1. Legtura ionic Legtura ionic este formata prin atragerea electrostatica cu sarcini opuse si are loc intre metalele tipice si nemetalele tipice. Pentru a forma o configuraie electronic exterioar de echilibru (8 electroni), atomii se pot asocia prin cedarea i respectiv primirea de unul sau doi electroni. Se formez astfel o molecul a crei legtur ionic (polar, heteropolar, electrovalent) se bazeaz pe atracia electrostatic exercitat ntre atomii ionizai pozitiv sau negativ. Atomii astfel construii n stare solid se organizeaz sub form de cristale, care datorit tipului de legtur se numesc cristale ionice. Cristalele ionice tipice se formeaz ca rezultat al reaciei dintre un element metalic puternic electropozitiv (grupele I,II) cu un element puternic electronegativ (grupele VI, VII). Metalele de tranziie pot forma i ele cristale atunci cnd diferena de electronegativitate este ndeajuns de mare. ex tipic:clorura de sodiu (NaCl) Teoria clasic a lui Born i Madelung d o imagine clar asupra naturii legturii ionice. ntre doi atomi apropiai, unul ionizat pozitiv i altul negativ, apar fore electrostatice centrale de atracie care variaz cu ptratul distanei i fore de respingere care variaz rapid cu inversul distantei la o putere n>2. Fora de atracie f este dat de relaia: f=(e1*e2)\ 2. Legtura covalent Legtura covalent este legtura chimic n care atomii sunt legai ntre ei prin perechi de electroni puse n comun, atomii avnd poziii fixe unii fa de alii. Aceasta apare doar ntre atomii nemetalelor, iar rezultatul legrii se numete molecul. Legtura covalent poate fi de trei feluri, dup modalitatea de punere n comun a electronilor. Astfel, ea este: * nepolar - apare la atomii din aceeai specie sau la atomii din specii diferite care au electronegativiti foarte apropiate (acetia fiind carbonul i hidrogenul). Fiecare dintre cei doi atomi pune n comun cte un electron, i fiecare atrage la fel de mult perechea astfel format. * polar - exist doar ntre atomi ai nemetalelor din specii diferite. Fiecare dintre cei doi atomi pune n comun cte un electron, dar atomul care are electronegativitatea mai mare atrage mai puternic perechea format. Atomul cu electronegativitatea mai mic devine astfel dezvelit de electroni. * coordinativ - este o legtur covalent polar special. n acest caz, doar un atom pune n comun cei doi electroni necesari formrii legturii (acesta numindu-se donor), iar cellalt doar accept perechea oferit (acesta numindu-se acceptor).

3. Structura i proprietile moleculei de ap O molecul de ap - H2O - conine 2 atomi de hidrogen i un atom de oxigen. Oxigenul este legat covalent de cei doi atomi de hidrogen, unghiul dintre legturi fiind 105 0, iar lungimea legturii de 0,99 . Electronii moleculei de ap, n total 10, sunt repartizai n modul urmtor : - 2 electroni n apropierea oxigenului; - 2 perechi care se rotesc pe dou orbite aflate n plan perpendicular pe planul moleculei de ap, avnd nucleul de oxigen n focare. Acetia se numesc electroni neparticipani deoarece nu particip la legtura covalent; - 2 perechi de electroni care se rotesc pe dou orbite ce nconjoar legtura dintre oxigen i hidrogen, n planul moleculei de ap (planul format de cele trei nuclee). Prin aceti electroni se realizeaz legtura covalent.

Aceast dispunere a orbitelor determin structura tetraedric a moleculei de ap, cu nucleul oxigenului n centru i cei doi protoni, respectiv cele dou perechi de electroni neparticipani n vrfuri 4. Proprietile fizice ale apei. Apa are proprieti fizice speciale, care se explic prin caracterul ei dipolar i prin capacitatea de a forma legturi de H. Dintre cele mai importante pentru sistemele biologice se pot meniona: - cldur specific mult mai mare dect cea a oricrei substane solide sau lichide; este foarte important n procesele de termoreglare la nivelul organismului viu. De exemplu, eforturi musculare intense ar putea duce la o supranclzire. -conductibilitate termic de cteva ori mai mare dect cea a majoritii lichidelor : amortizor termic al apei n organism; - cldur latent de vaporizare mult mai mare dect a altor lichide: factor determinant al homeotermiei (rcirea corpului prin evaporare pulmonar i transpiraie); - densitate maxim la 40C - important pentru viaa acvatic; - constant dielectric foarte mare - favorizeaz disociaia electrolitic; 5. Structura i rolul apei n sistemele biologice Organismul uman are un mare coninut n ap (65-70%). O mare parte a apei din organism manifest proprieti fizice deosebite: se evapor foarte greu, nghea la temperaturi mult sub 00C, nu dizolv cristaloizii, nu particip la osmoz - aceasta este apa legat. Problema apei n structurile vii nu este complet elucidat. Existena apei legate se explic prin prezena unui mare numr de specii moleculare, macromoleculare i ionice, care structureaz apa din jur. O mare parte a apei intracelulare prezint un grad superior de ordonare. Aceast ordonare are un rol important n desfurarea proceselor celulare (excitaie, contracie, diviziune, secreie etc). O serie de studii au artat ca apa este compartimentalizat: exist ap liber, ap parial legat i ap legat, fiecare din aceste compartimente avnd proprieti specifice. Dat fiind importana apei n desfurarea proceselor biologice, exist un mare numr de tehnici care permit studiul proprietilor acesteia n organismul viu.

6. Tensiunea superficial. Rolul de agent tensioactiv n medicin Fenomene la nivelul interfeelor Interfa - suprafaa care separ dou faze aflate n contact. O interfa are tendina de a avea o suprafa minim (n baza principiului de minim, orice sistem tinde s-i minimizeze energia potenial) astfel nct, tangenial la suprafaa ei, se exercit o tensiune interfacial. n cazul lichid-gaz, aceasta se numete tensiune superficial. O mrime caracteristic pentru aceasta este coeficientul de tensiune superficial : = dF/dl (fora pe unitatea de contur) sau: = -dL/dS (lucrul mecanic necesar pentru a mri stratul superficial cu o unitate; semnul minus apare datorit conveniei de semne: lucrul mecanic efectuat asupra sistemului este negativ, iar mrirea suprafeei cu o unitate presupune efectuarea de lucru mecanic asupra sistemului). La dizolvarea n ap a unor substane poate s apar una dintre urmtoarele trei situaii, datorit structurii substanei respective i a caracterului hidrobob sau hidrofil, implicit a modului n care aceast substan interacioneaz cu moleculele de ap: - tensiunea superficial s rmn constant atunci cnd solvitul nu modific forele intermoleculare datorit faptului c se ncadreaz n reeaua de legturi de hidrogen a apei (zahrul n ap) - tensiunea superficial crete uor ca n cazul soluiilor de electrolit la care exist o interaciune puternic ntre ionii dizolvai i dipolii apei, ceea ce duce la creterea forelor intermoleculare din lichid, crescnd astfel tensiunea superficial. n acelai timp ionii sunt atrai n interiorul lichidului, concentraia lor n stratul superficial fiind mic, aadar putem concluziona c creterea tensiunii superifciale este nesemnificativ.

- tensiunea superficial scade. Este cazul substanelor care conin grupri hidrofobe acestea ptrunznd ntre moleculele de ap i micornd astfel forele intermoleculare. Se numesc substane tensioactive. Simultan cu aceste procese de ptrundere ntre moleculele stratului superficial, tot datorit caracterului lor hidrofob, sunt expulzate ctre suprafaa liber, concentraia lor aici crescnd semnificativ, determinnd astfel o scdere important a tensiunii superficiale. Substanele tensioactive pot fi ordonate conform legii lui Traube, care arat c tensioactivitatea unei substane este cu att mai pronunat cu ct aceast substan conine mai multe grupri hidrofobe, iar n cadrul aceleiai serii organice, tensioactivitatea crete cu lungimea catenei, n cazul acizilor grai, cu gradul de nesaturare. Unul dintre efectele tensiunii superficiale este ascensiunea (depresiunea capilar). Fenomenele capilare sunt foarte importante ntr-o serie de procese biologice (ascensiunea sevei, accidente vasculare de tipul emboliilor gazoase ptrunderea de gaze n snge poate bloca capilarele). Rolul fenomenelor superficiale la nivelul alveolelor pulmonare. Surfactantul pulmonar Alveolele pulmonare din jurul unei bronhiole au n medie o raz (dac le considerm sferice) de 0.05 - 0.1 mm. Alveolele pulmonare sunt n numr de circa 100 de milioane, iar suprafaa total pe care o ocup este de 100 m2 (prin comparaie, pielea are 2 m2). Deci, prin acestea se realizeaz cel mai important contact cu aerul atmosferic. Suprafaa alveolelor variaz n cursul ciclului respirator cu cca. 7 m2. Peretele intern al unei alveole este acoperit de un film lichid foarte subire (0,5 m). ntre aer i acesta exist o tensiune superficial. Apare deci o diferen de presiune n interior, conform legii Laplace: p = 2/r Pentru ap, la o raz cum este cea a alveolelor, p 12 - 24 Torr. n realitate p sunt doar de civa Torr. Aceast discrepan se datoreaz existenei unui agent tensioactiv - surfactant pulmonar - avnd drept cel mai important constituent o fosfolipid, care reduce tensiunea superficial. Rolul acestui agent tensioactiv este acela de a face ca p s nu varieze prea mult n cursul ciclului respirator, mpiedicnd golirea complet a alveolelor mici n cele mari (din cauza p 1/r, la contracie presiunea ar tinde s creasc n cazul n care coeficientul de tensiune superficial ar fi constant). Prin aciunea agentului tensioactiv este posibil egalizarea presiunii la o valoare medie pentru alveolele de dimensiuni diferite, care trebuie s funcioneze simultan. Absena sau insuficiena acestui agent tensioactiv poate duce la grave accidente respiratorii.

9. PRINCIPIUL al II-lea AL TERMODINAMICII (principiul cresterii entropiei) Principiul al II-lea al termodinamicii generalizeaz constatarea practic a imposibilitii ca o main termic s transforme integral o cantitate de cldur n lucru mecanic (perpetuum mobile de speta a II-a), randamentul de transformare fiind ntotdeauna subunitar. Exist mai multe formulri ale principiului II. n varianta care indic sensul spontan al desfurrii proceselor termodinamice, principiul II se numete principiul creterii entropiei. Conform acestei variante, procesele ireversibile care se desfoar spontan n sistemele termodinamice izolate au acel sens care duce la creterea entropiei. 10. Entalpia

Pentru procesele care au loc n atmosfer liber, aa cum sunt cele din sistemele biologice, presiunea este constant (condiii izobare). n acest caz, n locul energiei interne U se introduce mrimea numit entalpie, H: Dac scriem expresia principiului I: U = Q - L = Q - pV cantitatea de cldur Q va fi: Q = U + pV = (U + pV) = H deci: H = Qizobar (cldura schimbat de sistem izobar) Mrimea H = U + pV se numete entalpia sistemului i este foarte util n studiul termodinamic al reaciilor chimice. Cnd H > 0 sistemul primete cldur (reacii endoterme) i cnd H< 0 sistemul cedeaz cldur (reacii exoterme). 11. Entropia este un parametru de stare care msoar gradul de dezordine a unui sistem termodinamic. Ea poate fi definit n dou moduri, unul macroscopic (Clausius)(1) i unul microscopic (Boltzmann)(2). (1) Conform modului n care a fost introdus iniial acest concept, dac o cantitate de cldur Q este absorbit reversibil de ctre un sistem, la temperatura T (izoterm), se definete o funcie de stare S, care crete cu S, n modul urmtor: S = Q/T (2) Boltzmann a artat c entropia exprim n mod nemijlocit alctuirea atomo-molecular a sistemului i anume, gradul de ordonare a ansamblului de particule din care este alctuit. Dac avem N particule identice (atomi, molecule) distribuite pe M nivele energetice distincte, cte Ni pe fiecare nivel, entropia ansamblului va fi: S = - k ( Ni/N) ln (Ni/N) unde k = 1,38 10-23 J/K (constanta lui Boltzmann), iar Ni/N = pi - probabilitatea de ocupare a nivelului i, cu Ni = N (atunci cnd N este foarte mare). n funcie de probabilitatea de ocupare a nivelului se poate scrie: S = -k pi ln (pi) ntr-un sistem foarte ordonat sunt posibile foarte puine stri, doar cteva probabiliti sunt diferite de zero i S va avea o valoare foarte mic. ntr-un sistem dezordonat exist o distribuie haotic a particulelor, numrul de stri posibile este foarte mare i S va avea o valoare maxim. Pentru un sistem total dezordonat N1 = N2 = ... = Ni = 1, i n acest caz: S = k ln N N - probabilitatea termodinamic a strii - numrul de aranjamente ale particulelor care dau aceeai stare. n cazul unui sistem perfect ordonat (cristal perfect) : S = - k ln N/N = 0 12. Energia liber i entalpia liber Din energia intern U a unui sistem, numai o parte poate fi convertit n lucru mecanic: U = F + TS TS 0 se degradeaz n mod ireversibil n cldur. Dac scriem: U = (F + TS) se definete ca energie liber mrimea F (free energy) cu: U = F + TS Aceast mrime exprim capacitatea efectiv a sistemului de a efectua diferite aciuni. n sistemele izolate, n care U = ct., U = 0 i : F = - TS < 0 deoarece S > 0. Deci, o formulare mai complet a principiului II ar fi: Toate procesele care au loc n sisteme izolate decurg n sensul creterii entropiei i al scderii energiei libere (al scderii capacitii de a efectua lucru mecanic). Capacitatea unui sistem de a efectua lucru mecanic n condiii izobare este numit entalpie liber (Gibbs) G: H = G + TS 13. APLICAREA PRINCIPIULUI I AL TERMODINAMICII N BIOLOGIE

Sistemele biologice sunt sisteme termodinamice deschise, iar procesele biologice sunt procese termodinamice ireversibile. Organismele vii sunt sisteme a cror energie intern poate s creasc sau sau s scad n funcie de diferite condiii (vrsta, starea fiziologic etc.). Pentru a aplica corect principiul I n cazul organismelor, trebuie s se in seama de faptul fundamental c ele sunt sisteme deschise care iau i degaj n exterior energie, astfel nct problema conservrii energiei se pune numai pentru sistemul format din organismul respectiv mpreun cu mediul su nconjurtor. Bilanul energetic al organismului Aplicnd principiul I n cazul unui organism, se poate formula urmtorul bilan energetic: energia preluat din mediu = travaliul mecanic efectuat + cldura degajat + energia depozitat n rezervele organismului. Testul clinic al intensitii metabolismului bazal, prin care se stabilete valoarea de referin la care s fie raportat efectul diferiilor factori care influeneaz metabolismul energetic, este un exemplu de asemenea bilan n condiii simplificate. Subiectul este n repaus (nu efectueaz lucru mecanic) i nu a mncat 12 ore (nu preia energie din mediu)(figura). n acest caz, bilanul energetic se poate scrie: cldura degajat = - energia depozitat = energia utilizat 14. APLICAREA PRINCIPIULUI II N BIOLOGIE Stri staionare i procese cuplate n sistemele biologice Starea de echilibru termodinamic ntotdeauna, existena unei fore determin apariia unui flux care tinde s o anuleze. Astfel, un gradient de temperatur determin un flux de cldur de la temperatura superioar la cea inferioar pn cnd acestea se egaleaz i gradientul dispare. Cnd ntr-un sistem care evolueaz spontan (fr intervenii din exterior), adic ntrun sistem izolat, exist la un moment dat mai multe fore, n el se vor produce fluxurile corespunztoare pn cnd toate forele devin nule. Aceasta este starea de echilibru termodinamic n care, ncetnd toate procesele din sistem (J1 = J2 = ...= 0), nceteaz i producerea de entropie echilibru = 0, iar valoarea entropiei devine i se menine maxim. De exemplu, dac ntre dou compartimente separate de o membran permeabil se creeaz un gradient de concentraie al unei substane (Xc - fora termodinamic) va aprea un flux Jc de particule (difuzie) care tinde s egalizeze concentraiile. Se ajunge la un echilibru termodinamic: Xc = dc/dx Jc = d/dt XcJc > 0 La echilibru: Xc = 0 Jc = 0 = 0 S = maxim Starea staionar Cnd, ns, un sistem deschis nu este lsat s evolueze spontan, ci prin intervenia unor cauze externe anumite fore din sistem sunt meninute la valori constante, sistemul nu va putea ajunge n starea de echilibru, deci disiparea de energie i producerea de entropie nu sunt zero, dar au valoarea minim posibil n condiiile date. Aceasta este starea staionar, numit uneori i starea de echilibru dinamic, n care toate caracteristicile sistemului, deci i entropia, sunt constante n timp. S staionar = ct. dS staionar/dt = 0 Cum ns: dS/dt = deS/dt + diS/dt rezult: deS staionar/dt = - diS staionar/dt Prin urmare, un sistem aflat n stare staionar elimin n exterior toat entropia ce se produce prin procesele ireversibile care au loc n el, entropia sa rmnnd astfel constant. n stri aproape de echilibrul termodinamic n care sunt valabile relaiile lui Onsager, producerea de entropie are o valoare minim n situaia impus de condiiile la limit.

Starea staionar, de mare stabilitate, se realizeaz n organism prin mecanisme homeostatice. Prin aceste mecanisme, organismul i menine constani, cu consum de energie metabolic, parametrii mediului su interior. Procese cuplate i procese cuplante Conform principiului II al termodinamicii, prin procesele care au loc ntr-un sistem diS > 0. Este, ns, posibil ca n acelai sistem s se desfoare simultan mai multe procese, dintre care unele pot determina scderea entropiei diS(1) < 0, dar cu condiia ca altele s creasc entropia diS(2) > 0, astfel nct, n ansamblu, s fie o producere, nu un consum de entropie. Procesele prin care entropia crete, se numesc procese cuplante, iar cele prin care entropia scade sunt procese cuplate. Acest mecanism explic aparenta funcionare antientropic a organismelor vii, cel puin n prima parte a vieii lor. Astfel, acestea se organizeaz, mrindu-i gradul de ordine, iar entropia lor n loc s creasc, scade. Dar organismul viu nu este un sistem izolat. Dac vom lua n considerare sistemul alctuit din organismul viu mpreun cu mediul su nconjurtor, vom observa ca entropia lui scade pe seama creterii entropiei mediului. Organismele vii preiau din mediu (sub forma de hran) molecule complexe cu entropie sczut i elimin n exterior moleculele simple ce rezult din arderea acestora. Se spune c organismul preia din mediu entropie negativ (numit i neg-entropie) i elimin n mediu entropie pozitiv. O formulare local a principiului II spune c desfurarea unui proces ireversibil ntr-un domeniu ct de mic al unui sistem termodinamic este nsoit ntotdeauna de producere de entropie chiar n acel loc. n organismul viu, procesele anabolice, cu biosinteza de produi compleci, macromolecule i structuri biologice complexe, sunt procese cuplate consumatoare de entropie, pe cnd cele catabolice, de degradare a substanelor organice prin ardere, sunt procese cuplante, generatoare de entropie. Produii de ardere sunt eliminai prin respiraie, excreie etc., crescnd entropia mediului. n ansamblu, deci, sistemul organism - mediu nu ncalc principiul II al termodinamicii. Pe baza acestor considerente termidinamice, se poate spune ca procesul de mbtrnire a organismului se datoreaz unei evoluii nspre creterea entropiei acestuia. 16. Etapele contraciei musculare sunt urmtoarele: excitaia fibrei, cuplajul excitaie contracie i contracia propriu-zis a fibrei. 1. Excitaia fibrei musculare ncepe la nivelul sinapsei neuro-musculare unde moleculele de mediator chimic (acetilcolina) eliberate din terminaia nervoas se fixeaz pe moleculele receptoare din membrana postsinaptic determinnd deschiderea porilor unor canale cationice. Cationii intr n fibr, interiorul acesteia devine local pozitiv i n felul acesta se produce potenialul de aciune. Acesta se deplaseaz prin sarcolem n lungul fibrei, iar prin membrana tubilor transversali n profunzime. 2. Cuplajul excitaie contracie ncepe cu deschiderea canalelor de calciu din membrana cisternelor terminale, n momentul n care potenialul de aciune trece prin dreptul acestor cisterne. Ionii de Ca++ sunt eliberai din cisterne, iar concentraia lor n sarcoplasm crete de la cca 0,1 mM la 10 mM (100 ori). Troponina fixeaz ionii de Ca i n urma unei modificri conformaionale deplaseaz moleculele de tropomiozin din anurile filamentului subire astfel nct locurile de legare ale actinei cu miozina nu mai sunt mascate, iar contracia propriu-zis putnd astfel ncepe. 3. Contracia include eliberarea energiei chimice necesare i fenomenele mecanice care stau la baza producerii forei, respectiv scurtrii fibrei. Extremitatea globular miozinic a punii transversale dispune de dou locuri de legare, unul pentru actin i unul pentru ATP. De ndat ce este fixat, molecula de ATP este imdiat scindat n ADP i Pi, acetia fiind produi ai scindrii ce urmeaz s fie eliberai la un moment dat n sarcoplasm. Contracia apare numai dac locul pentru ATP al punii transversale este ocupat de ADP i Pi (deci, neaprat dup scindarea ATP) i dac tropomiozina nu mpiedic interaciunea actomiozinic. Astfel, prin legarea punii transversale de filamentul subire, produii de scindare sunt rapid eliberai, iar puntea care pn n acest moment fcea un unghi drept cu axa filamentului subire, se nclin la 450 fa de acesta. 17. Lucrul mecanic efectuat de muchi Depinde de fora dezvoltat de muchiul considerat i de deplasarea punctului de inserie pe osul pe care l pune n micare, cu alte cuvinte lucrul mecanic depinde de fora muchiului i de contracia lui.

Lucrul mecanic maxim Lmax al muchiului este produsul dintre fora maxim Fmax desfurat i contracia maxim a muchiului Cmax. Dar Fmax este proporional cu seciunea muchiului Fmax = kS iar contracia maxim este proporional cu lungimea l a muchiului C max = k1l Obinem: L max = kS k1l i considernd pentru simplitate, muchiul ca avnd form cilindric, produsul dintre aria seciunii transversale i lungime este chiar volumul muchiului, aadar L max = k2 V adic lucrul mecanic efectuat de muchi este direct proporional cu volumul su

18. Efectele biologice ale unor factori mecanici - Biofizica mecanorecepiei La nivelul pielii i al mucoaselor exist numeroi receptori tactili capabili s reacioneze la apsare, atingere, ntindere sau torsiune, interaciunile mecanice ale organismului cu mediul ambiant realizndu-se la acest nivel. Receptorii tactili. Unii dintre acetia sunt formai numai din terminaii nervoase libere, alii au o structur mai complex, cum ar fi corpusculii Meisner i corpusculii Pacini. Corpusculii Meissner terminaie nervoas ncolcit ca un ghem. Numeroase fibrile conjunctive ultrasubiri se inser pe terminaia nervoas ancornd-o cu diferite structuri din vecintate, astfel nct, la atingerea pielii s se exercite traciuni asupra fibrei nervoase, determinnd generarea potenialelor de aciune. Corpusculul Pacini are forma unui elipsoid de rotaie i este alctuit din lamele membranare, suprapuse ca foile unui bulb de ceap, ntre care se afl un lichid vscos. n centrul corpusulului ptrunde o terminaie nervoas nemielinizat a unei fibre senzitive. La apsare, variaii brute de presiune, corpusculul se alungete, subiindu-se pe direcia exercitrii forei, ca urmare a deplasrii lichidului spre extremitile elipsoidului. n cazul apsrii lente, lichidul are timp suficient penrtu a se deplasa printre lamele, iar terminaia nervoas nu este afectat n nici un fel. Astfel, corpusculul nu rspunde la presiunile permanente din jur, cum ar fi presiunea atmosferic, sau la cele care se instaleaz lent. El reacioneaz numai la variaii brute de presiune care sunt resimite de terminaia nervoas, lichidul vscos dintre lamele neavnd timpul necesar s se insere printre acestea. n cazul unor solicitri mecanice foarte intense, receptorii transmit semnale interpretate la nivelul scoarei drept semnale dureroase. Exist i receptori nociceptivi specializai numai pentru percepia durerii. Muchiul este echipat cu o serie de mecanoreceptori dintre care corpusculii lui Golgi i fusurile neuromusculare sunt cei mai importani. Corpusculii lui Golgi sunt responsabili pentru transmiterea datelor privind tensiunea mecanic din tendoane, msurnd fora de contracie a muchiului. Sunt formai prin reunirea capetelor tendinoase ale unor fibre musculare ntr-un mnunchi n interiorul cruia ptrund una sau mai multe terminaii nervoase lipsite de teaca de mielin. Fusurile neuro-musculare se afl n interiorul muchiului i msoar gradul de scurtare sau de alungire a acestuia. Ele sunt formate dintr-un grup de cteva fibre musculare subiri, fibre intrafuzale, nconjurate de o teac de natur conjunctiv fixat prin extremitile sale de fibrele extrafuzale sau de aponevroze. Centrul fusului este dilatat i las s ptrund n interior cteva terminaii nervoase. Mecanoreceptorii musculari sunt proprioreceptori deoarece transmit date despre propria stare a muchiului i nu despre evenimente care au loc n mediul extern sau intern al organismului. 19. Efectele biologice ale Presiuni hidrostatice mari ,efectul gravitatiei si efectul acceleratiei Presiuni hidrostatice mari Datorit incompresibilitii lor, esuturile vii rezist la presiuni hidrostatice foarte mari (exist via chiar i la adncimi unde presiunea atinge 1000 atm). S-a constatat experimental c la presiuni de ordinul sutelor de

atmosfere au loc, n funcie de tipul esutului, urmtoarele fenomene: diviziunea celular este blocat, fora i viteza contraciei musculare scad, excitabilitatea nervoas crete, pn la autoexcitabilitate. Gravitaia. Sunt cunoscute fenomenele de geotropism negativ (tulpinile plantelor cresc n sus) i geotropism pozitiv (rdcinile cresc n jos). Ramurile de ordinul I ale arborilor cresc oblic fa de vertical, manifestnd plageotropism, iar ramurile de ordin 2 i 3 sunt ageotrope. Mecanismul geotropismului este bazat pe dependena de forele gravitaionale a eliberrii unui hormon de cretere care se numete auxin. n navele cosmice i n staiile orbitale, fora centripet gravitaional este anulat de fora centrifug, imprimat de micarea de revoluie i se instaleaz starea de imponderabilitate. Cosmonautul trebuie s se adapteze acestei stri pe diferite planuri, n special n ceea ce privete circulaia sangvin, funcia aparatului locomotor pentru evitarea unor fenomene de atrofie muscular i de decalcifiere osoas. Acceleraiile. Fora centrifug poate fi responsabil pentru anumite traumatisme. n zborurile curbilinii, fora centrifug proporional cu ptratul vitezei tangeniale i invers proporional cu raza traiectoriei induce o greutate aparent a pilotului numit greutate multipl de cteva ori mai mare dect greutatea sa real (cele dou fore se compun vectorial). Experiena arat c un pilot poate suporta n direcia picioare-cap o for centrifug de 3g, n direcia cap-picioare 5g, n direcia spate-piept, pn la 15g. (De exemplu, ntr-un avion cu o vitez de 600 km/h, care execut un loop-ing cu raza de 500m, aviatorul este supus unei fore centrifuge de 5g). n aceste condiii apare fenomenul de pierdere temporar a vederii n hipotensiunea cerebral, aa numitul vl negru, sau, dimpotriv, apariia aa-numitului vl rou, la acumularea sngelui n extremitatea cefalic. Fenomenele acestea sunt datorate dezechilibrului din aparatul circulator. Fora centrifug ndreapt sngele ctre picioare, iar celelalte regiuni ale organismului nu mai sunt irigate suficient pentru o vreme. La redresarea avionului, fenomenele au loc n sens invers i aviatorul revine la starea normal. Antrenamentul duce la acomodarea organismului prin apariia reflexelor de adaptare prin compensare cardiac etc. 20. Centrul de greutate al corpului uman Greutatea unui corp poate fi definit ca rezultanta forelor gravitaionale exercitate asupra corpului de ctre toate celelalte corpuri din univers. Punctul de aplicaie al greutii se numete centrul de greutate (CG) al corpului. n cazul corpurilor omogene i de form geometric regulat, centrul de greutate coincide cu centrul geometric al corpului. Pentru toate corpurile, inclusiv cele neomogene, cum este i cazul corpului uman, CG se afl la intersecia a cel puin trei plane fa de care se compenseaz momentele forelor de gravitaie (momentul forei este o mrime fizic vectorial egal cu produsul vectorial dintre for i distana de la punctul de aplicaie al forei la axa de rotaie). Corpul uman are o form neregulat i o structur neomogen i nerigid i din acest motiv centrul de greutate (CG) al corpului nu are o poziie fix ci depinde de poziia corpului, a membrelor, de ncrcarea suplimentar a acestora etc. Poziia CG al corpului uman se determin ca fiind la intersecia a trei plane reciproc perpendiculare , i anume : un plan orizontal O, un plan frontal F, un plan median M antero-posterior. - datorit structurii corpului uman CG se afl n planul median antero posterior, plan de simetrie; - planul orizontal mparte corpul n dou pri de greutate egal i n acest plan se afl CG; - planul frontal cuprinde CG n timpul staionri verticale, trece prin mijlocul pavilionului urechii, posterior de articulaia coxo-femural, anterior de articulaia genunchiului i a articulaiei tibio-tarsiene. Poziia centrului de greutate se modific la orice modificare a poziiei membrelor i chiar n repaus aparent, centrul de greutate i modific poziia datorit micrilor ritmice de respiraie 21. Prghiile in medicina Prghiile sunt nite maini mecanice foarte simple, ele fiind folosite pentru a multiplica fora sau deplasarea n condiii optime. n organismul uman se ntlnesc peste 200 de prghii osoase. Aciunea prghiilor se bazeaz pe echilibrul momentelor a dou fore: o for de rezisten pasiv i o for activ. Ele sunt caracterizate prin trei puncte principale: - punctul de aplicaie a forei F,

- punctul de aplicaie a rezistenei R, - punctul de aplicaie S a rezultantei forelor, numit punct de sprijin al prghiei, n jurul acestuia forele F i R dnd prghiei o micare de rotaie Legea prghiilor: momentele forelor F i R s fie egale. Clasificarea prghiilor se face n funcie de poziiile celor trei puncte de aplicaie F, R i S: -prghia de gradul I sau prghia de echilibru (deoarece realizeaz echilibru static) are punctul de sprijin S situat ntre punctul de aplicaie a forei F i cel de aplicaie a rezistenei; - prghia de gradul al II-lea sau prghia de for are punctul de aplicaie a rezistenei ntre cel de aplicaie a forei i cel de sprijin; prin structura lor, distana de la R la S este mai mic dect de la F la S , aadar F este mai mic dect R, motiv pentru care putem amplifica fora - prghia de gradul al III-lea sau prghia de deplasare are F ntre R i S, ele utilizeaz o for mare i nving o for mic, n schimb deplaseaz mult punctul lui R; acest tip de prghii este cel mai ntlnit n corpul uman (punctul de aplicaie a forei, adic locul de inserare a muchiului, se afl ntre punctul de sprijin care este articulaia i punctul de aplicaie a rezistenei). Prghiile de gradul I Sunt relativ puine n organism. Trunchiul se afl n echilibru pe picioare ca o prghie de gradul I, la fel i capul, care sprijinit pe atlas, funcioneaz ca o prghie cu brae inegale, verticala CG netrecnd prin atlas; antebraul n extensie se comport ca o prghie de gradul I. n practica medical, prghiile de gradul I sunt foarte numeroase, n primul rnd prghiile duble cum sunt foarfecele i cletii, care se mpart n funcie de utilitate, dup lungimea braelor. Foarfece pentru nvins rezistene mari (cum ar fi gipsul sau cletii pentru extracii dentare) cu gur puternic i mic i mnere lungi; apsnd pe un bra de prghie lung se poate nvinge o rezisten mare; Cletii la care braele prghiei pe care apsm sunt mici, iar cele pe care se aplic rezistena sunt lungi (forcepsul). Foarfecele i cletii la care mrimea braelor forei nu difer prea mult de cea a braelor rezistenei (cletele pentru traciunea limbii n caz de asfixiere, cletele de manipulat pansamentele etc.) n seciile de fizioterapie i n laboratoare exist tot felul de prghii de gradul I (balane analitice, scripei etc.) Prghiile de gradul al II-lea n organism, se pot meniona, ca prim exemplu, incisivii i caninii. Aceste prghii au form de pan, iar condiia necesar i suficient pentru echilibrul forelor la un astfel de instrument este ca raportul dintre for i rezisten s fie acelai ca ntre mrimea bazei de apsare i lungimea suprafeei laterale a instrumentului (eficacitatea instrumentului crete cu ct baza este mai mic, deci, cu ct el este mai ascuit). Ca prghie de gradul al II-lea funcioneaz i piciorul, avnd ca rezisten greutatea corpului transmis prin tibie; greutatea corpului este aplicat la nivelul articulaiei tibio-tarsiene, aa nct fora o vor da muchii inserai prin tendonul lui Ahile pe calcaneu; punctul de sprijin, cnd stm pe vrful picioarelor, se afl la extremitatea metatarsienelor n contact cu solul. Instrumentele medicale ca: bisturiu, dalt, lanet funcioneaz tot ca prghii de gradul al II-lea (au form de pan). Prghiile de gradul al III-lea Sunt elemente de deplasare . Antebraul n flexie funcioneaz ca o prghie de gradul al III-lea cnd muchii flexori se contract pentru a-l ridica; bicepsul se contract producnd o for care are punctul de aplicaie pe antebra. n general, distana dintre punctul de aplicaie al forei F i punctul de sprijin S este de 8 ori mai mic dect distana dintre punctul de aplicaie a rezistenei R i punctul S. Rezult, c n acest caz, fora desfurat de muchi pentru a roti antebraul este de 8 ori mai mare dect rezistena. n schimbul pierderii de for avem un ctig de deplasare, contracia de civa cm a bicepsului determinnd o deplasare liniar de 8 ori mai mare a extremitii antebraului. n laborator i n practica medical ntlnim prghii de gradul al III-lea cum ar fi: pensele anatomice, pedalele diferitelor aparate dentare etc. Prghii umane multiple

Sunt grupe de prghii acionate de un singur muchi. De exemplu: falangele care au extensorii i flexorii comuni. La prghiile multiple suma rotaiilor diverselor prghii osoase micate de un singur muchi este egal cu rotaia pe care ar determina-o acest muchi, acionnd asupra unei singure prghii umane, muchiul contractnduse cu aceeai lungime. Prghii asociate Sunt ntlnite n micarea membrelor. De exemplu, datorit faptului c membrele superioare sunt compuse din dou segmente, viteza liniar a minii este mai mare cnd antebraul descrie un unghi fa de bra i concomitent braul descrie un unghi fa de trunchi. Se observ cum aducerea minii la nivelul umrului se face mai rapid, dac ambele segmente se mic simultan, dect n cazul n care membrul superior se mic rigid. 22. Structura membranei biologice Structura i funciile membranei celulare Organismele vii sunt alctuite dintr-un numr foarte mare de compartimente fluide interdependente, mrginite de membrane plasmatice. Membranele celulare sunt structuri planare cu grosimi moleculare cuprinse ntre 6 i 10 nm (1 nm = 10-9 m) care ndeplinesc cel puin dou funcii dinamice eseniale, ele neputnd fi privite ca nite pelicule pasive care delimiteaz dou medii care au caracteristici fizico-chimice diferite (lichidul interstiial i citoplasma). Prima funcie a membranei celulare este de a mpiedica micarea liber a particulelor ntre dou compartimente adiacente (lichidul interstiial i citoplasma), prin urmare membrana are rolul unei bariere fizice active. Lichidul interstiial i citoplasma sunt sisteme disperse avnd ca solvent apa, iar ca faze dispersate electrolii (ioni de Na, K, Cl, Ca, Mg), macromolecule (de ex. proteinele), organite intracelulare (de ex. mitocondriile) i molecule polare mici, n concentraii diferite. Lichidul interstiial i citoplasma au aceeai osmolaritate de aproximativ 300 mOsM/l, fiind deci, lichide izotonice. Fiind semipermeabile i selective, membranele celulare ndeplinesc i o a doua funcie foarte important i anume reglarea volumului i a compoziiei mediului intracelular. Aceast reglare asigur meninerea la valori constante a compoziiei i volumului intra- i extracelular, n ciuda fluctuaiilor din mediul extern. Principalii constitueni ai membranelor biologice sunt lipidele i proteinele, conform modelului mozaicului fluid proteolipidic (Fig. 1) al lui Nicholson i Singer elaborat n 1972: membrana este format dintr-un bistrat lipidic, n care sunt inserate proteine i glicoproteine. Acest model presupune distribuia uniform a diferitelor tipuri de lipide n bistrat, lucru care a fost infirmat n ultimii ani. Simon si Ikonen au demonstrat n 1987 existena asa numitelor microdomenii lipidice (lipid rafts) de colesterol i sfingomielina care nu sunt solubile n detergeni nonionici, adic prezena unor insule membranare, lipidele nedistribuindu-se uniform pentru a forma bistratul lipidic.

23. Transportul pasiv Prin transport pasiv moleculele i ionii se deplaseaz n sensul gradientului electrochimic sau de presiune fr consum de energie metabolic, sistemul avnd tendina de a ajunge la echilibru termodinamic. Gradientul electrochimic este o for termodinamic productoare de flux i reprezint rezultatul unor procese desfurate cu consum energetic. n timpul transportului, moleculele i ionii utilizeaz energia micrilor de agitaie termic i cea derivat din atracia sau respingerea electrostatic. Exist trei tipuri de transport pasiv: difuzia simpl, difuzia facilitat i difuzia prin canale i pori. Difuzia simpl se produce prin dizolvarea speciei moleculare transportate n membran. Datorit structurii membranei de bistrat lipidic, zona intern fiind hidrofob, o particul, pentru a trece de pe o fa a membranei pe cealalt, trebuie s strbat o zon hidrofil i s ptrund n zona hidrofob. De aici rezult ca mecanismele de

difuzie sunt diferite pentru particulele hidrofile (ioni i molecule polare) i particulele hidrofobe (nepolare), respective particulele hidrosolubile i liposolubile. Difuzia facilitat Moleculele hidrofile mari, cum sunt muli factori nutritivi necesari celulei, precum i unii ioni traverseaz membrana prin difuzie facilitat, utiliznd molecule transportoare existente n membran sau introduse artificial n aceasta. Asemenea molecule transportoare au o anumit specificitate, recunoscnd specia molecular sau ionic pe care o transport. Exist transportori pentru glucoz, colin, pentru diferii ioni (ionofori). 24. Transportul activ Este o form de transport care necesit consum de energie metabolic (a unei reacii chimice, de exemplu). Se realizeaz n sensul invers gradientului de potenial electrochimic. Se disting dou forme de transport activ: transportul activ primar i transportul activ secundar. Transportul activ primar se realizeaz folosind proteine integrale numite pompe ionice membranare. In urma transportului activ se stabilete gradientul de concentraie n sensul cruia se desfoar transportul pasiv. Pompa leag ionul pe o parte a membranei ntr-o anumit zon activ numit situs de legare i, datorit unor modificri conformaionale care intervin n urma legrii ionului, l transfer pe cealalt parte unde l elibereaz. Pompa folosete, de obicei, hidroliza ATP n ADP i P. Exemplul cel mai cunoscut este ATP-aza Na+/K+ care transloc 3 ioni de Na + din interiorul celulei, unde concentraia acestuia este mic, spre mediul extracelular i 2 ioni de K+ din exteriorul celulei n interiorul acesteia. Deoarece rezultatul unui ciclu este un transfer net de sarcin pozitiv n exteriorul celulei, spunem c pompa este electrogenic. De asemenea, pompa de Na+/K+ asigur prin funcionarea ei osmolaritatea egal pe ambele fee ale membranei. Transportul activ secundar Prin transport activ secundar speciile transportate ptrund ntr-un compartiment (extracelular sau intracelular) mpotriva gradientului lor electrochimic, asociindu-se cu molecule care se deplaseaz n sensul gradientului de concentraie. Specia transportat ct i molecula care efectueaz transport pasiv se leag de aceeai molecul transportoare. Transportul activ secundar utilizeaz transportorii ntlnii la difuzia facilitat, acetia putnd lega substratele transportate n aceeai stare conformaional sau n stri conformaionale diferite (Fig. 19). Dac ambele specii moleculare transportate se leag de aceeai parte a proteinei, transportul poart denumirea de simport sau co-transport, iar transportorul i poate modifica starea conformaional doar dup ce ambele substrate au ajuns n situsurile de legare. Cazul n care speciile transportate se leag pe cele dou pri ale transportorului, care se va afla astfel n stri conformaionale diferite, se numete antiport sau contra-transport. ntlnim simport la ptrunderea glucozei n celulele mucoasei intestinale; ea se asociaz cu Na+ care intr pasiv. Ionii de Na+ sunt eliminai activ prin transport primar, prin ATP-aza de Na+/K+, iar glucoza rmne. i n acest caz, avem de-a face cu un transport electrogenic deoarece rezultatul net const n transportul unei sarcini pozitive dintr-o parte a membranei n cealalt. 25. Canale ionice Difuzia prin canale ionice Substanele ionizate nefiind liposolubile, difuzia lor prin membran se poate face prin structuri proteice specializate care strabat membrana pe toat grosimea ei i creeaz ci de trecere pentru ioni, formnd canale sau pori. Noiunea de por este folosit pentru structurile neselective, fcnd o discriminare doar pe baza diametrului particulei. Cu precdere, prin pori trece apa, caz n care acetia se numesc porine. Ionii au n jurul lor o zona de hidratare, din care cauz au diametrul prea mare pentru pori.

26. Receptorii membranari Receptorii membranari din membrana plasmatic celular sunt proteine intrinseci cu funcie enzimatic care au capacitatea de a recunoate o molecul semnal din mediul extracelular, numit mesager prim, i de a interaciona cu ea rapid i reversibil. Molecula purttoare de informaie se numete ligand specific i se poate lega de un anumit tip de receptor. n mod obinuit, moleculele semnal nu ptrund n interiorul celulei, rolul lor fiind doar de a transmite prin diferite mecanisme membranare informaia pe care o poart. Mesagerii primi pot fi molecule dar i factori fizico-chimici. Printre moleculele cu rol de mesager prim se ntlnesc: mediatorii chimici, hormonii polipeptidici, factori de cretere, antigenii, medicamentele, drogurile. n urma interaciei, celula poate sintetiza o alt molecul semnal numit mesager secund care declaneaz rspunsul celular specific. Mesagerul secund poate fi, uneori, chiar complexul receptor mesager prim. Mesageri secunzi frecvent ntlnii sunt: acidul adenozin monofosforic ciclic (c-AMP), acidul guanozin monofosforic ciclic (c-GMP), diacil glicerolul (DAG), inozitol trifosfatul (InosP3). Procesele care au loc la nivel celular sunt urmtoarele (Fig. 22): de ndat ce ligandul s-a fixat de receptor, informaia este transmis la nivelul membranei, acest lucru survenind de obicei, n urma modificrii conformaiei receptorului; n urma acestui proces se declaneaz o cascad de reacii n interiorul celulei avnd ca urmare o modificare a activitii celulare la nivelul metabolismului sau la nivelul expresiei genelor; informaia se transmite i de-a lungul membranei celulare, prin semnale electrice sub forma de poteniale locale i de tip tot sau nimic. 27. Formarea imaginii prin lentile divergente Lentile divergente dau imagini virtuale ale obiectelor reale, indiferent de poziia acestora fa de lentil (Fig. 10). 28. Formarea imaginii prin lentile convergente Pentru a construi mersul razelor de lumin printr-o lentil convergent putem desena mersul a dou raze mprtiate de vrful obiectului: raza care trece nedeviat prin centrul optic al lentilei i raza care cade pe lentil paralel cu axul optic principal (aceasta se va refracta prin focar). n figurile 59 avei desenate imaginile unui obiect situat la distane diferite de o lentil convergent. Se observ c imaginea este real (se afl la intersecia rezelor de lumin i poate fi captat pe un ecran) dac obiectul este situat la o distan mai mare dect distana focal fa de lentil. n cazul n care (Fig. 9) obiectul este situat ntre focar i centrul lentilei imaginea devine virtual (aflat la interesecia prelungirilor razelor de lumin, nu poate fi captat pe un ecran) 29. Ochiul ca sistem optic centrat. Ochiul redus.(Gullstrand) Modele ale ochiului redus Prin ochi redus se nelege o schem simplificat a ochiului. Ochiul va fi reprezentat printr-un dioptru prin care razele se propag la fel ca n ochiul real. n modelul Listing, ochiul este un dioptru sferic cu raza de 6 mm care separ aerul de un mediu transparent cu indice de refracie n = 1.337. Modelul Gullstrand const dintr-un un sistem optic centrat n care un dioptru sferic unic cu raza 5,7 mm (care reprezint practic corneea: C = 60 D) separ aerul de un mediu transparent de indice de refracie 1,336. Centrul optic este centrul de curbur al dioptrului. Distana dintre centrul optic i retin este de cca. 15 mm. Retina se afl n planul focal. Ochiul este considerat un sistem optic centrat alctuit din urmtoarele elemente: - corneea, avnd indicele de refracie n = 1,372, separat de aer printr-un dioptru anterior convex i de - umoarea apoas, n = 1,336, printr-un dioptru posterior concav - cristalinul, n = 1,413 (1,375-1,473) este separat de umoarea apoas printr-un dioptru anterior convex i de - umoarea vitroas (n = 1,336), printr-un dioptru posterior tot convex.

Corneea este mediul cel mai refringent, cca 40 D. Are cea mai mare contribuie la convergena total de cca 60 D. Cristalinul contribuie cu restul de 20 D. Convergena cristalinului este mai mic deoarece acesta este mrginit de medii cu indici de refracie apropiai, n timp ce corneea se afl n contact cu aerul care are indicele de refracie mult mai mic dect cel al corneei. Cristalinul este o lentil biconvex cu R1 = 10 mm i R2 = 6 mm (n stare neacomodat). Este alctuit din straturi celulare concentrice al cror indice de refracie crete dinspre periferie spre centru. Convergena cristalinului este variabil datorit modificrii curburii. Umoarea vitroas confer tensiune globului ocular. 30. Acuitatea viziala. Reflexul pupilar. Acuitatea vizual n ochiul redus, imaginea unui punct se formeaz la intersecia cu retina a dreptei care trece prin punctul respectiv i centrul optic, dimensiunea imaginii unui obiect fiind dat de unghiul format de dreptele care trec prin centrul optic i extremitile obiectului, unghi care definete diametrul aparent (msurat n minute de arc). Obiectele de dimensiuni diferite pot avea acelai diametru aparent, n funcie de distana la care se afl. Sub o anumit valoare a diametrului aparent, imaginile celor dou puncte se suprapun parial. Numim distan separatoare minim sau minumum separabil diametrul aparent limit sub care imaginile celor dou puncte se suprapun. Acuitatea vizual sau puterea de rezoluie este definit ca fiind inversul distanei separatoare minime. Acuitatea vizual depinde de: - factori dioptrici: aberaia de sfericitate i cromatic (dat de fenomenul de dispersie variaia indicelui de refracie cu lungimea de und), difracia datorit imperfeciunilor mediilor oculare, dispersia luminii datorit reflectrii pe retin, erori de refracie - factori retinieni: legai de structura granular i discontinu a retinei, centrul petei ce reprezint imaginea trebuind s se gseasc pe celule receptoare distincte; - factori legai de stimul: forma i mrimea detaliului, contrastul de luminozitate, iluminarea fondului, timpul de expunere, compoziia cromatic (prin eliminarea aberaiilor cromatice, lumina monocromatic mrete acuitatea vizual). Diminuarea acuitii vizuale se numete ambliopie. Adaptarea la lumin (reflexul pupilar) Irisul reprezint o diafragm care limiteaz fluxul luminos ce cade pe retin i contribuie la micorarea aberaiilor cromatice i de sfericitate produse de lentilele ochiului. Dimensiunea pupilei este controlat de doi muchi netezi, unsfincter inelar i un dilatator radial, plasai n iris. Cnd luminozitatea este slab, fibrele radiale ale irisului se contract (midriaz), diametrul pupilei crete. La iluminare excesiv, fibrele circulare ale irisului micoreaz pupila (mioz). Acest fenomen se numete adaptare la lumin. Adaptarea de la lumin la ntuneric cere mai mult timp dect adaptarea invers de la ntuneric la lumin. Acomodarea la distan ntr-un ochi normal, imaginea unor obiecte foarte ndeprtate se formeaz pe retin (Fig. 12 a)). Dac obiectele sunt situate la o distan mai mic de 6 m de ochi, imaginea lor s-ar forma n spatele retinei dac cristalinul nu s-ar bomba mrindu-i convergena (Fig.14). Pentru ca imaginea s fie clar, ea trebuie s se formeze pe retin. Aceasta se realizeaz astfel: cristalinul este nconjurat de un ligament circular, zonula lui Zinn, pe care se afl nserai muchii ciliari circulari i radiali. La contracia fibrelor circulare, zonula se relaxeaz i cristalinul iese de sub tensiune, bombndu-se sub efectul propriei elasticiti. Convergena sa va crete i imaginea se formeaz mai aproape de centrul optic (mai n fa, deci pe retin). Invers, la contracia fibrelor radiale, zonula este din nou pus sub tensiune, cristalinul se subiaz i i micoreaz convergena. n acest fel se realizeaz acomodarea. Vederea clar se realizeaz ntre dou puncte: punctum proximum pp- i punctum remotum pr-. Pp cel mai apropiat, vzut clar cu acomodare maxim. Pr cel mai deprtat, vzut clar fr acomodare. La ochiul normal (emetrop) pp = 25 cm, pr 31. Miopia.

Miopia Acest defect de vedere se manifest prin creterea convergenei ochiului. n funcie de cauza acestei creteri avem de a face cu mai multe tipuri de miopii i anume: - Miopia axial, cel mai fecvent ntlnit, este caracterizat de axul anteroposterior mai lung dect cel al ochiului emetrop, din aceast cauz imaginea se formeaz naintea retinei. Pp i pr se afl mai aproape de ochi. - Miopia de curbur: curbura cristalinului este mai mare, convergena va fi mrit (de obicei este legat de oboseal). - Miopia de indice caracterizat de creterea indicelui de refracie datorit creterii concentraiei saline n anumite stri patologice (vrsturi incoercibile, diarei rebele, mari hemoragii i plasmoragii, expuneri excesive la soare, ocuri traumatice, lipotimie n aceste din urm dou cazuri, deshidratarea i hiperconcentrarea salin consecutiv apar ca o consecin a fugii apei din esuturi spre patul vascular lrgit ca urmare a epuizrii mecanismelor neurohormonale de meninere a tonusului vascular). n toate cazurile se corecteaz cu lentile divergente (Fig. 15) care au convergena negativ (C < 0, focare virtuale) care, adugat convergenei crescute a ochiului, o aduc n limitele normale. 32. Prezbitismul. Presbiopia sau prezbitismul este o ametropie de elasticitate care apare, n general, dup vrsta de 40 de ani. Bombarea cristalinului se face mai dificil, deoarece elasticitatea acestuia se diminueaz o dat cu naintarea n vrst. Se folosesc lentile convergente pentru a vedea obiectele apropiate. 33. Biofizic recepiei vizuale. Retina. Biofizica recepiei vizuale Structura retinei Dup ce strbat mediile transparente ale ochiului, razele luminoase care provin de la diferitele obiecte ale mediului nconjurtor cad pe retin (Fig. 17) care reprezint o structur complex cu o suprafa de cca 2 cm 2 i grosimea de 350 m. Exist 5 tipuri de celule prezente n retin dispuse n straturi succesive (Fig. 17, sgeata din stnga figurii indic sensul luminii): - celulele epiteliului pigmentar - alctuiesc stratul distal format dintr-un singur ir de celule epiteliale; pigmentul coninut de acestea melanina absoarbe lumina (pentru a evita difuzia). - celulele fotoreceptoare, celulele cu conuri i bastonae, care conin pigmenii fotosensibili. Celulele fotoreceptoare sunt orientate cu extremitatea fotosensibil nspre coroid, fiind parial ngropate n epiteliul pigmentar. Repartiia lor n retin nu este uniform. n pata oarb, pe unde ies fibrele nervului optic, celulele fotoreceptoare lipsesc complet. - celule orizontale fac sinaps cu celulele fotoreceptoare (6-50 celule fotoreceptoare). - celulele bipolare, alctuind primul strat al neuronilor vizuali (de aceea retina poate fi considerat o poriune de creier periferic), realizeaz legturi ntre celulele receptoare i cele ganglionare. In zona foveal corespondena este biunivoc: fiecare con realizeaz legturi sinaptice cu o bipolar i fiecare bipolar cu o ganglionar. Fiecare ganglionar primete astfel informaii de la un singur con. Spre periferia foveei i n afara acesteia, mai multe celule receptoare realizeaz conexiuni sinaptice cu o bipolar i mai multe bipolare trimit informaii unei singure ganglionare. - celulele amacrine realizeaz conexiuni ntre neuronii bipolari, la fel cum celulele orizontale interconecteaz celulele fotoreceptoare. Sunt lipsite de axon i trimit informaii dinspre centru spre periferie. celulele ganglionare fac sinaps cu cele bipolare, iar axonii lor alctuiesc nervul optic. Pata oarb, lipsit de celule fotoreceptoare, este locul n care nervul optic se ndreapt spre corpii geniculai laterali, dup ce strabate nveliul globului ocular. 34. Structura i funciile celulelor fotoreceptoare. Structura i funcia celulelor fotoreceptoare Celulele fotoreceptoare realizeaz funcia de traducere a semnalului vizual radiaia electromagnetic din domeniul vizibil- n semnal electric.

Celula cu bastona (Fig. 18 a)) este alctuit din dou pri: segmentul extern (SEB), sub form alungit, cilindric, de bastona, i segmentul intern (SIB). Segmentul extern este fotoreceptorul propriu-zis, cel intern are rol metabolic. Bastonaele asigur vederea scotopic (la lumin crepuscular), avnd o mare sensibilitate. SEB are o structur special, coninnd un mare numr de discuri membranare (pn la 2000) suprapuse. Membrana discurilor este format din subuniti membranare (cca 5 nm diametru) n centrul crora se gsete pigmentul fotosensibil rodopsina (107-108 molecule/bastona). Rodopsina este format din opsin (fosfolipoprotein format din 348 de aminoacizi, formnd 7 -helixuri aezate transversal pe membrana discului, legate ntre ele prin segmente neelicoidale) i din retinal (aldehida vitaminei A) care este cromoforul, cu axa longitudinal paralel cu suprafaa membranei. Maximul de absorbie al rodopsinei este la 500 nm (verde). Membrana bastonaului conine numeroase canale de Na+ i Ca++, astfel nct, la ntuneric, exist un influx pasiv de Na+ i Ca++ (curent de ntuneric) (Fig. 19) (10-15% Ca++). n ntuneric membrana este polarizat negativ (20 - 40 mV). Ionii de Na+ intr n celulele fotoreceptoare prin canale, dar nu se acumuleaz deoarece sunt evacuai pe msur ce intr de ctre pompele ionice din SIB. Calciul este evacuat printr-un mecanism antiport 3Na+/1Ca++ n SEB. Curentul de Na+ (Ca++) reprezint curentul de ntuneric. n urma fotoexcitrii i activrii rodopsinei (Fig. 20), se nchid canalele de Na + (Ca++), curentul de ntuneric dispare i membrana se hiperpolarizeaz. Potenialul celular poate ajunge la 80 mV, depinznd de intensitatea luminii. Variaia de potenial declaneaz excitaia neuronilor bipolari, astfel nct potenialele de aciune aprute n acetia ajung n final la sinapsa cu neuronul ganglionar, pe care-l excit. De la neuronul ganglionar vor porni trenuri de poteniale de aciune tot sau nimic care, pe calea nervului optic, ajung n corpii geniculai i apoi n scoara cerebral (scizura calcarin) unde produc senzaia vizual. Bastonaele au o sensibilitate foarte mare: un singur foton poate duce la blocarea intrrii n celul a 106 sarcini pozitive amplificare de putere. Fotonul este doar declanator, restul se datoreaz energiei proceselor metabolice. Celulele receptoare cu bastona sunt responsabile de vederea scotopic, la luminozitate sczut, fr vederea culorilor (alb-negru).

35. Teoria a vederii tricromate. Discromatopsiile Discromatopsia este o anomalie a vederii, cauzat de absena sau de dereglarea funcional a celulelor fotoreceptoare. Persoanele cu discromatopsie prezint tulburri ale vederii colorate. Lipsa percepiei culorilor, acromatopsia, este rezultatul lipsei conurilor. Majoritatea persoanelor cu probleme de percepie a culorilor pot identifica anumite culori, n foarte puine cazuri pacienii nefiind capabili s recunoasc nici o culoare, ci vd doar nuane de gri, alb i negru. Dicromazia const n perceperea a dou culori: dac pacientul nu percepe culoarea roie avem de-a face cu protanopie, dac nu este perceput verdele ne referim la acel tip de dicromazie ca fiind deuteranopie, iar n cazul absenei culorii albastre avem tritanopie. Conform teoriei tricromatice a vederii colorate (Young, Maxwell, Helmholtz) orice culoare se poate obine prin combinarea a trei culori. Discromatopsiile sunt, n general, transmise genetic caz n care ambii ochi sunt afectai, aceste tulburari fiind ireversibile i netratabile, neputndu-se ns agrava. Discromatopsiile pot fi dobndite ca urmare a unor boli (de exemplu, cataracta care const n opacifierea parial sau total a cristalinului) i traumatisme ale ochiului sau pot s apar cu naintarea n vrst. Discromatopsiile dobndite pot fi unilaterale sau asimetrice (unul dintre ochi este afectat mai puternic). Acestea pot fi tratate, n funcie de cauz, prin intervenie chirurgical (n cazul n care cataracta a produs discromatopsia respectiv), prin oprirea medicamentelor care au cauzat tulburarea de vedere, prin recomandarea folosirii lentilelor de contact colorate sau a lentilelor antireflex (celulele cu bastona funcionnd mai bine la lumin mai slab). Testarea pacienilor const n recunoaterea culorilor i a denumirii acestora: subiectului i se cere s priveasc un aa-numit pattern care este un ptrat cu puncte colorate care realizeaz o liter sau un numr i s recunoasc imaginea alctuit din punctele colorate (testul Ishihara). Cei cu vedere cromatic intact pot recunoate aceste

pattern-uri, persoanele suferind de discromatopsie nu vor recunoate sau vor identifica doar anumite litere sau cifre. Discromatopsiile pot afecta dezvoltarea cognitiv (un copil cu rezultate slabe va trebui consultat i de un oftalmolog) dar pot limita i opiunile profesionale.

36. Densitatea Densitatea unui material omogen se definete ca fiind masa coninut n unitatea de volum. Unitatea de msur pentru densitate este kg/m3 sau g/cm3 (1000 kg/m3 = 1g/cm3). Densitatea se noteaz cu litera greceasc (ro). Conform definiiei :=m V

Densitatea relativ a unui material este raportul dintre densitatea lui i densitatea unui material considerat referin, prin urmare, un numr adimensional (fr unitate de msur). Se poate demonstra c densitatea relativ a unui material este egal cu raportul dintre masa unui corp din acel material i masa aceluiai volum din materialul de referin. Pentru corpurile solide i lichide se ia drept referin apa. Pentru determinarea densitii relative, n locul raportului maselor unor volume egale ale substanelor se folosesc greutile acestor volume, care, pe aceeai vertical sunt direct proporionale cu masele (conform principiului fundamental al dinamicii, vezi cursul Noiuni generale de mecanic). Astfel : G = mg i pentru referin G = m g. mprind cele dou egaliti una la cealalt, obinem:G m G = relativ = G ' m' G'

Densitatea absolut a apei la 4,2oC este egal cu 1 g/cm3, prin urmare masa de ap la aceast temperatur este exprimat prin acelai numr ca i volumul ei. Expresia densitii absolute a unui corp se poate scrie =G apa G'

unde

ap

reprezint densitatea apei la temperatura de lucru t.

37 Presiunea hidrostatic Prin definiie, presiunea este fora exercitat pe unitatea de suprafa:p= F S

Este o mrime fizic scalar derivat a crei unitate de msur este N/m2. Presiunea are i alte uniti de msur tolerate cum ar fi 1Pa = 1N/m2, 1 atm ~ 105N/m2, 1 torr = 1 mmHg, 760 mmHg = 105 N/m2. Unitatea de msur din hemodinamic este mmHg (milimetru coloan de mercur). Presiunea hidrostatic este presiunea exercitat de o coloan de fluid1 la baza sa.1

Presiunea atmosferic este presiunea hidrostatic exercitat de atmosfer la suprafaa pmntului

n orice punct din interiorul fluidului exist o presiune datorat greutii straturilor de deasupra acelui punct. Se poate calcula presiunea pe care o exercit o coloan de lichid de densitate i grosime h la baza vasului avnd aria seciunii transversale S ,Astfel :p= G mg Vg hSg = = = = gh S S S S

Se observ c presiunea hidrostatic nu depinde de suprafaa fundului vasului, ci numai de densitatea lichidului i de grosimea acestuia. Dac punem n cteva vase comunicante care au seciunile bazelor diferite , un lichid, observm c nlimea lichidului n vase este aceeai. Acest lucru este datorat presiunii hidrostatice care are aceeai valoare la baza tuturor vaselor, iar lichidul este n echilibru. 38. Principiul lui Pascal Se enun astfel: Presiunea aplicat unui lichid aflat ntr-un vas este transmis integral oricrei poriuni a fluidului, precum i pereilor vasului. Aplicaiile legii lui Pascal sunt numeroase. Dintre ele, amintim presa hidraulic al crei principiu de funcionare presupune utilizarea unui piston de suprafa mic A1, prin intermediul cruia se exercit o for mic F1 direct asupra unui lichid (Fig. 3). Conform legii lui Pascal, presiunea p = F1 / A1 este transmis prin tubul de legtur unui cilindru mai larg, prevzut cu un piston mai mare de suprafa A2. Rezult cp= F1 F2 A = F2 = 2 F1 A1 A2 A1

Aadar, presa hidraulic este un dispozitiv de amplificare a forei, cu un factor de multiplicare egal cu raportul suprafeelor pistoanelor. ntlnim presa hidraulic la scaunele folosite n cabinetele dentare, precum i la frnele hidraulice pistoanele pe care se apas corespunznd ramurii de seciune mic. 39. Principiul lui Arhimede Un corp scufundat n ap pare s aib o greutate mai mic dect n aer, iar un corp a crei densitate este mai mic dect a apei poate pluti la suprafaa acesteia. Asta nseamn c n ap, asupra corpului scufundat mai acioneaz o for al crei sens este invers sensului greutii. Aceasta este fora arhimedic. Enunul principiului lui Arhimede: Un corp scufundat ntr-un lichid este mpins de jos n sus cu o for egal cu greutatea volumului de lichid dizlocuit de corp : FA = unde g este acceleraia gravitaional, iar lichid lichid

Vdizlocuitg

reprezint densitatea lichidului n care este scufundat corpul.

Fora arhimedic se aplic ntr-un punct al corpului, numit centru de presiune, acesta coinciznd cu centrul de greutate al masei de lichid dizlocuit de corp. 40. Plutirea corpurilor a. Corpul plutete la suprafaa lichidului n acest caz, greutatea corpului este egal cu greutatea lichidului dizlocuit, dar volumul de lichid dizlocuit este mai mic dect volumul corpului care plutete ; b. Corpul plutete n interiorul lichidului n acest caz, greutatea corpului este egal cu greutatea lichidului dizlocuit, iar volumul de lichid dizlocuit este de asemenea egal cu volumul corpului care plutete ;

c. Corpul nu plutete n acest caz, greutatea corpului este mai mare dect greutatea lichidului dizlocuit, corpul este acionat, aadar, de dou fore care nu-i mai fac echilibrul ; volumul corpului este egal cu volumul de lichid dizlocuit de corp 41.Metode densitometrice Densimetria cuprinde metode i procedee de determinare a greutii specifice a diferitelor corpuri. Dintre metodele densimetrice amintim: a) Metode bazate pe aplicarea principiului lui Arhimede determinarea calitativ a densitii. Se introduce corpul n ap, observndu-se condiiile de echilibru ale plutirii. Evident, aceast metod se poate aplica doar corpurilor insolubile n ap. n cazul n care corpul se scufund, densitatea lui relativ este mai mare dect 1, n cazul n care corpul plutete, atunci densitatea sa relativ este mai mic dect 1. Metoda picturilor folosit pentru determinri cantitative ale densitii unor corpuri lichide, mai ales n cazurile n care dispunem de cantiti mici de substan pentru operaiunile respective. Pentru aplicarea acestei metode este nevoie de un set de soluii etalon de densiti diferite, dar foarte apropiate ntre ele, cunoscute cu precizie. Se introduce o pictur din lichidul de cercetat ntr-o cantitate mic din una din soluiile etalon. Dac pictura cade la fundul vasului, densitatea lichidului este mai mare dect cea a etalonului. Se ia urmtoarea soluie etalon i se repet procedura. n momentul n care pictura din lichidul de studiat plutete n interiorul soluiei etalon, densitile celor dou lichide sunt egale. Aceast metod servete la determinarea densitii sngelui, cu o precizie suficient. Densitatea sngelui are o valoare constant n cazuri normale, datorit mecanismelor fiziologice reglatoare, ea putnd varia puin din cauza ingerrii alimentelor, mai ales a celor lichide. Valorile normale ale densitii sngelui sunt cuprinse ntre 1,057 g/cm 3 i 1,066 g/cm3, admindu-se ca densitate medie la brbai valoarea de 1,061 g/cm3, iar la femei de 1,058 g/cm3. Metoda se poate aplica i materialelor aflate n stare solid. Areometrele (Fig. 7) sunt aparate confecionate din sticl care pot pluti, formate dintr-un cilindru cu diametrul de 2-3 cm, partea superioar avnd forma unei tije de o anumit lungime i diametru 0,3-0,6 cm. n partea inferioar aparatul are un rezervor de form sferic sau ovoidal, n care se afl o substan grea, cum ar fi plumb sau mercur. Din cauza acestei greuti, centrul de greutate al plutitorului este mult cobort fa de centrul de presiune, iar rezultatul const n meninerea areometrului n poziie vertical n lichid.

b) Metode bazate pe folosirea balanei - Aceste metode presupun cntrirea cu ajutorul unui vas de volum cunoscut gol i apoi plin cu lichidul a crui densitate absolut dorim s o determinm. Un astfel de vas de form special se numete picnometru. Prin mprirea masei lichidului la volumul picnometrului se obine valoarea densitii. c) Metoda vaselor comunicante- se aplic n cazul n care avem dou lichide nemiscibile cu densiti diferite. Aceast metod se folosete pentru determinarea densitii lichidelor nemiscibile cu apa, dar nu este foarte precis din cauza impreciziei n msurarea nivelelor lichidului.

42. Ecuaia de continuitate Pentru deducerea ecuaiei de continuitate vom considera un tub de curent ntr-un fluid n micare (Fig. 12). Prin definiie, debitul volumic de curgere, Q, reprezinta volumul de fluid care traverseaz o seciune a tubului n

unitatea de timp, n timp ce viteza de curgere, v, reprezint distana parcurs de un element de lichid n unitatea de timp. Pentru un fluid incompresibil care curge staionar i nu se disip prin pereii laterali, debitul de curgere Q este constant. Se observ c viteza de curgere este mai mare dac seciunea este mai mic i scade cu creterea seciunii transversale a tubului. Acest lucru se scrie matematic : S1v1 = S2v2 = constant adic produsul dintre aria seciunii transversale a tubului i viteza de curgere a lichidului este constant. Aceasta este ecuaia de continuitate. 43. Ecuaia lui Bernoulli Cnd un lichid curge de-a lungul unui tub de curent orizontal cu seciune variabil, viteza lui variaz, el fiind accelerat sau ncetinit. Prin urmare, asupra acestui lichid trebuie s acioneze o for rezultant deci de-a lungul tubului presiunea trebuie s varieze, dei nlimea nu se modific. Pentru dou puncte aflate la nlimi diferite, diferena de presiune depinde nu numai de diferena de nivel, ci i de diferena dintre vitezele din punctele respective. Pentru tubul din Fig. 14 putem scrie un bilan al presiunilor n felul urmtor :p1 + gh1 + 1 2 1 2 v1 = p2 + gh 2 + v2 2 2

saup + gh + 1 2 v = constant 2

Aceasta este expresia matematic a legii lui Bernoulli referitor la curgerea lichidelor. Termenul 1/2 v2 se numete presiune dinamic, iar suma primilor doi termeni ai egalitii este chiar presiunea static. Presiunea dinamic reprezint presiunea pe care o exercit lichidul datorit vitezei sale de curgere. Aadar, conform legii lui Bernoulli, de-a lungul unui tub prin care curge un fluid, suma dintre presiunea static a fluidului i presiunea dinamic este constant, presiunea static scade pe msur ce viteza crete 44. Legea lui Stokes Cnd o particul se deplaseaz ntr-un lichid vscos, ntre masa de lichid n repaus i pelicula de lichid antrenat n micare de ctre particul se exercit fore de frecare interne a cror valoare depinde de vitez . Rezistena opus de lichid la naintare reprezint rezultanta forelor de frecare. Aceast for de frecare are o valoare variabil, ea fiind direct proporional cu viteza. La un moment dat, fora ajunge s egaleze fora motrice (n cdere, greutatea) i din acest moment, corpul se mic avnd vitez constant. n cazul unei particule sferice de raz r, la viteze mici v, legea lui Stokes d expresia forei rezistente: R=6 rv La echilibru, cunoscnd viteza limit se poate determina, de exemplu, valoarea coeficientului de vscozitate.

Fora motrice poate fi: greutatea, explicand astfel sedimentarea; fora centrifug, aplicat la centrifugare sau ultracentrifugare; fora electric, aplicat la electroforez. Particulele de diferite tipuri pot difuza ntr-un anumit lichid funcie de vscozitatea acestuia, iar acest lucru este folosit in practica prin introducerea medicamentelor n solveni sau dispersani vscoi, ncetinind astfel viteza lor de difuzie. 45. Legea Poiseuille-Hagen Curgerea laminar poate fi privit ca deplasarea unor tuburi coaxiale care alunec unele fa de altele, cu viteze diferite, mai mari spre centru i scznd spre perei. n afara stratului periferic micarea este foarte neregulat - turbulent, datorit curenilor circulari locali formai, distribuii haotic, numii vrtejuri. Acestea produc o cretere considerabil a rezistenei la curgere, urmat de o scdere a presiunii totale a lichidului real de-a lungul tubului . Conform legii lui Poiseuille-Hagen scderea de presiune de-a lungul distanei l strbtut de fluid ntr-un tub cilindric de raz r este:p1 p2 = 8lv 8lQ = r2 r 4

deoarece viteza v = Q/S = Q/ r2, unde Q este debitul lichidului prin conduct, S aria seciunii transversale a acesteia, iar vscozitatea lichidului. Prin urmare, n cazul fluidelor reale, vscoase, energia potenial a fluidului scade pe msur ce fluidul avanseaz n tub, datorit frecrilor interne. Se poate face o analogie ntre mrimile hidrodinamice i cele electrocinetice, diferena de presiune corespunznd diferenei de potenial electric, debitul Q al curgerii corespunznd intensitii curentului electric, iar factorul (8 l/ R4) fiind echivalentul rezistenei electrice (el chiar reprezentnd rezistena ntmpinat de fluid n timpul curgerii sale prin tub). Legea lui Poiseuille este similar legii lui Ohm, ambele fiind expresii ale disiprii energiei. 46. Numrul lui Reynolds Caracterul curgerii unui fluid printr-un tub cu perei netezi poate fi anticipat dac se cunosc viteza de curgere a fluidului (v), densitatea lui ( ), coeficientul de vscozitate ( ) i diametrul tubului (D). Cu ajutorul acestor mrimi, care caracterizeaz att fluidul ct i tubul prin care acesta curge, se poate calcula numrul lui Reynolds NR, definit ca urmtorul raport:NR = vD

NR este o mrime adimensional i are aceeai valoare numeric n orice sistem de uniti. Experienele arat c: dac NR < 2000 curgerea este laminar dac NR > 3000 curgerea este turbulent - pentru 2000 < NR < 3000 exist un regim de tranziie sau nestaionar, curgerea este instabil i poate trece de la un regim la altul.-

n ceea ce privete curgerea pulsatorie a sngelui aceasta este o curgere n regim nestaionar.

47. Rolul de pomp al inimii Rolul principal al inimii const n expulzarea sngelui n circulaie, prin nchiderea i deschiderea n mod pasiv a valvulelor care au rol de supap. Inima este constituit din dou pompe , conectate prin circulaiile pulmonar i sistemic: - pompa dreapt care are rolul de a pompa spre plmni sngele dezoxigenat colectat din organism (circulaia pulmonar) - pompa stng colecteaz sngele oxigenat din plmni i l pompeaz n corp (circulaia sistemic) Fiecare parte a inimii este echipat cu dou seturi de valvule care, n mod normal, impun deplasarea sngelui ntr-un singur sens, cele dou pompe ale inimii avnd fiecare cte dou camere: atriul este un rezervor care colecteaz sngele adus de vene i ventriculul care pompeaz sngele n artere. Septul este peretele care desparte att atriile ct i ventriculele i care mpiedic trecerea sngelui dintr-un atriu/ventricul n cellalt. Etaneitatea pompelor este determinat de musculatura cardiac. Micarea valvulelor este reglat de diferena de presiune dintre atrii, ventricule i vase sanguine, ele mpiedicnd sngele s curg n direcie greit. Musculatura cardiac asigur att variaia volumului inimii i presiunii sngelui precum i energia necesar funcionrii prin procesele biofizice i chimio-mecanice din miocard. 48. Legea lui Laplace stabilete ce calibru va avea vasul de snge, care se comport ca o membran elastic de form cilindric, atunci cnd sngele are o anumit presiune. Tensiunea T depinde de structura peretelui vasului sanguin. Legea lui Laplace se scrie matematic astfel :p = T R

unde p este presiunea arterial, T este tensiunea exercitat de snge asupra pereilor arteriali iar R este raza arterei. Se observ c pentru o diferen de presiune dat p, tensiunea n vas T depinde de raz. Pentru aceeai presiune de distensie rezistena pereilor vasculari este invers proporional cu raza vasului de snge. Legea lui Laplace are o importan deosebit n biofizica aparatului circulator. Cu ajutorul ei se pot explica unele particulariti anatomo-funcionale fiziologice i patologice ale inimii i ale vaselor de snge i anume:-

-

dac scade raza de curbur R a stratului median al muchiului inimii, avnd constant tensiunea parietal T, conform legii Laplace, se constat c presiunea la care are loc expulzarea sngelui crete ; n regiunea apical peretele ventricular se subiaz, raza de curbur a cordului fiind mai mic, la aceeai presiune a sngelui, tensiunea din perete este mai mic; n cazul hipertrofiei cardiace, creterea razei de curbur duce la diminuarea presiunii sistolice, aadar la o expulzare deficitar, pentru aceeai tensiune n fibrele musculare ; n cazul cardiomiopatiei dilatative, muchiul cardiac este slbit, raza ventriculului crete (inima slbit nu mai poate s pompeze mult snge, dup fiecare btaie de inim rmn cantiti mai mari n ventriculi, iar acetia se dilat) i pentru a crea aceeai presiune de expulzie este necesar o tensiune parietal mrit; n cazul anevrismelor, deoarece crete raza vasului (Fig. 29), la aceeai presiune distal, vom avea o cretere a tensiunii parietale i, n consecin, o cretere a riscului de rupere a peretelui vascular.

49. Vscozitatea sngelui Sngele reprezint o suspensie de elemente celulare (50% din volumul su) ntr-o soluie apoas (plasma) de electrolii, neelectrolii i substane macromoleculare (dispersie coloidal), fiind aadar un sistem dispers complex. Din punct de vedere al vscozitii, sngele este un lichid nenewtonian, pseudoplastic. n cazul unei suspensii vscozitatea sistemului depinde att de mediul de dispersie (plasma n cazul sngelui), ct i de particulele aflate n suspensie, fiind funcie de volumul total al acestor particule. Valoarea vscozitii sngelui la temperatura de 370C este 3 cP. Vscozitatea relativ a sngelui n raport cu apa ( apa = 0,70 cP), va fi, n medie:relativ = sange 4 apa

de

aproximativ

Vscozitatea sanguin relativ la subiecii sntoi are valori cuprinse ntre 3,9 i 4,9, fiind puternic dependent de vrst (atinge maximul de 4,9 la vrste cuprinse ntre 35 40 de ani). Datorit compoziiei neomogene a sngelui, vscozitatea acestuia variaz cu valoarea hematocritului, cu viteza de curgere i cu raza vasului de snge. Hematocritul reprezint procentul de elemente figurate, n special hematii, dintr-un anumit volum de snge. Deoarece plasma este un lichid newtonian, elementele figurate sunt cele care confer sngelui caracterul nenewtonian. Prin urmare, vscozitatea sngelui va fi mai mare acolo unde densitatea de elemente figurate este mai mare: venos > arterial. La omul sntos, valoarea hematocritului este de 40 - 50%, variind n funcie de vrst i sex. Dependena vscozitii relative a sngelui, r, de hematocrit este exponenial, putnd atinge valoarea de 12 pentru un hematocrit de 80%. Hematocritul, alturi de numrtoarea globulelor roii i de dozarea hemoglobinei, ajut la punerea unui diagnostic mai precis de anemie (hematocrit sczut). Vscozitatea sngelui variaz cu viteza de curgere, scznd cu creterea acesteia, datorit deformrii elastice a eritrocitelor. Scade, de asemenea, cnd diametrul vasului devine mai mic dect 1 mm (n capilare). Vscozitatea serului d indicaii referitoare la proporia i calitatea proteinelor cuprinse n el. n stare normal, la o temperatur de 37oC, vscozitatea specific a serului uman este constant, cu fluctuaii mici n intervalul 1,64 1,69. n stri patologice, vscozitatea serului variaz mult, putnd lua valori cuprinse n intervalul 1,5 3. n timp ce prezena substanelor cristaloide n ser (uree, NaCl) nu modific sensibil vscozitatea serului, creterea procentului de proteine duce la mrirea vscozitii acestuia. 50. Efectul Fahraeus Lindqvist (acumularea axial a eritrocitelor) Sngele nu este un lichid omogen, ci o suspensie de celule. Astfel, n capilare ale cror diametre sunt de acelai ordin de mrime cu diametrul eritrocitelor, profilul vitezei plasmei este determinat de celulele n micare care se deformeaz semnificativ n vasele nguste i ramificate, aceasta constituind o problem de microreololgie a circulaiei. n vasele de diametre mari, pe de alt parte, apare aa numitul efect Fahraeus Lindqvist care duce la concentrarea eritrocitelor n regiunile n care tensiunile de forfecare sunt minime, adic pe axa longitudinal a vasului. Rezult c vscozitatea sngelui care este dependent de hematocrit va crete n aceast regiune i va scdea n vecintatea peretelui vasului. Astfel se ajunge la o scdere a rezistenei la curgere a debitului sanguin total.

Pe de alt parte, profilul parabolic al vitezelor straturilor adiacente de fluid n curgere laminar se schimb semnificativ, aplatizndu-se spre axul vasului. Mai mult, acest efect conduce la distribuia difereniat a diferitelor tipuri de celule sanguine, mrimea forei care deplaseaz celulele prin efectul Fahraeus Lindqvist n regiunile cu tensiuni de forfecare minime, depinznd de dimensiunea celulelor. n consecin, celulele cu diametre mai mici, cum sunt plachetele sanguine nu sunt influenate att de puternic de acest efect, spre deosebire de eritrocite ale cror diametre sunt mai mari. Astfel, n timp ce eritrocitele se concentreaz ctre axul vasului, plachetele se aglomereaz spre pereii acestuia. Efectul Fahraeus Lindqvist poate fi neles ca o consecin a principiului producerii minimei entropii al lui Prigogine. Aplicat n cazul curgerii sngelui, principiul producerii minimei entropii presupune concentrarea celulelor n zonele n care pierderea de energie prin frecare este minim, adica n regiunile cu tensiuni de forfecare minime. 51. Msurarea tensiunii arteriale. Primul document care atest msurarea presiunii arteriale dateaz din secolul al XVIII-lea. n 1773, cercettorul englez Stephen Hales a msurat n mod direct presiunea sngelui unui cal prin inserarea unui tub cu un capt deschis direct n vena jugular a animalului. Sngele a urcat n tub pn la nlimea de 2,5 m adic pn la nlimea la care presiunea coloanei de snge (greutatea coloanei raportat la suprafa) a devenit egal cu presiunea din sistemul circulator. Acest experiment st la baza utilizrii cateterului pentru msurarea direct a presiunii arteriale. Cateterul este o sond care se introduce direct n arter, prevzut cu un manometru miniaturizat care permite monitorizarea continu a presiunii sngelui (metoda este folosit rar, mai ales n urgen). n mod uzual, presiunea arterial se msoar prin metode indirecte bazate pe principiul comprimrii unei artere mari cu ajutorul unei manon pneumatic n care se realizeaz o presiune msurabil, valorile presiunii intraarteriale apreciindu-se prin diverse metode, comparativ cu presiunea cunoscut din manet. Dintre metodele indirecte menionm: metoda palpatorie, metoda auscultatorie, metoda oscilometric. Metoda palpatorie (Riva Rocci) msoar numai presiunea sistolic, prin perceperea primei pulsaii a arterei radiale (palparea pulsului) la decomprimarea lent a manonului aplicat n jurul braului. n metoda ascultatorie (Korotkow) n loc de palparea pulsului, se ascult cu ajutorul unui stetoscop plasat n plica cotului zgomotele ce apar la nivelul arterei brahiale la decomprimarea lent a manonului, datorit circulaiei turbulente, urmndu-se a determena att presiunea sistolic, ct i cea diastolic. Se pompeaz aer n manon pn ce prin stetoscop nu se mai aude nici un zgomot (presiunea din manon este mai mare cu 30-40 mm Hg peste cea la care dispare pulsul radial), dup care aerul este decomprimat lent. Cnd presiunea aerului devine egal cu presiunea sistolic, sngele reuete s se deplaseze prin artera brahial dincolo de zona comprimat de manon, iar n stetoscop se aud primele zgomote. n acest moment se citete presiunea pe manometru, ea reprezentnd valoarea presiunii sistolice. Zgomotele provin de la vrtejurile ce apar n coloana de snge care curge cu vitez mare. Curgerea se face n regim turbulent deoarece se ngusteaz lumenul arterial. Pe msur ce aerul din manon este decomprimat, zgomotele se aud tot mai tare deoarece amplitudinea micrilor pereilor arteriali crete i odat cu ea se intensific vibraiile sonore. n momentul n care presiunea aerului din manon i presiunea diastolic sunt egale, artera nu se mai nchide n diastol, zgomotele scad brusc n intensitate i dispar. Presiunea citit n acest moment pe manometru este presiunea diastolic. Aadar, momentul n care se aude n stetoscop primul zgomot marcheaz presiunea sistolic; momentul n care zgomotele nu se mai aud marcheaz presiunea diastolic. Metoda oscilometric (Pachon) permite determinarea presiunii sistolice, diastolice i medii. Aceast metod urmrete amplitudinea oscilaiilor pereilor arterei brahiale n timpul decomprimrii treptate a aerului din

manonul gonflabil. Presiunea sistolic se nregistreaz la apariia oscilaiilor, presiunea diastolic la dispariia acestora, iar presiunea medie n momentul n care amplitudinea oscilaiilor este maxim.

52. Aspecte biofizice ale patologiei circulaiei sngelui Se refer la modificri ale vscozitii sanguine, ale dimensiunilor inimii, precum i la modificri aprute n diametrele i elasticitatea vaselor de snge. Creterea vscozitii sanguine duce la o rezisten vascular mrit (conform legii Poiseuille-Hagen). Apare suprasolicitarea cordului prin creterea presiunilor arteriale n circulaia sistemic i n special pulmonar, acest lucru favoriznd staza sanguin, aderena trombocitar, ateroscleroza i accidentele vasculare. Creterea vscozitii sanguine se poate datora unui numr anormal de leucocite (de exemplu n leucemii) sau unei cantiti crescute de proteine plasmatice - fibrinogenul (n inflamaii) sau ca lanurile K (proteine ce intr n compoziia anticorpilor) secretate de o linie limfocitar anormal (boal numit macroglobulinemie n care vscozitatea relativ a serului este >4 ). Vscozitatea sngelui crete n intoxicaiile cu bioxid de carbon din cauza creterii volumului hematiilor. Creterea hematocritului se ntlnete rar, n cazul deshidratrii (prin transpiraie, prin febr, prin vrsturi) precum i n poliglobulie (boal care se caracterizeaz prin creterea exagerat a numrului de globule roii). Din cauza valorilor mari ale hematocritului, crete vscozitatea sngelui prin stnjenirea micrii libere a hematiilor care sunt deformate mecanic i favorizarea apariiei de aglomerri eritrocitare. Aceste creteri ale hematocritului pot aprea ca un mecanism compensator n hipoxie (scderea presiunii pariale a oxigenului n snge) - de exemplu hipoxia datorat altitudinii sau hipoxia din unele boli ce afecteaz ventilaia pulmonar. Conform legii lui Poiseuille, pentru a trece printr-un vas un anumit debit de snge, trebuie s se acioneze cu o presiune cu att mai mare cu ct vscozitatea lichidului este mai mare. Prin urmare, creterea vscozitii sngelui cere o contracie mai mare din partea inimii pentru a asigura circulaia, ceea ce se traduce prin creterea tensiunii arteriale. Scderea vscozitii sanguine este ntlnit n strile de anemie, atingnd uneori valoarea 2, cnd poate fi cauza apariiei unor sufluri la un cord normal, prin favorizarea unei curgeri turbulente, n pierderea de snge sau cnd se consum multe lichide nainte de recoltarea sngelui, n hidremie i hiperglicemie. Modificarea dimensiunilor inimii poate s apar ca urmare a presiunii mrite a sngelui care necesit din partea inimii efectuarea unui lucru mecanic mai mare. n aceste condiii, inima mrindu-i dimensiunile (razele de curbur ale pereilor devenind mai mari), conform legii lui Laplace, pentru a realiza o aceeai presiune sistolic se produce o tensiune mai mare n perei. Cnd pereii arteriali se rigidizeaz aportul de lucru mecanic al arterei fa de inim dispare sau se micoreaz foarte mult, inima fiind nevoit s efectueze un lucru mecanic mai mare dect n mod obinuit, ceea ce duce la obosirea acesteia. Mai mult, poate s apar i riscul curgerii turbulente, urmat de creterea rezistenei la naintare a coloanei de snge i la apariia unor sufluri. n ateroscleroz depozitele de colesterol de pe pereii vaselor de snge, micoreaz diametrul acestora. Conform ecuaiei de continuitate, aria seciunii transversale ngustndu-se, crete viteza fluidului prin acea seciune. O cretere a vitezei de curgere a fluidului atrage dup sine, conform ecuaiei lui Bernoulli, o cretere a presiunii dinamice, urmate de o scdere a presiunii statice, vasul putndu-se bloca, la fel cum, de asemenea, este posibil ca un cheag de snge s blocheze vasul ngustat.

53. Urechea si auzul. Structura urechii Structura general este prezentat n figura 5. Urechea extern este format din pavilion i conductul auditiv extern i are rolul de a capta undele sonore i de a le direciona spre membrana timpanic. Aceasta este o membran de form elipsoidal iar n seciune are form conic cu vrful spre interior i vibreaz sub aciunea sunetelor. Membrana timpanic are o inerie mic astfel nct vibraiile ei nceteaz aproape imediat 8 Biofizic. Noiuni de biacustic MG 2008-2009 (410-3s) ce nceteaz sunetul permind distingerea separat a sunetelor succesive. Pavilionul, prin forma sa, permite determinarea cu mare precizie a direciei din care vin sunetele (eroarea este de 3-4"). Urechea medie este o cavitate n osul temporal aflat ntre membrana timpanic i peretele intern. n peretele intern, ce asigur comunicarea cu urechea intern, se gsesc dou orificii fereastra oval n partea superioar i fereastra rotund n partea inferioar. n partea inferioar a urechii medii se gsete un canal, trompa lui Eustache ce asigur comunicarea cu cavitatea nazofaringean permind egalizarea presiunilor intern i extern ce se exercit asupra timpanului. Trompa lui Eustache este, n mod obinuit, nchis nedeschizndu-se dect cnd nghiim sau cscm. De aceea n cazul variaiilor rapide de presiune (urcarea cu telefericul, zborul cu avionul) trebuie s nghiim n sec. n interiorul urechii medii se gsete un sistem de oscioare: ciocanul, sprijinit pe timpan, nicovala i scria sprijinit de fereastra oval. Oscioarele sunt articulate ntre ele i acionate de muchi proprii. Ele au att rolul de a transmite undele sonore dinspre urechea extern spre cea intern ct i acela de a atenua sau amplifica vibraiile. Prin contracia muchiului ciocanului diminueaz amplitudinea vibraiilor n timp ce contracia muchiului scriei duce la amplificarea oscilaiilor. Acest mecanism intervine n adaptarea urechii la intensiti diferite ale sunetelor. Urechea intern conine labirintul osos i labirintul membranos. n labirintul osos se gsete perilimfa iar n cel membranos endolimfa. Ambele lichide au rolul de a transmite undele sonore. Labirintul osos conine: vestibulul osos, 3 canale semicirculare orientate n trei planuri perpendiculare ntre ele unul fiind orizontal i melcul osos (cohleea). Vestibulul osos este situat central i comunic prin intermediul ferestrelor oval i rotund cu urechea medie. El comunic de asemenea cu melcul osos i cu cele 3 canale semicirculare. Canalele semicirculare prezint o extremitate mai dilatat (ampula). Melcul osos este situat anterior fa de vestibul i este format dintr-un canal osos de aproximativ 3 cm spiralat avnd 2,75- 3,5 spire n jurul unei coloane cilindrice conice. Grosimea lumenului se micoreaz pe msura spiralrii. Canalul este mprit de ctre lama osoas i membrana bazilar n dou rampe: vestibular spre fereastra oval i timpanic spre fereastra rotund. Cele dou comunic ntre ele la vrful melcului osos printr-un orificiu helicotrema. Labirintul membranos este alctuit din: utricula i sacula, 3 canale membranoase i melcul membranos. Utricula i sacula sunt vezicule situate n vestibulul osos i care comunic ntre ele. La rndul ei sacula este n legtur cu melcul membranos iar utricula cu cele 3 canale semicirculare membranoase. Melcul membranos este de fapt canalul cohlear i conine endolimf. El conine organul Corti fixat pe toat lungimea membranei bazilare. Organul Corti conine celule ciliate i celule de susinere. Celulele ciliate sunt de dou tipuri: interne i externe. Exist circa 3.500 celule ciliate interne aezate ntrun singur ir i circa 12.000 celule ciliate externe dispuse n trei iruri. Cilii celulelor interne sunt liberi n endolimf n timp ce cei ai celor externe vin n contact cu membrana tectoria. Principalul rol n transformarea vibraiilor mecanice n poteniale de aciune revine celulelor ciliate externe. Fiecare celul ciliat este conectat prin intermediul sinapselor chimice cu mai multe fibre nervoase ale nervului auditiv. Membrana bazilar se ntinde pe toat lungimea cohleei i are limea cresctoare de la baz spre vrf avnd 0,01 mm la nivelul ferestrei ovale i 0,065 mm la nivelul helicotremei. Aceasta face ca frecvena proprie de vibraie s fie mare la baz i mic la vrf.

Astfel undele sonore de frecvene mari (20 kHz) vor produce vibraii de amplitudine mare la baza membranei bazilare i pe msura scderii frecvenei maximul amplitudinii de oscilaie se va apropia de vrf. Urechea intern are dou roluri funcionale majore: 1. orientarea spaial i meninerea echilibrului 2. transformarea vibraiilor mecanice n poteniale de aciune n nervul auditiv i codificarea caracteristicilor undelor sonore. Primul rol este ndeplinit cu ajutorul labirintului membranos un rol esenial jucndu-l canalele semicirculare. Modificrile de gravitaie i de acceleraie ale capului determin modificri n dinamica lichidelor din cele 3 canale semicirculare care, la rndul lor, acioneaz asupra cililor celulelor senzitive prezente att n canalele semicirculare ct i n utricul i sacul. Informaiile sunt apoi transmise prin intermediul nervului vestibular cerebelului care le transform n cunotine privind poziia capului fa de direcia acceleraiei gravitaionale i apoi n decizii de aciune pentru pstrarea echilibrului. A doua funcie va fi tratat n capitolul urmtor.

54,55 si 56. Intensitatea Sunetului, Pragul de audibilitate si pragul de durere Intensitatea (tria) sonor indic percepia mai puternic sau mai slab a sunetului. Ea este legat de energia ce trece n unitatea de timp prin unitatea de suprafa (intensitatea undei sonore) dar i de sensibilitatea analizorului auditiv pentru diferite frecvene. Pentru fiecare frecven analizorul auditiv prezint dou praguri: pragul de audibilitate i pragul de durere (Fig. 4). Pragul de audibilitate