New Microsoft Office Word Document

download New Microsoft Office Word Document

of 30

  • date post

    13-Jul-2015
  • Category

    Documents

  • view

    33
  • download

    0

Embed Size (px)

Transcript of New Microsoft Office Word Document

INTERACTIUNEA FACTORILOR FIZICI CU SISTEMELE BIOLOGICE biologie INTERAC IUNEA FACTORILOR FIZICI CU SISTEMELE BIOLOGICE 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 n fenomene fizice ce pot interactiona cu procesele biologice. 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. n prima categorie sunt incluse fenomenele de traducere de semnal de la nivelul structurilor specializate ale analizatorilor, care se caracterizeaza n general printrun transfer redus de energie, nenociv, dinspre exterior spre interior. Depasirea nivelelor maxime tolerabile poate declansa nsa efecte nocive la nivel local, fara afectarea sistemului n ansamblu. 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, cmp gravitational etc. Nocivitatea acestor interactii este dependenta n principal de cantitatea de energie transferata sistemului biologic. ntelegerea mecanismelor biofizice ale interactiei structurilor vii cu agentii fizici este conditionata de cunoasterea proprietatilor specifice ale acestora din urma. Influenta temperaturii asupra sistemelor biologice Generalitati 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, vscozitatea, potentialul electric, de concentratie etc). Toate celulele sunt expuse la variatii de temperatura ale mediului lor ambiant, iar amplitudinea acestor variatii difera functie de conditiile n care traiesc organismele respective. Cele care traiesc n 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 ntre 10 si 450C. Exista nsa

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 ramne n stare lichida. 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. n momentul angajarii unui proces, particula (sau sistemul biologic) sufera un proces de activare care este absolut necesar pentru depasirea barierei energetice ce asigura, n starea inactiva, echilibrul energetic.

Prezentare schematica a unui proces biologic, de la starea initiala la cea finala Energia de activare (Ea) este dependenta de temperatura dupa urmatoarea expresie: unde q10 este un coeficient de temperatura egal cu raportul vitezelor de reactie masurate la o diferenta de temperatura de 10 grade, R - constanta gazelor iarT - temperatura absoluta initiala. Rolul de catalizator al enzimelor este tocmai acela de a reduce energia de activare a proceselor biologice, ceea ce mareste foarte mult viteza de reactie.

Prezentare schematica a unui proces biologic, mediat enzimatic De obicei, activarea enzimei necesita o energie mult mai mica dect energia de activare a procesului mediat, iar activarea enzimei poate fi realizata de o serie de factori chimici locali (mesageri chimici), sau factori fizici externi (de ex. semnale electrice, optice etc). Efectele nocive ale temperaturii. Se pot distinge mai multe categorii de efecte determinate de valori ale temperaturii n afara zonei biocinetice:

1.

efectele nocive ale cresterii temperaturii sunt reprezentate n principal de denaturarea ireversibila a conformatiei tridimensionale a macromoleculelor cu rol structural sau functional. Apar formatiuni globulare determinate de ruperea si rearanjarea legaturilor de H. Aceste conversii structurale sunt incompatibile cu o functionare normala, iar celula moare n momentul depasirii mecanismelor de refacere. Cauzele majore de moarte celulara sunt: denaturarea ireversibila a ADN, a ribozomilor cu blocarea sintezei de proteine precum si a enzimelor, cu pierderea proprietatilor de catalizatori. In final, la valori mai mari de temperaturaa se produce lichefierea bistratului lipidic membranar si dezintegrarea celulei. Cresterile violente de temperatura pot determina direct evaporarea si carbonizarea materialului biologic. 2. la scaderea temperaturii sub nivelul minim al "ferestrei biologice" celula reactioneaza diferit n functie de viteza de scadere a temperaturii: la congelarea rapida apar cristale de gheata prin nghetarea apei libere att din afara ct si din interiorul celulei. Microcristalele produc ruperea structurilor membranare si a altor formatiuni intracelulare (chiar nucleul) ce determina moartea celulei. Totodata, apare si o hiperosmolaritate relativa tranzitorie intracitoplasmatica ce contribuie suplimentar la destabilizarea si deteriorarea moleculelor proteice. la congelarea lenta, ngheata mai nti apa libera extracelulara, ce determina un eflux pasiv de apa din celula ce reduce cantitatea de apa libera intracitoplasmatica. Se mpiedica astfel formarea de microcristale cu efect nociv, iar temperatura de congelare a macromoleculelor nconjurate de apa legata (structurala) scade la aproximativ - 40C. Ramne nsa prezent efectul datorat hiperosmolaritatii tranzitorii care determina leziuni ce nu permit reluarea functiilor dupa dezghetare. 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, integrndu-se competitiv n structura tridimensionala a apei. La scaderea miscarilor de agitatie termica (la reducerea temperaturii) moleculele de apa se agrega progresiv n jurul proteinelor, integrarea glicerolului mpiedicnd formarea microcristalelor. Se formeaza adevarate retele protectoare fata de socul osmotic n jurul macromoleculelor si de-a lungul formatiunilor lipidice membranare care permite pastrarea intacta pentru timp ndelungat a viabilitatii celulare. Prin aceste procedee se pot conserva pe termen nelimitat celule seminale, celule stem pluripotente sau chiar elemente tisulare simple (cornee, cristalin). Glicerolul este un compus chimic utilizat n metabolismul lipidic celular, astfel ca, la dezghetarea celulelor, prezenta lui nu este nociva, el fiind utilizat chiar la sinteza de glicogen. Din categoria substantelor crioprotectoare mai fac parte si dextranul sau dimetilsulfoxidul (DMSO).

Efectele acceleratiei si imponderabilitatii asupra circulatiei sngelui Intr-un fluid de masa volumica r, la o variatie de altitudine dx corespunde o variatie de presiune dp. Daca si g sunt independente de x, atunci:

Astfel, doua puncte situate la acelasi nivel, ntr-un acelasi fluid n echilibru, au aceeasi presiune. In cazul organismului, presiunea arteriala (mai exact diferenta fata de presiunea atmosferica) trebuie masurata n pozitia decliva pentru a elimina efectul gravitatiei. Astfel, presiunea arteriala pentru vasele cu sectiune egala este aceeasi n toate punctele circulatiei sanguine. Ea variaza de la un maxim (130 mmHg 17 kPa) n cursul sistolei (ps) la o valoare minima (80 mmHg 10 kPa) n cursul diastolei (pd). Valoarea medie a tensiunii arteriale se calculeaza dupa formula: si este de aproximativ 100 mmHg n aorta, 35 mmHg n arteriole si 25 mmHg n capilare. Pentru un subiect n ortostatism, intervine gravitatia, astfel ca pentru o valoare medie de 100 mmHg la nivelul inimii, se gaseste o presiune arteriala medie de 60 mmHg (8 kPa) la nivelul capului si de 200 mmHg (26 kPa) la picioare. Datorita lucrului efectuat de pompa cardiaca, sngele nu se acumuleaza n partile inferioare. Presiunea venoasa masurata n pozitie de decubit dorsal la nivelul venei cave este de 10 mmHg si 15 mmHg n venule. Aceasta presiune creste mult n ortostatismul prelungit ce favorizeaza staza venoasa la nivelul membrelor inferioare cu aparitia varicelor (dilatatii cronice a venelor) si a edemelor ortostatice. In manevrele aviatice s-a constatat ca n timpul unui "looping" are loc o crestere a acceleratiei datorita fortei centrifuge de 3-4 ori. In acest caz acceleratia este ndreptata spre picioare (acceleratie negativa) si presiunea sistolica de la nivelul creierului scade la -12 mmHg. Arterele creierului se vor nchide rezultnd o ischemie cerebrala tranzitorie urmata de pierderea vederii (val negru) si chiar a cunostintei. Pilotii tineri la antrenament nu pot suporta acceleratii de acest fel mai mult de 20 sec. Folosirea unor costume speciale gonflabile (anti-g) ce mpiedica aceste fenomene prin crearea unei presiuni externe la nivelul trunchiului si membrelor. De asemenea, se face o asezare a corpului n asa fel (ca n cazul lansarii unei rachete cu om la bord) nct forta centrifuga sa actioneze transversal pe corp. Atunci cnd se efectueaza manevre n picaj, pilotul este expus la acceleratii "p