Ćwiczenie 9: Czynniki fizyczne oddziałujące na ustrój nurka, lotnika i kosmonauty.
Przeciążenia grawitacyjne, stan nieważkości
Przeciążenie - stan w którym wypadkowa sił grawitacji i sił bezwładności przewyższa ciężar danego ciała na Ziemi (np. na szybkoobrotowej karuzeli).
Nieważkość - stan , w którym suma wektorowa sił grawitacji i sił bezwładności równa się zeru. Człowiek doznaje m.in. wrażenia utraty ciężaru ciała.
Jednostką przyspieszenia stosowaną w medycynie lotniczej i kosmicznej jest 1g=9.8m/s2. (jeśli mamy przyspieszenie np. 7g tzn że jego wartość jest 7 razy większa od przyspieszenia ziemskiego)
Wpływ przyspieszeń na organizm w zależności od czasu ich działania:
- Przyspieszenia krótkotrwałe
- Przyspieszenia o średnim czasie trwania
- przyspieszenia o długim czasie trwania
Przyspieszenia krótkotrwałe
- przyspieszenia rzędu kilku g występujące np. w sporcie, komunikacji - nie wywołują większych zmian w ustroju.
- przyspieszenia (opóźnienia) rzędu dziesiątek i setek g to np. wypadki komunikacyjne, uadki z dużej wysokości
Powstające wówczas siły bezwładności zmieniają wzajemne położenie narządów z powodu ich różnej budowy i właściwości mechanicznych (człowiek może znieść bez szwanku przyspieszenie 100 g przez ¼ sekundy.
Przyspieszenia o średnim czasie trwania
- Występują w lotnictwie i kosmonautyce. Działanie biologiczne zależy od kierunku przyspieszenia w stosunku do długiej osi ciała.
- Przyspieszenia podłużne - działające wzdłuż długiej osi ciała:
Dodatnie - skierowane odgłowowo ( głowa → nogi)
Siły bezwładności wywołują przemieszczenie krwi i narządów w kierunku od głowy do stóp powodując:
spadek ciśnienia w naczyniach krwionośnych głowy
- znaczny wzrost ciśnienia w naczyniach kończyn dolnych
Objawy:
- upośledzenie widzenia, aż do tzw. „czarnej zasłony” długotrwałe działanie może prowadzić do utraty przytomności
- człowiek może znosić przyspieszenia dodatnie ok. 6g przez 10 sek
Ujemne - skierowane w kierunku głowy (nogi → głowa)
Są najbardziej niebezpieczne i najgorzej znoszone przez człowieka
Następuje przemieszczenie krwi i narządów w kierunku dogłowowym powodując:
wzrost ciśnienia w naczyniach gowy
spadek ciśnienia w kończynach dolnych
Objawy:
- silny ból głowy
- upośledzenie widzenia aż do tzw. „czerwonej zasłony”
- pękanie naczyń krwionośnych głowy (wybroczyny, krwawienia)
- zaburzenia czynności serca i układu oddechowego
- człowiek może znosić przyspieszenie ujemne tylko do ok. 3g przez 10 sek
- Przyspieszenia poprzeczne - działające prostopadle do osi ciała a wiec i do dużych pni naczyniowych (nie wywołują dużych przemieszczeń krwi)
- Przyspieszenie ujemne poprzeczne - działające w kierunku przód ciała → tył. Jest najlepiej znoszone przez człowieka (przez 10 sek człowiek możę wytrzymać przeciążenie ok. 14g) Dlatego są wykorzystywane w kosmonautyce.
- Przyspieszenie dodatnie poprzeczne - działające w kierunku tył → przód ciała.
Przyspieszenie o długim czasie trwania
- Widocznym działaniem takiego przyspieszenia są zmiany związane z różnicami ciśnień w naczyniach krwionośnych zależnych od pozycji ciała występowanie żylaków, omdlenia ortostatyczne związane z pozycja pionową.
Stan nieważkości
Jest to stan w którym ustaje działanie siły ciążenia na organizm
- Zaburzenia organizmu w stanie nieważkości
1. Zaburzenia czynności układu krążenia
- ustanie ucisku na tkanki i narządy oraz zanik ciężaru i ciśnienia hydrostatycznego krwi → zmiana rozmieszczenia → przekrwienie skóry twarzy, obrzęk błon śluzowych nosa i gardła, jednocześnie ↑ wypełnienia naczyń i narządów klatki piersiowej - względne ↑ objętości krwi → utrata osocza → ↓ objętości krwi krążącej.
2. Zmiana elastyczności naczyń
3. Zaburzenia ortostatyczne
↓ napięcia mięśni, redukcja obciążenia kości → następują zaburzenia humoralne → pobudzenie osteoklastów → hamowanie syntezy tkanki kostnej i jej resorpcja → demineralizacja kości (odwapnienie) osteoporoza.
Wpływ zmian ciśnień na organizm ludzki
1. Wpływ ↓ ciśnienia - hipobarii - na organizm ludzki
- Spadek ciśnienia w otoczeniu człowieka powoduje rozprężanie gazów zawartych w: uchu środkowym żołądku, jelitach, niedokładnie wypełnionych ubytkach zębowych
Występują:
- bóle ucha
- bóle zębów
- wzdęcia
- kolki jelitowe
Przy dostarczenie szybkim i dużym (o ponad 50%) spadku ciśnienia atmosferycznego, rozprężające się nagle w płucach gazy, mogą prowadzić do powstania pęcherzyków gazowych, które czopują małe naczynia krwionośne tworząc embolie - zatory gazowe. Zjawisko tworzenia się embolii gazowych nazywane jest aeroembolizmem.
Działanie pęcherzyków gazu w organizmie:
- zakłócają wymianę gazową
- zatykają naczynia krwionośne
- przedostają się do krążenia obwodowego
- powodują niedotlenienie tkanek i narządów
Najbardziej niebezpieczna jest lokalizacja zator powietrznych:
* w krążeniu mózgowym: niedotlenienie tkanki mózgowej → objwy uszkodzenia OUN
* w sercu: zaleganie dużej ilości gazów w sercu (zator gazowy lewej komory serca) → nagła śmierć sercowa.
Patomechanizm zatorów płucnych
W świetle pęcherzyków płucnych zassanie powietrza do rozerwanych naczyń krwionośnych
↓
powietrze trafia do lewej komory serca
↓
zamknięcie przepływu krwi w naczyniu przez pęcherzyk gazowy
↓
miejscowe niedotlenienie z następowym uszkodzeniem tkanek (zwał)
2. Wpływ ↑ ciśnienia - hiperbarii - na organizm ludzki
Ilośc rozpuszczonego gazu zależy od:
- rodzaju ciśnienia parcjalnego
- tkanki organizmu
- wysiłku fizycznego
- czasu przebywania pod danym ciśnieniem.
Powrót człowieka z warunków podwyższonego ciśnienia do warunków ciśnienia atmosferycznego wymaga wprowadzenia rozpuszczonego gazu z tkanek organizmu bez utworzenia się w nich pęcherzyków gazu. Proces ten odbywa się przez czas niezbędny do bezpęcherzykowego wyprowadzenia gazu z organizmu.
Proces ten nazywa się dekompresją.
Eksplozywna dekompresja
Ma miejsce przy gwałtownym i znacznym spadku ciśnienia w otoczeniu np. nurkowanie - nagłe wynurzanie się. Przy dostatecznie szybkim i dużym spadku ciśnienia atmosferycznego wystęuje zjawisko aeroembolizmu.
HIPOKSJA
Jest to niedobór tlenu w tkankach, któremu towarzyszy niedobór tlenu we krwi - hipoksemia.
Anoksja - zupełny brak tlenu w środowisku wewnętrznym ustroju (w komórkach, płynie zewnątrzkomórkowym, we krwi i limfie).
Anoksemia - zupełny brak tlenu we krwi.
Podział:
- ostrą hipoksję - ekspozycja trwa od kilku sekund (nagłe rozhermetyzowanie się kabiny samolotu) do 2 godzin
- przewlekłą hipoksję - przy narażeniu od kilu dni od kilku lat
Rodzaj objawów zależy od:
- wysokości
- szybkości osiągania wysokości
- temperatury otoczenia
- aktywności fizycznej na wysokości
- własności osobniczych (wrodzonej tolerancji hipoksji, wydolności fizycznej, stanu emocjonalnego, aklimatyzacji).
Objawy występujące w hipoksji:
- duszność
- zwiększenie liczby i głębokości oddechów
- ból głowy
- pocenie się
- osłabienie
- bladość skóry
- zawroty głowy
- ziewanie
- nudności
- sinica
- pogorszenie ostrości widzenia
Ostra choroba wysokogórska
- Środowisko wysokogórskie posiada szereg odmienności istniejących dla człowieka w stosunku do obszarów nizinnych. Wraz ze wzrostem wysokości spada:
- ciśnienie atmosferyczne (hipobaria)
- Procentowa zawartość tlenu w jednostce objętości powietrza (hipoksja)
- temperatura
Występuje u ludzi bez aklimatyzacji i może ich już dotykać na wysokości 2500 m n.p.m. Pojawia się ona nie wcześniej jak po 6 godzinach przebywania na danej wysokości.
Adaptacja organizmu:
1. Strefa naturalna dla organizmu człowieka oscyluje w granicach do 2300 . n.p.m. Organizm zdrowego człowieka nie doświadcza żadnych negatywnych skutków hipoksji.
2. Strefa pełnej kompensacji (od 2000 do 4000 m n.p.m.) Tutaj człowiek jest w stanie całkowicie przystosować się zarówno fizjologicznie jak i biochemicznie do panujących warunków
3. strefa niedostatecznej kompensacji (od 4000 do 7000 m n.p.m.) te wysokości są niebezpieczne dla człowieka. Tu często występują objawy choroby wysokogórskiej.
4. Strefa krytyczna (powyżej 7000 m n.p.m.) Przebywanie na tych wysokościach bez odpowiedniego osprzętu może skończyć się śmiercią.
Toksykologia metali
Związane jest ono z:
- ich właściwościami fizyko - chemicznymi
- biologiczną transformacją
- powinowactwem do poszczególnych narządów, tkanek, układów enzymatycznych, struktur molekularnych
Metale są w środowisku bardzo rozpowszechnione
- w rudach i skalach górotworu występują najczęściej w postaci tlenków. Wówczas są mało groźne dla środowiska.
- Groźniejsze są metale ciężkie występujące w postaci soli, roztworów produktów ubocznych oraz w ściekach lub odpadach różnych gałęzi przemysłu.
Podstawowe źródła narażenia:
- środowiskowe (huty i okolice)
- wynikające ze stosowania w medycynie (leki)
- zawodowe (osoby pracujące przy obróbce metali)
Leki:
- Au - tiojabłczan tioglukuronian: przeciwreumatycznie, nefrotoksycznie, efekty szkodliwe u 50%
- Ag - przeciwbakteryjnie
- Hg - diuretyki, przeciwbakteryjnie
- Bi - zobojętniające, nefrotoksycznie
- Pt - cisplatyna - przeciwnowotworowy: nefrotoksycznie
Objawy zatrucia:
Mogą dotyczyć wszystkich układów:
1. Pokarmowy: objawy ostrego nieżytu żołądkowo - jelitowego, wymioty, biuegunki
2. Oddechowy: toksyczny obrzęk płuc oraz chemiczne zapalenie śródmiąższowe płuc
3. Większość rozpuszczalnych w wodzie soli metali może stać się przyczyną ostrej niewydolności krążenia.
4. OUN - większość soli metali ciężkich w ostrych zatruciach wywołuje objawy encefalopatii z bólami głowy, zaburzeniami świadomości i śpiączki. Liczne z nich po wchłonięciu powodują napady drgawek.
Związki ołowiu:
- Jest to jeden z najbardziej toksycznych metali. Może kumulować się w organizmie i wywoływać wiele różnorodnych uszkodzeń w obrębie układu nerwowego i krwiotwórczego, w nerkach oraz przewodzie pokarmowym.
- Najczęściej występują zatrucia przewlekłe będące konsekwencją długotrwałego narażenia na związki ołowiu.
- Ten pierwiastek jest trucizną kumulującą się w organizmie.
- Zaabsorbowany ołów przenika do krwioobiegu, gdzie jego większa część wbudowuje się do czerwonych ciałek krwi - średni czas przebywania wynosi 30 dni.
- Stąd 25-40% jego zawartości przenika do tkanek miękkich około 15% do kości, a pozostała ilość jest wydalana.
- Czas przebywania w tkankach miękkich wynosi około 30 dni, a w kościach 40 - 90 lat u dorosłego osobnika.
- Wchłonięty ołów najpierw dostaje się z krwią do wątroby, płuc, serca i nerek (pula szybkowymienna) potem metal gromadzi się w skórze i mięśniach (pulaśredniowymienna) żeby ostatecznie kumulować się w tkance kostnej (proces najwolniejszy lecz i najdłuższy).
Ołów - źródła zatrucia:
- produkcja akumulatorów, drutu, kabli, barwników, stopów lutowniczych.
- środowiskowe - huty ołowiu i innych metali, samochody.
Mechanizm zatrucia:
- Ołów odkłada się w tkankach a szczególnie w kościach w postaci trzeciorzędowego ortofosforanu Pb3(PO4)2.
- Najczęściej występują ostre stany kliniczne spowodowane gwałtownym zwiększeniem stężenia ołowiu we krwi w następstwie uruchomienia depozytó tkankowych (tkankowych gorączce, zaburzeniach RKZ i gospodarki wapniowo-fosforanowej).
- Toksyczne działanie ołowiu jest efektem jego zdolności do wiązania się z grupami sulfhydrylowymi enzymów enzymów białek komórkowych co prowadzi do zmian aktywności wielu enzymów i uszkodzeń komórek.
- W obrębie OUN mogą wystąpić zmiany zwyrodnieniowe kory, móżdżku, jąder podkorowych i ośrodków autonomicznych podwzgórza.
- Może pojawić się odcinkowa demielinizacja włókien nerwów obwodowych - jako następstwo przewlekłej ekspozycji.
- Duże stężenia ołowiu we krwi mogą spowodować odwracalne uszkodzenie części bliższej kanalików nerkowych lub wolno narastającej niewydolności nerek i postępującym zwłóknieniem.
Ostre zatrucia:
- objawy hemolizy wewnątrznaczyniowej, oraz zahamowanie syntezy hemu.
- upośledzenie dojrzewania erytrocytów oraz zahamowanie ATP-azy błonowej i skrócenie ich przeżycia (niedokrwistość ołowicza).
Przewlekłe zatrucia:
Przy długim narażeniu na ołów mogą wystąpić:
- uszkodzenie newu słuchowego, narządu wzroku, zakłócenia widzenia barwnego i zaburzenia akomodacji oka.
- u dzieci ↓ sprawności psychomotorycznej, ↓ wskaźnika inteligencji, wydłużenie czasu reakcji na bodźce słuchowe, wzrokowe, zaburzenia w koncentracji uwagi, ↓ sprawności szkolnej, nadmierna pobudliwość, agresja.
- Encefalopatia ołowicza - uszkodzenie mózgu objawiające się zaburzeniami fizjologiczno-psychicznymi: bezsenność, niepokój, drażliwość zmęczenie nadpobudliwość agresja zakłócenia pamięci.
Leczenie:
- Głównie szpitalne i polega na podawaniu odtrutek i wysokich dawek witaminy B1 i B12.
Rtęć:
Występuje w 3 formach:
- rtęć organiczna,
- nieorganiczne
- metaliczne
Związki organiczne rtęci powodują zatrucia charakteryzujące się długim okresem utajenia.
Wchłanianie:
- Wchłaniają się przez błonę śluzową przewodu pokarmowego i przez krew zostają rozprowadzone do wszystkich tkanek, a kumulują się w narządach miąższowych, głównie w nerkach, wątrobie, mięśniach i kościach.
- Wchłaniane do organizmu człowieka alkilowe związki rtęci szybko przedostają się poprzez krwioobieg do komórek mózgu, gdzie naruszają barierę krew-mózg, co prowadzi do zaburzeń metabolizmu układu nerwowego. Również ten metal tworzy bardzo trwałe połączenia z grupami tiulowymi białek i enzymów zakłócając ich funkcję.
- Rtęć metaliczna bardzo słabo wchłania się przez skórę(0.4%) i z przewodu pokarmowego (2%). Natomiast bardzo dobrze przez układ oddechowy (80%).
Zatrucia:
- Zatrucia ostre zdarzają się rzadko, prowadzą do niewydolności układu oddechowego.
- Przewlekłe zatrucia rtęcią zdarzają się w zakładach pracy, w których używana jest jej postać metaliczna lub sole.
Zatrucia te rozwijają się powoli i w odróżnieniu od zatruć ostrych powodują nieodwracalne zmiany w OUN.
Objawy zatrucia przewlekłego:
- zmiany w jamie ustnej - obrzęk ślinianek dziąseł i języka
- zęby chwieją się i łatwo wypadają, a w zębodołach tworzą się owrzodzenia
- w dziąsłach dookoła kieszonek dziąsłowych osadza się czarny rąbek siarczku rtęciowego.
- ślinotok
- bóle i zawroty głowy
- wzmożona pobudliwość nerwowa, trudność skupienia myśli uczucie znużenia
- drżenia powiek, języka, palców, które w miarę upływu czasu rozszerzają się na całe kończyny
- trudności w mówieniu
- nerwica rtęciowa