Biofizyka1.doc

(85 KB) Pobierz

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 à krwotok

- napięcie naczyń à anafilaksja

- praca serca à 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 à porażenie naczyń (czynnik anafilaktyczny uwalnia histaminę, która powoduje rozkurcz naczyń – działa chwile) à 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 à wyrzucona krew na obieg to 70-80%

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

- zastój krwi à 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 à (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 à 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 à odciągnięcie od siebie powierzchni następnie odciągnięcie do prawidłowej pozycji

Praca = siła x droga à skurcz

Praca = siła x droga x cos alfa à izotoniczny

Praca = moc x czas à 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 à 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 à mechanizm oddychania u mężczyzn

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

Typ piersiowy à 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 à ściana pęcherzyków płucnych jest dobrze unaczyniona

Dyfuzja – poprzez różnicę ciśnień parcjalnych – występuje między dwoma środowiskami

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

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

Droga

Prawy przedsionekà prawa komoraà pień płucnyà 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 à 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 ß HCO3- + H+

CO2 + H2O à 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 à powstanie fali uderzeniowej powoduje zaburzenia równowagi między dwoma środowiskami np.: skutkiem będzie pęknięcie błony bębenkowej

2) gwałtowne rozprężanie się gazów np.: nurek à 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

à 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. 37oC à 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 à 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