ZESZYT DO ĆWICZEŃ Z BIOFIZYKI

Transkrypt

1 ZESZYT DO ĆWCZEŃ Z BOFZYK mię i nazwisko:. Kierunek:.. Regulamin zajęć dydakycznych z biofizyki znajduje się na sronie Zakładu Biofizyki 1

2 ĆWCZENE NR 1 Nieinwazyjne meody pomiaru ciśnienia ęniczego krwi Zagadnienia: Nieinwazyjne meody pomiaru ciśnienia ęniczego krwi. 1. Hydrosayka: definicja ciśnienia (jednoski), naczynia połączone, prawo Archimedes i Pascala, ciśnienie hydrosayczne. 2. Równania: ciągłości srumienia cieczy, Bernoulliego, Hagena-Poiseulle a, liczba Reynoldsa. 3. Przepływ laminarny i burzliwy cieczy. Warunki niezbędne do ich powsania. 4. Zasada pomiaru RR meodą osłuchową. 5. Zjawiska fizyczne wykorzysywane przy pomiarze RR meodą osłuchową. 6. Wpływ różnych czynników na warość ciśnienia ęniczego. LTERATURA: Wybrane zagadnienia z biofizyki pod red. prof. S. Miękisza Biofizyka pod red. prof. F. Jaroszyka Elemeny fizyki, biofizyki i agrofizyki pod red. prof. S. Przesalskiego Podsawy biofizyki" pod red. prof. A. Pilawskiego Rozwój wiedzy Powórzenie wiadomości podsawowych z zakresu hydrosayki: pojęcie ciśnienia, ciśnienie hydrosayczne, prawo Archimedesa i Pascala, równania: ciągłości srumienia cieczy, Bernoulliego, Hagena-Poiseulle a, liczba Reynoldsa. Samodzielne przygoowanie wiadomości na ema: przepływ laminarny i burzliwy cieczy- oraz warunki niezbędne do ich powsania. Zasada pomiaru ciśnienia ęniczego krwi meodą osłuchową. Zjawiska fizyczne wykorzysywane przy pomiarze ciśnienia ęniczego krwi meodą osłuchową. Wpływ różnych czynników na warość ciśnienia ęniczego. Przypomnienie orów maemaycznych opisujących zjawiska fizyczne. Przeliczanie jednosek. Wykorzysanie poznanej wiedzy. Rozwój umiejęności Sosowanie ze zrozumieniem pojęć fizycznych. Umiejęność fachowego wysławiania się i wyrażania swoich opinii. Przeliczanie jednosek, rozwiązywanie równań, wyznaczanie niepewności pomiarowych. Przewarzanie danych pomiarowych oraz inerpreowanie wyników. Planowanie i przeprowadzanie eksperymenów i doświadczeń. Gromadzenie i analizowanie, wraz z szacowaniem niepewności pomiarowych, danych pomiarowych. Prezenacja i przewarzanie danych pomiarowych przedsawionych w formie abel. Analiza i omówienie wyników pomiaru, formułowanie wniosków. Poprawny opis i wyjaśnianie zjawisk fizycznych. Rozwój posaw Umiejęność przekonywania innych do swoich racji, prowadzenia rzeczowej dyskusji. Współpracy w grupie. Weryfikacji zdobyej wiedzy i umiejęności. Kulura echniczna. Przesrzeganie przepisów BHP. Rozwiązywania problemów. Szacunku dla pracy własnej i innych 2

3 Część eoreyczna Krążenie krwi odbywa się w zamknięym sysemie, zwanym układem krążenia lub sercowo-naczyniowym. Można go porównać do sieci przewodów o różnej średnicy, kórą worzą dwa rodzaje naczyń krwionośnych: ęnice i żyły. Cenralną częścią ego układu jes serce (Ryc. 1), kóre jak pompa łoczy krew do aory, największego naczynia ęniczego, mającego szereg rozgałęzień worzonych przez ęnice doprowadzające krew do narządów (m.in. mózgu, serca i nerek). W miarę oddalania się od aory średnica ęnic sopniowo się zmniejsza, aby przejść w sieć naczyń włosowaych, z kórych krew odpływa żyłami - w miarę zbliżania się do serca ich średnica się zwiększa, doprowadzając krew do prawego przedsionka, a nasępnie prawej komory, i dalej, do płuc. Po przepompowaniu przez płuca i bogaceniu w len krew wpływa do lewego przedsionka, a nasępnie do lewej komory, skąd wyrzucana jes ponownie do aory. żyła szyjna i podobojczykowa płuca ęnica płucna żyła główna górna żyła główna dolna wąroba głowa i kończyny górne ęnica szyjna i podobojczykowa żyła płucna aora serce układ pokarmowy nerki ułów i kończyny dolne Ryc. 1. Schema układu krążenia. Ciśnienie ęnicze o nacisk wywierany przez przepływający srumień krwi na ściany naczyń krwionośnych (Ryc.2). 3

4 Ciśnienie ęnicze (mmhg) Ryc. 2. Ciśnienie ęnicze o nacisk wywierany przez przepływający srumień krwi na ściany naczyń krwionośnych. Ciśnienie ęnicze osiąga swą najwyższą warość w czasie skurczu lewej komory, kiedy krew właczana jes do aory i dużych ęnic (Ryc.3). ciśnienie skurczowe słyszalne ony Korokoffa ciśnienie rozkurczowe średnie ciśnienie lewa komora serca ęnice ęniczki naczynia włosowae żyłki i żyły prawy przedsionek serca Ryc. 3. Profil ciśnienia ęniczego krwi od lewej komory serca do prawego przedsionka. Jes ono określane jako zw. ciśnienie skurczowe (sysoliczne). Naomias w okresie rozkurczu komory (serce znajduje się wówczas w sanie spoczynku przed ponownym skurczem) ciśnienie ęnicze osiąga swą najniższą warość i zależy w ym momencie głównie od sopnia napięcia ścian ęnic, jes więc odzwierciedleniem ciśnienia panującego w ich obrębie. Ze ględu na odniesienie do okresu pracy serca określane jes jako ciśnienie rozkurczowe (diasoliczne). Najwyższe ciśnienie panuje w dużych ęnicach, w pobliżu serca. m dalej od serca ym jes ono niższe np. w naczyniach włosowaych i w żyłach, zaś w prawym przedsionku serca wynosi około zera. U człowieka w normalnych warunkach ciśnienie skurczowe krwi wynosi zwykle od 100 do 130 mmhg, a ciśnienie rozkurczowe od 70 do 80 mmhg. 4

5 Dynamika krążenia krwi podsawy fizyczne Układ krążenia sanowi swoisy układ hydrauliczny. Do opisu układu krążenia sosuje się prawa hydrodynamiki: ciągłości srumienia, równanie Bernoulli ego i Hagena-Poiseuille a Przepływ cieczy określa srumień objęości cieczy Q: V Q v S gdzie: ΔV oznacza objęość cieczy przepływającej w czasie Δ przez przekrój poprzeczny naczynia S z prędkością v. Prawo ciągłości srumienia - słuszne dla cieczy nieściśliwej, poruszającej się ruchem laminarnym w szywnym przewodzie można sformułować jak nasępuje: Q1 wpływ n i1 Q wpł i k i1 Q wyp i Q1 wypływ Q2 wypływ Ryc.4 Q2 wpływ Q3 wypływ Suma srumieni wpływających do węzła jes równa sumie srumieni wypływających z węzła. Gdy naczynie nie ulega rozgałęzieniu (rysunek niżej) prawo ciągłości srumienia przyjmuje posać: S1 v1 S2 v2 cons gdzie: S - przekrój poprzeczny naczynia, v prędkość przepływającej cieczy Ryc.5 5

6 Wynika z niego, że rurze ciecz osiąga największą prędkość w miejscach o małej powierzchni przekroju. Z drugiej srony prędkość cieczy w rurze zależy od ciśnień: saycznego i hydrodynamicznego, o czym mówi równanie Bernoulli ego. Oba e prawa nie uględniają różnicy prędkości cząseczek cieczy znajdujących się w różnej odległości od ścianek rury, gdyż nie uględniają arcia między cząseczkami cieczy, zw. arcia wewnęrznego. Wskuek arcia wysępującego między cząseczkami cieczy, poruszająca się cząseczka pociąga za sobą sąsiadujące cząseczki ym silniej, im większa jes siła lepkości. Te cząseczki pociągają nasępne id. Każda nasępna warswa porusza się jednak nieco wolniej, ym wolniej, im mniejsza lepkość cieczy. Prędkość spada do zera dla cząsek przy ściankach, kóre są jakby "przyklejone", a więc nieruchome. Tak, więc maksymalną prędkość mają cząseczki na osi rury, jak pokazuje o rysunek 6: v Ryc. 6. Profil prędkości cieczy w naczyniu przy przepływie laminarnym. Wszyskie płyny rzeczywise wprowadzone w ruch wykazują określoną lepkość, kóra ujawnia się jako arcie wewnęrzne. Można rozparzyć o na przykładzie cieczy znajdującej się między dwiema płykami (Ryc.7). Górna płyka zosaje wprawiona w ruch z prędkością v, ze ględu na silne oddziaływanie adhezyjne molekuł cieczy ze ściankami, ciecz zosaje wprawiona w ruch z ą samą prędkością v. Siły międzycząseczkowe (kohezji), działając na głębiej położone warswy cieczy spowodują, że i e zosają wprawione w ruch, ale z prędkościami zmniejszającymi się w miarę oddalania się od górnej płyki. Zgodnie z prawem Newona siła F, wprowadzająca ciecz w ruch, jes proporcjonalna v x 1 v 1 x 2 F v 2 Ryc. 7. Lepkość cieczy. do powierzchni S poruszających się ględem siebie warsw cieczy oraz do spadku prędkości v v2 v1 v, czyli F S x x x x 2 1 Współczynnik nazywa się współczynnikiem lepkości lub lepkością cieczy i jes wielkością charakeryzującą rodzaj cieczy. Jednoską lepkości jes: Ns kg [ ] 2 m ms Przepływ lepkiej cieczy przez rurę o kołowym przekroju poprzecznym (jaką jes np. naczynie krwionośne) odbywa się zgodnie z regułą Hagena-Poiseuille`a. 6

7 4 r Q p 8 l gdzie: Q ilość (objęość cieczy przepływającej przez poprzeczny przekrój naczynia w jednosce czasu. r promień naczynia - współczynnik lepkości cieczy p różnica ciśnień (p1 p2) l długość naczynia Krew jes cieczą niejednorodną i sanowi zawiesinę elemenów morfoycznych w osoczu. Niemniej z pewnym przybliżeniem w warunkach fizjologicznych możemy porakować krew jako ciecz niuonowską (ciecz spełniająca prawo Newona o sałej lepkości). Należy jednak zaznaczyć, że będziemy brali pod uwagę duże naczynia krwionośne (o średnicy większej od 0,3 mm), gdzie lepkość krwi nie zależy od powierzchni przekroju naczynia. Przy prędkościach spoykanych w warunkach fizjologicznych krew w naczyniach porusza się ruchem laminarnym, elemeny płynu poruszają się w sposób uporządkowany. W pewnych warunkach prędkość rasa i składniki płynu zaczynają poruszać się w sposób zupełnie nieuporządkowany, po bardzo zawiłych orach - nasępuje przejście ruchu laminarnego w ruch burzliwy z dodakowymi sraami energii na ruch wirowy, kóry wywołuje drgania, a przez o falę akusyczną możliwą do zarejesrowania. Burzliwe ruchy krwi wykorzysane są w diagnosyce układu krążenia przy przepływie przez kanały (naczynia) o zmiennych przekrojach poprzecznych. o zjawisko jes wykorzysane m.in. przy pomiarze ciśnienia krwi. Meody pomiaru ciśnienia ęniczego krwi Techniki pomiaru ciśnienia ęniczego krwi można podzielić na inwazyjne oraz nieinwazyjne. Techniki inwazyjne polegają na bezpośrednim wprowadzeniu cewnika (kaniuli) do naczynia krwionośnego konakującego się z płynem w manomerze, ich dokładność uważana jes za orzec. Nieinwazyjne meody pomiaru RR można podzielić na dwie kaegorie, polegające na: zaciskaniu ęnicy przy pomocy pneumaycznego mankieu np. meoda osłuchowa wg Korokoffa (Ryc.8) zapisie przezskórnej fali ęna (onomeria ęnicza) 7

8 A) ramię ciśnienie w mankiecie powyżej 120 mmhg ęnica mankie manomer B) ciśnienie w mankiecie mmhg seoskop C) ciśnienie w mankiecie poniżej 80 mmhg Ryc. 8. Pomiar ciśnienia ęniczego krwi meodą osłuchową. Meodę pomiaru ciśnienia krwi przy zasosowaniu manomeru wprowadził w 1898 r. włoski lekarz Scypion Riva-Rocci, od jego nazwiska pochodzi do dzisiaj sosowany skró RR, zasępujący określenie ciśnienie ęnicze krwi. W 1905 roku Korokoff, rosyjski lekarz wojskowy, odkrył isnienie onów podczas badań doświadczalnych doyczących krążenia obocznego w kończynach psa. Wykorzysując o zjawisko opracował nasępnie najpopularniejszą obecnie echnikę pomiaru RR meodę osłuchową. Meoda osłuchowa Meoda pomiaru RR wg Korokoffa jes obecnie jedną z najpowszechniejszych. Swoją popularność, pomimo niedosaecznej dokładności zawdzięcza prosocie, wygodzie, powarzalności, aramauyczności oraz niskim koszom przeprowadzenia badania. Dlaego eż zosanie dokładniej omówiona. Meoda pomiaru RR Wdmuchując powierze do mankieu uciskamy ęnicę ramienną. Czynimy o, aż do chwili zniknięcia ęna na ęnicy promieniowej. Przepływ przez ęnicę usaje (Ryc.8A i 9). 8

9 Ryc.9 Zahamowanie przepływu krwi przez ęnicę, w wyniku ucisku przez mankie. Wypuszczając powoli powierze, z chwilą pojawienia się pierwszej fali ęna, wysłuchujemy nad ęnicą łokciową "on". (Odczyany w ym momencie san słupka ręci na manomerze wskazuje nam wysokość ciśnienia max.). Wysłuchany "on" jes wynikiem rozpoczęcia przepływu krwi przez ęnicę ramienną, kórej prędkość przepływu przekroczyła warość kryyczną VK (w nasępswie zwężenia naczynia zmniejszenia promienia) (Ryc.8B i 10). gdzie: R - liczba Reynoldsa - współczynnik lepkości - gęsość r - promień naczynia v K R η ρ r Ryc. 10. Rozpoczęcie przepływu krwi przez ęnicę ramienną. Przejście ruchu laminarnego w ruch burzliwy. W miarę dalszego wypuszczania powierza z mankieu "on" ęniczy przechodzi w szmer, saje się dźwięczny, głośny aż do pewnej chwili, w kórej jego głośność zmniejsza się, cichnie i znika. San manomeru odczyany w chwili, gdy szmer znika, wskazuje wysokość ciśnienia minimalnego (rozkurczowego). Okresy zmiany naężenia i charakeru szmerów związane są ze zmiennym ciśnieniem fali ęna oraz ajemną inerakcją ściany ęnicy i ciśnienia panującego w mankiecie, co w efekcie daje zmianę powierzchni przekroju ęnicy w miejscu ucisku, z nasępową zmianą prędkości przepływu i ma charaker zawirowań (Ryc.11). Momen zaniku osłuchiwanej "fali ęna" oznacza, że ęnica wróciła do sanu pierwonego, warość prędkości przepływu jes poniżej warości kryycznej, mamy znowu przepływ laminarny (Ryc.8C i 12). 9

10 Ryc. 11. Ciśnienie ęnicze jako funkcja czasu (w danym miejscu ęnicy). Ryc. 12. Momen zaniku osłuchiwanej "fali ęna". Tęnica wróciła do sanu pierwonego. Krew przepływa ruchem laminarnym. Przysępując do wykonania pomiaru, osoba, kóra mierzy ciśnienie krwi, powinna rozumieć konieczność: właściwego założenia mankieu i worka odpowiedniego rozmiaru dobrze wykalibrowanego, prawidłowo działającego sfigmomanomeru znajomości właściwej echniki pomiaru ciśnienia krwi w celu uniknięcia akich problemów (jak przerwa osłuchowa, zaokrąglanie wyniku, zby wolne lub zby szybkie wypuszczanie powierza z mankieu oraz niewłaściwe ułożenie ramienia). Procedura pomiaru Rozmiar mankieu powinien być odpowiednio dobrany do wielkości ramienia, ak, aby je równo obejmował. Mankie dla osób dorosłych powinien mieć poduszeczkę gumową szerokości cm i długości cm, aby obejmowała przecięne ramię. Dla osób oyłych niezbędne są większe mankiey, dla dzieci zaś mniejsze; mankiey zby szerokie - źródło fałszywie zaniżonych, a zby wąskie prowadzą do fałszywego zawyżania warości ciśnienia. Pomiar ciśnienia dokonujemy zwykle na ęnicy łokciowej, zakładając mankie na ramię ak, aby dolny jego brzeg był oddalony od zgięcia łokciowego o 2-4 cm. Mankie powinien być założony równo, bez zagięć i ucisku, ale nie za luźno. Położenie manomeru ględem badanego jes bez znaczenia, naomias skala manomeru ręciowego musi znajdować się na poziomie oczu badającego. snieje wiele urządzeń do pomiaru ciśnienia krwi. Najbardziej niezawodne są sfigmomanomery sprężynowe z konwencjonalnym seoskopem lub seoskopem połączonym z mikrofonem pod mankieem (Ryc. 13A). Półauomayczne urządzenia elekronicznego określania RR działają na zasadzie wykrywania onów Korokoffa lub oscylomerii. ch dokładność w porównaniu z manomerem ręciowym jes różna i zmniejsza się przy częsym używaniu. Sprzę en powinien być regularnie sprawdzany ze sfigmomanomerem ręciowym (Ryc.13B), aby zapewnić wiarygodność uzyskiwanych wyników. 10

11 A) B) Ryc.13 Sfigmomanomer sprężynowy A); Sfigmomanomer ręciowy B). Przed dokonaniem pomiaru pacjen powinien przebywać kilka minu w pozycji siedzącej, z wygodnym podparciem pleców w cichym pokoju. Ciśnienie krwi powinno być mierzone w sandardowych warunkach w odniesieniu do wysiłku, sanu emocjonalnego pacjena, spożycia posiłku, wypełnienia pęcherza moczowego. Częso obserwuje się ros RR, gdy jes ono mierzone przez lekarza lub pielęgniarkę nadciśnienie białego farucha. Mięśnie kończyny górnej powinny być rozluźnione, a przedramię podpare ak, aby zgięcie łokciowe znajdowało się na wysokości serca (V przesrzeń międzyżebrowa). Ciśnienie ęnicze może być mierzone u pacjena w pozycji siedzącej lub sojącej, ale w każdej pozycji ramię musi znajdować się na wysokości serca. Przy osłuchiwaniu ęnicy podczas pomiaru ciśnienia wyróżniamy 5 faz (Ryc. 14), różniących się brzmieniem i głośnością onów. Począkiem fazy jes pojawienie się cichych onów, kóre sopniowo sają się coraz głośniejsze. Faza cechuje się szczególnym brzmieniem onów, o dłuższym czasie rwania, kóre mogą być określone jako krókie szmery. Faza - o Faza Faza Faza Faza V Faza V cisza ciche ony krókie szmery krókie, dźwięczne głośne ony ściszenie onów zniknięcie onów - cisza ciśnienie skurczowe Ciśnienie w mankiecie/mmhg ciśnienie rozkurczowe Ryc. 14. Zjawiska dźwiękowe wysępujące podczas pomiaru RR meodą osłuchową zw. ony Korokoffa. faza krókich, dźwięcznych, głośnych onów. Faza V rozpoczyna się w momencie nagłego ściszenia onów, a faza V oznacza zniknięcie onów. 11

12 Za ciśnienie skurczowe przyjmuje się warość ciśnienia, przy kórej usłyszy się pierwszy on. Ciśnieniem rozkurczowym jes warość ciśnienia, przy kórym ony zanikają (faza V). Przyjęcie słumienia onów (faza V) do określenia ciśnienia rozkurczowego powoduje znaczące zawyżanie jego warości i ego należy unikać. Podczas pierwszej wizyy zaleca się pomiar RR na obu kończynach górnych. U pacjenów, u kórych podejrzewa się hipoonię orosayczną, zwłaszcza u osób sarszych, u kórych zjawisko o jes częse, powinno się zmierzyć ciśnienie również w pozycji sojącej. Przy pomiarze RR na udzie sosujemy szerszy mankie, proporcjonalny do obwodu kończyny. Badanie wykonujemy u chorego w pozycji leżącej na brzuchu, zakładamy mankie w połowie uda i osłuchujemy w dole podkolanowym. Jeśli przyjęcie ej pozycji jes dla chorego rudne, mierzymy RR w pozycji na nak, przy nieco ugięych kolanach. W warunkach prawidłowych ciśnienie skurczowe jes na udzie o 1,35-5,32 kpa (10-40 mmhg) wyższe, a rozkurczowe akie jak na ramieniu. Przy pomiarze ciśnienia na podudziu zakładamy mankie ak, aby jego dolny brzeg wypadał na poziomie kosek i osłuchujemy ęnicę grzbieową sopy lub piszczelową ylną. Badanie wykonujemy w pozycji leżącej chorego. RR na podudziu jes zbliżone do RR na ramionach. Meoda palpacyjna Mankie sfigmomanomeru umieszczony w sandardowym miejscu, a puls jes wyczuwalny za pomocą palców na ęniczy ramiennej lub na promieniowej (Ryc.15A). W wyżej opisany sposób nie można uzyskać warości ciśnienia rozkurczowego. Technika palpacyjna jes użyeczna u pacjenów, u kórych mogą wysępować rudności z dokładnym wysłuchaniem pojawienia się i zaniknięcia onów, na przykład u kobie w ciąży, u chorych we wsrząsie lub u osób poddawanych próbie wysiłkowej. Wady: podobne jak przy meodzie osłuchowej. Meoda ulrasonograficzna (USG) Do konwencjonalnego mankieu uciskającego dołączono głowicę ulrasonograficzną umiejscowioną nad ęnicą dysalnie od mankieu (Ryc.15B). Zmiana położenia ścian ęnic, ruch krwi i jej prędkość są wykrywane za pomocą zjawiska Dopplera. Jes o meoda pomiaru A) B) manomer mankie mankie monior usg + głośnik macniacz puls na ęnicy promieniowej głowica ulradźwiękowa Ryc. 15. Pomiar ciśnienia ęniczego krwi meodą palpacyjną A); meodą ulrasonograficzną B) znacznie czulsza niż meoda radycyjna za pomocą seoskopu. Za pomocą USG można mierzyć 12

13 ciśnienie u ludzi z hipoensją, w szoku i u małych dzieci, czyli am, gdzie osłuchowa meoda zawiodła. Pomiaru ciśnienia dokonujemy umieszczając mankie manomeru powyżej miejsca przyłożenia głowicy ulradźwiękowej. Kiedy słyszymy wyraźny sygnał przepływu zaczynamy pompować mankie, kończymy pompowanie, gdy ciśnienie osiągnie warość o mmhg wyższą od warości, przy kórej przesajemy słyszeć sygnał przepływu. Powoli opróżniamy mankie. Ciśnienie skurczowe odczyujemy w momencie pojawienia się pierwszego słyszalnego dźwięku. Meoda oscylomeryczna Kolejna meoda wywodząca się z pomiaru palpacyjnego z użyciem mankieu - meoda oscylomeryczna (Ryc.16) - zosała opisana przez von Reclinghausena, kóry jes również prekursorem badań nad a meoda pomiaru ciśnienia krwi. Przy narasającym ciśnieniu w mankiecie ściana ęnicy jes w coraz o większym sopniu odciążana. Gdy ciśnienie działające z zewnąrz przekracza chwilowa warość ciśnienia krwi, o ęnica ściskana jes dośrodkowo, a w odwronym przypadku ęnica rozpręża się. Prowadzi o do wahań ciśnienia wewnąrz mankieu w ak zmian ciśnień działających na ęnice od wewnąrz. Są o ak zwane ęnienia mankieowe. ciśnienie w mankiecie maksymalne oscylacje średnie ciśnienie ęnicze pierwsze większe oscylacje ciśnienie skurczowe osanie większe oscylacje ciśnienie rozkurczowe oscylacje (ęnienia mankieowe) Ryc.16. Podsawowy przebieg ampliudy podczas oscylacji w mankiecie. Maksymalna warość ampliudy oscylacji leży miedzy ciśnieniem rozkurczowym a średnią warością ciśnienia. Przy rasającym ciśnieniu w mankiecie wysępuje zwykle wyczuwalny przyros ampliudy oscylacji w miarę zbliżania się do ciśnienia rozkurczowego. Przy dalszym zwiększaniu ciśnienia obserwujemy dalszy ros ampliudy do momenu nasycenia a nasępnie spadek ampliudy ęnień dla ciśnienia w mankiecie większego od ciśnienia skurczowego. Wedy o świało ęnicy będzie po raz pierwszy przez cały okres cyklu pracy serca zamknięe. Przy dalszym roście ciśnienia w mankiecie oscylacje są również wyczuwalne. Spowodowane one są wnikaniem fali ęna pod górna krawędź mankieu i nie znikają nawe przy bardzo wysokim ciśnieniu w mankiecie. Noszą one nazwę oscylacji 13

14 submaksymalnych. Sąd eż najczęściej spoykanym kryerium wyznaczania ciśnienia skurczowego i rozkurczowego jes kryerium procenowej zmiany ampliudy oscylacji ględem oscylacji maksymalnych wysępujących pomiędzy ciśnieniem średnim a rozkurczowym. Meoda oscylomeryczna jes obecnie jedną z bardziej popularnych echnik nieinwazyjnego pomiaru ciśnienia ęniczego krwi zasosowaną w różnego ypu ciśnieniomierzach elekronicznych (Ryc.17). A) B) Ryc. 17. Ciśnieniomierz elekroniczny auomayczny - A); ciśnieniomierz elekro-niczny półauomayczny B); ciśnieniomierz auomayczny nadgarskowy C) Tonomeria ęnicza Jedną z meod onomerii ęniczej jes meoda objęości (Ryc.18). Pulsacja pewnej objęości (skóra + naczynie + krew) jes widoczna na powierzchni skóry jako konsekwencja biegnącej fali ęna. Jeżeli ścianę ęnicy porakuje się jako zgięy łukowao, jednorodny cylinder, o można zasosować wedy klasyczne relacje między wewnęrznym ciśnieniem i kąowym przemieszczeniem ściany. czujnik siły czujniki powierzchnia skóry komora powierzna ściana ęnicy Ryc. 18. Pomiar ciśnienia ęniczego krwi meodą onomerii ęniczej Rola grawiacji Ewolucja posawy zwierzą aż do wyprosowanej u człowieka zmusiła układ krwionośny do zmian, kóre umożliwiają życie i funkcjonowanie. Szczególne znaczenie ma przepływ krwi żylnej z kończyn dolnych do serca, przeciwsawiający się sile ciężkości. Zwierzęa, kóre nie mają ego sysemu przysosowanego np. węże a nawe króliki zginą, gdy ich głowa będzie znajdowała się wysoko przez długi czas. 14

15 Obraz warości ciśnienia ęniczego w dużych ęnicach: na poziomie mózgu, serca i sóp, uzyskany echniką cewnikowania (kaniulacji), jes różny zależnie od pozycji ciała (Ryc.19). W pozycji horyzonalnej, ciśnienie na wszyskich poziomach jes prawie jednakowe. Niewielkie różnice ciśnienia między sercem i mózgiem czy sopami są wynikiem działania sił lepkości. Jednak różnica pomiędzy ymi rzema punkami pomiarowymi w pozycji sojącej jes wyraźna. W związku z ym, że efek wywołany lepkością jes niewielki, w celu przeanalizowania ej syuacji, można wykorzysać prawo Bernoulli ego. gdzie: p - ciśnienie - gęsość h wysokość v prędkość przepływu p ρgh 1 2 ρv 2 cons Ponieważ, w powyższych rzech ęnicach prędkości, jakie osiąga krew są niewielkie i prawie jednakowe, ½v 2 możemy pominąć. Zależność pomiędzy ciśnieniami krwi na poziomie sopy, serca i mózgu możemy zapisać: gdzie: = 1,0595 x 10 3 kg/m 3 g = 9,8 m/s 2 P STOPY = P SERCA + gh SERCA = P MÓZGU + gh MÓZGU PSERCA - RR zmierzone meodą osłuchową na poziomie serca w pozycji sojącej wyrażone [Pa] hserca wysokość, na jakiej znajduje się serce w [m] hmózgu - wysokość, na jakiej znajdują się ęnice skroniowe w [m] Można w en sposób wyjaśnić różnicę RR między dolnymi i górnymi częściami ciała w pozycji sojącej i przybliżone w pozycji leżącej. 15

16 200 mmhg 70 mmhg 100 mmhg 98 mmhg 100 mmhg 99 mmhg mózg serce h serca h mózgu sopa Ryc. 19. Schemayczny obraz warości RR uzyskany za pomocą cewnikowania przedsawia w zależności od pozycji ciała. 16

17 Część doświadczalna Cel: Porównanie różnych meod pomiaru ciśnienia ęniczego krwi oraz ocena wpływu grawiacji na RR. Niezbędne przyrządy i maeriały: sfigmomanomer, seoskop, aśma miernicza. Wykonanie ćwiczenia 1. Zmierzyć ciśnienie ęnicze w spoczynku dosępnym meodami osłuchowymi, oscylomeryczną, palpacyjną lub fonomeryczną. Porównać wyniki. 1 am = Pa = 760 mmhg 1 mmhg = 133,32 Pa = 1/760 am Meoda pomiaru RR RR w mmhg RR w kpa osłuchowa oscylomeryczna palpacyjna ulradźwiękowa 2. Obliczyć ciśnienie w ęnicach mózgu (PMÓZGU) i sóp (PSTOPY), wykorzysując sfigmomanomer i miarkę wysokości: Napisz zależności pomiędzy ciśnieniami krwi na poziomie sopy, serca i mózgu (ory) Uzupełnij: WELKOŚĆ WARTOŚĆ JEDNOSTK g PSERCA [Pa] hserca [m] hmózgu [m] Napisz obliczenia (wraz z jednoskami): 17

18 Uzupełnij abelę: wyniki RR w kpa RR w mmhg PSERCA PMÓZGU PSTOPY Daa mię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Punky 18

19 Kryeria oceny prezenacji: APPENDX 1. Prezenacja przygoowana w programie PowerPoin lub kompaybilnym (OpenOffice) 2. Czas rwania prezenacji do 5 min. 3. Treść prezenacji czy zgodna z emaem, czy wyczerpuje ema. 4. Przejrzysość slajdów mało eksu na slajdzie, odpowiednia wielkość czcionki. 5. Mówienie, omawianie a nie czyanie. 6. Ciekawe podejście do emau. 7. Zaineresowanie słuchaczy, zachęa do dyskusji po prezenacji, prowadzenie dyskusji. 8. Przygoowanie 10 pyań zamknięych doyczących prezenowanych 4 prezenacji z danego laboraorium i przesłanie na adres beaa.modzelewska@umb.edu.pl. Nazwa pliku składa się z: PLab2.1g11.45gr.1 nazwisko (nazwa kierunku*-numer ćwiczenia-godzina ćwiczenia-numer grupy-nazwisko sudena) Teks pyania nie więcej niż 95 znaków 4 możliwe odpowiedzi nie więcej niż 60 znaków (ylko 1 odpowiedź prawidłowa - zaznaczona) Dodany rysunek do pyania (związany z reścią pyania) Temay do prezenacji: Lab Równania: ciągłości srumienia cieczy, Bernoulliego, Hagena-Poiseulle a, liczba Reynoldsa. 2. Przepływ laminarny i burzliwy cieczy. Warunki niezbędne do ich powsania. 3. Zjawiska fizyczne wykorzysywane przy pomiarze RR meodą osłuchową. 4. Wpływ pozycji ciała na warość ciśnienia ęniczego. 19

20 Zagadnienia. ĆWCZENE NR 2 Promieniowórczość. Podsawy dozymerii 1. Aom i jego składniki. 2. zoopy i radioizoopy - jak są wywarzane? 3. Przemiany jądrowe. 4. Prawo rozpadu promieniowórczego, posać analiyczna i graficzna (krzywa rozpadu). Sała rozpadu i czas połowicznego rozpadu. Efekywny czas połowicznego zaniku. 5. Akywność definicja i jednoski. 6. Rodzaje promieniowania jonizującego. 7. Podsawy dozymerii: ekspozycja (dawka ekspozycyjna), dawka zaabsorbowana, równoważnik dawki, dawka równoważna, dawka efekywna (skueczna). Dawka graniczna. Moc dawki. 8. Źródła narażenia na promieniowanie jonizujące. Część eoreyczna. Aom jes najmniejszą cząską pierwiaska. Zbudowany jes z dodanio naładowanego jądra okrążanego przez ujemnie naładowane elekrony, kórych ruch po orbiach porównać można do obiegu plane wokół Słońca. Gdy aom jes obojęny, dodani ładunek jądra aomowego równoważy całkowiy ujemny ładunek wszyskich krążących wokół niego elekronów. Jądro składa się z nukleonów, o jes dwóch ypów bardzo silnie związanych ze sobą cząsek: proonów i neuronów. Proon posiada elemenarny ładunek dodani, neuron jes elekrycznie obojęny, zaś jego masa jes nieznacznie większa od masy proonu. lość proonów w jądrze (i odpowiednio ilość elekronów na orbiach) określa pierwiasek (liczba aomowa, Z). Gdy proon zosaje oderwany od jądra (lub dodany), saje się ono jądrem aomu nowego pierwiaska. Pierwiaski chemiczne mogą worzyć jedną, dwie lub więcej odmian różniących się masą aomową, kóre nazywamy izoopami. Różnica spowodowana jes dodaniem lub odjęciem od jądra neuronu (lub kilku neuronów). Liczba neuronów (N) określa izoop pierwiaska (Z). Liczba masowa (A=Z+N) oznacza ilość nukleonów w jądrze aomu. zoop danego pierwiaska określamy podając obok symbolu również jego liczbę masową. Ra-226 oznacza izoop radu o liczbie masowej równej 226 i liczbie aomowej równej 88. Możemy o również zapisać jako: Ra. Pierwiaski mogą mieć kilka sabilnych izoopów (nie ulegających samoisnemu rozpadowi) cyna ma ich 10. Każdy pierwiasek może wysępować jako promieniowórczy po dodaniu lub usunięciu neuronów z jądra. Najprosszym sposobem przemian jądrowych wywoływanych przez dodanie neuronu do jądra, jes umieszczenie maeriału, kóry ma być napromieniowany neuronami, wewnąrz rdzenia reakora jądrowego, gdzie wysępuje inensywny srumień neuronów mogących wywoływać reakcje jądrowe. Niekóre pierwiaski posiadają nauralne izoopy promieniowórcze. Jądro promieniowórcze (radioakywne) ma określone prawdopodobieńswo, kóre wyznacza możliwość jego rozpadu w jednosce czasu ( - sała rozpadu). Przemiana jądra aomowego może zachodzić na drodze jednego z nasępujących procesów: 20

21 1) emisja dodanio naładowanej cząski 4 2 He 2) emisja ujemnie naładowanego elekronu e (rozpad ) (rozpad - ) 3) emisja dodanio naładowanego pozyonu (rozpad + ) 4) wychwy elekronu z powłoki aomowej przez jądro (wychwy K) 5) sponaniczny rozpad jądra aomowego na zw. fragmeny jądrowe. Różnica pomiędzy masą aomu przed przemianą a masą powsałego aomu równa jes sumie masy i energii kineycznej emiowanych podczas przemiany cząsek, energii odrzuu emiowanych jąder oraz energii powsającego promieniowania. Przemianom owarzyszy również emisja neurina lub anyneurina. Są o elekrycznie obojęne, pozbawione masy cząski, kóre przenoszą część energii rozpadu, wskuek czego widmo energeyczne cząsek ma charaker ciągły. Rodzaje przemian jądrowych i ich skuki zebrane są w abeli 1. e ν ν Tabela 1. Rodzaj rozpadu Emiowane cząski Zmiana Z Zmiana N Zmiana A He 4 () Z-2 N-2 A-4 - e - (+ ) Z+1 N-1 A + e + (+ ) Z-1 N+1 A Wychwy K (+ ) Z-1 N+1 A Rozpad ν ν ν fragmeny Wymienione powyżej zjawiska mogą powodować powsanie pochodnych jąder aomowych w sanie budzonym. Tracą one swą energię budzenia najczęściej na drodze rzech procesów: 1. przez emisję promieniowania, 2. przez konwersję wewnęrzną, 3. przez emisję cząski (proonu lub neuronu). Zjawisko konwersji wewnęrznej polega na ym, że budzone jądro przekazuje swą energię jednemu z elekronów, kóry w nasępswie jes wyrzucany z powłoki aomowej. Zawsze owarzyszy mu emisja przez jądro promieniowania. Jeżeli jądra nuklidów o akiej samej liczbie masowej A i aomowej Z znajdują się w mierzalnie długim czasie w różnych sanach energeycznych, nazywane są izomerami jądrowymi. zomer jądrowy, będący w wyższym sanie energeycznym, ulega rozpadowi przechodząc do sanu podsawowego (zw. przejście izomeryczne) emiując kwan, lub na drodze konwersji wewnęrznej. Dla danego nuklidu możliwa jes przemiana na drodze jednego lub wielu rozpadów, z kórych każdy posiada określone prawdopodobieńswo zajścia (oznaczamy je lierą ). Jeżeli przemian jes więcej, ich całkowie prawdopodobieńswo jes wyrażone jako suma prawdopodobieńsw wszyskich przemian: = Promieniowórczość nauralna o zjawisko samorzunej (bez ingerencji człowieka) przemiany jąder aomowych w inne, czemu owarzyszy wysyłanie promieniowania jądrowego (alfa, bea i gamma). Promieniowanie nauralne cechuje całkowia niezależność od zmian warunków zewnęrznych jak: ciśnienie, oświelenie, emperaura. Doświadczalnie swierdzono, że promieniowanie wszyskich ciał promieniowórczych wykazuje działanie chemiczne, zaczernia klisze foograficzne, wywołuje jonizację gazów, budza świecenie fluorescencyjne wielu ciał sałych i cieczy. Badania kalorymeryczne wykazały również, że promieniowaniu 21

22 emu owarzyszy wydzielenie energii. Promieniowórczość nauralną wykazują jądra aomów umieszczonych w układzie okresowym po ołowiu (Z = 83). W wyniku emisji cząsek aom zmniejsza liczbę masową o 4 a liczbę porządkową o 2 i saje się aomem innego pierwiaska, kóry również może być promieniowórczy. Emisja cząski ujemnej powoduje ros liczby Z o 1 bez zmiany liczby masowej. W en sposób mogą worzyć się szeregi promieniowórczych pierwiasków, powiązanych ze sobą kolejnymi procesami rozpadu. Znane są rzy niezależne nauralne szeregi promieniowórcze, dla kórych liczby masowe można przedsawić w nasępującej posaci: 1. Szereg orowy A = 4 n zaczyna się od Th Szereg uranowy A = 4 n + 2 zaczyna się od U Szereg akynowy A = 4 n + 3 zaczyna się od U 235 gdzie: n - liczba całkowia Szereg uranowy zosał przedsawiony na Ryc. 1. URAN-238* URAN-234 2, la TOR-230* 1,17 min PROAKTYN-234* 24,1 dni 4, la TOR-234* 7, la RAD-226 1, la RADON-222 3,82 dni POLON-218 3,05 min OŁÓW ,8 min BZMUT-214* 19,8 min POLON-214 1, sek POLON-210* 5,01 dni BZMUT ,3 la OŁÓW ,4 dni OŁÓW-206 (sabilny) Ryc. 1. Przebieg rozpadów zachodzących w szeregu uranowym. Nie wysępuje w przyrodzie szereg, dla kórego A = 4 n + 1. Szereg aki orzymano 241 szucznie z pierwiasków cięższych od uranu (zw. ransuranowców). Rozpoczyna go Pu 94. Promieniowórczość nauralna jąder lżejszych od ołowiu jes zjawiskiem sosunkowo rzadkim Wysępuje jednak dla akich pierwiasków jak: K 19, Rb 37, n 49, La 49, Ce 58, Sm 62, 179 Lu 71 i wynika z bardzo długiego czasu połowicznego rozpadu ych izoopów. Ponado w amosferze ziemskiej wywarzają się nieusannie pod wpływem promieniowania 22

23 kosmicznego dwa izoopy promieniowórcze: ry 3 H 1 oraz 14 C 6. Try powsaje w wyniku rozkładu wody pod wpływem silnego promieniowania ulrafioleowego na dużych wysokościach, lub w wyniku nasępujących reakcji neuronów z liem i azoem: Li 6 (n, ) H 3, N 14 (n, H 3 ) C 12 Węgiel C 14 powsaje w reakcji (n, p) z azou N 14, ulenia się szybko do CO 2 i miesza się ze zwykłym dwulenkiem węgla. Nasępnie za pośrednicwem procesów foosynezy, przedosaje się do świaa roślinnego i zwierzęcego. Badanie zawarości węgla C 14 pozwala na oznaczanie wieku szcząków organicznych. Oprócz nauralnych pierwiasków promieniowórczych, znanych jes obecnie ponad 1250 szucznych izoopów promieniowórczych, uzyskanych przez zmiany sosunku liczby proonów i neuronów w rwałym jądrze aomowym. Można ego dokonać bombardując aomy szybkimi cząskami o energiach wysarczających do pokonania bariery poencjału wokół jądra. Sosuje się do ego celu odpowiednio przyśpieszone cząski, proony, deuerony, a przede wszyskim neurony. Największą ilość szucznych pierwiasków promieniowórczych orzymuje się obecnie w reakcjach jądrowych właśnie z neuronami. Dokonuje się ego w reakorach jądrowych, gdzie można uzyskać srumień neuronów o dużym naężeniu. Obecnie isnieje na świecie parę ysięcy reakorów. W Polsce szuczne izoopy promieniowórcze wywarza się w nsyucie Energii Aomowej w Świerku pod Warszawą. Świaową produkcję izoopów promieniowórczych nadzoruje Międzynarodowa Agencja Energii Aomowej (AEA) mająca swą siedzibę w Wiedniu. Mechanizm przemian promieniowórczych jes aki sam dla nauralnych pierwiasków promieniowórczych oraz wyworzonych szucznie. Do ilościowego opisu zjawiska rozpadu pierwiasków promieniowórczych sosuje się prawo rozpadu. Prawo rozpadu promieniowórczego mówi, że ilość aomów pierwiaska promieniowórczego ulegających rozpadowi w każdej chwili jes wpros proporcjonalna do akualnej liczby aomów. W posaci maemaycznej możemy je wyrazić: dn d N (1) gdzie: dn/d szybkość rozpadów akywność, sała rozpadu (charakerysyczna dla subsancji radioakywnej) [s -1 ] N akualna liczba aomów Znak (-) we orze wskazuje, że ilość aomów zmniejsza się z upływem czasu. Jeśli No oznacza począkową ilość aomów, wedy rozwiązaniem równania (1) jes wyrażenie: N N o e (2) gdzie: N akualna ilość aomów, czas rozpadu [s] e podsawa logarymu nauralnego e = 2,71 Okres półrozpadu (czas połowicznego rozpadu) T1/2 - jes o czas, w kórym połowa jąder pierwiaska promieniowórczego w próbce się rozpadnie. Jes on używany jako wskaźnik szybkości rozpadów. Zakres okresu półrozpadu zawiera się w przedziale od ułamków sekundy dla niekórych izoopów wywarzanych szucznie do 4,5 miliarda la dla nauralnego izoopu 23

24 uranu U-238. Radioizoopy używane w diagnosyce medycznej charakeryzują się czasem połowicznego rozpadu od kilku godzin do kilku ygodni. Zależność między sałą rozpadu a okresem półrozpadu T1/2 można wyprowadzić ze oru (2) podsawiając za czas rozpadu T1/2. Mamy wedy: Więc: N0 T 1/ 2 N0 e (3) 2 1 T 1/ 2 e (4) 2 Sąd orzymujemy: T log 2 ln 2 0, 693 (5) 1/ 2 e Graficznym przedsawieniem prawa rozpadu promieniowórczego jes krzywa rozpadu, ukazująca zmianę ilości jąder izoopu promieniowórczego w funkcji czasu. Rycina (2) pokazuje procenową zmianę liczby jąder (N) w funkcji czasu rozpadu (). W ciągu pierwszych 4 sekund (T1/2) rozpada się połowa począkowej ilości jąder, po nasępnych 4-ech sekundach pozosaje już ylko połowa z połowy (25% No) id... Po upływie dziesięciu okresów półrozpadu począkowa ilość jąder zmniejsza się 1024-kronie. % of N czas [s] Ryc. 2. Graficzne przedsawienie krzywej rozpadu izoopu (T1/2=4s). Jeżeli wykres wykonamy w skali półlogarymicznej, orzymamy zależność liniową (Ryc. 3). 24

25 ln(n) 10,00 1, ,10 0,01 [s] Ryc. 3. Krzywa rozpadu w skali półlogarymicznej. N ilość jąder, - czas Dla oceny biologicznego działania izoopów promieniowórczych ważne jes ich miejsce gromadzenia się w usroju, a akże zdolność przyswajania i zarzymania ich przez organizm. Mogą one dosać się w wyniku skażeń środowiska drogą pokarmową lub oddechową. W diagnosyce medycznej izoopy promieniowórcze podawane są celowo dla oceny funkcjonowania poszczególnych organów, czy zbadania ich rozmiarów. Podawane subsancje rozprzesrzeniają się zwykle nierównomiernie w całym organizmie. Organy, w kórych gromadzą się wybiórczo, nazywamy organami kryycznymi. Wiadomo na przykład, że S 35 gromadzi się w skórze, Co 60 w wąrobie, J 131 w arczycy, Fe 59 w krwinkach czerwonych, Sr 90 i P 32 w kościach. Do określenia szybkości zmniejszania się nagromadzonej w organizmie żywym akywności służy biologiczny efekywny okres połowicznego rozpadu Tef (czas, w kórym ilość zdeponowanego w usroju bądź kance pierwiaska promieniowórczego zmniejsza się do połowy). Przyczyną zmniejszania się ilości podanego pierwiaska jes zarówno fizyczny rozpad promieniowórczy, jak eż jego meaboliczne wydalanie z organizmu. Sała biologicznego zaniku ef, charakeryzująca zanikanie danego pierwiaska w usroju czy organie, jes zaem sumą sałej charakeryzującej rozpad fizyczny f i sałej charakeryzującej wydalanie biologiczne b. sąd: λ ef ef λf λb (6) 0,693 0,693 0,693 (7) T T T f b 1 T ef 1 1 (8) T T f b Efekywny czas połowicznego zaniku jes krószy od fizycznego czasu połowicznego rozpadu. Równowaga promieniowórcza Podczas procesu rozpadu promieniowórczego częso się zdarza, że powsający nowy izoop jes również promieniowórczy. Gdy proces en powarza się wielokronie, prowadzi o do powsawania szeregów promieniowórczych. W przyrodzie wysępują rzy główne nauralne 25

26 szeregi promieniowórcze: szereg uranowo-radowy, szereg akynowy i szereg orowy. Szucznie orzymanym szeregiem jes szereg pluonowy. Każdy z wymienionych wyżej szeregów kończy się sabilnym izoopem ołowiu. Jeżeli szybkość rozpadu radionuklidu pochodnego jes równa szybkości rozpadu pierwonego radionuklidu, wysępuje zw. równowaga promieniowórcza. Możemy o zapisać w sposób nasępujący: 1 N1 2 N2 (9) gdzie: 1 sała rozpadu, N1 - ilość jąder radionuklidu pierwonego 2 sała rozpadu, N2 - ilość jąder radionuklidu pochodnego Oznacza o, że w sanie równowagi promieniowórczej ilość aomów szybciej rozpadającego się nuklidu jes mniejsza niż rozpadającego się wolniej. Akywność i jej pomiar Liczbę rozpadów zachodzących w próbce w jednosce czasu (dn/d) nazywamy akywnością (A) danej próbki maeriału radioakywnego. Zależy ona od ilości aomów w próbce (N) oraz sałej rozpadu (). dn A N (10) d Jednoską akywności w układzie S jes bekerel Bq (1 Bq = 1 rozpad/s). Jednoską spoza układu S jes Curie (Ci) od nazwiska Piora i Marii Curie (inną nazwą jes kiur). Jes o jednoska akywności opara na orcu 1 g radu-226, w kórym zachodzi 3, rozpadów na sekundę. Sąd: 1 Ci = 3, Bq Jeżeli w próbce jes n moli, wedy ilość aomów równa jes N n NA, gdzie N A jes liczbą Avogadro (ilość aomów w molu): Akywność próbki wynosi zaem: A N A = 6, [mol -1 ] ln 2 N n NA n NA (11) T1/ 2 lość impulsów zarejesrowanych przez układ liczący w określonym przedziale czasu, a pochodzących od źródła umieszczonego pod deekorem, najczęściej nie jes równa ilości rozpadów, jakie zaszły w badanym preparacie promieniowórczym. Dzieje się ak ze ględu na określony czas rozdzielczy aparaury i niską wydajność, co jes szczególnie isone w przypadku liczników G.-M. Ponado duży wpływ ma geomeria, pozwalająca "wyłapywać" w objęości czynnej deekora ylko część cząsek, pochodzących z rozpadu badanego preparau promieniowórczego. Sąd bezpośredni odczy ilości impulsów zarejesrowanych przez przelicznik nie może być uożsamiany z akywnością źródła. Można naomias w oparciu o pomiary częsości zliczeń różnych źródeł, przy ej samej geomerii pomiaru, wnioskować o ględnej akywności promieniowórczej badanych preparaów. Jeżeli jednak chociaż jeden z ych preparaów ma ściśle określoną akywność i można go rakować jako źródło orcowe, możliwe jes określenie bezględnej akywności pozosałych źródeł. Przy zachowaniu niezmienionej geomerii pomiaru słuszna jes bowiem relacja: 26

27 p A p (12) A w kórej poszczególne symbole oznaczają: p - szybkość zliczeń od próbki nieznanej bez ła - szybkość zliczeń od orca bez ła Ap - akywność próbki nieznanej A- akywność orca (sosunek ilości impulsów pochodzących od źródła badanego i orca jes równy sosunkowi ich akywności). Użycie źródła orcowego o ściśle określonej akywności (np. odczyanej ze świadecwa pomiarowego wydanego przez producena próbki orcowej), pozwala oszacować wydajność licznika, kórym prowadzone są pomiary dla danej geomerii i rodzaju promieniowania. Sosunek ilości impulsów do liczby zachodzących rozpadów określa wydajność pomiaru. W uproszczony sposób można wyliczyć o ze oru: A lub % 100[%] (13) A gdzie: - oznacza ilość impulsów na sekundę, zaś A - akywność wyrażoną w Bq. Podsawy dozymerii Przy opisie działania promieniowania jonizującego na maerię (również organizmy żywe) wprowadzone zosało pojęcie dawki ekspozycyjnej (ekspozycji), dawki pochłonięej i równoważnika dawki. Dawka ekspozycyjna (X) jes miarą zdolności jonizacyjnej powierza przez promieniowanie. Określa ona sosunek sumy ładunków elekrycznych (Q) wszyskich jonów jednego znaku wywarzanych w objęości powierza o masie (m) do masy (m) w warunkach, gdy wszyskie uwalniane pod wpływem promieniowania elekrony zosaną zarzymane. ΔQ X (14) Δm Jednoską dawki ekspozycyjnej jes 1 kulomb/kilogram (1C kg -1 ). Dawniej używano jednoski 1 rengen (1 R = 2, C kg -1 ). Dawka pochłonięa (D) wyraża ilość energii (E) promieniowania jonizującego przekazaną jednosce masy (m) napromieniowanej maerii. ΔE D (15) Δm Jednoską dawki pochłonięej jes 1 grej (1 Gy = 1J kg -1 ). Poprzednio sosowano jednoskę o nazwie rad (1 rad = 0,01 Gy). Równoważnik dawki (H) określa, jakiej dawce pochłonięej promieniowania jes równoważna pod ględem skuków biologicznych dawka pochłonięa (D) dowolnego rodzaju promieniowania. H DQ (16) gdzie: Q współczynnik jakości promieniowania Jednoską równoważnika dawki jes 1 siwer (1 Sv = 1J kg -1 ). 27

28 Jednoską dawniej sosowaną był rem (1 rem = 0,01 Sv). Warości współczynników jakości Q dla różnych rodzajów promieniowania Rodzaj promieniowania Współczynnik jakości Q Gamma, bea, X 1 Neurony 10 Cząski α 20 Pomiarami oraz badaniem skuków działania promieniowania jonizującego na organizm człowieka zajmuje się dozymeria. Opis narażenia człowieka na promieniowanie jonizujące uzupełniają wprowadzone w ochronie radiologicznej pojęcia: dawka równoważna, dawka efekywna (skueczna) oraz dawka graniczna. Dawka równoważna (dla danego narządu lub kanki) - oznacza dawkę pochłonięą w kance lub narządzie, wyznaczoną z uględnieniem rodzaju i energii promieniowania jonizującego. H D Q [Sv] (17) Dawka efekywna (skueczna) efekywny równoważnik dawki, oznacza sumę dawek równoważnych pochodzących od zewnęrznego i wewnęrznego narażenia, wyznaczoną z uględnieniem odpowiednich współczynników wagowych narządów lub kanek, obrazującą narażenie całego ciała. H H w [Sv] (18) ef w współczynnik wagowy Warości współczynników wagowych dla wybranych narządów Narząd Współczynnik wagowy w narządy rozrodcze 0,25 suki 0,15 szpik kosny czerwony 0,12 płuca 0,12 arczyca 0,03 Średnie warości rocznej dawki efekywnej (skuecznej) pochodzącej od nauralnych źródeł promieniowania (osoby dorosłe) 28

29 Źródło ekspozycji Roczna dawka efekywna [msv] Promieniowanie kosmiczne 0,39 Ziemskie promieniowanie gamma 0,46 Radionuklidy wewnąrz ciała bez radonu Rn-222 0,23 Radon Rn-222 z produkami rozpadu 1,3 Suma 2,4 Warości efekywnych dawek dla pacjenów podczas wybranych badań rengenowskich i porównanie ich z narażeniem od źródeł nauralnych Rodzaj badania rengenowskiego Dawka efekywna Równoważny okres [msv] narażenia nauralnego Zdjęcia kończyn <0,01 1,5 dnia Zdjęcia somaologiczne 0,02 3 dni Zdjęcie klaki piersiowej 0,04 1 ydzień Zdjęcia czaszki, mammografia 0,1 2 ygodnie Zdjęcie sawu biodrowego 0,3 2 miesiące Zdjęcie żołądka 1,4 8 miesięcy Tomografia kompuerowa głowy 1,8 10 miesięcy Urografia dożylna 4,6 2 laa Tomografia kompuerowa klaki piersiowej 8,3 4 laa Diagnosyczne medyczne badania izoopowe, dosarczające informacji o funkcjonowaniu wybranych organów przeprowadzane z podaniem pacjenom niewielkich ilości maeriału radioakywnego (w ponad 90% procedur wykorzysywany jes echne Tc- 99m), obciążają pacjenów przecięną dawką efekywną na poziomie 1 msv. Dawka równoważna przypadająca na pacjena poddawanego radioerapii jes wielokronie wyższa niż przy badaniach diagnosycznych zazwyczaj około 60 Sv na guz w okresie 6 ygodni. Śmierelna dawka efekywna wynosi około 7 Sv (przy ekspozycji na całe ciało). Dawka graniczna - oznacza warość dawki promieniowania jonizującego, wyrażoną jako dawka skueczna lub równoważna, kórej nie wolno przekroczyć. Dla grupy osób narażonych zawodowo roczna dawka graniczna skueczna wynosi 20mSv (może być powiększona do 50mSv/rok pod warunkiem, że w ciągu kolejnych 5 la jej sumaryczna warość nie przekroczy 100mSv). Dla ogółu ludności dawka graniczna skueczna wynosi 1 msv/rok. Dawki graniczne równoważne określa się dla wybranych narządów: 29

30 - dla soczewek oczu - 150mSv - dla powierzchni skóry - 500mSv na 1 cm 2 Dawki graniczne nie obejmują narażenia na promieniowanie nauralne. Nie sosuje się ich również dla określenia limiu narażenia radiologicznego osób poddawanych działaniu promieniowania jonizującego w celach medycznych (radioerapia). Moc dawki wyraża się jako sosunek przyrosu dawki do czasu, w kórym en przyros nasąpił (doyczy wszyskich dawek). Np. moc dawki pochłonięej wyraża się orem: D dawka pochłonięa w czasie. D D (19) LTERATURA: Wybrane zagadnienia z biofizyki pod red. prof. S. Miękisza Biofizyka pod red. prof. F. Jaroszyka Podsawy biofizyki" pod red. prof. A. Pilawskiego 30

31 Część doświadczalna 1. Zmierz ło nauralne w czasie 5 minu, oblicz szybkość zliczeń pochodzących od ła. N imp N =...imp,... min 2. Dokonaj rzykronego pomiaru impulsów pochodzących od źródła orcowego w czasie = 1 minua i oblicz szybkość zliczeń bez ła oraz błąd szybkości zliczeń (wyniki pomiarów i wyniki obliczeń wpisz do abeli 1). Tabela 1 lość zliczeń N N Warość średnia ilości zliczeń N N N 3 Szybkość zliczeń N Szybkość zliczeń bez ła - Błąd szybkości zliczeń orca [impulsy] [imp min -1 ] 3. Zmierz ilość impulsów pochodzących od źródeł o nieokreślonej akywności w czasie p =5 minu i oblicz szybkość zliczeń bez ła oraz błąd szybkości zliczeń. 4. Wyniki pomiarów i wyniki obliczeń wpisz do abeli 2. Tabela 2 Nr próbki lość zliczeń Np Szybkość zliczeń p = N p p Szybkość zliczeń bez ła p Błąd szybkości zliczeń p p p [impulsy] [imp min -1 ] 31

32 5. Oblicz akywność każdej próbki, błąd, z jakim zosała wyznaczona i błąd procenowy. Wyniki umieść w abeli 3. p A p A Akywność orca wynosi A = 4000 Bq A = 120 Bq Błąd oznaczenia akywności próbki liczymy z nasępującego oru: A p A p p 2 A p A Tabela 3 Nr próbki Szybkość zliczeń bez ła p - Akywność próbki A p p A Błąd akywności Ap A Błąd procenowy p% A A p p 100% [imp min -1 ] [Bq] [%] 6. Oblicz liczbę aomów N cezu Cs-137 w próbce orcowej. 7. Oblicz masę cezu Cs-137 w próbce. A N N A Masę cezu Cs-137 w próbce wyznaczamy korzysając z zależności: m = n NA gdzie: n liczba moli NA = 6, [mol -1 ] liczba Avogadro jes liczbą aomów w molu. Półokres rozpadu Cs 137 wynosi 30,07 la, a sała rozpadu = 7, s

33 Jeżeli w próbce jes N aomów cezu, ich masa wynosi: m Cs 137 N [g] N A 8. Wyniki obliczeń wpisz do abeli 4. Tabela 4 Nr próbki Akywność próbki Liczba aomów (N) [Bq] Cs 137 w próbce Masa aomów Cs 137 w badanej próbce [g] orzec 9. Oblicz wydajność pomiaru akywności. % 100[%] =...[%] A Daa mię i Nazwisko wykonującego ćwiczenie Podpis prowadzącego ćwiczenia Punky 33