Transcript teze5
MAGNETISMUS Kolem vodiče, kterým protéká elektrický proud se vytváří magnetické pole, které působí silově na každý náboj pohybující se vůči tomuto poli (vodiči). Každý elektron vytváří magnetické pole svým pohybem vůči jádru atomu. • Magnetický moment obalu: 1. spinový 2. dipólový ∑μe = ∑ (l . μB)e l orbitalové kvantové číslo elektronu μB Bohrův magneton Látky • diamagnetické – kompenzovaný mag. moment obalu ∑μe = 0 Působením D. L. magnetické momenty působí proti směru siločar původního pole • paramagnetické - kompenzovaný mag. moment obalu ∑μe = 0 Působením P. L. magnetické momenty působí po směru siločar původního pole • feromagnetické – nekompenzovaný mag. momenent elektron. obalu. Trvalé magnety. Magnetické pole je definováno: • • • • Intenzita H [ A m-1 ] Magnetická indukce B [T] Magnetický indukční tok Φ [ Wb ] Elektromagnetické vlnění představuje šíření proměnného em. pole prostorem, které je provázeno transportem energie. Působení elektromagnetických polí • • • • polarizace elektroforéza elektromagnetická indukce živý org. obsahuje dipóly, ionty a elektricky vodivé dráhy – interakce zasahují všechny úrovně od atomů až po celý org. • U velmi nízkých intenzit nemusí být zevně patrný biologický efekt. Polarizace tkáně • Ve tkáních jsou náboje často vázány na makromolekuly, které mají omezenou pohyblivost. Makromolekuly se chovají jako různě orientované elektrické dipóly jejichž dipólové momenty se vzájemně ruší. • Působením zevního elektrického pole se dipóly orientují podle elektrického pole - dochází k jejich polarizaci. Vzniká vnitřní elektrické pole opačné polarity, a tím dochází ke snížení intenzity zevního elektromagnetického pole. Natáčením polárních molekul vzniká posuvný proud. Mírou schopnosti látky vytvářet posuvný proud je permitivita e. ZÁKLADNÍ INTERAKCE • • • • • • geomagnetické pole Země indukce 10-5 T jeho změny 10-9 T magnetické pole svalů indukce 10-11 T mozku 10-12 – 10-13 T na základní interakci je organizmus adaptován vnímavost vůči porušení geomagnetického pole Země nebo vůči bouřím na Slunci • využití geomagnetického pole – tah ptáků Biologické účinky magnetických polí • Zasáhne-li do základní interakce umělé magnetické pole značné intenzity, je registrována biologická odpověď. • Magnetická pole nad 2.10-7 T ve vzdálenostech menších než: - kompresor chladničky 1,2 m - klasická 14 palcová obrazovka 1,1 m - gril 1,4 m - elektrický radiátor 0,3 m Biologické účinky magnetických polí 1. Permanentní magnetické pole • Silné - poruchy sedimentace - poruchy vegetativní inervace srdce - snížení kožního odporu • Slabé - snížení dráždivosti nervů Biologické účinky magnetických polí 2. Nízkofrekvenční – zvyšuje dráždivost nervů • pulzní jedné polarity - působení na elektrické dvojvrstvy membrán - pulzy na ionty, změna permeability membrán - polarizace postranních řetězců proteinů - přerušování vodíkových můstků - změny orientace nukleových kyselin - změny aktivity enzymů Biologické účinky magnetických polí • Střídavé polarity - elektrokapilární jevy (masáž buňky) - kmitání iontů na membránách vede k indukovaným dipólům a změnám permeability - působení souhlasné nebo proti pohybu iontů - rezonance mezi funkcí bioproudů a mechanickými kmity mikrofilament, což vysvětluje význam i nízkých intenzit Biologické účinky magnetických polí • • • • radary za II. světové války onkologická onemocnění domy pod vysokým napětím mobilní telefony Diagnostické využití magnetických polí • původ v iontových tocích, proti bioelektrické aktivitě 2 rozdíly: 1. snímání je bezdotykové (není nutná fixace, vyloučení přechodových odporů) 2. sledují se změny proudu (na rozdíl od změn potenciálů např. u EKG) 3. Detektor o 1 řád citlivější – supravodivý kvantový magnetometr (teplota 4 K) 4. odstínění pole Země a umělých zdrojů magnetokardiografie (MKG), magnetomyografie (MMG) magnetoencefalografie (MEG) Terapeutické využití Amplituda, frekvence a tvar vlny musí být specifické pro typy buňek a tkání. • vasodilatace a neovaskularizace vede ke zvýšení tkáňového dýchání – urychlení hojení traumat • analgetické účinky • antiflogistické účinky Indikace u velkých zvířat • • • • • fraktury – stimulace endoostálního svalku distorze arthrotické změny kloubů a páteře tendinitidy a tendovaginitidy aplikace na páteř (zvýšení hladiny kortikoidů) Indikace u malých zvířat • • • • • srdeční slabost záněty středního ucha obrny záněty a otevřené rány vertebrogenní i svalové syndromy Nukleární magnetická rezonance • selektivní absorpce energie vysokofrekvenčního magnetického pole atomovými jádry prvků lichých protonových čísel umístěných v stálém homogenním magnetickém poli. Nukleární magnetická rezonance • magnetický moment jádra μ μ=γ.S γ gyromagnetický moment S moment hybnosti • prvky lichých protonový čísel . μ = ± 1/2 Nukleární magnetická rezonance • • • • • • precesní pohyb gyromagnetický moment Larmorova frekvence precese transverzální relaxace longitudinální relaxace relaxační doby jsou charakteristické pro jednotlivé protony atomů – chemické složení Magnetická rezonanční tomografie • MRI, neinvazivní vrcholová zobrazovací technika • rozlišovací schopnost 0,2 – 0,4 mm • tomo – zobrazovat na řezu • stálé pole 2 – 4 T, otevřené 0,35 T • vysokofrekvenční cívky vytváří pulzní pole i přijímají rezonanční signály Fotonová záření • rozdělení dle vlnové délky, frekvence vlnění a energie fotonů • světlo je příčné elektromagnetické vlnění tvořené elektrickým i magnetickým polem • vektory intenzit jsou kolmé na směr šíření • pole jsou proměnná, světlo je kvantováno Původ světla • jaderná syntéza lehkých jader na povrchu Slunce – čárové spektrum • po průchodu chromosférou spojité spektrum • atmosféra Země absorbuje některé vlnové délky a celkově klesá intenzita na 27 % (difuzní rozptyl světla 25 %, oblaka 33 %, vodní páry CO2, O3 atd. 15 %) SVĚTLO JE ZÁKLADNÍ ZDROJ ENERGIE hf 6 CO2 + 6 H2O ==> C6H12O6 + 6 O2 E = hf => ΔH = + 2,81 . 103 kJ mol-1 Vlnová délka λ (nm) Světelný tok Φ lumen (lm) množství světla vyzářené prostorově Intenzita osvětlení I lux (lx) I = Φ . S-1 (lm . m-2) Měrný světelný výkon η lumen/wat (lm . W-1) - účinnost přeměny elektrické energie na světelnou Úbytek intenzity osvětlení I s hloubkou Tropy hladina v poledne 15000 lux 30 cm hloubka pouze 1000 lux Hladina v 15 h 1500 lux Hloubka 10 cm 700 lux 20 cm 600 lux 30 cm 450 lux 40 cm 120 lux Absorpce světla vodou je exponenciální I = I0 e-α x α … absorpční koeficient x ….síla vrstvy (hloubka vody) Intenzita osvětlení klesá se čtvercem vzdálenosti od zdroje světla ! Index podání barev Ra míra souhlasu podání barvy s optimálním zdrojem A 90 – 100% souhlas B 80 – 89% souhlas Teplota chromatičnosti T (K) zvýšíli se teplota „absolutně černého tělesa“ zvýší se podíl modré a sníží podíl červené žárovka 2700 K Barva světla teple bílá pod 3300 K neutrální bílá 3300 K – 5000 K denní bílá nad 5000 K denní světlo 5000 K – 10000 K podle počasí a denní doby Lineární zářivky T5 • • • Průměr 16 mm (T8 26 mm) o 40 % úspora el. energie proti T8 Vysoká svítivost • 145 cm 80 W AQUA MEDIC 24 W 54,9 cm 39 W 84,9 cm 54 W 114,9 cm 80 W 144,9 cm REFLEKTORY • nejvýhodnější tvar je parabola, kdy zářivka leží v ohnisku (T5 je vhodnější jak T8) • to zajišťuje maximální podíl světla dopadající kolmo na plochu (omezuje odraz) • 80 – 250 % navýšení intenzity (TROCAL – de Luxe Special-Plant DENNERLE T8 15 W hloubka 50 cm 380 → 900 lx ) Fotobiologické zákony 1. Pro fotochemický děj je účinné jen to záření, které je absorbováno (zákon Grotthusův) 2. Mezi množstvím fotochemicky přeměněné látky a množstvím absorbovaného záření existuje kvantitativní vztah. (zákon Draperův) Fotobiologické zákony 3. Na jednu absorbující molekulu připadá jedno světelné kvantum, které provede její fotochemickou přeměnu. To platí jen pro primární fotochemický děj, ne pro další druhotné děje. (zákon fotochemické ekvivalence Stark, Einstein) 4. Pro fotobiologický účinek má význam jen součin intenzity a doby záření, nikoliv však vzájemný poměr mezi intenzitou a dobou. Protože tkáně nejsou stacionárním modelem, pak vlivem biochemických procesů se může účinek modifikovat. (zákon Bunsenův - Roscoeův) Biologické účinky viditelné oblasti • Zpomalení klidové tepenné a dechové frekvence • Snížení krevního tlaku • Snížení glykémie • Snížení laktátu po svalové zátěži • Zvýšení energie, síly a vytrvalosti • Zvýšená odolnost vůči stresu • Zvýšená saturace a transport kyslíku UV a IF záření Účinky infračerveného záření • Všechna tři pásma IR záření mají účinky tepelné. IR-A (Pásmo krátkovlnné, 760-1400nm) je obsaženo ve slunečním světle. Prochází sklem a je málo absorbováno vodou. IR-B (pásmo střední 1400-3000 nm) vyzařují žárovky a výbojky. Prochází sklem, ale je silně pohlcováno vodou. IR-C (pásmo vzdálené nad 3000 nm) zdrojem záření jsou topná tělesa. Je pohlcováno jak sklem tak vodou. • Většina IR záření je pohlcována pokožkou. Dochází k místní vasodilataci a tepelnému erytému, který má skvrnitý charakter a od erytému vyvolaného UV zářením se liší krátkou dobou trvání a velmi malou pigmentací. Ozáření IR zářením však zvyšuje citlivost kůže k účinku UV záření. • Dlouhodobá expozice očí IR zářením u některých profesí (foukači skla, slévači, hutnící) vedla v minulosti často ke vzniku tzv. žárové katarakty, což je zákal oční čočky vyvolaný tepelnými účinky. Převod tepla zářením • Využívá se tepelného působení umělých zdrojů VIS a IR záření: • Žárovkové skříně - radiační teplo v uzavřeném prostoru. Dráždí kožní receptory.Celkové prohřátí těla. • Solux, Sirius - žárovky o velkém výkonu s červenými nebo modrými filtry a infračervené zářiče. Záření se absorbuje především v epidermis a lze jich proto použít jen k prohřívání povrchově uložených ložisek. Dráždí kožní receptory, vyvolávají sugestivní pocit tepla, reflexní vazodilataci a svalovou relaxaci. • Teraristika Ultrafialové záření • UV A 400 - 315 nm, blízké pásmo fotometrie – kyvety z křemenného skla • UV B 315 – 280 nm, střední pásmo vitamin D, zhoubný melanom • UV C kratší než 280 nm, vzdálené pásmo ozónová vrstva atmosféry, germicidní výbojky, pod 100 nm a nad 10 eV ionizační schopnost Účinky ultrafialového záření • Z biogenních látek jsou vůči UV záření nejcitlivější organické sloučeniny nenasycené s konjugovanými dvojnými vazbami - i některé aminokyseliny, především tyrosin a tryptofan. (abs. maximum kolem 280 nm). • U nukleových kyselin jsou na UV záření citlivé především N-báze. Absorpce je podstatně vyšší než u bílkovin a pohybuje se v oblasti 240-290 nm. • UV záření proniká jen povrchově. Účinek na kůži se projeví zčervenáním – erytémem - následovaným melaninovou pigmentací ochranný mechanismus proti dalšímu ozáření. Dalším biologickým účinkem UV je syntéza vitamínu D. Nelze vyloučit kancerogenní účinek, téměř 90% kožních nádorů se vyskytuje na nekrytých místech kůže. • Ultrafialové vidění ryb – druhové rozlišení stejnobarevných ryb Vitamín D • Vzniká z provitaminu D • řídí metabolismus Ca a P, jeho nedostatek způsobuje křivici (rachitis) • 1000 IU na den = oslunění - obličej + paže 2-3 x týdně v létě v poledne asi 5 minut • Dlouhodobé podávání vitamínu D nenahradí UV záření ! • 290 – 300 nm 60 % tvorby