Otázka: Účinky fyzikálních faktorů na lidský organismus
Předmět: Biofyzika
Přidal(a): vnl.xf
Obsah:
- Gravitační síla
- Negativní důsledky mechanické energie:
- Hluk
- Infrazvuk
- Ultrazvuk
- Generování ultrazvuku v lékařství
- Biologické účinky ultrazvuku
- Principy diagnostikovaného užití ultrazvuku
- Principy terapeutického užití ultrazvuku
- Výšková nemoc
- Kesonova nemoc
- Na zemském povrchu jsou tíhové síly charakterizovány tíhovým zrychlením g = 9,81 m..s-2. Člověk snáší dobře libovolnou stálou rychlost, ale mnohem hůře snáší zrychlení či zpomalení. Výsledkem je tzv. přetížení, udávané obvykle v násobcích „g“. Směřuje-li síla směrem od hlavy k nohám, jedná se o kladné přetížení organizmu. Při hodnotách vyšších než 5g dochází k velkému městnání krve v dolních končetinách, zatímco nedokrvení mozku může vést až ke ztrátě vědomí a nedokrvení sítnice má za následek „bílou slepotu“. Směřuje-li síla naopak od nohou k hlavě, jedná se o záporné přetížení, krev se městná v hlavě. Při přetížení větším než 3 g vzniká „červená slepota“, v důsledku překrvení může dojít ke krvácení do sítnice a k porušení mozkových kapilár.
- Nebezpečí účinku na krevní oběh je možno podstatně snížit vhodnou polohou těla. Výhodná je taková poloha, kdy směr síly svírá s osou těla úhel 30 – 35 stupňů, tj. člověk je umístěn v poloze pololeže. V poloze kolmé na směr síly vzniká tlak na hrudník, dýchání je znemožněno. Trénink umožňuje částečnou adaptaci organizmu na změny přetížení, přesto mají piloti v letadlech překonávajících nadzvukovou rychlost speciální oděvy, pro kosmonauty je vytvářeno umělou rotací přídatné gravitační působení. Je-li třeba, je odolnost kosmonauta zvýšena použitím antigravitačního oděvu, který je napuštěn vzduchem. Ten stlačuje cévy dutiny břišní a dolních končetin. Antigravitační oděv brání přesouvání krve z hlavy k dolním končetinám, čímž zabraňuje ztrátě zraku a vědomí z nedokrevnosti mozku. Přesto se v prvních dnech po návratu kosmonautů na Zem projevují readaptační obtíže, zejména do návratu normálního svalového tonusu a normalizace funkce kardiovaskulárního systému. Za určitých situací, např. volném pádu či při pohybu po zakřivené dráze kolem Země, vzniká beztížný stav – dostředivá a odstředivá síla se v astronautově rotující vztažné soustavě rovnají, ale působí v opačném směru. Důsledkem beztížného stavu je pokles gravitačního dráždění zejména ve vestibulániím aparátu a v dalších podnětových polích. Dochází k dočasné poruše nervosvalové koordinace následkem nedostatku aferentních vzruchů z končetin a k poruše koordinace analyzátorů polohy v prostoru. Opakovaným nepravidelným kladným a záporným zrychlením vznikají kinetózy. Při jejich vzniku dochází k dezorientaci způsobené protichůdností vjemů z různých receptorů, majících různou dobu latence (zrak, sluch, receptory povrchové a hluboké citlivosti, útrobní receptory,…). Člověk vydrží krátkodobě zrychlení až 30 g, hrozí ale poškození vnitřních orgánů, svalů či zlomeniny kostí. Působí-li mírnější zrychlení delší dobu, dostaví se snížená pohyblivost a ztráta zraku.
- Negativní důsledky mechanické energie:
- Dojde-li ke střetu stojícího či pohybujícího se lidského těla s jiným tělesem s odlišnou kinetickou energií, projeví se rozdíl či součet kinetických energií účinkem na obě tělesa, přičemž negativní vliv na člověka označujeme jako trauma. K mechanickému traumatu může dojít při nárazu, při náhlé změně směru pohybu nebo při dlouhodobém působení tlaku. Důsledky prudkého nárazu mohou být různé – od lehkých pohmožděnin přes zlomeniny kostí, ruptury s následným krvácením do vnitřních orgánů po komoci srdce a mozku. Časté jsou komplikace úrazů.
- Při otřesu mozku se kromě reflexních mechanizmů uplatňují i vlivy mechanické. Při úderu do hlavy nebo při těžkých pádech dochází k přesunům mozkomíšního moku i celého mozku v nitrolebním prostoru s následným možným pohmožděním mozku či mozkovým krvácením. Rovněž dochází ke snížení elektrické aktivity mozkové tkáně. Důsledkem je ztráta vědomí, jehož hloubka a délka je dána rozsahem poranění.
- Důsledkem úderu do srdeční krajiny je komoce srdce. Dostavuje se náhlé zvýšení excitability myokardu, objevují se poruchy srdečního rytmu až fibrilace komor, poruchy převodu až zástava srdeční činnosti. Nelze vyloučit ani traumatický infarkt myokardu. Důsledkem dlouhodobého tlakového působení v místě, kde nerv loketní leží přímo na kosti, je poškození tohoto nervu. Postiženy bývají telefonistky, brusiči skla….. Dochází k vazivovým změnám v okolí nervu a k degeneraci nervových vláken.
- Také otřesy a vibrace řady strojů, navíc mnohdy značně hlučné, se uplatňují jako nepříznivý faktor pracovního prostředí. (lisy, pneumatická kladiva, motorové pily, vrtačky…). Kmitání těles s frekvencí menší než 25Hz vnímáme jako otřesy, při vyšších se otřesy spojují ve vibrace. Ty způsobují předráždění nervových zakončení ve stěnách prstových tepen. Charakteristickým následkem je traumatické poškození nervových zakončení ovlivňující tonus drobných tepének a kapilár. Takto postižení výrazně hůře snášejí chlad, kdy vznikající cévní křeč je důsledkem nedostatečného překrvení prstů. Prevence: modernizace strojů, přísné dodržování hygienických předpisů. Průvodním jevem působení vibrací jsou i nepříjemné subjektivní potíže (ochablost, únava, bolest hlavy, hučení v uších).
- Nadměrná hlasitost nad určitou intenzitu je pro člověka nepříjemná, ba i bolestivá. Hluk vede k poškození zdravotního stavu a snížení pracovní výkonnosti. Může dojít k ochrnutí kosterních svalů a i ke ztrátě paměti.
- Člověk si časem na vyšší hluk zvykne, nevnímá jej, ale jeho výkon klesá. Použití ochranných pomůcek (sluchátka, vložky do zvukovodu) sníží pocit únavy. Optimálnější je ale zvuková izolace prostředí, v němž se člověk pohybuje (měkké pórovité materiály, které pohlcují, ale neodrážejí zvukovou vlnu).
- S problematikou hluku souvisí akustika místností (posluchárny, přednáškové a koncertní sály), kde je třeba odstranit či snížit nežádoucí zvuky. K tomuto účelu se také používá různých absorbujících či nerezonujících materiálů.
- Zvuk o frekvenci menší než 16 Hz. Vzniká například při práci těžkých stavebních strojů nebo při zemětřesení, šíří se půdou či zdivem i do větších vzdáleností. Může též vzniknout chvěním těles při rezonanci. Setkat se s ním můžeme také při nárazu silného větru na budovy. Nevnímáme ho sluchem, ale frekvence kolem 5-7 Hz jsou nám nepříjemné. Mohou způsobit bolesti hlavy, náhlé změny hodnot krevního tlaku či vyvolat panickou hrůzu. Působí negativně na podvědomí a na psychiku.
- Zvuk o frekvenci větší než 20 kHz. Pro člověka je neslyšitelný, ale pes slyší do 35 kHz, kočka do 50 kHz, netopýr do 98 kHz.
- Generování ultrazvuku v lékařství:
- Magnetostrikční generátory vyvolávají ultrazvukové kmity v prostředí kolem feromagnetické tyčinky, umístěné ve střídavém magnetickém poli elektromagnetu. Využívají magnetostrikčního jevu, tj. změny objemu feromagnetické látky vlivem okolního magnetického pole. Mají velký výkon, ale vyvolají ultrazvuk jen do 60 kHz. Používají se v zubním lékařství k odstraňování zubního kamene a kazů.
- Piezoelektrické generátory jsou založeny na piezoelektrickém jevu, kdy destička ze vhodného materiálu pružně kmitá v rytmu přiváděného napětí na její povrch. Kmitající destička bývá umístěna v kapalině (nejčastěji v oleji), kterou rozkmitá s frekvencí až 20 MHz.
- Biologické účinky ultrazvuku;
- Jsou způsobeny absorpcí zvukové energie v tkáni.
- – mechanické účinky – zhušťování a zřeďovaní prostředí vede k rychlým tlakovým změnám při kmitání molekul. Rychlým střídáním tlaků v malých objemech může dojít k mechanickému rozrušení různých materiálů.
- – biologické účinky jsou komplexní a závislé na intenzitě, kmitočtu a trvání expozice. Výsledkem jsou i strukturální změny (rozpad červených krvinek, koagulace bílkovin, rozrušení buněčného jádra). Účinky jsou:
- – zvýšení membránové permeability (zrychlení difúze ve tkáních)
- – porušení vodivosti nervových vláken (tlumivý účinek na přenos vzruchů)
- – změna pH tkání (po ozvučení ultrazvukem se pH zvyšuje, po nadměrné intenzitě může prudce klesnout)
- – analgetický a spasmolytický účinek (tišení bolesti)
- – změkčování vazivové tkáně změněné chorobnými procesy
- – zlepšení trofiky (výživa tkání) (zvýšení místního krevního oběhu a tím zvýšení metabolizmu)
- Principy diagnostikovaného užití ultrazvuku :
- Dobře proniká živou tkání a při vhodně volených intenzitách je zobrazení ultrazvukem bez rizika. Díky nehomogenitě tkání se v nich ultrazvuk na akustických rozhraních zčásti odráží, což umožňuje jejich zviditelnění. Protože interakce ultrazvuku je určována jinými vlastnostmi látek než třeba u RTG záření, zobrazují se ultrazvukem jiné struktury než pomocí ionizujícího záření.
- Využitím Dopplerova principu lze dobře sledovat pohybující se akustické rozhraní (např. pohyb srdečních chlopní).
- Principy terapeutického užití ultrazvuku :
- K léčbě jsou používány daleko nižší frekvence než v diagnostice (asi 800-1000 kHz). Patří mezi běžné léčebné postupy v rehabilitačním lékařství (důsledkem je analgetický a spasmolytický účinek, zvýšení místního krevního oběhu a následně i metabolizmu). V zubním lékařství k odstraňování zubního kamene.
- Rázové vlny, které se prostředím šíří osaměle jako jediný mohutný tlakový kmit, se používá pro destrukci konkrementů, např. v ledvinách. Trvá kolem l mikrosekundy, dosahuje vysokých hodnot kladného akustického tlaku, zatímco záporná tlaková vlna je relativně mělká. Rázová vlna je podstatou metody LERV (litotripse extrakorporálni rázovou vlnou). Několik stovek až tisíců rázových vln stačí k tomu, aby se žlučníkový či ledvinová kámen změnil na písek, který může odejít přirozenými cestami. Předpokladem úspěchu LERV je dosažení dostatečného destruktivního účinku na konkrement při minimálním poškozením okolní měkké tkáně.
- Na úrovni hladiny moře je atmosférický tlak 1013 hPa (101,3 kPa). S rostoucí nadmořskou výškou klesá atmosférický tlak exponenciálně. Při normálním atmosférickém tlaku je nasycení arteriální krve kyslíkem 94-97 %. Do výšky 5 km je nasycení kyslíkem asi 80%. Poté podstatně klesá. Žije-li člověk delší dobu ve vysokých horách, přizpůsobí se nižšímu parciálnímu tlaku kyslíku. Jeho krev má větší počet červených krvinek, větší množství hemoglobinu, zvětší se množství krve v oběhu. Počet červených krvinek se zvětší již za několik hodin po snížení tlaku jejich vyplavením do oběhu. Při náhlém přechodu do výšky nad 3 km dojde k nevolnostem, bolesti hlavy, závratím, bušení srdce. Kompenzační mechanizmy zajistí zvýšenou tvorbu erytrocytů, rozdělení krve se upravuje ve prospěch většího překrvení mozku a srdečního svalu. Nad 7 km dýchat kyslík z tlakových lahví, nad 14 km z lahví ve speciálních oblecích, nad 20 km bez tlakové ochranné kabiny by začaly tělní tekutiny vřít. Nejcitlivější na nedostatek kyslíku je mozek.
- Při potápění působí přetlak na organizmus. Dýchání ve větších hloubkách (do 70 m) je možné pouze pomocí speciálních přístrojů, které zabezpečí tlak vdechovaného vzduchu na hodnotu tlaku okolní vody. Roste-li tlak vdechovaného vzduchu, roste i parciální tlak dusíku (79%). Ten se jako neutrální plyn rozpouští v krvi a ve tkáních.
- Při vynoření, pokud je pomalé, dusík je ze tkání difundován z krve do plic a je vydýchán. Při rychlém vynoření ve tkáních a v krvi vznikají bubliny dusíku a vznikne kesonová nemoc. Dochází ke svalovým a kloubním bolestem, slabosti, mdlobám, křečím. Může dojít k uzávěru plicní mikrocirkulace i se smrtelnými následky. Prevencí může být několikahodinové dýchání kyslíku před potápěním, tím se ze tkání vytěsní dusík a při potápění nevznikne nadbytek dusíku ve tkáních tak rychle.
Zdroje najdete uvedeny zde:
