Lidské tělo, fyzika téměř dokonalá

1. Lidské tělo, fyzika téměř dokonalá Petra Wurmová

2. Průběh prezentace • Úvod: proč právě toto téma, význam fyziky v oblasti poznání lidského těla a medicíny vůbec, historie • Stať: vlastní téma- popis lidského těla (nervové a cévní soustavy) pomocí fyziky, rozluštění dobře známých pojmů z fyzikálního hlediska, demonstrace pomocí obrázků, zajímavosti, zábava • Závěr: celkové shrnutí, mé poděkování • Reference

3. Proč právě toto téma? Největší inspirací pro mne bylo mé nadšení pro lidské tělo jakožto ucelený systém, kde fyzika hraje jednu z hlavních rolí a v neposlední řadě také opomíjení biofyziky na našem semináři. Proč chodit do vesmíru, když obrovská fyzikální tajemství prožíváme každý den třeba jen pohledem do zrcadla nebo při učení do školy, začněme tedy u kořenů, začněme ve svém těle!

4. Význam fyziky v oblasti poznání lidského těla a medicíny vůbec • Rčení pana docenta Štolla • Fyzika u zkoušek na lékařské fakulty • Biofyzika v prvním ročníku LF • Fyziologie ve druhém ročníku LF • Lidské tělo je zdrojem mnoha oblastí fyziky, např.: optika, elektřina, mechanika a jiné

5. Historie Biofyzika jako samostatný vědní obor je poměrně mladá záležitost. Vznikla v průběhu 20. století díky prudkému rozvoji vědeckého poznání a s ním spojeným stále hlubším pronikáním do struktury a funkcí živých systémů. Je na rozhraní fyzikálních a biologických věd a podle definice zakladatele tehdy ještě československé biofyziky prof. Herčíka je to vědní obor, který podává fyzikální a fyzikálněchemický výklad biologických jevů a zkoumá vliv fyzikálních faktorů na živé organismy.

6. Historie Toto byla biofyzika jako samostatný vědní obor, ale “průzkum” lidského těla je podstatně starší! Myslím, že by byl hřích zde neuvést autora prvního anatomického atlasu, umělce, vědce a vynálezce Leonarda da Vinciho (15.4.1452 – 2.5.1592).

7. Historie Prvním datem, k němuž se Leonardo zmiňuje o otázkách anatomie, je druhý duben roku 1489, kdy měl podle všeho v plánu pracovat na pojednání O lidském těle. Impulzem pro anatomické studie mu byla pitva starce, kterého nazval „stoletým“, uskutečnila se ve Florencii v zimě na přelomu let 1507 a 1508.

8. Historie Většinu anatomických kreseb včetně slavných studií srdce a embryí vytvořil během druhého pobytu v Miláně v letech 1506-1513. Studie Hlavní orgány a vaskulární a urogenitální systém ženy (asi 1507) představuje jeden z největších Leonardových pokusů o syntézu vlastních výzkumů v oblasti “zavlažovacího” systému lidského těla.

9. Historie Anatomické studie mužského krku a ramen (1510)

10. Řízení nervové (reflexní) Umožňují ho specializované buňky – neurony. Změny vnějšího nebo vnitřního prostředí – podněty – zaznamenávají specializované buňky – receptory, které převádějí tyto změny na vzruchy (impulzy). Ty jsou přiváděny do nervového centra a z něho na výkonné orgány – efektory. Převod vzruchu z receptoru nervovou drahou na efektor se označuje jako reflex.

11. Řízení nervové (reflexní) • Princip šíření nervového vzruchu Biomembrána neuronu je semipermeabilní. Propouští například nitrobuněčné kationty K+ 50 – 100krát více než mimobuňečné sodné kationty Na+. Kladně nabitých K-iontů odejde proto z buňky mnohem více než se do ní dostane kladně nabitých Na-iontů. V buňce se tento úbytek kladných iontů projeví převahou záporných chloridových iontů Cl-.

12. Řízení nervové (reflexní), princip šíření nervového vzruchu Biomembrána proto odděluje dvě prostředí s rozdílným elektrickým nábojem a převaha záporných iontů uvnitř buněk vytváří na ní tzv. klidový potenciál (asi 0,1 V). Je – li nervová buňka podrážděna, stává se biomembrána dočasně propustnou pro Na+ ionty, které pronikají do nitra buňky ( asi 500krát rychleji ), a tento přesun ( nastává depolarizace ), trvající 1 až 2 milisekundy, změní klidový potenciál na potenciál akční, který se šíří po neuronu jako vlna elektrické negativity ( vzruch ).

13. Řízení nervové (reflexní), princip šíření nervového vzruchu Kladné náboje z buňky ihned vystupují, nejdříve ve formě K+ iontů, které jsou později vyměněny mechanismem aktivního trasportu ( tzv. sodíkodraslíkovou pumpou ) zpět za Na+ ionty. Depolarizace je tedy ihned vystřídána repolarizací, tj. návratem ke klidovému potenciálu. Veškerý tento proces je spojen se značnou spotřebou energie ( ATP ).

14. Řízení nervové (reflexní), princip šíření nervového vzruchu Zvětšená žhnoucí “obloha” sloučenin sodíku. Sodík je kolem nás všudypřítomný – od baterie napájecí domovní zvonek až po nervové buňky registrující zvuk zvonku.

15. Řízení nervové (reflexní), princip šíření nervového vzruchu Budeme-li dráždit nervové vlákno elektrickým proudem, snadno zjistíme, že akční potenciál se vyvolá až při dostatečně silné intenzitě. Tuto určitou hodnotu podráždění označujeme jako prahový podnět. Přenos vzruchu z jedné buňky do druhé se uskutečňuje pomocí synapsí. Jde o mezery mezi ukončeními neuritu jednoho neuronu a zakončeními dendritů druhého neuronu, široké jen několik tisícin milimetru. V zakončeních neuritu se nacházejí váčky, obsahující chemický přenašeč – mediátor (neurotransmiter) – acetylcholin.

16. Řízení nervové (reflexní), princip šíření nervového vzruchu Dva rozdílné komunikační systémy s vysokou účinností: měděné spoje základní desky počítače (vlevo) kontrastují s lidskými neurony a jejich výběžky.

17. Řízení nervové (reflexní), zajímavosti • Zajímavosti Proč se opilec motá?

18. Řízení nervové (reflexní), zajímavosti Reflexním ústředím pro pořádání pohybů je mozeček (cerebellum), který je součástí mozku. Reguluje svalové napětí a zajišťuje koordinaci úmyslných (jemných, rychlých a přesných) pohybů a při udržování tělesné rovnováhy. Jenže ke smůle opilců je mozeček náchylný k intoxikaci alkoholem, a pak neplní své funkce jak má. - arbor vitae - Purkyňovy buňky

19. Řízení nervové (reflexní), zajímavosti, víte, že • Víte, že • Se odhaduje počet nervových buněk člověka na 30 miliard • Počet synapsí se odhaduje na stovky bilionů • Vysoká specializace je příčinou, že nervová buňka většinou není schopna se dělit a rozmnožovat • Kmenové embryonální buňky jsou “nanotechnologií” medicíny

20. Oběhová soustava Kardiovaskulární systém se skládá ze dvou základních oddílů: centrálního (srdce) a periferního (krevní cévy). Jejich úkolem je:1. zásobování tkání kyslíkem, živinami a humorálními působky v souladu s tkáňovými potřebami,

21. Oběhová soustava 2. odvádění odpadních produktů metabolismu z tkání. Kardiovaskulární systém se také podílí na udržování tělesné teploty. - normální srdeční frekvence je 70 – 80 tepů za minutu, tepový objem okolo 70 ml.

22. Oběhová soustava, krevní cévy • Krevní cévy Pojmem krevní cévy se rozumí tepny, vlásečnice a žíly. Je to uzavřený systém trubic, v němž cirkuluje krev. Každá ze tří zmíněných částí cévního systému má svůj zvláštní charakter morfologický i funkční.

23. Oběhová soustava, proudění krve v cévách • Proudění krve v cévách Proudění krve cévami se řídí hemodynamickými zákony, což jsou fyzikální zákony hydromechaniky, uplatněné pro krevní proud. Plyne z nich, že množství protékající tekutiny je přímo úměrné tlaku a nepřímo úměrné odporu trubice, dále, že rychlost proudu závisí přímo na tlaku a na čtvrté mocnině průměru trubice (Poiseuillův zákon) a nepřímo na viskozitě tekutiny a na délce trubice.

24. Oběhová soustava, proudění krve v cévách Přesto, že srdce vydává do cév krev v přerušovaném toku, je proud krve ve vlásečnicích nakonec nepřerušovaný. Je tomu tak proto, že cévy se chovají jako pružné trubice, které se s každým přicházejícím tepovým srdečním objemem rozšiřují. Kinetická energie vypuzovacího tepového objemu krve se tak větším dílem mění v potenciální energii ustupující stěny tepny a v nejbližším okamžiku se přeměňuje při stahu stěny cévní opět v kinetickou energii proudící krve.

25. Oběhová soustava, proudění krve v cévách Tyto přeměny se neustále opakují s každým systolickým objemem, vrhaným do cév. Tak vzniká kolísání krevního tlaku, kolísání rychlosti protékající krve a krevního objemu, soudobě se systolou a diastolou komor. V arteriolách nastává značné zpomalení proudu krevního pro velké tření krve v úzkém průsvitu cév, takže ve vlásečnicích již nacházíme krevní proud plynulý a pomalý. Proto z poraněné tepny krev přerušovaně vystřikuje (po případě přerušovaně vytéká),

26. Oběhová soustava, proudění krve v cévách z vlásečnic zvolna plynule odkapává a ze žil plynule vytéká. Směr krevního proudu od žil do tepen udržuje srdce chlopněmi, které znemožňují zpětný tok krve. Každou systolu komor tak vzniká přetlak, který udržuje cirkulaci. • Krevní tlak Obvykle pojmem krevní tlak rozumíme tlak v tepnách (arteriální tlak), měrěný ve velkých tepnách blízko u srdce.

27. Oběhová soustava, zajímavosti • Zajímavosti Vpravo vidíte termogram kuřákovi ruky. Prostředník, prsteník a malík, u nichž převažuje modrá barva, jsou v důsledku kouření hůře prokrveny.

28. Oběhová soustava, zajímavosti, víte, že • Víte, že • U člověka tvoří krev asi 8 % z celkové hmotnosti • Tělo muže obsahuje 5 až 6 litrů krve, tělo ženy 4,5 l • Organismus snese bez potíží ztrátu asi 0,5 l krve • Zamezíme srážení krve po přidání kyseliny citronové, která vysráží Ca++ ionty • Objev krevních skupin patří českému lékaři Janu Janskému

29. Shrnutí Na závěr už mi tedy zbývá jen vše zhodnotit a shrnout. Myslím, že se nám podařilo ukázat jak na obrovský význam fyziky pro studium lidského těla, tak na jeho celkovou dokonalost a krásu. Škoda, jen, že čas je naším pánem, a ne my jeho, jelikož na toto téma by se dalo povídat hodiny. Pro orientaci kompletně celého člověka jsme jen z anatomického hlediska probrali za 160 hodin, což by bylo přesně 96 našich seminářů. PS : Buďte na své tělo hodní a neničte ho, jinak se z jeho dokonalé fyziky stane fyzika téměř dokonalá, a to v nejlepším případě ( viz. Kuřákova ruka) !!!!

30. Shrnutí, pro a proti

31. Mé poděkování Patří panu asistentovi Ing. Vojtěchu Svobodovi za možnost realizace mého projektu, Leonardu da Vinci za to, že vůbec žil, kamarádovi Váňovi za naskenování obrázků a Vám, že jste přišli na dnešní seminář.

32. Reference • Prof. MUDr. Hrazdira, Ivo, DrSc., Biofyzika, Avicenum, 1990 • Silbernagl, Stefan, Atlas fyziologie člověka, Avicenum, 1984 • Doc. MUDr. Seliger, Václav, Přehled fysiologie člověka, Avicenum, 1970 • Bodanis, David, Tajemství lidského těla, Eminent, 2000 • Pečírka, Jaromír, Život a dílo mistra Leonarda, Columbus, 2005 • Prof. MUDr. Čihák, Radomír, Anatomie 1, 2, 3, Avicenum, 2003 • www.wikipedia.cz • RNDr. Jelínek, Jan, Biologie pro gymnázia, Olomouc, 1998 • Mé zápisky z medicíny