BIOFIZYKA

UKŁAD KRĄŻENIA

Z punktu widzenia hemodynamicznego układ krążenia jest układem zamkniętym.

- 70% żylny (układ pojemnościowy - zawiera większość krwi)

- 30% tętniczy (układ oporowy)

Serce jest pompą tłoczącą.

Ciśnienie hydrostatyczne to ciśnienie oddziaływujące na ściany naczyń krwionośnych (pozycji stojącej) - (obliczenie: wysokość x ciężar właściwy) - na dole ciśnienie jest wyższe, a u góry zbliżone atmosferycznemu.

Napełnianie komór serca jest czynnością bierną.

Fala tętna powodowana wzrostem ciśnienia, odczuwalna jest na ścianie tętnic i jest ona szybsza od przepływającej krwi.

Układ krwinek czerwonych odpowiedzialny jest za hematokryt.

Anemia (spadek hematokrytu)

- za mało krwinek czerwonych tworzących

- nadmierna utrata krwi

U osób aktywnych fizycznie hematokryt jest wyższy.

Odwodnienie powoduje wzrost hematokrytu poprzez utratę płynów.

70ml - 1 porcja krwi

70ud/min

ok. 5l/min krwi

Układ tętniczy - (grube ściany + mięśniówka) opór naczyniowy.

Prawo ciągłości przepływu ..................(Bergoliego??)

Różnica ciśnień (w pozycji stojącej) = ok. 100 mmHg (pomiędzy sercem, a podłożem - rośnie; a powyżej serca - maleje).

Spadek ciśnienia powoduje - w górnym układzie naczyniowym nad sercem - w mózgu spadek przepływu krwi, spadek ciśnienia, co prowadzi do zaburzeń: zawrotów głowy, zaburzeń świadomości aż do nieprzytomności.

Krew

- termoregulacja

- transport - transport tlenu i hormonów do tkanek, dwutlenku i produktów przemiany materii z tkanek.

Homeostaza organizmu - głównym elementem w utrzymaniu homeostazy w organizmie są nerki - bardzo ważna rolę pełnia w utrzymaniu ciśnienia krwi.

Układ żylny - ruch mięśni napędza krew.

W układzie żylnym w górnej części ciała ciśnienie może być ujemne

- wypełnienie żył szyjnych lub ich zapadnięcie się.

Przepływ - w aorcie przepływ jest najszybszy, a w tętnicach końcowych dużo mniejszy (wolny)

Równowaga dynamiczna w układzie krążenia - jest odpowiedzialna za prawidłowe ciśnienie krwi.

- granica -

tętniczy H₂O H₂O żylny

Ciśnienie hydrostatyczne Ciśnienie onkotyczne

powoduje wyparcie wody pod wpływem albumin

z naczyń (ściana półprzepuszczalna) powoduje przedostanie się

- przesiąkanie płynu tkankowego wody do wnętrza naczyń

(wnikanie płynu do naczyń z tkanek)

Równowaga utrzymana jest dzięki:

- prędkości

- różnicy ciśnień hydrostatycznych

- różnicy ciśnień onkotycznych

Zaburzenia układu:

- wzrost ciśnienia (komponent hydrostatyczny)

- wzrost przepuszczalności naczyń (np.: toksyny)

- zmiana ciśnienia onkotycznego - związana z ilością albumin: spadek (utrata) zawartości albumin spowoduje obrzęk (białkomocz, niedobór - głód lub niedożywienie, oparzenia).

Za ciśnienie hydrostatyczne odpowiedzialne jest: praca serca, napięcie naczyniowe, komponenta hydrostatyczne.

Mechanizm wstrząsu:

Bez względu na przyczynę koncentrują się na spadku ciśnienia, ale mechanizm jest różny.

-spadek ciśnienia

-czynniki wpływające na spadek ciśnienia (wstrząs)

-zespół reakcji adaptacyjnych na spadek ciśnienia

Przyczyny

Za utrzymanie prawidłowego ciśnienia odpowiadają:

- objętość krwi w układzie krwotok

- napięcie naczyń anafilaksja

- praca serca wstrząs kardiogenny

Mechanizmy adaptacyjne (reakcja na spadek ciśnienia):

-tachykardia (przyspieszenie pracy serca)

-osłabiona diureza (bezmocz)

-centralizacja krążenia (serce, mózg, płuca, nerki)

-skurcz naczyń obwodowych (widzimy bladość powłok skórnych, też jamy brzusznej prócz nerek).

Podczas krwotoku - mechanizmy adaptacyjne (obronne): układ krzepnięcia, skurcz naczyń, wypełnienie łożyska naczyniowego (spadek diurezy).

Anafilaksja porażenie naczyń (czynnik anafilaktyczny uwalnia histaminę, która powoduje rozkurcz naczyń - działa chwile) walka o utrzymanie ciśnienia, o krążenie i funkcjonowanie ważnych dla życia narządów. Podajemy Adrenalinę na obkurczenie naczyń.

Walka ze wstrząsem:

- utrzymanie ciśnienia (sam organizm)

- pomoc zewnętrzna: obkurczanie naczyń, wypełnienie naczyń, zwiększenie siły skurczy mięśnia sercowego

Mechanika skurczu serca:

Cały cykl serca trwa mniej niż 1 sek. (repolaryzacja - skurcz, depolaryzacja - rozkurcz) przy prawidłowej pracy serca ok. 70ud/min

Włókna mięśniowe serca kurczą się w odpowiedniej kolejności.

Funkcja wyrzutowa wyrzucona krew na obieg to 70-80%

- ulega spadkowi, gdy czynność skurczu serca jest zaburzona np. w stanach chorobowych

- zastój krwi czyli ilość krwi wyrzuconej na obieg maleje, a pozostaje jej więcej w komorach powodując niewydolność układu krążenia.

UKŁAD RUCHU (kinematyka - nauka o ruchu)

Łańcuchy kinematyczne

Budowa kości

Jednostka motoryczna (płytka) - dzięki niej grupa pewnych grup mięśni (ich włókien) kurczy się - powiązane jednym wspólnym nerwem

Najbardziej rozwinięte są mięśnie oka

Prawidłowa czynność biomechaniczna kości oraz zachodzi między nimi dynamiczna równowaga i zachodzi remodeling kości (przemodelowanie struktury kości)

- Substancje organiczne - tkanka łączna (kolagen - sprężystość)

- Substancje nieorganiczne - sole wapnia - twardość

Mięśnie

Mięśnie prążkowane (uda człowieka) bodźce nerwowe, które znajdują się w płytce motorycznej

Siła skurczu mięśnia zależy od pola przekroju mięśnia (włókien), a mechanika od ilości włókien i ich objętości.

Dwa rodzaje skurczów:

- skurcz izometryczny (stały) nie dochodzi do zbliżenia przyczepów mięśnia

- skurcz izotoniczny - przybliżają się przyczepy mięśni i powstaje ruch

Dźwignie:

Kość + mięsień

Rodzaje stawów:

- zawiasowy (łokciowy) - układ dźwigni jednostronnej (jednoramiennej)

siła przyczepu - łokieć, działanie siły - nadgarstek (sił x razy większa od siły przyczepu - przeciążenie)

- kulisty wolny (biodrowy) - układ dźwigni jednoramiennej

siła rozmieszczona na głowę i szyjkę kości udowej (szyjka - przeciążenie)

Kręgosłup Środek ciężkości - L3 -L4 kręgi (również środek osi obrotu L4-L5,L5-S1) - powstają tu największe przeciążenia.

Napięcie spoczynkowe mięśni np.: nastawienie stawu np.: barkowego odciągnięcie od siebie powierzchni następnie odciągnięcie do prawidłowej pozycji

Praca = siła x droga skurcz

Praca = siła x droga x cos alfa izotoniczny

Praca = moc x czas skurcz izometryczny

Antagoniści = zginacze

Sprzężenie elektromechaniczne - wywołane bodźcem mechanicznym czyli depolaryzacja mięśni i ich skurcz.

UKŁAD ODDECHOWY

Oddech - proces - 2 czynniki, które musza sprawnie działać:

*wentylacja - wdech O₂ i wydech CO₂

*wymiana gazowa - istota: wypełnienie powietrzem płuc poprzez barierę dyfundują gazy, a naczyniami krwionośnymi.

Wentylacja płuc

Wdech i wydech - jedyne miejsce kontaktu ze środowiskiem zewnętrznym poprzez górne drogi oddechowe

stałe ciśnienie ujemne

(dzięki temu możliwa jest skuteczna wentylacja)

Wdech powiększenie się klatki piersiowej, ciśnienie spada w tej przestrzeni i płuca rozprężają się - następuje zassanie powietrza do płuc.

- praca mięśni oddechowych

- wdech to akt czynny zależny od naszej woli

- ośrodek oddechowy w rdzeniu przedłużonym - regulacja

Tor brzuszny mechanizm oddychania u mężczyzn

Zmiana wymiaru przednio-tylnego klatki piersiowej przy wdechu rośnie, przy wydechu maleje (ruch żeber - obrót w stawach przykręgowych i uniesienie)

Typ piersiowy mechanizm oddychania u kobiet

Wypchnięcie klatki piersiowej i mostka do przodu.

U małych dzieci:

- podatność sprężystość klatki piersiowej większej

- głównie tor oddychania piersiowy

- dużo miejsca zajmują narządy jamy brzusznej

- przepona jest bardzo słabym mięśniem jeszcze

- tkanka płucna - siła sprężystości jej jest bardzo duża (dziecko musi pokonać bardzo duży opór).

Objętość:

Wymiana gazowa odbywa się w okolicy końcowej pęcherzyków płucnych.

Przestrzeń martwa (to transport) - objętość 100cm³ nie zachodzi ty wymiana gazowa

Oddechy

- 60 - noworodek

- 40-50 - małe dziecko

- 16-18 - dorośli

Wymiana gazowa:

Bariera ściana pęcherzyków płucnych jest dobrze unaczyniona

Dyfuzja - poprzez różnicę ciśnień parcjalnych - występuje między dwoma środowiskami

Dyfundują gazy - tlen, azot, dwutlenek węgla... itp.

Tlen ze światła pęcherzyka płucnego do krwi krążącej, ciśnienie parcjalne tlenu jest niższe

Droga

Prawy przedsionek prawa komora pień płucny krew żylna do płuc

- odebranie tlenu

- zabranie dwutlenku węgla

pO₂ w świetle pęcherzyków płucnych = 100 mmHg (nieco niższe od tego co w powietrzu atmosferycznym)

21% tlenu w powietrzu

Tlen dyfunduje do środowiska o mniejszym stężeniu parcjalnym, czyli do krwi żylnej

(40 mmHg).

Z mniejszego do większego

Krew natlenowana żyłami płucnymi do lewego przedsionka (95 mmHg)

Hemoglobina ??

CO₂ z żylnej krwi do naczyń płucnych (46 mmHg obniża się do 40 mmHg) przy pęcherzykach płucnych i dyfunduje do światła pęcherzyków płucnych.

pCO₂ = 40 mmHg przy wydechu

CO₂ - transport we krwi w 3 postaciach:

- karbaminiany

- rozpuszczony w osoczu

- wodorowęglany (reszty kwasu węglowego)

H₂CO₃ HCO₃^- + H⁺

CO₂ + H₂O H₂CO₃

Dwutlenek węgla jest lżejszy od powietrza, opada (zjawisko takie powstaje przy erupcji wulkanu lub przy gejzerach (cichy zabójca))

Zaburzenia wentylacji (uduszenie):

- ciało obce, obrzęk krtani

- porażenie mięśni oddechowych (pawilon -pochodne kurary)

- ucisk klatki piersiowej ( unieruchomienie klatki piersiowej)

Tiopental - usypia (wyłączenie świadomości)

Ciśnienie

Ciśnienie atmosferyczne - działa stale na organizm człowieka z zewnątrz jak i wewnątrz (otwory), może zmieniać się gwałtownie powodując BAROTRAUME, zmieniać się w dużym przedziale czasowym skutki tego związane są z procesami chemicznymi (procesy adaptacyjne na zmiany ciśnienia).

BAROTRAUMA

Przykłady:

1. wybuch ładunku powstanie fali uderzeniowej powoduje zaburzenia równowagi między dwoma środowiskami np.: skutkiem będzie pęknięcie błony bębenkowej

2. gwałtowne rozprężanie się gazów np.: nurek ciśnienie atmosferyczne 1 atmosfera mmH₂O na powierzchni wody, następnie na każde 10 metrów w głąb wody dodajemy po 1 atmosferze mmH₂O (słupa wody). Szybkie wynurzenie się z wody może prowadzić do rozerwania tkanki płucnej.

3. Wspinaczka górska - choroba wysokościowa - związana jest ze spadkiem ciśnienia (spadek zawartości tlenu w powietrzu = HIPOKSJA). Gwałtowny wzrost wysokości powoduje spadek ciśnienia gwałtowny i brak adaptacji organizmu (zawodzą mechanizmy adaptacyjne).

Mechanizmy adaptacyjne:

- zwiększenie produkcji (przy niedoborze tlenu powietrzu) hematokrytu (erytrocytów) i stężenia hemoglobiny we krwi.

- u osób intensywnie trenujących - sportowców

- erytropoetyna - hormon - zażywanie powoduje wzrost wydajności organizmu i mięsni (kolarze stosują)

Temperatura

Proces termoregulacji

zdolność do utrzymania stałej temperatury ciała ( ssaki - mniej zależne od środowiska zewnętrznego, dużo paliwa na utrzymanie stałej temperatury ciał)

Przedział temperatur prawidłowego funkcjonowania organizmu:

Ok. 37^oC odpowiedzialny ośrodek termoregulacji znajdujący się w podwzgórzu gdzie znajduje się biologiczny wzorzec temperatury (stosunek stężenia jonów), w stosunku, do którego odnoszona jest temperatura z termoreceptorów.

Gorączka to wzrost kationów.

Wytwarzanie ciepła:

- wątroba (procesy biochemiczne - nośniki energii: tłuszcz, cukry; magazyn - glikogen)

- mięśnie (procesy biochemiczne i w wyniku skurczu mięsni)

Termogeneza drżeniowa - są to drobne szybkie skurcze mięśni, przy których powstaje duża energia. Mechanizm adaptacyjny to dreszcze.

Procesy biochemiczne (spalanie) nośniki energii-ciepła:

- monocukry - glukoza

- wielocukry - polimery monocukrów np.: glikogen magazynowany w mięśniach i w wątrobie rozbijany na glukozę.

- tłuszcze - Rodzaje tkanki tłuszczowej: brunatna występująca u noworodków niemowląt (to podręczny magazyn wysokoenergetycznych produktów - mocno jest unerwiona) oraz żółta (forma magazynu w tkance)

Produkcja ciepła jako efekt uboczny pracy skurcz mięśni - część energii biochemicznej przetwarzane jest na energię mechaniczna a reszta na ciepło jako efekt uboczny (mięsień musi tę energię jakoś rozproszyć)

Podstawowe procesy biochemiczne, jakie zachodzą między człowiekiem a środowiskiem:

- przewodzenie

- konwekcja

- parowanie

Przekazywanie energii między dwoma ciałami, aby było możliwe konieczna jest różnica temperatur.

Utrata ciepła:

- przewodnictwo między odkrytymi częściami ciała w kontakcie ze środowiskiem

- konwekcja

- parowanie

Natężenie tych zjawisk będzie zależeć od kilku dodatkowych czynników

Dużo ciepła tracimy przez głowę, skórę - mocne unaczynienie

Konwekcja

Odzież chroni (tworzy pewna warstwę powietrza, która jest ogrzana przez nasze ciało, nie ulega wymianie ze środowiskiem)

Ciepło właściwe wody - odczujemy szybciej zimno niż na powietrzu.

Parowanie

Organizm nie może oddać ciepła, gdy temperatura środowiska jest wyższa od temperatury ciał, wiec ratuje się, aby regulować temperaturę musi być wydzielanie potu i ruch powietrza, aby pot mógł odparować

Odparowanie zależy od:

- wilgotności

- różnic temperatur

- ruchu powietrza lub wody

- zdolności odparowania

Hipotermia

Utrata ciepła spowodowana przez czynniki zewnętrzne

Mechanizmy adaptacyjne:

- produkcja ciepła wzrasta

- zminimalizowanie utraty ciepła

Obrona:

-obkurczenie naczyń w skórze (powłokach) -zmniejszenie utraty ciepła przez powłoki, objawy: bladość, ochłodzenie, zsinienie, skulona pozycja ciała, spadek tętna (bradykardia)

-praca mięśni

Przyspieszenie

Przyspieszenie ujemne

Oddziaływają na organizm przez nagłą zmianę przyspieszenia lub nagłe zahamowanie.

Mechanizmy - zaburzenia:

1. przemieszczenie się krwi w łożysku naczyniowym

2. przemieszczenie się narządów wewnętrznych względem siebie

krew zbiera się w nogach

np.: winda - objawy: uczucie ciężkości w nogach, spadek RR, czarna ślepota, aż do utraty świadomości

krew zbiera się w górnej części ciała

objawy: czerwona ślepota, utrata świadomości

przemieszczenie przednio-tylne

przemieszczenie się sródpiersia - zerwanie się narządów wewnętrznych klatki piersiowej

ZJAWISKO FALI

Zjawisko fizyczne podczas oddziaływania fali:

- odbicie

- absorpcja

- rozproszenie

- dyfrakcja (ugięcie)

- zjawisko Dopplera

Fale ultradźwiękowe

Częstotliwość > próg słyszalności

Dla człowieka do 20 000 kHz i poniżej do 20 kHz (poniżej intradźwieki)

Oddziaływanie czynne

Stosowane w medycynie w urządzeniach

- litotrypsja wewnątrzotrzewnowa

- usuwanie kamienia nazębnego

Oddziaływanie bierne

- Aparaty USG

Tkanki ciała SA różne pod względem przepuszczania i odbicia fali ultradźwiękowych

Źródłem emisji fali jest głowica wysyłająca impuls do tkanek (powoduje to odbicie lub przejście związane z absorpcją)

Parametry:

- Odległość struktury od głowicy

- Mierzy energię fali wysłanej i fali odbitej

Otrzymujemy w ten sposób obraz struktur wewnętrznych

Opór akustycznych tkanek znajdujących się pomiędzy głowicą:

- gdy duża - gorszy obraz; - gdy mała - lepszy obraz

Dobór głowicy

Zjawiska uboczne:

-efektem fali jest pochłonięcie części energii a tym wzrost temperatury (niewielki)

Narządy miąższowe dają dobry obraz.

Okno akustyczne (przestrzeń wodna):

- pęcherz moczowy

- płyn owodniowy

- żel na powierzchni ciała

Zjawisko izoelektryczne - działa

Detektory - mówią nam o czasie pomiędzy wysłanym i odbitym impulsem

Przez struktury kostne fala nie przechodzi rozprasza się lub odbija.

Powstaje dziura akustyczna

Zjawisko Dopplera zmiana częstości fali przy poruszających się narządach wewnętrznych

Wykorzystana jest do rejestrowania ruchomych części narządów wewnętrznych np.: serce, mięśnie, zastawki.

RTG

- powstaje w sposób naturalny - wybuch jądrowy

- powstaje w sposób kontrolowany - lampa rentgenowska

2 elektrody (anoda i katoda) + wysokie napięcie w próżni gdzie rozprowadzane są elektrony

-długość fali - zależna od prędkości, do jakiej elektrody SA napędzane i potem hamowane

-natężenie

Promieniowanie Gamma samoistny rozpad pierwiastków promieniotwórczych występujących na ziemi (np. kobalt)

Promieniowanie

- fotony promieniowania - rentgen i gamma

- części promieniowania jonizującego - alfa cząstki (jądra helu)

Akceleratory

Oddziaływanie promieniowania jonizującego wiąże się ze zjawiskiem wyniku przejścia kwantów lub cząstek przez komórki ....

Powodują uszkodzenie DNA komórkowego i ....

Skutki biologiczne:

- somatyczne (od jednego organizmu - była ekspozycja na nim w odniesieniu do komórek somatycznych)

- somatostochastycznych (ekspozycja na komórki rodne)

Efekty radiobiologiczne:

- natężenie promieniowania

- czas działania na organizm

- co naświetleniu poddano (jak część ciała)

czy z zewnątrz czy z wewnątrz (kontaminacja: wdychanie, wypicie)

Od czego zależy wrażliwość tkanek na promieniowanie jonizujące:

- od tego jak szybko dzielą się dane komórki

Szybko się mnożą i dzielą komórki:

- jądra i jajniki (osłaniamy podczas badania)

- szpik kostny

- przewód pokarmowy

Są ona najbardziej czułe na promieniowanie jonizujące i dają szybko o sobie znać.

Objawy choroby popromiennej.

KONIEC

9

---