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