Fala akustyczna:

Fale akustyczne są podłużnymi falami mechanicznymi, które mogą rozchodzić się w ciałach stałych, cieczach i gazach. Zaburzenie będące falą akustyczną polega na chwilowych zmianach gęstości ośrodka w skutek czego powstają chwilowe różnice ciśnień. Ze względu na częstotliwość fale akustyczne dzielimy na następujące rodzaje:

• Fale dźwiękowe, to fale które działając na ludzkie ucho i mózg wywołują wrażenie słyszenia. Zakres częstotliwości tych fal to od 16Hz do 20kHz. 

• Fale ultradźwiękowe, to niesłyszalne dla człowieka fale akustyczne o częstotliwości większej od 20 kHz.

• Fale infradźwiękowe są to niesłyszalne dla człowieka fale akustyczne o częstotliwości mniejszej od 16 Hz.

Prędkość rozchodzenia się fali akustycznej zależna jest od właściwości sprężystych ośrodka. Ton odnosi się do fali dźwiękowej sinusoidalnej o ściśle określonej amplitudzie i częstotliwości oraz długości. Źródłem takiej fali jest drgający kamerton. Dźwięk jest złożeniem pewnej liczby tonów. Dźwięk jest falą periodyczną, ale nie sinusoidalną. Każdy dźwięk można rozłożyć na sumę pewnej ilości tonów, czyli fal sinusoidalnych. Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości. Im częstotliwość większa, tym dźwięk jest wyższy.

Poziom natężenia fali akustycznej wyrażamy w belach [B] lub decybelach [dB]

Źródłem dźwięku może być ciało drgające lub przepływ powietrza przez przewężenia. Np. membrana głośnika poruszając się na zewnątrz powoduje zagęszczanie cząsteczek powietrza w bezpośrednim jej sąsiedztwie; podczas cofania się membrany następuje chwilowe zmniejszenie gęstości w jej sąsiedztwie.

Obiektywne wielkości charakteryzujące dźwięk:

prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej - zależy od właściwości fizycznych ośrodka. W powietrzu w warunkach normalnych dźwięk rozchodzi się z prędkością 330 m/s. W próżni dźwięk się nie rozchodzi - brak ośrodka

• długość fali dźwiękowej - długość fali jaką przebyła w ciągu jednego okresu; w powietrzu długość fali dźwiękowej wynosi od 1,7 cm do 21 m

• ciśnienie akustyczne - dodatkowe ciśnienie ponad ciśnienie równowagi ośrodka wywołane rozchodzeniem się fali dźwiękowej
  L = 20log *( P/P0 )

• częstotliwość - liczba okresów drgań przypadająca na 1 s - im wyższa jest częstotliwość tym dźwięk jest wyższy

• natężenie - ilość energii przepływającej w jednostce czasu przez jednostkową powierzchnię ustawioną prostopadle do fali. Jednostką natężenia jest wat podzielony przez metr kwadratowy

Infradźwięki:
Charakterystyczną cechą infradźwięków są znaczne długości fal powyżej 21,25 m powodujące, że są one bardzo słabo tłumione nie tylko przez ściany, pofałdowanie terenu i inne obiekty, lecz także przez atmosferę, dzięki czemu mogą przenosić się na znaczne odległości. Mogę też ulegać łatwo wzmocnieniu wskutek zjawiska rezonansu pomieszczeń i elementów konstrukcyjnych.  (Infradźwięki - fale dźwiękowe niesłyszalne dla człowieka, ponieważ ich częstotliwość jest za niska, aby odebrało je ludzkie ucho. Słonie i wieloryby, które słyszą infradźwięki wykorzystują je do komunikacji na duże odległości.)

Źródła infradźwięków można podzielić na naturalne i sztuczne.

Naturalne:

• bolidy

• duże wodospady,

• fale morskie,

• lawiny,

• silny wiatr,

• pioruny,

• tornada,

• trzęsienia ziemi (fale sejsmiczne),

• wulkany,

Sztuczne:

• ciężkie pojazdy samochodowe,

• drgania mostów,

• eksplozje,

• głośniki,

• odrzutowce i śmigłowce,

• przemysł (sprężarki tłokowe, pompy próżniowe i gazowe, wieże wiertnicze, turbodmuchawy, elektrownie wiatrowe),

• rurociągi,

• urządzenia chłodzące i ogrzewające powietrze.

Infradźwięki mogą powodować:

• wydłużenie czasu reakcji,

• zmniejszenie spostrzegawczości, 

• zaburzenia równowagi. 

Ale również znane są efekty słuchowe, tłumaczone nieliniowością przewodzenia w obrębie ucha środkowego i wewnętrznego. Progi percepcji słuchowej infradźwięków gwałtownie wzrastają wraz ze spadkiem częstotliwości i mogą powodować: 
ból uszu, 
czasowe przesunięcie progu słuchu, 
zaburzenia rozumienia mowy. 

Infradźwięki mogą być też odbierane przez receptory wibracji, szczególnie w mięśniach, ścięgnach i stawach oraz na skórze. Progi czucia drgań leżą około 20÷40 dB powyżej progów percepcji słuchowej. Infradźwięki mogą wywoływać drgania rezonansowe w poszczególnych tkankach i narządach organizmu, w szczególności w obrębie jamy brzusznej, klatki piersiowej i gardła.

Działanie biologiczne infradźwięków

- ruch wiatru napotykającego przeszkodę a następnie opływającego ją przyczynia się do powstania drgań powietrza o częstotliwości zależnej od powstania takich parametrów jak prędkość przepływu powietrza oraz kształt i wielkość przeszkody.

Działanie biologiczne infradźwięków

Ultradźwięki:

• są to fale mechaniczne o częstotliwość powyżej 20kHz (poza granicami słyszalności)

• występują w ośrodkach stałych, ciekłych i gazowych

• zwierzęta (delfiny, nietoperze) mają zdolność wytwarzania i odbierania

• częstotliwość ultradźwięków jest niezmienna

• prędkość ultradźwięków jest taka sama jak fala dźwiękowa

Rozchodzenie się ultradźwięków w tkankach

fale ultradźwiękowe rozchodzą się w tkankach mogą ulec:

Odbiciu, załamaniu, dyfrakcji (ugięcia), rozproszenia, absorpcji

Odbicie następuje przez przechodzenie fali ultradźwiękowej (padające prostopadle) przez granice dwóch ośrodków o różnej odporności skutecznej (jest to iloczyn gęstości danego ośrodka i prędkość rozchodzenia się w nim fali. Podczas przechodzenie z powietrza do tkanki miękkiej współczynnik część energii przeszła z powietrza do tkanki, ze względu na to stosuje się w diagnostyce specjalne żele, parafiny. Podobne zjawisko zachodzi na granicy tkanek

Załamanie - następuje gdy wiązka fal pada na granicę dwóch ośrodków pod innym kątem niż kąt prosty

Biologiczne działanie ultradźwięków

Wyróżniamy pierwotne i wtórne działanie ultradźwięków. działanie pierwotne prowadzi bezpośrednio na miejsce działania ultradźwięków, a działanie wtórne wynika z działania pierwotnego i może oddziaływać na cały organizm

Absorpcja i tłumienie

Przyczyną tłumienia fali akustycznej propagującej się w ośrodku jest utrata części

energii fali na skutek absorpcji lub rozpraszania. Absorpcja może zachodzić

z powodu:

- lepkości ośrodka,

- przewodnictwa cieplnego i promieniowania cieplnego,

- relaksacji molekularnej.

Pochłanianie - w akustyce jest procesem absorbowania energii fali dźwiękowej przez ciała fizyczne. Na skutek pochłaniania energia fali przechodzącej przez ciało ulega zmniejszeniu, powodując wzrost energii wewnętrznej tego ciała.

Skutki działania ultradźwięków

Mechaniczne

Spowodowane jest ono wahaniem ciśnień 
w przebiegu fali ultradźwiękowej. W krańcowych punktach amplitud ciśnień zachodzą istotne zmiany objętości komórek, rzędu 0,02%. Zmiany te zachodzą w bardzo krótkim czasie, zależnym od częstotliwości ultradźwięków

Termiczne

Efekt termiczny - rozgrzewanie tkanek podczas badania ultradźwiękami - związany jest z pochłonięciem części energii fali przez tkanki i zamianą jej na ciepło. Efekty biologiczne zależą od stopnia wzrostu temperatury i czasu utrzymywania się przegrzania.

Chemiczne

Zachodzące pod wpływem ultradźwięków reakcje chemiczne polegają w większości na utlenianiu

Zastosowanie:
- czynne - wywołuje zmiany fizyczne, chemiczne i biologiczne
- bierne - nie ingerują w daną strukturę.

Zastosowanie medyczne:
- leczenie chorób reumatycznych, narządów ruchu, tkanek
- niszczenie zmian patologicznych

- sterylizacja sprzętu lekarskiego

- dezintegracja komórek, rozdrabnianie

- usuwanie kamienia nazębnego

- litotrypsja

- peeling kawitacyjny

- wytwarzanie aerozoli do inhalacji

- sonofereza

Zastosowanie pozamedyczne

- czyszczenie

- wytrącanie składowych mieszaniny

- krystalizacja

- przyspieszenie dyfuzji

- homogenizacja

- filtracja

Ultrasonografia

Ultrasonografia, USG - nieinwazyjna, atraumatyczna metoda diagnostyczna, pozwalająca na uzyskanie obrazu przekroju badanego obiektu. Metoda ta wykorzystuje zjawisko rozchodzenia się, rozpraszania oraz odbicia fali ultradźwiękowej na granicy ośrodków, przy założeniu stałej prędkości fali w różnych tkankach równej 1540 m/s. W ultrasonografii medycznej wykorzystywane są częstotliwości z zakresu ok. 2-50 MHz.

Jednym z bardzo popularnych obecnie zastosowań ultrasonografii jest USG naczyń krwionośnych z wykorzystaniem zjawiska Dopplera. USG dopplerowskiepozwala na ocenę prędkości oraz kierunku przepływu krwi w naczyniach. Jako metoda całkowicie nieinwazyjna jest obecnie najpopularniejszym typem badania naczyń pozwalającym na dokładną ocenę zmian w zdecydowanej większości przypadków. Metoda wykorzystywana jest np w skleroterapii.

Litotrypsja

Litotrypsja, ESWL (z ang. extracorporeal shock wave lithotripsy) - zabieg urologiczny polegający na pozaustrojowym skruszeniu kamienia w pęcherzu moczowym, moczowodzie lub nerce.

Urządzeniem terapeutycznym jest litotryptor, generujący fale ultradźwiękowe prowadzące do wytworzenia fali uderzeniowej i rozkruszenia złogów, których fragmenty wydalane są z moczem drogą naturalną.

Skalling ultradźwiękowy

Wpływ przyspieszenia na organizm człowieka

Przyśpieszenie podłużne

Wpływ przyspieszenia na organizm człowieka

• Skutek działania przyspieszeń zależy od wartości, czasu ich występowania i kierunku działania względem ciała.

• Przyspieszenia krótkotrwałe: oddziaływanie przyspieszeń (ułamki sekund) może nie wywołać ujemnych skutków, ale przyspieszenia rzędu dziesiątek i setek g mogą spowodować poważne uszkodzenia ciała, a nawet śmierć na skutek przemieszczania i rozerwania tkanek.

• Bardzo duże przyspieszenia występują podczas wypadków komunikacyjnych Przyspieszenia o średnim i długim czasie trwania. Efekt ich działania zależy głównie od kierunku.

• Przyspieszenie w kierunku stóp powoduje gwałtowny ból głowy, zaburzenia czynności serca, krwotoki i utratę przytomności - czerwona zasłona.

• Człowiek wytrzymuje: 3g do 3600 s; 4g do 1200 s; 5g do 480 s; 8g do kilku s; -3g około 30 s; -4,5g około 5 s; -5g około 2 s; -10g mniej niż 1s.

Przyśpieszenie podłużne

• Przyspieszenia podłużne, równoległe do osi długiej ciała powodują przede wszystkim przemieszczanie krwi i narządów wewnętrznych. Lepiej tolerowane jest przyspieszenie w kierunku głowy to jest przeciążenie w kierunku stóp. Powoduje spadek ciśnienia krwi w górnej części ciała. Kilkusekundowe przeciążenie rzędu 6g prowadzi do zaburzeń widzenia i utraty przytomności - czarna zasłona, krew odpływa z głowy.

(Przyspieszenia poprzeczne: przód-tył lub na boki są lepiej znoszone od podłużnych, ale powyżej 12 g może dojść do zatrzymania oddechu.)

Nieważkość

Stan, w którym działające na układ ciał siły zewnętrzne nie wywołują wzajemnych ciśnień (nacisków) części układu na siebie, a wewnętrzne oddziaływania grawitacyjne są pomijalne

W szczególności nieważkość występuje, gdy na ciało działa tylko siła grawitacji. Powoduje to, że człowiek będący w stanie nieważkości odnosi wrażenie, iż jego ciało traci ciężar, choć jego masa nie ulega żadnym zmianom.

Wpływ zmniejszonego ciśnienia na organizm człowieka

Spadek ciśnienia powoduje rozprężanie gazów w uchu, jelitach i ubytkach zębowych co wiąże się z wystąpieniem bólów, wzdęć i kolek jelitowych

W czasie szybkiego obniżania się ciśnienia (zbyt szybkiego wynurzania się nurka) gazy rozpuszczone we krwi i tkance tłuszczowej (głównie azot) tworzą pęcherzyki powodujące zatory w drobnych naczyniach krwionośnych. W zależności od umiejscowienia zatorów pojawiają się określone objawy, np. bóle zamostkowe, bóle stawów, porażenia mięśni, zapaść.

(Nagła dekompresja  (choroba kesonowa) może prowadzić do poważnych uszkodzeń tkanek. Uwalnianie gazów (azotu) z krwi prowadzi do pojawienia się zatorów gazowych. Najniebezpieczniejsze dla żywego organizmu jest niedotlenienie. Długotrwałe przebywanie pod wpływem niskich ciśnień w wyniku niedotlenienia (hipoksji) prowadzi do zmian adaptacyjnych zwiększenia liczby czerwonych ciałek i hemoglobiny oraz niekorzystnych zmian trawienia, koordynacji ruchów i zmian psychicznych (halucynacje, agresja itp.). Silne niedotlenienie powoduje utratę przytomności, a nawet śmierć (deterioracja)).

Klasyfikacja chorób wywołanych ekspozycją na niedotlenienie wysokościowe.

Rodzaj choroby	Objawy, okoliczności wystąpienia
Ostra hipoksja	Ograniczenie sprawności umysłowej, zapaść krążenia- po nagłym wzniesieniu na wysokość ponad 5500m;w lotnictwie w sytuacjach awaryjnych i w sporcie lotniczym
Ostra choroba wysokogórska	Bóle głowy, nudności, wymioty, zaburzenia snu, duszności; powyżej 2500m
Ostry wysokościowy obrzęk płuc	Duszności, kaszel, osłabienie, bóle głowy, osłupienie, rzadko śmierć; ponad 3000m; konieczne szybkie zejście w dół i leczenie
Ostry wysokościowy obrzęk mózgu	Silne bóle głowy, halucynacje, osłabienie, zaburzenia kojarzenia, osłupienie, śmierć; ponad 3000-3600m; występuje rzadko; konieczna szybka ewakuacja w dół i leczenie
Podostra i przewlekła choroba górska	Przedłużająca się ostra choroba górska; duszność, zmęczenie, krwawe wybroczyny; występuje rzadko
Inne choroby związane z wysokością	Wylewy krwawe do siatkówki, obrzęki, zakrzepowe zapalenia naczyń krwionośnych, zatory, uszkodzenia termiczne (odmrożenia)
Przewlekłe schorzenia pogarszające tolerancję wysokości	Niedokrwistość sierpowata, przewlekłe schorzenia serca i układu oddechowego
Nietolerowanie wysokości	Bezsenność, zmęczenie utrata masy ciała - po długim okresie spędzonym na wysokości 5500m

Ostra hipoksja

Ostra choroba wysokogórska

Ostry wysokościowy obrzęk płuc tabela wyżej

Ostry wysokościowy obrzęk płuc

Nietolerowanie wysokości

Promieniowanie niejonizujące - to fale elektromagnetyczne w zakresie widzialnym nadfioletowym i podczerwonym o długości fali od 20 do 10(6) mikrometrów. Promieniowanie to nie wywołuje jonizacji ośrodka, przez które przechodzi ze względu na niską energię jonizacji (tylko fotony promieniowania nadfioletowego tzw. UV próżniowego np. o długości fali lambda - 200 nm i energii E=,99 x 10(-18) J posiadają dostateczną energię do jonizacji niektórych cząsteczek np. sodu, którego energia jonizacji jest równa E=0,82 x10(-18) J promieniowanie UV próżniowe może wywoływać tylko pojedyncze jonizacje i dlatego zaliczanie jest do promieniowania niejonizującego. Promieniowanie gamm i rentgenowskie może posiadać energię przewyższającą energie jonizacji Hipertermia

Wzrost temperatury otoczenia (pow. 35 stopni Celsjusza) może spowodować zakłócenie pozbywania się nadmiaru ciepła przez organizm człowieka, początkowo przed przegrzaniem chroni różnicą temperatur pomiędzy częścią korową, (temperatura kończyny ok. 30 stopni) a rdzeniową organizmu. Następuje wzrost dopływu krwi do skóry, pocenie się przyśpieszenie oddychania, w gorącym otoczeniu człowiek może tracić 1,5-4 litrów potu w ciągu godziny. Wzrost temperatury może spowodować

Skurcze mięśni

Zmęczenie, wymioty bóle głowy, przyśpieszenie pulsu

Obniżenie ciśnienia krwi

Jeśli temperatura ciała wzrośnie powyżej 41 stopni Celsjusza może nastąpić szok termiczny, którego objawami są: suchość skóry, zaburzenia centralnego układu nerwowego, utrata orientacji, utrata przytomności, w celu obniżenia temperatury stosuje się zimną kąpiel.

Hipotermia

Spadek temperatury otoczenia wpływa na obniżenie temperatury ciała człowieka powodując hipotermię. Szybkość tego zjawiska zależy od różnicy temperatur, siły wiatru, wieku, masy ciała, przed wychłodzeniem chroni, spadek dopływu krwi do części korowych, (naczynie krwionośne skóry głowy ulegają zwężeniu w nieznacznym stopniu wytwarzanie ciepła zahamowanie pocenia, jeśli te mechanizmy są niewystarczające organizm popada w hipotermię:

Łagodna hipotermia (32-35) - uczucie zimna, dreszcze, zaburzenia mowy, bezwład mięśni spowolnienia reakcji senność

Umiarkowana hipotermia - 28-32 stopni Celsjusza utrata orientacji, zaburzenia świadomości, ból z zimna migotania przedsionków, wyłączenie termoregulacji

Ostra hipotermia poniżej 28 stopni Celsjusza - migotanie komór, ustanie pracy serca, utrata świadomości, oddech ledwo wyczuwalnych, śmierć

Ochłodzenie organizmu zachodzi szybciej w wodzie (woda 23 razy lepiej przewodzi ciepło) niż na powietrzu szczególnie narażone na wychłodzenie i śmierć są; osoby starsze, dzieci osoby niedożywione, w stanie upojenia alkoholowego.

Sposobem podniesienie temperatury ciała jest ciepła kąpiel

ów i pierwiastków nawet milion razy

Źródło promieniowania niejonizującego

Do źródeł promieniowania niejonizującego zaliczmy cząsteczki i atomy we wzbudzonych stanach elektronowych, podczas przechodzenia wzbudzonych elektronów do stanu podstawowego (o niższej energii) następuje emisja fotonów.

U podstaw każdego zjawiska świecenia, a więc j luminescencji leży zawsze wzbudzenie atomów lub cząsteczek.

Wyróżniamy dwa typy luminescencji fluorescencję i fosfor encję.

• fluorescencja występuje gdy wzbudzony elektron przechodzi ze stanu wzbudzonego prosto do stanu podstawowego. Długość fali promieniowania (wyemitowanego światła) jest dłuższa od długości fali zaabsorbowanej.

• fosforescencja jest procesem bardziej złożonym z przejściem w stan meta trwały. Czas trwania zjawiska jest długość nawet do kilku sekund

Wyróżniamy 2 rodzaje promieniowania niejonizującego:

• promieniowanie termiczne - jeśli emisja jest wynikiem termicznego wzbudzenia cząsteczek i atomów

• zjawisko luminescencji - jeśli emisja jest następstwem wzbudzenia nie termicznego. Czynnikiem wzbudzającym jest tu promieniowanie rentgenowskie, jonizujące, pole elektryczne, fotony.

Reakcje fotochemiczne

Cząsteczki w stanach wzbudzonych różnią się reaktywnością, rozkładem elektronów oraz właściwościami chemicznymi w porównaniu ze swoimi odpowiednikami w stanie podstawowym. Badaniem reakcji zachodzących w organizmach żywych zajmuje się foto biochemia. Reakcje foto biochemiczne mogą być jednocząsteczkowe (produkty reakcji powstaje z cząsteczki wzbudzonej) jak i dwucząsteczkowe (produkty reakcji powstaje w wyniku oddziaływania cząsteczki wzbudzonej z inną cząsteczką)

Do ważnych z biologicznego punktu widzenia reakcji fotochemicznych zaliczamy:

Wytwarzanie witaminy D3

Witamina D3 jest witaminą naturalną powstającą w skórze z prowitaminami 7 dehydrocholesterolu. Powstaje ona w wyniku foto przegrupowania w cząsteczce prowitaminy polegającego na rozerwaniu wiązania pomiędzy atomami węgla pod wpływem promieniowania ultrafioletowego UV-b. rolą witaminy D3 jest pobudzenie transportu wapni z jelita do naczyń krwionośnych. Wpływa na prawidłowe kształtowanie szkieletu jej niedobór powoduje krzywice.

Fotodimeryzacja tyminy

Reakcja fotodimeryzacji tyminy znalazła zastosowania w procesie dezynfekcji. Promieniowanie nadfioletowe absorbowane przez DNA nie występuje w naturalnym świetle słonecznym przy powierzchni ziemi. W celu jego wytworzenia stosuje się niskociśnieniowe lampy rtęciowe. Posiadają one maksimum emisji około 254 nm i cechują się skutecznym zwalczaniem bakterii. Lampy tego typu stosowane są w pomieszczeniach gdzie wymagana jest wysoka sterylność - sale operacyjne, gabinety zabiegowe, boksy laminarny.

Działanie bakteriobójcze promieniowania UV polega na powstawaniu połączeń kowalencyjnych pomiędzy sąsiadującymi Tyminami. Takie dimery powodują zaburzenie replikacji.

Bakterie w trakcie ewolucji wykształciły mechanizmy naprawcze uszkodzonego DNA. Jednym z mechanizmów jest rozszczepiania dimerów przez enzym fotolizę reakcja ta zachodzi przy udziale światła o dłuższych falach. Mechanizm ten nazywany jest fotoreaktywacją. Drugi mechanizm to tzw. ciemna reaktywacja nie wymaga udziału światła, polega na wypięciu uszkodzonego kawałka DNA i zastąpienia nowymi nukleotydami,. Proces ten katalizowany jest przez kompleks enzymatyczny - korekcyjną endonukleazą.

Zasady purynowe i piramidowe budujące DNA absorbują promieniowanie niejonizujące w szczególności nadfiolet o długości fal 260 nm. W wyniku absorpcji promieniowania dochodzi do dimeryzacji tyminy. Dimeryzacji ulegają nie tylko wolne cząsteczki tyminy lecz również te znajdujące się w łańcuchu DNA.

Fotoizomeryzacja retinalu

Barwnikiem umieszczonym w pręcikach odpowiedzialnym za widzenie jest rodopsyna (purpura wzrokowa). Zbudowana jest ona z 11-cis-retinalu połączonego kowalencyjnie z białkiem opsyną. W wyniku absorpcji światła 11-cis retinalu przechodzi w formę 11-trans-retinal. Następuje izomeryzacja oraz odłączenie od białka opsyny. W wyniku zmiany potencjału elektrycznego komórki powstaje impuls nerwowy

Reakcja fotochemiczne ozonu atmosferycznego

Ozon O3 występuje w górnych warstwach atmosfery tworząc warstwę ozonową jej zadaniem jest zabezpieczenie organizmów bytujących na ziemie przed szkodliwym promieniowaniem nadfioletowym o długości fal poniżej 300 nm. Warstwę ozonową nazywa się często globalnym fotoprotektora. Ochronne działanie ozonu polega na fotodysocjacji jego cząsteczek:

Związkami niszczącymi warstwę ozonową są freony. Swoją popularność freony zawdzięczały nietoksyczności , nie rozpuszczalności w wodzie, nie wchodziły w reakcje z substancjami z którymi się stykały. Nie drażniły skóry i włosów. Jako substancje lotne nie gromadziły się w dolnej warstwie atmosfery. W latach 70 naukowcy zaczęli się zastanawiać co dzieje się z tak mało reaktywnymi i niezniszczalnymi związkami. Okazało się że przenikają do ozonosfery na wysokość 30-40 km gdzie narażone są na silne promieniowanie UV. Ulegają tam rozkładowi z wydzieleniem aktywnego chloru, który powoduje rozszczepianie cząsteczek ozonu co powoduje spadek stężenia ozonu i wzrost natężenia promieniowania ultrafioletowego zwłaszcza UV-B, spadek stężenia ozonu o 1% powoduje wzrost natężenia UV o 2%. Dalsza degradacja ozonosfery grozi poważnymi konsekwencjami dla zdrowia takimi jak zwiększenie występowania nowotworów skóry, chorób oczu, mimo zakazu stosowania freonów odbudowa ozonosfery w najbardziej optymistycznym czasie przewiduje kilkaset lat związane jest to z trwałością freonów. Dlatego należy pamiętać o pokorze przy wprowadzaniu nowych technologii

Fotomedycyna

To dział medycyny zajmujący się zastosowaniem promieniowania niejonizującego w terapii oraz patofizjologicznych następstw jego działania.

Fototerapia żółtaczki fizjologicznej u noworodków

Żółtaczka fizjologiczna występuje u 40 - 60% noworodków. Spowodowana jest ona zmniejszaniem się ilości erytrocytów we krwi noworodka w porównaniu z życie płodowym, przy nie w pełni funkcjonalnej wątrobie. W wyniku obumierających erytrocytach hemoglobina ulega przemianie w bilirubinę, która jest transportowana do wątroby. W normalnie funkcjonującym organizmie po przetworzeniu przez wątrobę wraz z żółcią trafia ona do jelit gdzie jest wydalana. Jeśli ten mechanizm zawiedzie nadmiar bilirubiny gromadzi się we krwi oraz tkanka zawierających tłuszcz co powoduje żółte zabarwienie skóry.

Bilirubina w związku ze swoją budową jest słabo rozpuszczalna w wodzie. Pod wpływem światła niebieskiego, fioletowego lub długofalowego promieniowania nadfioletowego dochodzi do rozerwania w cząsteczce bilirubiny wiązań wodorowych. Powstały izomer bilirubiny staje się rozpuszczalny w wodzie i może być rozpuszczalny bezpośrednio do moczu.

Fotodynamiczna terapia nowotworów (PDT photodynamic therapy)

Oparta jest na zjawisku fizycznym, w którym substancje wzbudzające pod wpływem światła (tzw. fotouczulacze) przekazują część swojej energii otoczenia. Terapia ta oparta jest na dwóch etapach. W pierwszym podaje się choremu fotouczulacz, który selektywnie gromadzi się w komórkach zmienionych nowotworowo. W drugim etapie naświetla się chorego światłem o ściśle określonej długości aktywującej fotouczulacz. Niszczenie komórek nowotworowych zachodzi w oparciu o reaktywne formy tlenu - tlen singletowy.

Fotouczulacze stosowane w terapii powinny się odznaczać:

- wysoką selektywnością w stosunku do komórek nowotworowych

- dużą wydajnością fluorescencji. Komórki nowotworowe z dużą ilością barwnika powinny silnie fluoryzować co ma znaczenie diagnostyczne w odróżnianiu ich od komórek zdrowych

- dużą wydajnością w przekazywaniu energii cząsteczką tlenu czyli wzbudzaniu

- małą toksycznością dla organizmu i łatwym wydalaniem

- stabilnością - nie mogą ulegać przemianie w komórce.

W wyniku stosowania PDT dochodzi do niszczenia komórek nowotworowych co powoduje powstanie lokalnego stanu zapalnego.

Termografia

Temperatura skóry człowieka jest ważnym parametrem pozwalającym określić stan pacjenta. Ogniska chorobowe mogą zmieniać temperaturę skóry poprzez wzrost temperatury lub zmieniać właściwości chemiczne tkanek wpływając na ich przewodnictwo cieplne. Stosowanie termometrów rtęciowych rozpowszechniło się w drugiej połowie XIX wieku. W latach 60 XX wieku wprowadzono do diagnostyki klinicznej termografię czyli bezstykowy pomiar temperatury na powierzchni całego ciała.

Badanie opiera się na pomiarze promieniowania podczerwonego. Które emitowane jest przez każdy obiekt o temperaturze wyższej niż 0 k. głównymi elementami termografu jest detektor promieniowania skanujący badany obiekt. Zbudowany on jest z luster oraz detektora zmieniającego swoje parametry elektryczne pod wpływem padającego promieniowania. Odebrany sygnał przetwarzany jest przez odpowiednie układy i wyświetlany na ekranie monitora do zalet termografii należy bezinwazyjność, niskie koszty oraz całkowite bezpieczeństwo stosowania.

Termografia znalazła zastosowanie kliniczne w rozpoznawaniu:

Chorób tarczycy - wzrost temperatury gruczołu obserwowany jest w przypadku wola gruczołowatego

Raka sutka - stosowane jest jako uzupełnienie memmografi z ponad 70% prawidłowością diagnozy.

Zmiany w układzie krążenia - rozpoznawanie zakrzepów oraz przetok tętniczo żylnych

Zmiany reumatyczne - podwyższona temperatura występuje przy reumatoidalnych zapaleniach stawów

Spektrofotometria

Analiza widmowa polega na oznaczaniu składników badanych substancji na podstawie identyfikacji długości fali świetlnych emitowanych lub absorbowanych przez substancję.

Spektrofotometria absorpcyjna znalazła zastosowanie w biochemii klinicznej.

Wpływ promieniowania niejonizującego na organizmy żywe

Promieniowanie podczerwone

• to fale elektromagnetyczne o długości 760 - 10⁶ nm

• głównym źródłem promieniowania podczerwonego jest słońce, każde ciało o temperaturze większej od zera bezwzględnego emituje promieniowanie cieplne

• oddziaływanie promieniowania podczerwonego z materią polega na jej ogrzewaniu, co znalazło zastosowania w medycynie w wywoływaniu wzrostu temperatury tkanek (lampy typu SOLEX)

Stosowanie terapii promieniowaniem podczerwonym powoduje:

• poprawę ukrwienia skóry i zwiększenie wydzielania potu

• rozszerzenie naczyń włosowatych oraz zwiększony przepływ przez tkanki krwi tętniczej

• pobudzenia procesów metabolicznych

• działanie przeciwbólowe poprzez podwyższenie progu bólu

• zmniejszenie napięcia mięsni

wpływ promieniowania niejonizującego na organizmy żywe

promieniowanie podczerwone

stosowanie terapii promieniowaniem podczerwonym powoduje:

promieniowanie podczerwone znalazło zastosowanie w leczeniu wielu chorób:

przewlekłych i podostrych procesach zapalnych i reumatycznych stawów oraz części miękkich kończyn;

przewlekłych i podostrych stanach zapalnych jamy nosowej, zatok przynosowych, ucha zewnętrznego i stawów żuchwy;

nerwobólach oraz zespołach bólowych

stanach po zapaleniu bakteryjnym, odmrożeniu i uszkodzeniu promieniami rtg lub uv

naciekach i ropniach tkanek miękkich, naciekach po zbyt płytko podanych zastrzykach;

jako zabieg przygotowawczy przed masażem

promieniowanie nadfioletowe

obejmuje obszar widma fal elektromagnetycznych od 20 - do 400nm

naturalnym źródłem promieniowa ultrafioletowego jest słońce emitujące cały zakres fal. Do powierzchni ziemi dociera głównie promieniowanie o długości powyżej 290nm.

Oddziaływanie promieniowania UV zależy od długości fali dlatego wyróżniamy 4 zakresy promieniowania

• Nadfiolet A (uvA) dobrze przenikliwy, przenika przez naskórek, odgrywa rolę w pigmentacji skóry czyli opaleniźnie

• Nadfiolet B stosowany jest w fizykoterapii i leczeniu krzywic

• Nadfiolet C posiada silne działanie bakteriobójcze i niszczące tkanki

Promieniowanie próżniowe silnie pochłaniane przez atmosferę powoduje powstawania ozonu.

Promieniowanie ultrafioletowe powoduje ponadto rozkład aminokwastó, kwasów nukleinowych, denaturację białek poprzez zerwanie wiązań

Naturalnym fotoprotektorem chroniącym komórki skóry przed promieniowaniem nadfioletowym jest pigment melanina. Wytwarzana jest w melanocytach czyli Komorkach barwnikowych w warstwie komórek podstawnych skóry. Substratem w syntezie melaniny jest aminokwas tyrozyna, a enzymem katalizującym reakcję oksydaza o-difenolowa.

Pigment melanina chroni skórę poprzez pochłanianie promieniowania oraz wychwytywanie i dezaktywacje wolnych rodników.

Wyróżnia się dwa rodzaje pigmentacji skóry:

- pigmentację bezpośrednią - zachodzi pod wpływem promieniowania o szerokim zakresie

Fotokancerogeneza - promieniowanie UV wywołuje dimeryzację Tymin tego rodzaju mutacje nie są wywoływane przez żaden inny czynnik rakotwórczy. Rak skory występuje w jednej z 3 form w zależności od typu komórek od których się wywodzi. Najgroźniejszy jest czerniak złośliwy powstający z melanocytów. Jedna z przyczyn czerniaka jest mutacja w genie kodującym białko p53 zaangażowane w procesie naprawy DNA oraz apoptozę komórki. Prawdopodobieństwo wystąpienia raka skóry zwiększają niektóre związki chemiczne np. benzopiren pochodzący z dymu papierosowego.

Lasery

Lasery - wzmocnienie światła poprzez wymuszoną emisję promieniowania.

Warunkiem koniecznym do emisji światła jest wzbudzenie atomów lub cząsteczek czyli przeniesienie elektronów na wyższy poziom energetyczny poprzez dostarczenie do układu energii. Elektrony przechodząc w stan podstawowy emitują nadmiar energii w postaci kwantów promieniowania. Zjawisko zachodzi w sposób nieuporządkowany i samorzutny. Laser czyli generator spójnych fal elektromagnetycznych wykorzystujący zjawisko wymuszonej emisji polegające na działaniu kwantu promieniowania o energii równej różnicy poziomu energetycznego wzbudzonego i podstawowego na wzbudzony atom. W wyniku czego dochodzi do emisji dwóch kwantów promieniowania o energii

Właściwości promieniowania laserowego:

Światła laserowe w odróżnieniu od światła wytwarzanego przez tradycyjne źródła charakteryzuje się:

Spójnością - uporządkowany fazowo przestrzennym

Monochromatyczność Duża powierzchniowa gęstością mocy

Równoległością - mała rozbieżność wiązki

Wpływ promieniowania laserowego na tkanki

Podczas oddziaływania promieniowania laserowego na tkanki może zachodzić odbicie, rozproszenie, transmisja oraz całkowita lub częściowa absorpcja. Szczególnie ważne jest zjawisko transmisji i absorpcji. Absorpcja może wywołać w tkankach efekty fotobiochemiczne, fototermiczne i fotojonizujace uszeregowane wg wzrastającej gęstości mocy jak i energii promieniowania.

Zastosowanie laserów w medycynie i długościach fali 600 - 900 nm oraz gęstości mocy do 50mW/cm² wywołuje efekty fotobiochemiczne:

- działanie antymutagenne

- zmiany struktury błon biologicznych

- wzrost szybkości wymiany metabolitów pomiędzy komórką i otoczeniem

- wzrost aktywności enzymów

Zastosowanie laserów w medycynie jest ich stosowanie jako narzędzia tnącego i koagulującego. Stosując techniki laserowe obserwuje się wiele korzyści w porównaniu z metodami konwekcyjnymi:

Przy wzroście mocy i odpowiednim czasie ekspozycji występują następujące efekty fototermiczne

37-43 nie występują nieodwracalne zmiany

60 następuje uszkodzenie błon komórkowych i częściowego odwracalna denaturacja enzymów

80 trwała de saturacja białek enzymów na skutek zerwania wiązań stabilizujących cząsteczki

100 trwała denaturacja dna

300 wrzenie wody, osuszanie i zwęglanie komórek

Powyżej 300 następuje fotopiroliza czyli odparowanie tkanek

Lasery znalazły również zastosowanie w:

Usuwanie tatuaży

Wygładzaniu skóry przez uzyskanie efektu termicznego w kolagenie o 2/3 ich długości przez co skóra nawet do 3 lat wygląda młodziej

Bezinwazyjnym hamowanie krwawienie w stomatologii

Bezbolesnym odparowaniu zmiany próchniczych oraz topienie szkliwa

Leczenie jaskry

Korekcja wad wzroku

Budowa atomu:

Atom składa się z jądra (części wewnętrznej) mającego ładunek dodatni i skupiającego prawie całą masę oraz krążący wokół niego elektronów o znikomej masie i ładunku ujemnym

Jądro atomowe składa się z dodatnio naładowanych protonów i obojętnych elektrycznie neutronów

Masa neutronu wynosi 1839,6 masy elektronu a masa protonu 1836,6 masy elektronu

Promień jądra jest rzędu 10-14

Liczbę protonów w jądrze oznacza się literą Z jest to tzw. liczba atomowa

Sumę liczby protonów i neutronów oznacza się literą A jest to tzw. liczba masowa

Liczbę neutronów obliczamy z zależności A-Z

Atomy tego samego pierwiastka o takiej samej liczbie Z) różniące się liczbą neutronów nazywamy izotopami

Rozpad promieniotwórczy

- trwałość jąder atomowych zależy od liczb(A) oraz od stosunku neutronów i protonów

- najbardziej trwałe są jądra, w których liczba neutronów jest równa liczbie protonów

- wszystkie jądra atomowe o liczbie A ≥ 210 (od polonu) rozpadają się, czyli są promieniotwórcze

- promieniotwórczość jest to zdolność samoistnego wysyłania promieniowania jonizującego przez jądra niektórych pierwiastków, występująca w przyrodzie promieniotwórczość, która powstaje bez ingerencji człowieka to promieniotwórczość naturalna

Podstawowymi typami przemian promieniotwórczych w wyniku których powstaje promieniowanie jonizujące są:

- rozpad alfa

- rozpad beta

- rozpad gama

Promieniowanie alfa podczas rozpadu alfa wyrzucane są z jądra cząstki alfa czyli jądra helu poruszają się one z prędkością 10 do 7 m/s posiadają ładunek dodatni silne właściwości jonizacji ośrodka, przez który przechodzą. Są mało przenikliwe w powietrzu ich zasięg wynosi kilka centymetrów z trudem przenikają przez pojedynczą kartkę papieru

Promieniowanie β - może powstawać na skutek rozpadu β⁺ lub β^-

- rozpad β^- jest to strumień szybko poruszających się elektronów (powstanie elektronu poprzedzone jest przemianą w jądrze w proton, elektron i antyneutrino), posiadają one ujemny ładunek elektryczny i właściwości jonizujące (mniejsze niż promieniowanie α). Ich zasięg w powietrzu wynosi kilka metrów, mogą przenikać przez kilkumetrową osłonę metalową.

- rozpad β⁺ jest to strumień szybko poruszających się elektronów dodatnich nazywanych pozytonami (powstają w wyniku przemiany protonu w neutron, pozyton oraz neutrino). Promieniowanie to posiada podobne właściwości do β^- z tym, że posiada ładunek dodatni

Rozpad γ - promieniowanie elektromagnetyczne o bardzo dużej przenikliwości bez emitowania dodatkowej cząsteczki. Posiada własności jonizujące mniejsze niż promieniowanie β. Do promieniowania γ dochodzi podczas przejścia atomu ze stanu wzbudzonego do stanu o niższej energii. Promieniowanie γ towarzyszy często rozpadowi α lub β.

Promieniotwórczość naturalna - sprowadza się do przemian zachodzących e jądrach pierwiastków ciężkich od Z=81 do Z=92.

Większość promieniotwórczych nuklidów występujących e przyrodzie tworzy trzy szeregi promieniotwórcze:

Szereg uranowo -radowy gdzie izotopem wyjściowym jest uran 238 a produktem koncowym izotopu jest ołów 206

Szereg uranowo - aktynowy gdzie iotopem wyjściowym jest uran 235 a produktem koncowym trwały izotop ołowiu 207

Szereg torowy gdzie izotopem wyjściowym jest tor 232 Th, a produktem końcowym trwały izotop ołowiu 208

Źródłem promieniotwórczości naturalnej mogą być też pierwiastki lżejsze np. tryt węgiel platyna potas nie tworzą one jednak szeregów promieniotwórczych

Promieniotwórczość sztuczna - w 1934 roku Irena i fryderyk Joliot- curie otrzymali pierwszy sztuczny pierwiastek promieniotwórczy izotop fosforu przeprowadzone doświadczenie polegało na bombardowaniu emitowanymi przez polon cząstkami alfa płytki wykonanej z glinu

Promieniowanie rentgenowskie

W 1895 roku niemieckiego fizyk Wilhelm Conrad roentgen, badając wyładowania elektryczne w rozrzedzonych gazach odkrył nowy rodzaj promieniowania, które nazwał promieniowania X.

Promieniowanie to powstaje w wyniku hamowania szybko pędzących elektronów w ośrodku materialnym

Podobnie do promieniowania gama jest to promieniowanie elektromagnetyczne

Wywołuje jonizację ośrodka

Nie odchyla się w polu elektromagnetycznym

Jest niewidzialne, odziałuje jednak z kliszą fotograficzną

Przenika przez materiały, które, są nieprzenikliwe dla światła: drewno tkanka mieśniowa , aluminium

Jest silnie pochłaniane przez materiały o większym ciężarze właściwym np. ołów

Powstanie promieniowania rentgenowskiego

Źródłem promieniowania X w aparacie rentgenowskim jest lampa, w której elektrony emitowane są z żrącej katody. Uzyskują dużą energię kinetyczną dzięki silnemu polu elektrycznemu istniejącemu między katodą i anodą. Energia ta pozwala im na penetrację wnętrza anody. Podczas zderzenia z tarczą anody elektron zostaje nagle zahamowany w wyniku czego następuje wytworzenie promieniowania rentgenowskiego i ciepła

Pędzące elektrony oddziałują z anodą w dwojaki sposób.

Pierwszym rodzajem oddziaływań jest przedostawanie się elektronów w pobliże jądra gdzie ich tro ulega w polu elektrycznym jądra zakrzywieniu, a elektron traci część swej energii która jest emitowana w postaci kwantu promieniowania.

Energię promieniowania opisuje zależność

Długość fali elektromagnetycznej w próżni jest związana z jej częstotliwością fala elektromagnetyczna w próżni porusza się z prędkością światła zatem długość fali kwantów promieniowania zależy od energii elektronu. Elektrony, które wniknęły głębiej w anodę emitują dłuższą falę ponieważ tracą część swej energii na zderzenia z niesprężystymi atomami anody. Widmo emitowane w wyniku tych zdarzeń ma charakter ciągły.

Drugim rodzajem oddziaływania pędzących elektronów jest ich oddziaływanie z elektronami atomów z materiału tarczy anody. Jeśli pędzące elektrony mają energię dostateczną do wybicia elektronów z wewnętrznych powłok elektronowych atomów anody to podczas powrotu tych wybitych elektronów będzie następowało wypromieniowanie kwantów promieniowania rentgenowskiego. Energia tych kwantów jest zależna pod materiału anody, a powstające widmo jest nieciągłe nazywamy je promieniowaniem charakterystycznym.

Oddziaływanie promieniowania rentgenowskiego i gamma z materią

Fotony jonizującego promieniowania elektromagnetycznego oddziałują z ośrodkiem wg trzech mechanizmów tj.

Zjawisko fotoelektryczne

Efekt Comptona

Tworzenie par

Zjawisko fotoelektryczne - to emisja elektronów z ośrodka pod wpływem promieniowania elektromagnetycznego. Zaabsorbowanie kwantu promieniowania X lub gama przez związany w atomie elektron może spowodować że uzyska on energię większą od jego energii wiązania i nastąpi wybicie. Taki elektron opuszczający atom nazywamy fotoelektronem,. Atom pozbawiony elektronu staje się jonem dodatnim. Wybity elektron ulega zderzeniu z sąsiednimi elektronami jonizując je. Fotoelektron traci stopniowo swą energię i ulega przyłączeniu do jonu dodatniego - powstaje jon obojętny lub z atomem obojętnym - powstaje ujemny anion. Wyniku działania pojedynczego fotonu powstaje w ośrodku pewna liczba jonów.

Efekt Comptona- możemy opisać jako sprężyste zderzenie fotonu z elektronem swobodnym (foton posiada tak dużą energię, że energię elektronu możemy zaniedbać i uważać go za swobodny) po zderzeniu foton zostaje odrzucony pod kątem elektron zaś uzyskuje pęd. Elektrony Comptonowskie oddziałują z otoczeniem podobnie jak fotoelektrony zaś foton powstały w wyniku odrzucenia oddziałuje dalej z energią

Tworzenie par - jeśli kwant promieniowania posiada energię wi®kszą 1,02 MeV może w pobliżu jądra atomu przekształcić się w parę elektron (negaton) - pozyton. Powstałe elektrony jonizują atomy kosztem swej energii kinetycznej. Pozytony po jej utracie łączy się z negatonem - oba elektrony ulegają unicestwieniu a w ich miejsce powstają dwa kwanty promieniowania gama biegnące w przeciwnym kierunku.

Biologiczne działanie promieniowania jonizującego

Fizyczny przebieg oddziaływania promieniowania jonizującego w żywych tkankach nie różni się od przebiegu tych procesów w materii nieożywionej . istotne z biologicznego punktu widzenia jest oddziaływanie produktów wtórnych ze składnikami komórki.

Można wyróżnić kilka stadiów, występujących kolejno jedno po drugim, oddziaływania promieniowania jonizującego na żywy organizm.

Stadium pochłaniania energii przez struktury komórkowe - naładowane cząski wchodzą w głąb tkanek, tracą swą energię na skutek oddziaływania z elektronami atomów

Stadium oddziaływania elektrycznego - następuje przekazywania energii składnikom komórkowym poprzez jonizację i pobudzenie atomów i cząsteczek. Pozbawione elektronów atomy stają się jonami a w wybite elektrony mogą oddziaływać z atomami sąsiednimi. Stadium pochłaniania energii oraz stadium oddziaływania elektrycznego przebiega tak samo dla materii ożywionej i nieożywionej. Podstawowymi efekt ramii odgrywającymi tu rolę są zjawisko fotelektryczne efekt Comptona efekt tworzenia par.

Stadium zmian fizyko - chemicznych - powstałe jony i wzbudzone atomy są bardzo nietrwałe i biorą udział w szeregu różnorodnych i skomplikowanych reakcji. Zachodzi radioliza wody, powstawanie wolnych rodników, uszkodzenia DNA

Stadium zmian chemicznych - wolne rodniki reagują z innymi cząsteczkami w komórkach powodując niekorzystne zmiany.

Stadium zmian biologicznych - zaburzenie działania komórki może powodować poważne skutki biologiczne z jej śmiercią włącznie. Zmiany w materiale genetycznym mogą się utrwalać i po wielu latach ujawnić się chorobą nowotworową

We wcześniejszych analizach radiobiologicznych mających na celu uzmysłowić w jaki sposób promieniowanie zakłóca prawidłowe funkcjonowania komórek i tkanek posługiwano się dwoma teoriami:

Trafienia w cel - opierała się ona na założeniu iż kwant energii lub cząsteczka promieniowania korpuskularnego trafiając w ważną dla funkcjonowania komórki strukturę może bezpośrednio spowodować zmianę lub uszkodzenie biologiczne istotnej funkcji - uszkodzenie komórki

Teoria radiochemiczna (pośredniego oddziaływania)zakłada, że w powstawaniu uszkodzeń popromiennych kluczową rolę odgrywa woda jako główny składnik układów biologicznych. Na jedną cząsteczkę DNA w komórce przypada 700 cząsteczek białka i aż 1,2 x 10⁷ cząsteczek wody wg teorii przewaga wody jest tak duża że trawienia bezpośrednie na związki organiczne można pominąć

Obecnie przyjmuje się, że w skutek trafienia bezpośredniego powstaje 20% uszkodzeń, a 80% w skutek zmian radiochemicznych.

Skutki somatyczne i genetyczne promieniowania jonizującego

Somatyczne:

• Wczesne

• Choroba popromienna

• Ostra

• Przewlekła

• Miejscowe uszkodzenie skóry

• odległe

• Zmętnienie soczewek i zaćma

• Aberracje chromosomowe w komórkach somatycznych

• Nowotwory złośliwe

• Niepłodność

• Zahamowanie wzrostu i rozwoju

Genetyczne

• Mutacje genowe

• Dominujące

• Recesywne

• Aberracje chromosomowe w komórkach rozrodczych

Cechą promieniowania jonizującego jest to, że zmiany chorobowe mogą ujawnić się nie tylko u osoby napromieniowanej lecz również u jej potomstwa. W pierwszym przypadku mówimy o skutkach somatycznych a w drugich o genetycznych - dziedzicznych

Skutki stochastyczne - są to skutki późne, które związek przyczynowy z napromieniowaniem daję się wskazać dopiero w badaniach statystycznych. Mają charakter losowy. Wywoływane są przez małe dawki 0,5 - 1,0 dawki promieniowania. Są to efekty bez progowe - nie istnieje dawka uważana za bezpieczną. Prawdopodobnie wystąpienie objawów wzrasta ze wzrostem pochłoniętej dawki

Skutki stochastyczne można podzielić na somatyczne i genetyczne

Skutki somatyczne:

• indukowanie zmian nowotworowych - kancerogeneza popromienna. Rozpoczyna się od przemiany normalnej komórki w nowotworową czyli tzw. transformacji nowotworowej. W rezultacie zmian spowodowanych pochłonięciem prze komórkę dawki promieniowania jonizującego zyskuje ona zdolność do niekontrolowanych podziałów. Zyskanie zdolności do niekontrolowanych podziałów nie przesądza jeszcze o powstaniu nowotworu w „uzłośliwieniu” komórki musi zajść jeszcze wiele zmian w jej genomie, funkcjonowaniu, metabolizmie

• osłabienie układu immunologicznego w ludzi co powoduje zwiększoną śmiertelność noworodków

Skutki genetyczne

• skutki genetyczne występują wtedy gdy napromieniowaniu ulegną komórki rozrodcze. Skutki napromieniowania będą uwidaczniać się wówczas u potomstwa. Mogą być przekazywane jako zaburzenia dziedziczne następnym pokoleniom. Najczęściej schorzenia te powodują śmierć dziecka zaraz po urodzeniu, rzadziej zaburzenia pojedynczych komórek lub układów.

Skutki deterministyczne - do skutków deterministycznych zaliczamy takie, które wywołują zmiany w tkankach i narządach w krótkim czasie po napromieniowaniu i kiedy daje się ustalić związek pomiędzy napromieniowaniem, a objawami. Wywoływane są przez duże wartości dawek, powyżej 1 dawki promieniowania. Ogólnie polegają na uszkodzeniu znacznej liczby komórek co powoduje zaburzenie funkcjonowania całego organizmu. Objawy kliniczne pojawiają się od kilku minut do kilku dni po ekspozycji na promieniowanie. Skutki deterministyczne mają charakter progowy (dawka mniejsza od progowej nie wywołuje objawów) nasilenie objawów wzrasta ze wzrostem dawki.

Następstwa deterministyczne mogą być miejscowe lub ogólne. Następstwem napromieniowania są:

• ubytki komórek nie mogące być wyrównane przez komórki pozostałe przy życiu.

Reakcje zapalne

Zaburzenia czynności wewnątrz dzielniczych tkanek

Utrata kończyn

Martwicze zmiany skóry oraz narządów

Narażenie ludności na promieniowanie jonizujące w środowisku

Każdy człowiek narażony jest na działanie promieniowania jonizującego pochodzącego ze źródeł naturalnych i sztucznych

Środowiskowe źródła promieniowania jonizującego to:

Naturalne izotopy potasu którego zawartość w potasie naturalnym wynosi 0,00119%. Z potasu K-40 człowiek otrzymuje dawkę 0,3 mSv rocznie

Izotopy naturalnych szeregów promieniotwórczych zgromadzone w skorupie ziemskiej i wodzie

Promieniowanie kosmiczne (dawki promieniowania kosmicznego zależą od wysokości na poziomie morza dawka ta wynosi 0,25 mSv rocznie, a na wysokości 2000 m n.p.m 0,6 mSv rocznie) jedna godzina lotu samolotem to dodatkowo 0,004 mSv

- przedmioty codziennego użytku, telewizory i monitory ekranowe, glazura, farby stałego świecenia w zegarkach i kompasach

- badania radiologiczne

• Prześwietlenie klatki piersiowej 1mSV

• Prześwietlenie zębów 0,09mSV

• Prześwietlenie jamy brzusznej 1,47mSV

• Tomografia komputerowa całego ciała 10mSV

- opad promieniotwórczy pochodzący z awarii jądrowych i prób z bronią jądrową

Orientacyjna dawka roczna promieniowania ze źródeł naturalnych wynosi 2,6mSV natomiast ze źródeł sztucznych 0,9mSV (nie powinna przekraczać 1mSv)

Wpływ temperatury na organizm człowieka

Energia cieplna

Każda temperatura powyżej - 273 stopni Celsjusza zero absolutne jest miarą ciepła. Ciepło stanowi energię kinetyczną cząsteczek

Wytwarzanie ciepła w organizmie

Energia cieplna powstaje w wielu organach, podczas procesów metabolicznych, pracy mięśni. Największa jego ilość wytwarzana jest podczas utleniania składników pokarmowych. W stanie spoczynkowym wątroba wytwarza około 50% mózg 15% a mięśnie 25% ciepła, proporcje te zmieniają się w zależności od aktywności fizycznej.

Temperatura ciała człowieka wynosi (części rdzennej, 65% masy ciała) 37 +- 0,5 stopnia Celsjusza na stałym poziomie

Termoregulacja

Utrzymanie temperatury cała jest możliwe dzięki regulacji ilości ciepła pobranego i wytworzonego oraz oddawanego przez organizm. Regulacja zachodzi na drodze fizycznej i chemicznej przy udziale układu nerwowego i hormonalnego. Ośrodek regulacji temperatury zlokalizowany jest w podwzgórzu gdzie trafiają bodźce z receptorów obwodowych oraz z neuronów ośrodka obmywanych przez krew. Po odchyleniu temperatury części rdzeniowej ciała od 37,6°C następuje uruchomienie mechanizmów termoregulacji.

Podczas spadku temperatury poniżej 37,6°C następuje:

Zahamowanie wydzielania potu

Zwężenie naczyń krwionośnych skóry

Wytwarzanie ciepła na drodze termo genezy drążeniowej polegającej na skurczach mięśni i zwiększeniu ich napięcia

Wytwarzanie ciepła na drodze termo genezy bezdeszczowej polegającej na zwiększeniu przemian katabolicznych w tkance tłuszczowej, zwiększeniu metabolizmu komórek

Podczas wzrostu temperatury powyżej 37,6°C następuje:

Zwiększenie wydzielania potu

Rozszerzenie naczyń krwionośnych skory

Zahamowanie wytwarzania ciepła

Wpływ temperatury otoczenia na organizm człowieka

Organizm człowieka może pobierać lub tracić energię cieplną na drodze:

Kondukcji (przewodzenie) - polegającej na przekazywaniu energii kinetycznej cząsteczkom o mniejszej energii cieplnej przez cząsteczki o energii większej

Konwekcji (przenoszenie) - polegającej na przenoszeniu ciepła przez cząsteczki cieczy lub gazów będących w ruchu

Promieniowania - w wyniku konwersji energii cieplnej na elektromagnetyczną (promieniowanie podczerwone, długofalowe, światła widzialnego)

W temperaturze pokojowej człowiek traci ciepło w postaci: promieniowania 60%, odparowywania wody z potu 25%, (gdy wilgotność powietrza przekracza 60% parowanie zaczyna ustawać) przewodzenie i konwekcję (do powietrza) 12%, (do przedmiotów) 3% oraz z wydalinami.

Około 80% ciepła organizm traci przez skórę, a ok. 17% przez układ oddechowy.

Hipertermia

Wzrost temperatury otoczenia (pow. 35 stopni Celsjusza) może spowodować zakłócenie pozbywania się nadmiaru ciepła przez organizm człowieka, początkowo przed przegrzaniem chroni różnicą temperatur pomiędzy częścią korową, (temperatura kończyny ok. 30 stopni) a rdzeniową organizmu. Następuje wzrost dopływu krwi do skóry, pocenie się przyśpieszenie oddychania, w gorącym otoczeniu człowiek może tracić 1,5-4 litrów potu w ciągu godziny. Wzrost temperatury może spowodować

Skurcze mięśni

Zmęczenie, wymioty bóle głowy, przyśpieszenie pulsu

Obniżenie ciśnienia krwi

Jeśli temperatura ciała wzrośnie powyżej 41 stopni Celsjusza może nastąpić szok termiczny, którego objawami są: suchość skóry, zaburzenia centralnego układu nerwowego, utrata orientacji, utrata przytomności, w celu obniżenia temperatury stosuje się zimną kąpiel.

Hipotermia

Spadek temperatury otoczenia wpływa na obniżenie temperatury ciała człowieka powodując hipotermię. Szybkość tego zjawiska zależy od różnicy temperatur, siły wiatru, wieku, masy ciała, przed wychłodzeniem chroni, spadek dopływu krwi do części korowych, (naczynie krwionośne skóry głowy ulegają zwężeniu w nieznacznym stopniu wytwarzanie ciepła zahamowanie pocenia, jeśli te mechanizmy są niewystarczające organizm popada w hipotermię:

Łagodna hipotermia (32-35) - uczucie zimna, dreszcze, zaburzenia mowy, bezwład mięśni spowolnienia reakcji senność

Umiarkowana hipotermia - 28-32 stopni Celsjusza utrata orientacji, zaburzenia świadomości, ból z zimna migotania przedsionków, wyłączenie termoregulacji

Ostra hipotermia poniżej 28 stopni Celsjusza - migotanie komór, ustanie pracy serca, utrata świadomości, oddech ledwo wyczuwalnych, śmierć

Ochłodzenie organizmu zachodzi szybciej w wodzie (woda 23 razy lepiej przewodzi ciepło) niż na powietrzu szczególnie narażone na wychłodzenie i śmierć są; osoby starsze, dzieci osoby niedożywione, w stanie upojenia alkoholowego.

Sposobem podniesienie temperatury ciała jest ciepła kąpiel

14

---