Factori de influenta asupra proceselor biologice.

Ultrasunetele

Caracterul nociv al efectelor produse de sunete este determinat de intensitatea poluarii sonore si de timpul de expunere la actiunea ei si se manifesta prin scaderea capacitatii de munca, boli profesionale, afectarea unor functii fiziologice, tulburari psihice.

Sunt vibratii mecanice cu o frecventa ce depaseste 16 kHz, ajungând pâna la 109kHz.

Ele se pot produce cu ajutorul unor dispozitive (traductoare) speciale, dintre care cele mai folosite sunt generatoarele piezoelectrice si cele magnetostrictive având gama de frecventa între 1000 si 10.000.000 Hz.

Influenta vibratiilor mecanice

Datorita efectelor produse, US au în medicina o serie de aplicatii:

1. Ultrasonoterapia actioneaza cu frecvente optime cuprinse între 800 - 3000 kHz, adâncimea la care patrund în tesuturi fiind între 5 - 7 cm.

2. Ultrasonografia - un rol deosebit în medicina îl are diagnosticul cu ultrasunete. Principiul metodei consta în emiterea si receptionarea consecutiva a undelor ultrasonice reflectate de pe suprafata de separatie a tesuturilor cu impedanta acustica diferita. Prin aceasta metoda se poate examina structura tesuturilor moi, diagnosticul cu ultrasunete completând pe cel cu raze X.

În natura se pot deosebi urmatoarele tipuri de sunete:

· sunetul pur - reprezinta sunetul alcatuit dintr-o singura unda cu o anumita frecventa

· sunetul muzical (armonic) - sunet compus din mai multe frecvente supradaugate din care componenta cu frecventa cea mai joasa este frecventa fundamentala, iar celelalte sunt armonice cu frecventa egala cu un multiplu întreg al frecventei de baza. Armonicele pot avea diferite amplitudini.

· zgomotul alb - sunet compus care contine toate frecventele posibile si cu amplitudine egala. Este echivalentul luminii albe.

· zgomotul - sunet compus cu o combinatie neomogena de frecvente si amplitudini.

Ţesuturile traversate de ultrasunete (US) sufera o serie de efecte mecanice, termice si chimice, care au la baza fenomene de absorbtie de energie:

· Efectele chimice sunt caracterizate prin procese de oxidare, marirea vitezei de reactie si a efectului catalizatorilor etc.

· Efectele termice se manifesta prin ridicarea temperaturii tesuturilor. Reprezinta principala forma de interactie datorata fenomenului de absorbtie a energiei undelor US la trecerea prin tesuturi.

· Efectele mecanice sunt legate de producerea fenomenului de cavitatie, ruperi ale lichidului strabatut de US. Aceste goluri se umplu cu gazele dizolvate în lichid.

Sunetul reprezinta o forma de transfer la distanta a energiei prin intermediul unei succesiuni de comprimari-decomprimari autopropagate prin elementele de mediu. Propagarea sunetului este posibila numai prin mediile alcatuite din elemente care pot suferi compresii elastice. In vid, sunetul nu se poate propaga.

Prezentare schematica a unui proces biologic, de la starea initiala la cea finala

Precautiuni la utilizarea curentilor electrici

Efectele nocive ale temperaturii

Atunci când trec prin organism, curentii slabi nu produc efecte daunatoare, în schimb curentii puternici (de intensitate mare) pot da nastere la accidente grave (mortale chiar).

Când atingem cu mâna capetele firelor aflate sub tensiune electrica de zeci sau sute de volti, poate apare în antebrat o contractie dureroasa, de asemenea, poate apare o stare de soc. Daca tensiunea atinge câteva mii de volti, moartea survine imediat.

Se pot distinge mai multe categorii de efecte determinate de valori ale temperaturii în

afara zonei biocinetice:

1. efectele nocive ale cresterii temperaturii sunt reprezentate în principal de denaturarea ireversibila a conformatiei tridimensionale a macromoleculelor cu rol structural sau functional.

2. la scaderea temperaturii sub

nivelul minim al "ferestrei biologice" celula reactioneaza diferit în functie de viteza de scadere a temperaturii:

· la congelarea rapida apar cristale de gheata prin înghetarea apei libere atât din afara cât si din interiorul celulei. Microcristalele produc ruperea structurilor membranare si a altor formatiuni intracelulare (chiar nucleul) ce determina moartea celulei.

· la congelarea lenta, îngheata mai întâi apa libera extracelulara, ce determina un eflux pasiv de apa din celula ce reduce cantitatea de apa libera intracitoplasmatica. Se împiedica astfel formarea de microcristale cu efect nociv, iar temperatura de congelare a macromoleculelor înconjurate de apa legata (structurala) scade la aproximativ - 40°C.

In procedurile de crioprezervare se combate efectul nociv al microcristalelor de apa prin utilizarea unor substante de tipul glicerolului. Moleculele de glicerol interactioneaza puternic prin punti de H cu moleculele de apa, integrându-se competitiv în structura tridimensionala a apei. La scaderea miscarilor de agitatie termica (la reducerea temperaturii) moleculele de apa se agrega progresiv în jurul proteinelor, integrarea glicerolului împiedicând formarea microcristalelor.

Pentru explicarea mecanismului prin care

temperatura influenteaza procesele biologice este necesara interpretarea din punct de vedere energetic

a acestor procese.

Orice transformare (proces biologic) decurge cu scaderea energiei libere din starea initiala catre o valoare finala. În momentul angajarii unui proces, particula (sau sistemul biologic) sufera un proces de activare care este absolut necesar pentru depasirea barierei energetice ce asigura, în starea inactiva, echilibrul energetic.

Toate celulele sunt expuse la variatii de temperatura ale mediului lor ambiant, iar amplitudinea acestor variatii difera functie de conditiile în care traiesc organismele respective. Cele care traiesc în mediu acvatic sunt expuse unei variatii mult mai limitate de temperatura, dat fiind valoarea ridicata a caldurii specifice a apei, comparativ cu organismele care traiesc pe uscat. Pentru majoritatea organismelor, intervalul de temperatura la care se desfasoara activitatile metabolice celulare, numit zona biocinetica (fereastra biologica), este între 10 si 450C. Exista însa si organisme termofile ce traiesc la temperaturi mai mari de 450C si organisme criofile ce traiesc la temperaturi mai mici de 100C. In general, forme de viata sunt posibile la orice temperatura la care apa celulara ramâne în stare lichida.

Influenta temperaturii asupra sistemelor biologice

Când pielea este uscata, datorita rezistentei electrice mari, apare un efect Joule (termic) intens ce determina arsuri, dar curentul electric circula prin organism cu o intensitate relativ mica si electrocutarea este mai putin grava.

Când pielea este umeda si exista contact electric cu pamântul, atunci rezistenta ce o întâmpina curentul la intrarea în organism este mica si electrocutarea este violenta.

Prin faptul ca intervine direct la un nivel

structural de baza (atomic si molecular), temperatura influenteaza prin modificarile ei toate functiile sistemelor vii.

Fenomenele ce decurg direct din miscarea de agitatie termica a moleculelor si din existenta fortelor de interactiune moleculara, se afla nemijlocit sub influenta temperaturii (difuziunea, osmoza, tensiunea superficiala, vâscozitatea, potentialul electric, de concentratie etc).

Influenta curentului electric

INTERACŢIUNEA FACTORILOR FIZICI CU SISTEMELE BIOLOGICE

Categoria a doua de interactii se refera la acele efecte datorate interactiei nespecifice dintre anumite forme de variatie a energiei din mediul extern si materialul biologic, cu afectare globala, nespecifica a tuturor structurilor participante la interactie. Aici sunt incluse efectele unor factori fizici precum fenomenele radiative (radiatiile ionizante, UV, laser, microunde, ultrasunete), variatiile de temperatura, curentul electric, variatiile de presiune, câmp gravitational etc. Nocivitatea acestor interactii este dependenta în principal de cantitatea de energie transferata sistemului biologic.

Mediul exterior reprezinta o sursa permanenta de factori de agresiune care induc abaterea de la starea stationara, de echilibru dinamic, a sistemelor vii. Factorii fizici de agresiune constau în fenomene fizice ce pot interactiona cu procesele biologice.

Curentul electric reprezinta unul din factorii fizici cei mai folositi în practica medicala. Ca bioexcitant, curentul electric prezinta o serie de însusiri care-l fac stimul universal:

· la valori convenabile nu lezeaza tesuturile si poate fi aplicat în mod repetitiv,

· actioneaza imediat (perioada scurta de latenta),

· genereaza efecte în orice tip de celula sau tesut,

· poate fi masurat cu precizie,

· poate fi aplicat în zone restrânse prin intermediul electrozilor (anod, electrodul pozitiv si catod, electrodul negativ).

Când un curent electric are o durata

foarte scurta (mai mica de o miime de

secunda) el se numeste impuls.

Se caracterizeaza prin forma de variatie în timp,

amplitudine, durata si frecventa de repetitie.

Graficul unui impuls în sistemul de coordonate

intensitate-timp poate fi un dreptunghi, un triunghi

sau o curba exponentiala (figura).

Exista doua nivele de interactiune:

· nivelul interactiei specifice, mediate si conditionate de consum intern de energie;

· nivelul interactiei nespecifice, nemediate, fara contributie energetica directa din partea sistemului

Curiozitati

În prima categorie sunt incluse fenomenele de traducere de semnal de la nivelul structurilor specializate ale analizatorilor, care se caracterizeaza în general printr-un transfer redus de energie, nenociv, dinspre exterior spre interior. Depasirea nivelelor maxime tolerabile poate declansa însa efecte nocive la nivel local, fara afectarea sistemului în ansamblu.

Factori de influenta asupra proceselor biologice.