Sadržaj
Uvod
U ovom radu se objašnjava veza između građe i funkcije organa u domenu biofizike, biofizike, odnosno fizički principi principi na kojima kojima se zasniva zasniva funkcionisanj funkcionisanjee organizma. organizma. Takođe, Takođe, kroz rad smo sagledali i proučili fizička svojstva svakog pojedinačnog organa i dijela organizma da bismo dobili potpuniju sliku o fizičkim svojstvima cjelokupnog ljudskog organizma. Na početku smo pojasnili, uslovno rečeno, najprostije i najbolje proučene sisteme organizma, počevši od biomehanike lokomotornog sistema i fizičkih principa vidljivih okom, postepeno idući ka sve složenijim, kao što je kardiovaskulatorni cirkulatorni sistem,vidni i slušni aparat i fizička svojstva organa i ćelija koji omogućuju ostvarivanje njihovih osobenosti.
2
Biomehanika lokomotornog sistema
Lokomotorni sistem omogucuje covjeku da se krece u prostoru. Elementi lokomotornog sistema su kosti, zglobovi i misici. Kosti i zglobovi su pasivni, dok su misici aktivni elementi. Prilikom kretanja organizam je izlozen dejstvu spoljasnjih sila i unutrasnjih sila kojima misici djeluju na kosti za koje su vezani. Kostur tijela se sastoji od kratkih, pljosnatih i dugih kostiju. Kratke kosti imaju sve tri dimenzije slicne. Njihova pokretljivost je mala. Pljosnate kosti imaju dvije dimenzije znatno vece od trece, zbog cega su pogodne kao zastita osjetljivih dijelova organizma. Takve su kosti lobanje, karlicna i grudna kost. Duge kosti imaju jednu dimenziju mnogo vece od druge dvije. Sastoje se od srednjeg dijela (dijafiza), obicno cilindricnog oblika i okrajaka (epifiza) koji su pokriveni hrskavicom i ulaze u sastav zglobova. Skup dijelova pomocu kojih se kosti medjusobno povezuju nazivaju se zglobovi. Dijele se na nepokretne ili sinartroze, polupokretne ili amfiartroze i pokretne dijartroze kojih ima najvise. Pokretni zglob se sastoji od okrajaka kostiju koje ulaze u zglob od kojih je jedna obicno obicno ispupcenaispupcena- glava glava kosti, kosti, a druga druga udubljenaudubljena- casica. casica. Oblozene Oblozene su hrskavico hrskavicom m i odvojene medjusobno zglobnom supljinom u kojoj se nalazi bezbojna sluzava tecnost (sinovijalna tecnost). U sastav zgloba ulazi jos zglobna cahura i zglobne veze, tj. ligamenti. Zglobovi se mogu rotirati oko jedne, dvije ili tri ose. Oko 40% tjelesne tezine otpada na skeletne misice koji predstavljaju aktivne elemente lokomotornog sistema. Skeletni misici se sastoje od velikog broja misicnih vlakana precnika 10-80 mikrometara. Na mjestima vezivanja za kosti misici djeluju na njih
3
na dva nacina: staticki, ako je duzina misica tokom vremena stalna i dinamicki, ako se duzina mijenja. Preko mjesta na kojem se vezuju na kosti misici djeluju odredjenom silom F na njih. Kosti, ili sistem kostiju predstavljaju razlicite vrste poluga. Analiza funkcionisanja sistema poluga u tijelu zavisi od tacnog poznavanja mjesta vezivanja misica za kost, od udaljenosti te tacke od oslonca poluge, napadne tacke tereta i samog polozaja poluge. U odnosu na ove elemente poluge se dijele na poluge prve, druge i trece vrste. Poluge prve vrste su dvokrake poluge kod kojih se tacka oslonca nalazi izmedju napadnih tacaka sila F i Q. Primjer poluge prve vrste je glava covjeka u normalnom polozaju. Tacka oslonca oslonca 0 je na spoju lobanje lobanje i prvog prvog vratnog vratnog prsljena. prsljena. Ravnotezu Ravnotezu tezine tezine glave (Q) odrzava sila F kojom vratni misici djeluju na mjestu njihovog spajanja. Poluge druge vrste su uvijek poluge sile. Oslonac poluge nalazi se na jednom kraju poluge, napadna tacka na drugom, a napadna tacka tereta je izmedju njih. Primjer poluge druge vrste je stopalo covjeka koji stoji na prstima gdje je tacka oslonca u prednjem dijelu stopala, napadna tacka tezine je u skocnom zglobu, a sila lisnog misica djeluje na petnu kost. Poluga trece vrste je takodje jednokraka poluga, ali se ovdje napadna tacka sile nalazi izmedju oslonca i napadne tacke tereta. Posto je krak sile kraci od kraka tereta ovo su poluge brzine. brzine. Primjer Primjer je podlaktic podlakticaa kod koje se oslonac oslonac nalazi u lakatnom lakatnom zglobu, zglobu, napadna tacka sile je mjesto vezivanja misica bicepsa za podlakticu a napadna tacka tereta moze biti u saci u kojoj se nalazi neki predmet. Jednokraka poluga nasla je primjenu u funkcionisanju ljudske ruke. Poseban znacaj u analizi lokomotornog sistema ima ispitivanje funkcionisanja sistema poluga. Sistem poluga predstavlja vise poluga ma koje vrste, medjusobno povezanih tako tako da pomjeranje pomjeranje jedne jedne od njih njih utice utice na cio sistem. sistem. Ovakav Ovakav sistem sistem poluga poluga predstavlja predstavlja model model za sistem sistem kostiju kostiju u lokomotor lokomotornom nom sistemu, sistemu, cije cije je jednostavno jednostavno funkcionisanje ostvareno preko misica koji su za njih vezani. Odnos sile i tereta zavisit ce ovdje ne samo od duzine poluge i odnosa napadnih tacaka i tacke oslonca vec i od ugla koji poluge zatvaraju zatvaraju medjusob medjusobno. no. Realna tijela, kao sto su kosti, deformisu se pod dejstvom spoljasnjih sila. Kao protiv-dejstvo protiv-dejstvo spoljasnj spoljasnjim im silama silama javljaju javljaju se unutrasnj unutrasnjee sile koje koje teze da tijelo tijelo vrate vrate u prvobitan prvobitan oblik. To To su elasticne elasticne sile sile cija velicina velicina zavisi od medjumolekular medjumolekularnih nih sila. sila. Ako su spoljasnje sile dovoljno velike da udalje molekule uzvan sfere njihovog dejstva, elasticne
4
sile se nece javiti a tijelo ce svoj oblik trajno deformisati. To svojstvo tijela naziva se plasticnost. plasticnost. U granicnom granicnom slucaju moze doci do kidanja kidanja tijela. tijela. Plasticne Plasticne deformacije deformacije se mogu javiti i pri slabim silama ukoliko je njihovo dejstvo dugotrajno ili periodicno. Dijelovi ljudskog organizma reaguju na ovakve vrste sila svojom funkcionalnom adaptacijom. Tako ce npr. kost da promijeni svoju strukturu i formu, a to je moguce jer kosti stalno stvaraju nove a razgradjuju stare celije. Proces nastajanja i formiranja kostiju naziva se osteogeneza. Ona omogucuje promjenu strukture na mjestima dejstva dugotrajne sile. Takodje moze doci do adaptacije forme kostiju. Forma se mijenja tako da se kost ili njen dio postavlja longitudinalno u odnosu na pravac djelovanja sile. Time se izbjegava djelovanje transverzalnih sila koje mogu da izazovu prijelom kostiju. Kosti su u organizmu izlozene svim vrstama deformacija: istezanje- sabijanje, smicanje, te savijanje i uvrtanje. Pri odjedjenoj vrijednosti normalnog napona doci ce do kidanja tijela. Ta vrijednost je kriticni napon. Kriticne vrijednosti napona za neka tkiva su data u tabeli. Materijal Kost Kost Kost Tetiva Misic
Kriticni napon (N/m2) 100 x 106 83 x 106 27,5 x 106 68,9 x 106 0,55 x 106
Vrsta deformacije Sabijanje Istezanje Savijanje Istezanje Istezanje
Mehanizam misicne kontrakcije
Dejstvo misica na kosti odredjenom silom preko tetive javlja se kao posljedica kontrakcije misica. Kontrakcija misica moze biti dvojaka: izometricka i izotonicka. Izometricka je ona kontrakcija pri kojoj se duzina misica ne mijenja. U tom slucaju napregnuti misic drzi ravnotezu dejstvujucoj sili. Pri izotonickoj kontrakciji misic se skracuje, dolazi do pomijeranja tijela, ali napregnutost misica ostaje nepromijenjena. U ovom slucaju dolazi do aktivnog skracivanja misicnih vlakana. Svaka kontrakcija misica je 5
zapravo kombinacija ove dvije vrste. Da bi se objasnila mnisicna kontrakcija mora se poci od molekulske struktore misicnih vlakana. Svako misicno vlakno sadrzi nekoliko stotina do nekoliko hiljada miofibrila. Miofibrile se sastoje od miozinskih i aktinskih niti. To su veliki polimerizovani molekuli proteina koji imaju imaju elasticne elasticne osobine i oni su odgovorni odgovorni za misicnu misicnu kontrakciju kontrakciju.. Prilikom Prilikom kontrakcije misicnih vlakana dolazi do skracenja sarkomera usljed uvlacenja miozinskih medju aktinske niti. Duzina sarkomere pri misicnom tonusu iznosi oko 2 mikrometra. Ako se misic isteze normalni napon u njemu blago raste da bi na duzinama vecim od 2,2 mikrometra poceo da opada. Pri skracivanju sarkomera nagli pad napona se javlja na duzini od 1,65 mikrometara. Druga vazna karakteristika dinamike misicne kontrakcije je zavisnost brzine misicne misicne kontrakci kontrakcije je od opterecenja. opterecenja. Sa povecanjem opterecenja opada brzina kontrakcije eksponencijalno. Nakon kontrakcije nastupa relaksacija misica za koju je potrebno nesto vise vremena. Ukupno vrijeme kontrakcije i relaksacije je razlicito zavisno od funkcije misica. Za ocni misic iznosi 0,01 s, a za soleus 0,1 s. Promjena duzine sarkomera vrsi se na racun energije koja se dobija iz ATP-a, pri cemu se stvara ADP, koji se opet jedini sa jednim fosforom u ATP. Energija za obnavljanje ATP-a. Korisno dejstvo, odnosno procenat dobivenog rada od ukupne ulozene energije iznosi 20-25%. Maksimalno korisno dejstvo se ostvaruje pri kontrakciji misica umjerenom brzinom. Ako se kontrakcija vrsi sporo veliki dio energije se pretvara pretvara u toplotu. toplotu. Pri brzoj brzoj kontrakciji kontrakciji pored pored oslobodjene oslobodjene toplote toplote dio dio energije energije se trosi trosi na savladjivanje trenja usljed viskoznosti samog misica. U praksi vecina materijala nije potpuno elasticna elasticna,, pa se samo samo dio izvrsenog izvrsenog rada sacuva sacuva kao elasticna elasticna potencija potencijalna lna energija. Ostatak se rasipa kao toplota, pa temperatura tih materijala raste kada se oni deformisu.
Cirkulatorni Cirkulatorni ciklus 6
Kardiovaskularni sistem čine srce i krvni sudovi (arterije, kapilari i vene), povezani u zatvoreni zatvoreni krvotok, krvotok, prikazan prikazan na slici. slici.
Srce, centralni šuplji mišićni organ, svojim snažnim ritmičkim kontrakcijama pod znatnim pritiskom ubacuje krv u početni deo aorte (i plućne arterije), čime je ostvaren dovoljno veliki gradijent pritiska između početnog (arterijskog) i završnog dela krvotoka (šuplje vene i plućne vene). Zahvaljujući tom gradijentu, krv neprekidno kruži kroz krvotok. Srce se sastoji od četiri šupljine: dve pretkomore ili atrijuma (leva i desna) i dve komore ili ventrikula (leva i desna). Između desne pretkomore i komore, kao i leve pretkomore pretkomore i komore, komore, nalaze nalaze se atrio-vent atrio-ventrikular rikularni ni zalisci zalisci (sa strane strane komora), komora), i pri povišenju pritiska pritiska u komorama komorama oni se se zatvaraju, zatvaraju, sprečavajući sprečavajući vraćanje vraćanje krvi iz komora komora u pretkomore. pretkomore. Mišićni zid srca (miokard) sastavljen je od poprečnoprugastih mišićnih vlakana specijalne građe – koja su strukturno slična poprečno-prugastim (skeletnim) mišićima, ali se po funkcionalnim specifičnostima (ritmičko grčenje) približavaju osobinama glatkih mišića unutrašnjih organa! Automatsko, ritmičko grčenje srca, reguliše se sinusnim čvorom (Kejt Flakov čvor), koji se nalazi u zidu desne pretkomore, i koji se se naziva "predvodnikom ritma" srčanog rada – jer pored njega postoji njemu podređeni drugi centar srčanog automatizma kod čoveka, pretkomorno komorni čvor (Ašof- Tavarinov čvor) sa tzv. Hisovim snopom. O ovom bioelektričnom centru automatizma srca, kao i o bioelektričnim pojavama u srcu (EKG) (EKG) biće biće detaljnije detaljnije reči u Od. 5.1. Srčana revolucija se deli u dve osnovne faze: sistolu (grčenje srca) i dijastolu (opuštanje srca, i punjenje pretkomora i komora krvlju). Sistola počinje sistolom pretkomora, zbog čega se krv iz pretkomora istiskuje u komore. Posle toga počinje sistola komora, kada se zatvaraju i atrioventrikularni zalisci, koji sprečavaju povratak krvi u pretkomore. Kada pritisak u komorama nadvlada pritisak u aorti i plućnoj arteriji, otvaraju se zalisci na početku ovih arterija – i počinje period istiskivanja krvi iz komora u arterije. Posle prestanka depolarizacije miokarda komora, započinje repolarizacija mišićnih vlakana i period dijastole – i naglo sniženje pritiska u komorama i zatvaranje zalizaka arterija, pošto pritisak u njima opet postaje veći nego u komorama. Dalje se otvaraju atrio-
7
ventrikularni zalisci i krv iz pretkomora ponovo počinje da utiče u komore. Punjenje celog srca traje do pojave sledećeg impulsa iz sinusnog čvora. Treba reći da pri sistoli komora nikada ne dolazi do njihovog potpunog pražnjenja (oko 60% od ukupnih 200 ml krvi u svakoj komori se ne isprazni pri sistoli). Trajanje pojedinih faza srčane revolucije, pri frekvenciji rada srca od 75 otkucaja u minutu, dato je u Tabl. 4.2.
Radni efekat srca (As) jednak je proizvodu srednjeg arterijskog pritiska ( a p ) i sistolnog volumena krvi koji se ubaci u arterije (ΔVs): s a s . A = p ΔV (4.12) Za levu komoru je Asl ≈ 0,8 J, a za desnu (čiji je zid miokarda tanji od zida leve komore) je Asd ≈ 0,1 J, odnosno ukupni radni efekat srca, u mirnom stanju osobe, jednak je As ≈ 0,9 J – u toku jedne jedne sistole! sistole! Pri Pri telesnim telesnim naprezanjima naprezanjima ovaj rad se višestruko višestruko povećava! Regulisanje srčanog rada je moguće sa dve grupe grupe faktora: faktora: hemijskim hemijskim (humoralnim) i nervnim – koji mogu uticati na automatski rad srca. Najznačajniji
humoralni faktori su hormoni, od kojih neki deluju inhibitorno (acetilholin, vazopresin, insulin, i neki drugi), izazivajući usporenje rada srca (bradikardija), dok neki deluju stimulativno (adrenalin, noradrenalin, tiroksin), izazivajući ubrzanje rada srca (tahikardija). kod drugih drugih unutrašnjih unutrašnjih organa, organa, ostvarena ostvarena antagonist antagonističkim ičkim Inervacija Inervacija srca je, kao i kod dejstvom oba dela autonomnog (vegetativnog) nervnog sistema: simpatikusa (deluje stimulativno) i parasimpatikusa (deluje inhibitorno); međutim, medijatori u prenošenju 8
nervnih uticaja vegetativnog sistema su opet hormoni: za simpatikus to je mešavina noradrenalina i adrenalina, dok je za parasimpatikus to acetilholin.
Krvotok Krvotok se može podeliti na dva dela: veliki (telesni krvotok) i mali (plućni krvotok), koji su šematski prikazani na Sl. 4.11. Pri proticanju kroz kapilare, arterijska krv predaje tkivima kiseonik i hranljive materije (koje prima iz crevne sluzokože i jetre), a iz tkiva se prima ugljendiok ugljendioksid sid i drugi drugi metabolički metabolički produkti, produkti, koji koji se prenose prenose venskom venskom krvlju. krvlju. Srednja
brzina lamilarnog kretanja krvi u krvnom sudu poluprečnika r i dužine l, data je Hagenovim zakonom (1839)
gde je η - koeficijent viskoznosti krvi, 1 2 p ≡ p − p - razlika pritisaka na krajevima krvnog suda (koja se u fiziološkoj literaturi naziva srednjim pritiskom krvnog suda, i čije vrednosti se mere i daju u tabelama (v. Tabl. 4.3)); p l - je gradijent krvnog pritiska.
Biomehanička svojstva krvotoka određena su gradijentom pritiska u krvnim sudovima i viskoznošću krvi! Vrednosti krvnog pritiska u raznim delovima krvotoka
9
Intenzitet protoka (ili protok ) krvi kroz krvni sud jednak je zapremini krvi koja protekne kroz krvni sud u jedinici vremena,
Iz ove formule moze se dobiti Poazejev zakon:
Iz Poazejevog zakona mozemo dobiti otpor krvnog suda:
Vidi se da je otpor krvnog suda utoliko veći ukoliko je krvni sud uži i njegova dužina veća. Zbog otpora krvnih sudova jedan deo rada srca (As) trošiće se na njegovo savlađivanje, usled čega će krvni pritisak ( p ) opadati od arterija do vena, kako je to prikazano na Sl. 4.12. Prikazane oscilacije krvnog pritiska posledica su promena vrednosti arterijskog pritiska pritiska tokom srčane srčane revolucije revolucije i respiracionih respiracionih (disajnih) (disajnih) oscilacija oscilacija grudnog grudnog koša. Iz Hagenovog zakona mozemo dobiti i pritisak krvnog suda, koji zavisi od dužine krvnog suda (l), brzine proticanja krvi ( v ) i poprečnog preseka krvnog suda (~ r2). Tako, sužavanje kapilara dovodi do povećanja pritiska u njima!
10
Elastičnost krvnih sudova, posebno arterija, je od velikog značaja za kontinuirano proticanje proticanje krvi (v. (v. Sl. 4.13). 4.13). Pri sistol sistolii komore, komore, sistolni sistolni volumen volumen krvi će se upumpati upumpati u arteriju sa energijom a S p ΔV . Deo te energije delovaće na zidove suda arterije i transformisaće se u elastičnu energiju deformacije (proširenja) arterije. Po prestanku systole komore, elastični zid arterije se vraća u prvobitni položaj, čime se energija elastične deformacije pretvara u kinetičku energiju arterijske krvi. Ovaj elastični talas se širi duž cele arterije kao pulsni talas, čija je brzina data Jungovom jednačinom
gde je E - Jungov modul elastičnosti arterije, ρ - specifična gustina krvi, d debljina zida arterije, r - njen unutrašnji poluprečnik, a C – empirijska konstanta koja zavisi od uslova proticanja krvi. Eksperimentalno je pokazano da je brzina pulsnog talasa na početku aorte aorte ~ 3 m/s, a u perifernim arterijama ~ 10 m/s.
Regulisanje krvnog pritiska vrši se promenom otpora krvnih sudova, odnosno njihovog poprečnog preseka preseka (v. (v. izraze (4.16-17 (4.16-17)). )). Pri suženju suženju (vazokonst (vazokonstrikciji) rikciji) krvnog suda suda pritisak pritisak raste, a pri proširenju (vazodilataciji) krvnog suda pritisak
11
opada. Pri tome, da bi došlo do znatne promene krvnog pritiska ispred mesta suženja ili proširenja, proširenja, potrebno potrebno je da dođe do vazokonstri vazokonstrikcije kcije ili ili vazodilatacije vazodilatacije većeg većeg broja arteriol arteriola, a, kapilara ili vena! Na Sl. 4.14 dat je uporedni kvalitativni prikaz krvnog pritiska (kriva I), brzine proticanja proticanja krvi (kriva (kriva II) i otpora krvnih sudova sudova (kriva (kriva III) III) u raznim raznim delovima delovima krvotoka. Vidi se da idući od aorte ka šupljim venama krvni pritisak progresivno progresivno opada;
otpor sa progresivnim smanjenjem prečnika krvnih sudova raste, tako da je najveći u oblasti arteriola i kapilara, a zatim opada sa proširenjem proširenjem krvotoka krvotoka u šuplje šuplje vene; vene; brzina proticanja proticanja krvi opada sa porastom porastom otpora, otpora, a potom sa smanjenjem smanjenjem otpora otpora ponovo raste, tako tako da je u šupljim šupljim venama venama samo samo nešto nešto manja nego u aorti: tako je brzina u aorti ~ 0,25 m/s, u kapilarima ~ 0,0005 m/s, a u venama ~ 0,20 m/s (uočiti razliku u odnosu na brzinu pulsnog talasa)!
Uporedni kvalitativni prikaz promena krvnog pritiska (I), brzine proticanja krvi (II) i otpora krvnog suda (III) u raznim delovima krvotoka Na stanje stanje krvnog pritiska pritiska utiču nervni faktori (simpatikus deluje kao vazokonstriktor, a parasimpatikus parasimpatikus kao vazodilatato vazodilatator) r) i humoralni (hemijski) faktori (proizvodi metabolizma (CO2, ...) i hormoni, koji mogu biti vazodilatatorni (acetilholin, vazopresin, insulin, ...) i vazokonstrikcioni (adrenalin, noradrenalin, serotonin,hipertenzin, ...)). Raspodela krvi u
organizmu prikazana prikazana je u Tabl. Tabl. 4.4, za vreme vreme mirovanja. mirovanja. Pri pojačanoj aktivnosti pojedinih organa oni dobijaju veću količinu krvi nego za vreme mirovanja, i to na račun organa koji u tom momentu ne pokazuje pojačanu aktivnost (tzv.
12
"borba za krv"). To je posledica vazodilatacije aktivnijih organa, što povećava protok krvi u njima, i vazokonstrikcije neaktivnijih organa, što smanjuje njihovo snabdevanje krvlju; istovremeno, povećava se i količina krvi u cirkulaciji na račun većeg broja organa-depoa krvi (jetra, slezina, koža, pluća), koji je oslobađaju u krvotok. Raspodela krvi u pojedinim organima čoveka za vreme mirovanja, pri minutnom minutnom volumenu volumenu od 5.000 5.000 ml
Krv kao fluid
Fizičke osobine krvi su: količina, boja, temperatura, gustoća (specifična težina), viskoznost, miris, osmotski tlak, sedimentacija krvnih stanicaNajmanja strukturna i funkcionalna jedinica živih organizama sposobna za samostalan život i reprodukciju. i zgrušavanje (koagulacija).
13
Količina krvi u organizmu zavisi od tjelesne površine, odnosno visine i težine. Prosječna cjelokupna težina krvi u organizmu iznosi 7% tjelesne težine. Količina krvi je konstantna kod zdravih osoba za vrijeme mirovanja, a povećava se za vrijeme tjelesnog rada i unošenjem veće količine tekućine i hrane u organizam. Kod suprotnih slučajeva dolazi do smanjenja zapremine krvi. Fiziološke promjene zapremine krvi su posljedica promjene u zapremnini plazme. Količina krvi je različito raspoređena u organizmu, uglavnom prema potrebi pojedinih pojedinih organa. Pri Pri povećanoj povećanoj aktivnosti aktivnosti nekog organa povećava povećava se i količina krvi u njemu. Za vrijeme bolesti dolazi do trajnijeg smanjenja ili povećanja količine krvi u organizmu i to kao rezultat smanjenja (povećanja) same plazme ili eritrocita zbog istovremenih promjena i kod krvnih stanica i u plazmi. Povećanje količine krvi naziva se pletora, pletora, a smanjenje smanjenje oligemija. oligemija.
Boja krvi je crvena i ona potječe od krvnog pigmenta hemoglobina koji se nalazi u eritrocitima. Prema stupnju oksidacije hemoglobina, boja je svjetlije ili tamnije crvena. Oksihemoglobin daje jasno crvenu boju, a reducirani tamnije crvenu. Po tome se i razlikuje venska i arterijska krv. Boja krvi se mijenja pri nekim patološkim stanjima: pri trovanju ugljičnim monoksidom krv je svijetlo crvena, u slučaju spriječene oksigenacije u plućima ona postaje crnkasta.
Temperatura krvi se kreće od 36-40 C˚. Ona ne zavisi od temperature okoline već je konstantna. Najniža je u venama kože, a najviša u venama koje odvode krv iz jetre.
Specifična težina krvi prosječno iznosi 1.060 i uvjetovana je brojem eritrocita i količinom hemoglobina u njima. Kod muškaraca je nešto veća nego kod žena. Snižava se poslije obroka, a povećava poslije fizičkog napora.
Viskoznost krvi se mjeri brzinom proticanja krvi kroz kapilarne cjevčice određenog promjera promjera pri određenoj određenoj temperat temperaturi uri i tlaku. tlaku. Uspoređuje Uspoređuje se s viskoznošću viskoznošću vode od od koje je veća i iznosi od 3,5-5,4. Viskoznost krvi zavisi od broja eritrocita, a broj leukocita utječe samo kada je veliki.
14
Miris krvi je otužan, sličan mirisu znoja i potječe od isparljivih masnih kiselina u njoj. Osmotski tlak krvi zavisi od koncentracije tvari u njoj (elektrolita i neelektrolita). Osmotski tlak iznosi 7 atmosfera. Mjeri se pomoću krioskopa.
Sedimentacija krvi je taloženje krvnih stanica na dnu posude u kojoj se nalazi krv, kojoj je dodana neka antikoagulacijska tvar. Brzina izdvajanja krvnih stanica iz krvne plazme je u stvari brzina sedimentacije i ona ovisi od vremena stajanja krvi, od broja i osobina eritrocita i od odnosa pojedinih tvari u krvnoj plazmi. Od sastojaka plazme na brzinu sedimentacije najviše utječu količine fibrinogena, kolesterola i pojedinih frakcija bjelančevina. bjelančevina. Do ubrzanja ubrzanja sediment sedimentacije acije dovode povećanja količine količine fibrinoge fibrinogena na ili kolesterola i pojedinih globulinskih frakcija, a povećanje albumina je usporavaju.
Koagulacija krvi je pojava prelaska krvi iz tekućeg u čvrsto stanje, poslije vađenja krvi iz krvne žile. Čimbenici zbog kojih se krv zgrušava jesu proteini, koje proizvodi uglavnom jetra, a ima ima ih 16 16 (fibrinogen, (fibrinogen, protromb protrombin,tkivni in,tkivni trombopl tromboplastin, astin, kalcijevi kalcijevi ioni, proakceler proakcelerin in (Ac-G), aktivirani proakcelerin, prokonvertin, antihemofilijski globulin A, antihemofilijski globulin B, Stuart Prowerov čimbenik, preteča plazmatskog protoplazmina, Hagemanov čimbenik, čimbenik stabiliziranja fibrina, Fletcherov čimbenik, Fitzgeraldov čimbenik, trombocitni čimbenik: Suština je u pretvaranju bjelančevina fibrinogena rastvorenog u krvnoj plazmi, pod djelovanjem enzima trombina u nerastvorljivu bjelančevinu fibrin, u prisustvu prisustvu iona kalcija. kalcija. To je složen enzimski enzimski proces, proces, koji protječe protječe u tri tri faze: -prva faza je stvaranje aktivnog enzima tromboplastina (trombokinaza) -druga faza je pretvaranje proenzima protrombina u aktivni enzim trombin pod djelovanjem tromboplatina u prisustvu kalcijevih iona -treća faza je pretvaranje rastvorljive bjelančevine fibrinogena u nerastvorljivi fibrin pod djelovanjem trombina. Tijekom ove tri faze krv se pretvara iz tekućeg u čvrsto stanje, koje se naziva krvni ugrušak (krvni koagulum). Poslije izvjesnog vremena krvni koagulum se skuplja i iz njega se
15
istiskuje tekući dio krvi, koji ima sve sastojke kao i plazma osim fibrinogena. Ta tekućina se naziva krvni serum. Poslije izdvajanja seruma kogulum se razgrađuje pod djelovanjem enzima fibrinolizima. U plazmi se nalaze tvari koji utječu, ali i koje sprečavaju koagulaciju. Ti koji sprečavaju su antitrombini. Zahvaljujući ravnoteži činilaca koagulacije i antikoagulantnih činilaca ne dolazi do koagulacije u krvnim žilama. Osnovna uloga koagulacije u krvi je sprečavanje iskrvarenja organizma jer se pri ozljedi krvne žile brzo aktiviraju svi enzimski procesi koji sudjeluju u koagulaciji. Koagulacija u krvnim žilama je tromboza i nastaje uslijed oštećenja endotjela krvne žile, smanjenje brzine krvotoka i povećanje koagulabi koagulabilnosti lnosti krvi. krvi.
Kemijske osobine krvi predstavljaju ustvari sastav krvi. Krv kao cjelina sadrži veliki broj organskih i neorganskih tvari. Djelimično se oni nalaze u krvnoj plazmi, a djelomično u krvnim stanicama. Neorganske tvari krvi su voda i neorganske soli.
Fizika oka Opticki sistem oka sa vidnim putevima slican je kameri sa pridruzcnim pridruzcnim djelovima.I djelovima.I jedan i drugi drugi sistem sistem sastoji sastoji se iz sledećih sledećih celina: 1. Sistem sociva kroz koje prolaze i prelamaju se svjetlosni zraci; 2. Dijafragma sa uskim kružnim otvorom, odnosno zjenica, koja regulise količinu primljene svjetlosti; 3. Mracna komora sa negativom, koju u oku predstavlja mrežnjača, koja prima svjetlo svjetlosne sne nadrazaje; nadrazaje; 4. Opticki nervi, preko kojih se prenose svjetlosni nadrazaji ka vidnim centrima u mozgu Oka ima dva glavna fokusirajuća dela: roznjaču, koja vrsi oko dvije trecine fokusiranja, i socivo koje vrsi fino fokusiranje. Rožnjača ima stalan fokus, dok socivo može mjenjati svoj oblik i samim tim fokusirati objekte na 16
različitim udaljenostima. Rožnjača fokusira prelamanjem svetlosnih zraka, a ugao prelamanja zavisi od zakrivljenosti njene povrsine i njenog relativnog indeksa prelamanja. Indeks prelamanja rožnjače je 1.376,očne vodice 1.34,očnog sočiva 1.40 i staklastog tijela 1.336 Indeks prelamanja roznjače je priblizno kanstantan za sve Ijude, dok zakrivljenje varira i uglavnom je odgovorno za probleme u vidu. Ukoliko je roznjaca previse zakrivljena oko je kratkovido, ako nijc dovoljno zakrivljena oka je dalekovido, a ako nije jednako zakrivljena onda je astigmatično. Očno sočivo menja žiznu daljinu promenom svoje zakrivljenosti. Fokusiranje sociva je znacajno manje od fokusiranja roznjace zbog toga sto je ono okruženo okruženo djelovima djelovima koji koji imaju približan približan indeks prelama prelamanja. nja. Redukovano Redukovano oko Za uprošcenu analizu oka koristi se tzv. redukovano oko. Sistem sociva se zamenjuje jednim debelim sočivom indeksa prelamanja 1.41 čija je sredisnja tačka udaljena 17 mm od žiže F1 i mreznjace. Tačka preseka glavne optičke ose i mreznjače definiše drugu žižu F 2. Ukupna optička jačina oka je 59 dioptrija kada je oko prilagodeno za gledanje u daljinu. Prednja površina rožnjače doprinosi ukupnoj dioptrijskoj snazi sa 48 dioptrija i to iz tri razloga: I. indeks prelamanja rožnjače se jako razlikuje od indeksa prelamanja vazduha, 2. rožnjača je u odnosu na očno sočivo udaljenija od mržnjače i 3. zakrivljenost roznjače je velika. Zadnja površina roznjače je konkavna ali budući da je razlika između indeksa prelamanja očne vodice i roznjače mala, ona ima optičku jacinu od sarno -4 dioptrije, čime se umanjuje ukupna optička jacina oka.
Ljudsko uho kao slušni aparat
17
Slusni aparat coveka je fino i precizno dizajnirani pretvarač veoma slabih mehaničkih oscilacija frekvcncija od 20 - 20.000 Hz u električne signale. Sastoji i se iz tri osnovna dijela: 1. Uho, mehanicki sistem koji sakuplja i transmituje zvučne mehaničke oscilacije i pretvara ih u električne signale; 2. Auditorni nervi, koji kodirane zvucne informacije u vidu električnih signala prenose do mozga; 3. Auditivni korteks,dio moždane kore u kome se elektricni signali dekodiraju i interpretiraju .
Uho se sastoji iz tri dela:1 spoljno uho, koje sakuplja zvučne talase,2 srednje uho, koje transmituje i delom pojačava preko sistema koščica (poluga) zvucne lalase i 3 unutrašnje uho, u kome se zvučni talasi pretvaraju u elektricne signale. Spoljno i srednje uho predstavljaju prenosni dio, dok je unutrašnje uho prijemni dio. Spoljno uho se sastoji od ušne skoljke i slusnog kanala, koji se završava bubnom opnom. Ušna školjka pomaze u sakupljanju zvučnim talasa. Bubna opna je tanka zategnuta membrana povrsine oko 65 mm2 i debljine oko 0,1 mm. Ona prenosi vibracije iz spoljnog u srednje uho. Amplitude oscilovanja membrane imaju veoma male vrednosti i kreću se od 10-11(prag cujnosti) do 1O -7
m (prag bola). Oscilovanje je acentricno buduci da cekić nije vezan za centar membrane.
Bubna opna moze da izdrži pritisak zvuka nivoa intenziteta do 160 dB. Veci pritisak moze da izazove pucanje bubne opne. Ostecena bubna opna zarasta kao i svako drugo tkivo u ljudskom organizmu. Srednje uho predst uho predstavlja avlja prostor prostor izmedu izmedu dveju dveju opni bubne bubne i opne na tzv. ovalnom prozoru, koja predstavlja granicu izmedu srednjeg i unutrašnjeg uha. Sastoji se od centralne supljine - bubne duplje i Eustahijeve tube. Osnovnu strukturu bubne duplje, koja je ispunjena vazduhom, cine tri medusobno povezane koščice: čekić, nakovanj i uzengija.To su jedine kosti u ljudskom organizmu koje dostizu konacnu velicinu jos pre rodenja. Sistem kosčica djeluje kao sistem poluga, čime se uvećava sila zvučnog pritiska za oko 1,3 puta. Ako se tome doda da povrsina membrane na ovalnom prozoru iznosi 1/ 15 povrsine bubne opne, opne, u rezultatu rezultatu se dobija dobija da je je pritisak pritisak na membranu membranu ovalnog prozora prozora oko 20 puta veći u odnosu na pritisak koji trpi bubna opna.
18
Postoji jos jedan značajan efekt koščica srednjeg uha. Akusticka impedancija koščica je slična po vrednosti sa impedancijom bubne opne i opne ovalnog prozora pa ne dolazi do znacaj nih gubitaka u trnasportu zvuka usled retleksije. Kada bi u srednjem uhu bio samo samo vazduh oko oko 99,9% zvucnog zvucnog talasa talasa bi se retlektovalo retlektovalo na graničnim graničnim površinama površinama.. Za koščice srednjeg uha pripojena su dva misica, koji svojim zatezanjem i opustanjem regulisu intenzitet zvuka koji treba da se prenese ka unlltrasnjem uhu. Njihova uloga je dvojaka: • štite puz od dejstva zvuka velikog intenziteta - amortizerska funkcija (mogu da oslabe zvuk za 30 - 40 dB); • prekrivaju zvuk niske frekvencije u bučnoj sredini i time uglavnom odstranjuju pozadinsku buk) i smanjuju osjetljivost uha na vlastiti govor U unutrašnjem uhu se nalazi puž kao dio slušnog sistema i vestibularni aparat koji služi za kontrolu i refleksno odrzavanje ravnoteže. Puž je akustički pojačivač, frekventni analizator i pretvarač pretvarač mehaničkih mehaničkih u električne električne impulse. impulse. Kada bi se cijev cijev puža ispravila ispravila,, njena dužina bi iznosila 3,4 cm. Cijev je po uzdužnoj osi podjeljena u tri dijela: skale vestibuli i timpani i medije. Bazilarna membrana sa Kortijevim organom je najvažniji deo sluha. Sastoji se od oko 20.000 bazilarnih lliti
Membranski Membranski potencijal
Ljudski organizam je vrlo složen biološki sustav kojeg čine više od 100 bilijuna stanica Procjenjuje se da se svake minute proizvodi više od 300 milijuna novih stanica, te nadalje, da se svake sekunde u svakoj stanici zbiva oko 40.000 biokemijskih reakcija. Sve
19
te reakcije uključuju konstantni tijek elektrona (negativne subatomske čestice) i protona (pozitivne subatomske čestice) čime dolazi do stvaranja slabih električnih struja. Svaka zdrava stanica ima normalni potencijal membrane od -85 mV. Taj potencijal je neophodan za život i omogućuje normalno odvijanje i ponavljanje svih biokemijskih staničnih reakcija. Ako padne normalni potencijal stanične membrane (stanice raka imaju potencijal od -20mV do -30 mV), metablizam stanice se narušava. Ulaz hranjivih tvari i izlučivanje metaboličkog otpada postaju nedovoljni. Stanica počinje degenerirati i na kraju umire. Bioelektricitet je kritična komponenta za normalno funkcioniranje i život ljudskog organizma. Elektricitet prožima sva tkiva organizma i može se objektivno mjeriti (npr. EKG, EEG). Da bi bio u stanju proizvesti i slobodno provoditi elektricitet kroz tijelo (živci, mozak, krv, mišići, međustanična matrica) organizam mora imati dovoljnu količinu minerala. Ioni (pozitivno ili negativno nabijeni atomi ili grupe atoma) su vodiči elektriciteta. Najvažniji ioni minerala su kalcij, magnezij, natrij, kalij, fosfor i klor. Da bi mogli ispravno provoditi elektricitet, specifična tkiva i tjelesne tekućine zahtjevaju vrlo precizne koncentr koncentracije acije različitih različitih minerala. minerala.
20
ZAKLJUČAK
Sagledavši ove činjenice jasno se izvodi zaključak da je ljudski organizam veoma složen i da najmanja odstupanja od normalnih fizičko-fizioloških granica mogu imati fatalne posljedice. Zbog toga, svaki pojedinac treba i mora da cijeni sopstveni organizam, i da se pridržava do sad otkrivenih načina prezervacije zdravog tijela, samim tim osiguravajući sebi zdrav i ispunjen život. Što bi rekao Dr. Arslanagić: “U zdravom tijeluzdrav duh!” Iako postoje mnogi načini da očuvamo organizam i poboljšamo kvalitet vlastitog života, činjenica je da je nauka još uvijek samo na pragu saznanja i razumijevanja kompleksnosti ljudskog organizma i prava otkrića su tek pred nama.
LITERATURA
21
1. Mirjanić D., Janić I., Šetrajčić J., Opšta fizika i biofizika, Matićgraf, Banja Luka, 1993. 2. Raković D., Osnovi biofizike, ASC & EFPG, Beograd, 2008. 3. Tuszynski J., J., Kurzynski M., Introduction Introduction to molecular molecular biophysics, biophysics, CRC Press, New York, 2003.
22
