

a = n * g

g → przyspieszenie ziemskie

Z punktu widzenia patofizjologii wpływ przyspieszen na organizm czlowieka uwarunkowany jest nastepujacymi czynnikami :

• wartosc przyspieszenia

• szybkosc zmian przyspieszenia

• kondycja i wczesnijeszy trenin organizmu

• czas trwania (oddzialywania przyspieszenia )

  • udarowe delta < 0,05 s

  • krotkotrwale 0,5s <delta t < 1 s

  • przedluzone 1 s delta t < kilka s.

  • przewlekle delta t >> kilku s

• kierunek i zwrot w stosunku do podluznej osi ciala

  • wzdluz podluznej osi ciala

    +G_z – dziala od glowy do stop

    -G_z – dziala od stop do glowy

  • poprzecznej osi ciala ( lewy – prawy bok )

    +G_y – od prawej do lewej

    -G_y – lewej do prawej

  • w strzalkowej osi ciala (plecy , mostek )

    +G_x od mostka do plecow

    -G_x od plecow do mostka

wpływ przyspieszen podluznych

Przeciazenie dodatnie w przypadku czlowieka , na którego dziala sila ciezkosci wzdluz osi pionowej jego ciala , w kierunku od glowy ku nogom powoduje

• pozorne zwiekszenie masy ciala – 2,5g ;

• przemieszczanie się tkanek miekkich i narzadow wewnetrznych w dol ( zmiany w ukladzie krazenia

  • spadek cisnienia krwi w naczyniach krwionosnych glowy

  • wzrost cisnienia w konczynach dolnych

• niedotlenienie osrodkowego ukladu nerwowego ( utrata widzenia obwodowego – 3,5 – 4,0 g i widzenia centralnego – 4,5 – 5,5g – 5 s )

• utrate przytomnosci 5,5 – 6,5 g po okolo 10 s.

• zmiany w oddychaniu

Granice tolerancji przyspieszenia + G₂

• 3 g -1080 – 3600 s

• 4g – 60 – 1200 s

• 5g – 8 – 480 s

• 6g – kilka s .

Przeciazenie ujemne w przypadku czlowieka , na którego dziala sila ciezkosci wzdloz osi pionowej jego ciala , w kierunku glowy powoduje

• wzrost cisnienia krwi w naczyniach krwionosnych glowy ( 1,5g – wzmozone tetnienie w skroniach , 2-3g – bol glowy , pekanie naczn krwionosnych )

• spadek cisnienia w konczynach dolnych

• wzrost cisnienia srodgalkowego – uposledzenie widzenia

• przemieszczanie narzadow w jamie brzusznej w gore 9 zaburzenia czynnosci serca i procesu oddychania 2,5 g )

granice tolerancji przyspieszenia -G_z

• 3g – 30 s

• 4,5 g – 5 s

• 5g – 2 s

• 10 g – ponizej 1s

wpływ przyspieszen poprzecznych

• narzady wewnetrzne jamy ustnej → nastepuje dekompresja

• choroby → nieprawidlowosci w ukladzie nerwowym , sercowym

wpływ ziennego cisnienia na organizm zywy

wpływ obniozonego cisnienia

Hipobaria → oddzialywanie na ustroj cisnienia nizszego niż normobaryczne ( 1,0132 * 10⁵ N/m² )

Dzialanie biomechaniczne (niedotlenienie )

Hipoksja ( niedotlenienie wysokosciowe ) → w miare osiagania wysokosci cisnienie atmosferyczne obniza się → pomino stalej zawartosci tlenu, obniza się jego cisnienie czastkowe . Zmniejsza się ilosc tlenu wiazanego z hemoglobina i dostarczanego z krwia tkankom .

Rodzaj i rozleglosc objawow zalezy od :

• wysokosci

• szybkosci osiagania danej wysokosci

• czasu pobytow na wysokosci

• temperatury otoczenia

• aktywnosci fizycznej i wydolnosci fizycznej

• wlasnosci osobniczych

• przebytej wczesniej aklimatyzacji

Dzialanie mechaniczne

dzialanie mechaniczne → odnizenie cisnienia na przestrzenie gazowe powoduje rozprezenie gazow zawartych w przewodzie pokarmowym ,uchu srodkowym ,niedokladnie wypelnionych ubytkach zebowych

zatory gazowe → nadmiar gazow, zwlaszcza aotu, uwalnia się w postaci pecherzykow , które przy dostatecznie duzym i szybkim spdku cisnienia ( ponad 50% ) czopuja male naczynia krwionosne tworzac zatory gazowe – EMBOLIE.

Zjawisko wrzenia → (embulizacja) plynow ustrojowych ( loty stratosferyczne ) - na wysokosci 19,2 km cisnienie panujace obniza się tak , ze temperatura września wody na tej wysokosci = 37 – ebulizacja plynow ustrojowych.

Wpływ podwyzszonego cisnienia

Hiperbaria → oddzialywanie na ustroj cisnienia większego niż normobaryczne ( 1,0132 * 10⁵ N/m²)

cisnienie w wodzie rosnie wraz z glebokoscia okolo 101,3 kPa (1 atm) na kazde 10 m glebokosci.

Dzialanie biochemiczne → zwiekszenie cisnienia czastkowych gazow wchodzacych w sklad powietrza lub mieszaniny oddechowej → zmiany toksyczne

Kompresja – zanurzenie do wysokiego cisnienia .

Zatrucie tlenem → na glebokosci > 10 m preznosc tlenu jest 10 razy > niż w normlanych warunkach oddechowych.

Objawy : porazenie drog oddechowych i tkanki plucnej , szum w uszach , drzenie miesni , objawy dychawicy, slinotok, drgawki , pogorszenie ostrosci widzenia, uposledzenie zdolnosci do rozrozniania barw.

Zatrucie azotem → wnikanie azotu do krwi.

Objawy : halucynajce wzrokowe i sluchowe ,euforia przy jednoczesnym obnizaniu zdolnosci umyslowych i fizycznych

Zatrucie CO₂ → uposledznie transportu CO₂ przez krew i wzrost stezenia CO₂w tkankach .

Objawy : bole glowy , ogolne zmeczenie , trudnosci w oddychaniu , zawroty , nudnosci i zaburzenia psychiczne.

Dekompresja → wynurzanie się z wysokiego cisnienia .

Choroba kesonowa → uwalnianie się gazu w postaci pecherzykow , Wystepuje w postaci ostrej i przewleklej.

Ostra choroba cisnienowa → towarzysza jej bole stawow, niewydolnosc krazeniowo-oddechowa , zaburzenia czucia, porazenie, utrata przytomnosci .

Dysbaryczna martwica kosci → zmiany kostne u ludzi pracujacych w podwyzszonym cisnieniu. Jest wynikiem zablokowania podczas dekompresji odzywczych naczyn krwionosnych .

Dzialanie mechaniczne → raptowny wzrost cisnienia wywoluje wypadki spowodowane czynnikami fizycznymi : uraz uszu i zatok przynosowych, zgniecenie, urazy spowodowane wyrzuceniem nurka na powierzchnie wody , zator gazowy . Uraz ciesnienowy powstaje w wyniku uposledzenia droznosci polaczen przestrzeniu gazowych z otoczeniem ( trabka Eustachiusza , tchawica )

Fale dzwiekowe

Fala → rozprzestrzeniajace się drganie; periodyczne zaburzenie powtarzajace się w czasie i przestrzeni ,przenoszace się z jednego miejsca na drugie, ktoremu nie towarzyszy przenoszenie materii . Przenoszona jest natomiast energia .

Wielkosci charakteryzujace fale :

• amplituda fali → maksymalne wychylenie (przesuniecie) fali z polozenia rownowagi

• dlugosc fali → odleglosc między kolejnymi wierzcholkami lub innymi identycznymi punktami fali

• czestotliwosc fali → ilosc drgan w jednostce czasu (liczba grzbietow fali przechodzacych w jednostce czasu kolo ustalonego punktu )

• okres fali → czas potrzebny na wykonanie jednego pelnego cyklu ( czas jednego pelnego drgania )

• predkosc fali → predkosc z jaka fala porusza się wzgledem ustalonego punktu

Fale podluzne i poprzeczne .

Fala podluzna → dźwięk .

Fala poprzeczna →kierunek rozchodzenia jest prostopadly do kierunku drgan. Fala elektromagnetyczna.

Wlasnosci fal

• prostoliniowe rozchodzenie się fali w osrodkach jednorodnych

• odbicie → zamiana kierunku fali na granicy dwoch osrodkow bez zmiany osrodka

• zalamanie → zmiana kierunku kazdej fali na granicy osrodkow, w których predkosci fal są rozne.

Dyfrakcja → ugiecie fali przechodzacej obok przegrody lub przez waska szczeline

Interferencja → nakladanie się fal z roznych zrodel prowadzace do ich wzmocnienia lub wygaszenia.

• Superpozycja dwoch identycznych fal poprzecznych o zgodnych fazach daje fale o większej amplitudzie

• superpozycja dwoch fal identycznych fal podluznych o zgodnych fazach daje fale o większym natezeniu

• dwie identyczne fale poprzeczne o fazach przeciwnych znasza się calkowicie

• dwie identczne fale podluzne o fazach przeciwnych znosza się calkowicie

Zjawisko Dopplera → zmiana czestotliwosci fali dzwiekowej swietlnej zwiazana z ruchem zrodla lub obserwatora

Czestotliwosc fali mechanicznej (wysokosc fali )

dzwieki o duzych czestotliwosciach odbierane są jakos wysokie

dzwieki o malych czestotliwosciach odbierane są jako niskie

Ze względu na zakres czestotliwosci wyrozniamy :

• infradzwieki → ponizej 16Hz

• dzwieki slyszalne → 16 Hz – 20kHz

• ultradzwieki → powyzej 20 kHz

• hiperdzwieki → powyzej 10^10 Hz