Environmentálna biofyzika Interakcie mechanických & meteorologických faktorov s ľudským organizmom Ján Jakuš 1. Účinky gravitácie •Gravitácia- (rotácia Zeme, gravitačné zrýchlenie 9,81 m.s-2 ,1g)- ovplyvňuje všetky hmotné telesá •Gravitácia podmieňuje Hydrostatický tkak kvapalín v tele: PH = hustota (ρ). gravitácia (g) . výška (h) • - uplatňuje sa len u stojaceho človeka (ortostáza)!! •Gravitácia vedie ku vyšším hodnotám tlaku krvi meraným pod úrovňou srdca a k nižším tlakom meraným nad srdcom. Tlakový rozdiel spôsobený gravitáciou je: 0.77 mm Hg/ 1 cm výšky. •V artériách nohy u stojaceho človeka je TKa = 180 mmHg, na úrovni srdca TK = 100 mmHg, v artériách mozgu TK = 70 mmHg. Vo vénach nohy TKv = 80 mm Hg, v úrovni srdca = 0 mmHg, vo vénach hlavy = - 10 mmHg (negatívny podtlak - sací účinok, embólia...) Tlaky krvi u človeka v stoji (ortostáza) • Figure 30-16 2. Účinky preťaženia- zrýchlenie, spomalenie. Stav beztiaže. •Preťaženie: 1. pozdĺžne - kladné (+ g ) - pôsobí zhora nadol, t.j. proti smeru pohybu objektu • - záporné (- g ) - pôsobí zdola nahor, proti smeru pohybu objektu • 2. priečne (pôsobí v smere chrbát-hrudník, alebo hrudník-chrbát, kolmo na smer po-hybu objektu •Kladné preťaženie ( zhora-nadol) pri štarte rakety, v centrifúge,alebo pri pohybe rýchlovýťahu nahor (+ g ) tlačí krv z hlavy do nôh. Vznikajú príznaky nedokrvenia mozgu ( napr. biela slepota keďže sa odkrvuje mozog i sietnica, alebo až bezvedomie ). Preťaženie + 5g vedie ku hromadeniu krvi a tlaku 400 mm Hg v žilách nôh). •Záporné preťaženie (-g) zdola -nahor: červená slepota (preplnenie ciev sietnice krvou) •Ochrana: antigravitačný oblek-dvojité steny,vzduch. Priečne preťaženie • • Človek lepšie znáša preťaženie priečne než preťaženie pozdĺžne. • Priečne preťaženie môže pôsobiť v smere hrudník - chrbát ( kozmonauti znesú až 17g/ 4 min), alebo v smere chrbát - hrudník (16 g / 3 min). Preto kozmonauti štartujú aj pristávajú v ležiacej polohe. • Nevoľnosť v kozme ( sick siccness)- druh kinetózy so symptómami - nausea, zvracanie, bolesti hlavy, závrat, zmeny v činnosti srdca, dýchania, v reakčnom čase,etc. Stav beztiaže – v neprítomnosti gravitácie kozmonauti strácajú minerály (dekalcifikácia), svalovú hmotu (strata bielkovín) a vodu (dehydratácia). Ich stav sa podobá dlhodobému ležaniu( chýba aferentácia z proprioreceptorov) dlhodobé lety –umelá gravitácia. • scan0022 3. ÚČINKY NÍZKEHO ATMOSFÉRICKÉHO TLAKU (Hypobaria) •Účinky hypobarie sa prejavujú u horolezcov a ľudí pri výstupoch nad 3 000 - 8000 m. Percentuálne zloženie vzduchu sa tam nemení (objemové % O2, N2, CO2 zostávajú) , ale klesá celková hodnota atmosférického tlaku, a tým klesajú aj hodnoty parciálnych tlakov PO2, PN2... (Daltonov zákon) • horolezci2 MD_CM_3 tlaky vo vyskach Účinky hypoxie- sa môžu dostaviť už pri výstupe cca 3200 m (začínajúce obtiaže ), veľmi tažké sú pri výškach cca 6000m ( až strata vedomia ). Príčinou je akútna hypoxia (prudký pokles PO2 vo vdychovanom vzduchu) • scan0012 Príznaky hypoxie. Horská choroba, Aklimatizácia • Symptómy chronickej hypoxie (trvá niekoľko hodín až dní) dychová nedostatočnosť, závraty, bolesti hlavy, strata orientácie, nausea, zvracanie, tachykardia – sú typické pre „Horskú chorobu“ • Symptómy akútnej hypoxie (trvá niekoľko minút) Edém pľúc (opuch a voda v pľúcach), edém mozgu, kolabs, bezvedomie, smrť (typické aj napr. pri náhlej dekompresii v lietadle) • Aklimatizácia: je potrebná ako prevencia hypoxie. Počas 3 týždńov výstupu horolezci musia robiť prestávky v základňových táboroch s trvaním 2-3 dni. Vyplavuje sa hormón ERYTROPOETÍN z obličiek a tento stimuluje tvorbu červených krvi-niek v kostnej dreni. Takto sa hypoxia kompen-zuje zvýšením počtu erytrocytov. 4.Účinky vysokého tlaku vzduchu - hyperbária •Počas potápania – okolitý tlak vody na telo potápača postupne stúpa o 1 atm (760 mmHg, 101 kPa) na každých 10 m hĺbky.Tlak vody stláča hrudník potápača a ten aby mohol dýchať musi si regulačným ventilom nastaviť tlak pod akým vdychuje zmes stlačeného vzduchu príp. O2 a Hélia, z tlakovej nádoby. • potapaci Kesonova choroba- z dekompresie • Vdychovanie stlačeného vzduchu ( 3-4 atm) vedie podľa Henryho zákona ku 3-4 násobnému zvýše-niu množstva fyzikálne rozpustených plynov - N2, O2, CO2 v tele. O2 sa spotrebuje bunkami, CO2 sa odstráni vydychovaním, len N2 zostáva a rozpúšťa sa v tukovom tkanive a v mozgu. Vzniká tzv. „syn-dróm opojenia hlbinami“ čo je stav tzv. N2 „nar-kózy“.Potápač stráca opatrnosť, citi sa „happy“. Problém vzniká ak sa chce rýchlo vrátiť na hladi-nu. Vtedy pri rýchlej zmene vyššieho tlaku na tlak nižší vznikajú príznaky „Kesonovej choroby“ - N2 bubliny sa uvoľňujú z tkanív a môžu spôsobiť až upchatie ciev (embolizáciu). Tento stav sa podobá otvoreniu minerálky, kedy sa tlaky vo flaši a vo vzduchu náhle vyrovnajú a z flaše unikajú bubliny (evázia).Obdobná je tzv. explozívna dekompresia, pri náhlom poklese tlaku v lietadle (krv “zovrie“- edém pľúc, smrť) Príznaky Kesonovej choroby. Liečba- hyperbarická komora •- Silná bolesť v kĺboch a v kostiach, •- Intenzívne svrbenie kože, •- Poruchy dýchania a rytmu srdca •- Možné bezvedomie a smrť (pľúcny edém) •Prevencia vzniku Kesonovej choroby: -Namiesto stlačeného vzduchu sa používa zmes vzduchu,O2 a He -Potápač má robiť pri výstupe na hladinu prestáv-ky (napr. ak pracoval v hĺbke 60 m, musí urobiť tzv.„fyziologickú dekompresiu“ t.j. vystupuje po-maly až 90 min. s niekoľkými prestávkami, počas ktorých hyperventiluje (hlboko a rýchlo dýcha, čím vydychuje N2 a CO2) •Liečba: • Rýchla rekompresia a potom pomalá dekompresia Hyperbarická komora a Hyperbarická Oxygenoterapia •Hyperbarická komora je špeciálna nádoba na liečbu Kesonovej choroby, otravy CO a na liečbu Clostrí-diovej infekcie ( Clostrídiá sú anaérobné baktérie ktoré zabíja O2). Pacient dýcha stlačený vzduch, príp. obohatený o O2 pod tlakom 4 - 8 atm. Čím je vyšší tlak stlačeného vzduchu v komore, tým viac je v plazme fyzikálne rozpusteného 02 (pozri Henryho zákon) kesonova choroba - dekompresna komora Prajem Vám pekný a úspešný deň ! • • Blue hills