Vliv vnějšího prostředí na organismus (lokální, celkový) MUDr. Kateryna Deykun Zpracováno podle materiálů MUDr. Kláry Bernáškové, CSc.

magnetické, elektrické pole Fyzikální faktory světlo mechanické síly zvuk, hluk záření pohyb teplo magnetické, elektrické pole tlak vzduchu gravitace

Zvuk, hluk Zvuk = mechanické vlnění pružného prostředí ve frekvenčním rozsahu vnímání normálního lidského sluchu od 20 do 20 000 Hz Hluk = každý nežádoucí zvuk, který vyvolává nepříjemný nebo rušivý vjem, nebo který má škodlivý účinek může způsobit přechodnou nebo trvalou hluchotu poškozením vnitřního ucha snižuje pozornost a schopnost koncentrace mění náladu Náhlý slyšitelný zvuk nebo hluk aktivuje okamžitě stresovou odpověď The Weber–Fechner law attempts to describe the relationship between the physical magnitudes of stimuli and the perceived intensity of the stimuli. Ernst Heinrich Weber (1795–1878) was one of the first people to approach the study of the human response to a physical stimulus in a quantitative fashion. Gustav Theodor Fechner (1801–1887) later offered an elaborate theoretical interpretation of Weber's findings, which he called simply Weber's law, though his admirers[who?] made the law's name a hyphenate

Infrazvuk = neslyšitelné vlnění o frekvenci nižší než 20 Hz vyvolává v člověku pocit strachu a může také aktivovat stresovou reakci Ultrazvuk = neslyšitelný zvuk o frekvenci vyšší než 20 000 Hz používá se v medicíně k diagnostice a také léčebně při fyzikální léčbě 800 – 1000 kHz má tepelné účinky → zvyšují prokrvení tkáně, snižují přenos nervových vzruchů a má spasmolytický efekt Nižší frekvence ale vyšší intenzita → má destrukční účinky na tkáně a využívá se ke specializovaným chirurgickým zákrokům

Změny atmosférického tlaku Náhlé změny atmosférické tlaku (změny tlaku vzduchu nebo vody: jeho zvýšení nebo pokles) → barotrauma: poškození ušního bubínku poškození plic → pneumotorax při mechanické ventilaci velkým objemem při potápění (při rychlém vynoření )

Změny atmosférického tlaku Rychlá změna tlaku po delším pobytu pod vodou → kesonová nemoc (potápěčská nemoc, dekompresní nemoc) → embolie drobných cév Nejčastějším důsledkem kesonové nemoci jsou bolesti kloubů (prokrvení malé, bubliny přetrvávají a poškozují klouby )

Akutní horská choroba hrozí při náhlém výstupu do nadmořské výšky 2500 m asi 20% lidí, při výstupu do 4300 m až 65 % lidí = hypoxie (paO2 pod 60 torrů) → hyperventilaci, → hypokapnie s respirační alkalózou → ↑ dráždivost CNS euforie neschopnost logicky uvažovat snížená schopnost rozeznat nebezpečí bolesti hlavy únava nespavost poruchy vidění nauzea a zvracení bolesti břicha otok plic s progresivní dušností a kašlem ↑ srdeční frekvence

Chronická horská choroba je důsledkem přehnané adaptace na dlouhodobý pobyt ve vysoké nadmořské výšce Příčina změn  pAO2 paO2  tkáňová hypoxie adaptace krátko-dobá (hodiny až dny) vazokonstrikce v plicích (prevence poruchy poměru ventilace /perfuze)  tvorba 2,3 DPG  srdeční frekvence Dlouho-dobá (měsíce) vazokonstrikce v plicích normální srdeční frekvence erytropoéza (začíná po 10 dnech) chronická horská choroba  plicní hypertenze  polyglobulie s cyanózou  hypertrofie, pak selhání pravého srdce   viskozita krve  zvýšený odpor   zátěž levého srdce až jeho selhání

Elektřina a magnetismus Člověku je nejvíc nebezpečný úraz střídavým elektrickým proudem: poruchy srdečního rytmu, fibrilace komor → zástava krevního oběhu křeče dýchacího svalstva → zástava dýchání paralýza životně důležitých center v CNS → celková vazodilatace, asystolie a poruchy dýchacích center

Elektromagnetické vlnění s vlnovou délkou kratší než světlo Elektromagnetická vlnění s vlnovou délkou delší než světlo se vyskytují jako: Mikrovlny = termální účinky (denaturace bílkovin, nekrózy tkání, katarakta oční čočky) Rádiové vlny = přenos informací Infračervené záření = tepelné účinky Elektromagnetické vlnění s vlnovou délkou kratší než světlo Ultrafialové záření = má fyziologické účinky na kůži: způsobuje opálení (melanin) aktivuje metabolismus provit D Při nepřiměřené expozici → erytém („spálení“ sluncem) a zánět Při opakování nebo dlouhodobé expozici → zvýšené riziko nádorových onemocnění

Světlo Vlnová délka viditelného záření (světla) je 400-760 nm Střídání noci a dne = vnější stimul pro synchronizaci cirkadiánního oscilátoru Pokud člověk pracuje v nočních směnách, naruší se periodicita rytmů a chronicky se aktivuje sympatikus se všemi důsledky Fotosenzibilizace: Příčiny: poruchy metabolismu (např. porfyrie) léky (např. chinin) poživatiny (čaj z třezalky, pohanka) Důsledky*: erytém otok až puchýře Někteří lidé trpí fotoalergií – alergen se aktivuje působením slunce a vzniká imunitní reakce ekzematózního typu * Může dojít také k zánětlivé reakci endotelu cév

Ionizující záření Vliv ionizujícího záření na živé systémy vysvětluje několik teorií: Přímý účinek na DNA a RNA (poškození, mutace +/- smrt buněk)* Radikálová teorie (voda přítomna v organismu se štěpí na hydroxylový a kyslíkový radikály → poškození buňky) * nejcitlivější tkáně : epidermis, střevní sliznice, krvetvorná a zárodečná tkáň

V závislosti na dávce se vyvíjejí: Akutní nemoc z ozáření vzniká po ozáření celého těla nebo jeho větší části vysokou dávkou záření V závislosti na dávce se vyvíjejí: Krevní forma: zpočátku nespecifické příznaky*, po asi 2 týdnech = snížení množství leukocytů, trombocytů a erytrocytů → sepse s krvácením a anémie Střevní forma: větší dávka, týden = nespecifické příznaky*, pak → krvavé průjmy, až perforace střeva nebo ileus Při velmi masivním ozáření = nervová forma** → pacient okamžitě (!) dezorientovaný a zmatený, následují křeče a bezvědomí → smrt za několik hodin až dní po ozáření * bolesti hlavy, zvracení, apatie ** CNS je nejrezistentnější tkání

Chronická nemoc z ozáření kožní příznaky: atrofická epidermitis a alopecie zánět plic (postradiační pneumonitis) → fibróza Může se vyvinut: zákal oční čočky poruchy myelinizace v nervovém systému chronická postradiační enteropatie Lokálně kůže: (erytém a zánět, často vzniká hyperestezie) pohlavní systém → poškození až úplný zánik zárodečných buněk (spermie jsou citlivější) plod in utero: v prvních dvou týdnech buď nemá vliv, nebo plod odumře později v prvním trimestru → malformace (mikrocefalie, mikroftalmie) ve fetálním období (4. – 9. měsíc) → funkční změny (hlavně v CNS)

Mechanická energie Mechanické faktory vyvolávají zhmoždění až roztržení tkáně, fraktury kostí, luxace kloubů a porušení cév V místě poškození se vždy rozvíjí lokální zánětlivá reakce, její projevy závisí na intenzitě a rozsahu poškození tkáně: Velmi lehké poranění (úder) = zánětlivá reakce brzy ukončena, dojde jen ke zhmoždění tkání a otoku + poškození cév → hematom, jeho organizace je umožněna mechanismy zánětu Těžší a těžká poranění s poškozením tkání, cév, případně i kostí = mechanismy zánětu jsou nutné k vyčištění od destruovaných buněk, zanesené nečistoty a následně k hojení Vážná poranění = aktivují stresovou odpověď a mohou přejít až do traumatického šoku

„Crush syndrom“ rozvíjí se po traumatu s rozsáhlým zhmožděním svalů Ze svalů se uvolňuje myoglobin (probíhá rhabdomyolýza), v krvi je štěpen na jednotlivé řetězce a dostává se do ledvin, kde poškozuje filtrační membránu glomerulů a po přechodu do glomerulárního filtrátu poškozuje také tubuly Rozvíjí se akutní ledvinové selhání

Imobilizace Krátkodobé nebo dlouhodobé znehybnění Limitované na jednu končetinu (např. sádrovou dlahou) vs. Celé tělo (klid na lůžku)

Imobilizační syndrom Stav, při kterém je jedinec ohrožen poškozením různých tělesných systémů následkem léčbou vynucené nebo nevyhnutelné imobilizace

Již za 36 hodin úplného klidu na lůžku se začínají projevovat změny v pohybovém a oběhovém systému Zřetelné patologické změny způsobené klidem na lůžku se vyvinou během 7 - 10 dnů Pro návrat výkonnosti je třeba téměř stejná doba přiměřené rehabilitace

Kardiovaskulární systém Nejčastější a nejobávanější změny probíhají na kardiovaskulárním systému Položení do supinační polohy způsobí (akutně) zvýšení žilního návratu o asi 400 ml, elevace nohou o dalších asi 300ml vyloučení svalové pumpy → zvýšená tendence k hemokoagulaci hlavně v dolních končetinách

Zvýšení žilního návratu je registrováno: Na vstupu input: Registrují plnění (objem) Při podráždění dochází k: volumoreceptory v síních (venoatriální)  aktivace sympatiku → TF, SV (beta rec.)  vyplavení ANF  utlumení sekrece ADH   sympatiku v ledvinách, Q v kůře – glomeruly → utlumení RAAS kardiopulmonální receptory v komorách   sympatiku  parasympatiku → TF, TK, vasodilatace v periferii (aktivují stejně jako receptory na výstupu) Na výstupu output: Registrují tlak baroreceptory v aortálním oblouku   parasympatiku a  sympatiku → regulace otěže krevního tlaku, n.depresor

Důsledky změn: Ortostatická hypotenze Vyloučení vlivu gravitace a neměnná poloha těla vyvolá vyhasínání reflexů udržujících akutně TK a TF a perfusi tkání → dochází při vzpřímení k poklesu tlaku krevního o více než 20 mm Hg → ortostatická hypotense až kolaps Pokles kontrakční síly myokardu Atrofie srdečního svalu → snížení jeho kontrakční síly Za normálních okolností srdce využívá laktát z kosterních svalů jako energetický substrát Při imobilizaci dochází k nedostatku laktátu Žilní trombóza hlubokých žil vyloučení svalové pumpy → zpomalení toku krve žilním systémem → zvýšená tendence k hemokoagulaci (hlavně v dolních končetinách) → ohrožení plicní embolií (může vznikat už od 2. dne imobilizace) Návrat k výchozím hodnotám srdečních funkcí je při rekondičním cvičení asi po 5-10 týdnech

Změny krve Respirační systém Dehydratace, relativní zahuštění plasmy, hematokrit dekalcifikace kostí → zvýšení kalcémie to vše vede ke zvýšení tendence ke koagulaci a tvorbě trombu změny tlaku v řečišti (posazení, defekace, kašel, smrkání,...) vedou k utržení trombu → embolizace plic Respirační systém zmenší objem (kompartment) hrudníku snížení poddajnosti hrudníku → snížení FRC a DV → stoupá dechová práce snižuje se ventilace alveolů → klesá v nich postupně tlak vzduchu (vyrovnání s krví) a relativně se zvyšuje tlak ve stěnách alveolů → kolaps alveolů zvýšený průtok krve plícemi → relativně snížená ventilace – venózní příměs → změny V/Q  hypoxémie zvýšený průtok bronchiálním stromatem → zvýšené riziko infekce

Pohybový systém Dochází ke změnám jak na kostech a kloubech, tak na svalech Svalové atrofie a zkrácení svalů až kontraktury Ztráta vlivu gravitace a aktivace svalů k pohybu → ztráta 1/8 svalstva na týden Mění se i metabolismus svalu, počet mitochondrií → oxid. kapacity → únavnost Imobilizační osteoporóza snižuje se aktivita osteoblastů → difúzní osteoporóza z kostí se odbourává Ca2+, fosfáty, dusík snížená tvorba trámců → snadno fraktury

Nemocní trpí zejména nechutenstvím a obstipací Příčiny zácpy: Zažívací systém Nemocní trpí zejména nechutenstvím a obstipací Příčiny zácpy: nedostatečný přívod tekuti nechutenství nepohyblivost a následné zpomalení peristaltiky antivyprazdňovací poloha na míse psychické důvody Močový systém ohrožen infekcí močových cest a vznikem močových kamenů Mechanismus změn: snížené množství tekutin protékajících moč. cestami (málo pije) zvýšené množství Ca a P v moči způsobené odbouráváním z kostí nedostatečné vyprázdnění močového měch. vleže (stálé reziduum)

Kůže - dekubity V supinační poloze velká část kůže je zatížena vahou proti podložce → tlak kůže a podkoží proti zvýšenému zevnímu tlaku → poruchy normálního kapilárního průtoku → ischémie až nekrózy → tlakové nekrózy

Decubitus = proleženina I. stupeň III. stupeň III. stupeň + nekrosa II. stupeň IV. stupeň

Teplo a teplota Teplo je energie a teplota je tepelný stav prostředí nebo organismu Obecnou reakcí organismu na zvýšení teploty v okolí je vazodilatace v kůži a pocení Při celkovém vystavení organismu teplu → ↑ metabolismus tkání, ↑ spotřeba kyslíku a živin, a proto se kompenzačně ↑ frekvence dýchání a srdeční frekvence Pocení a ventilace → dehydratace + víc zátěže (fyzická práce nebo sport) → hypertermie* (přehřátí, úpal) = pasivní zvýšení tělesné teploty nad normu Jiné příčiny: metabolické poruchy (hypertyreóza, feochromocytom) vrozené chybění potních žláz nadměrně izolující oděv při zátěži Často je úpal provázen dehydratací Při dekompenzaci se rozvíjí koma * Neplést s horečkou !!

Klinicky: Tepelná synkopa = krátkodobá ztráta vědomí způsobená sníženým prokrvením mozku při vazodilataci a snížené aktivitě kardiovaskulárních center v prodloužené míše Sluneční úžeh = při přímým déletrvajícím ozařování hlavy → lokální vazodilatace v meningách, zvýší se prostupnost kapilár → termická meningitida s bolestmi hlavy a zvracením Lokální působení vysoké teploty → popáleniny různého stupně (1. stupeň – zarudnutí způsobené vazodilatací, 2. stupeň – puchýře, 3. stupeň – příškvary); hojí se lokálním zánětem

Celkové působení chladu na organismus → ↑ tonus sympatiku → periferní vazokonstrikci a snížení ztrát tepla ↑ bazální metabolismus (vyplavením hormonů štítné žlázy a noradrenalinu ↑ svalový tonus Pokud tato opatření nestačí, produkuje se teplo svalovým třesem Pokud mechanismy regulace teploty nestačí, vyvine se hypotermie. Při poklesu tělesné teploty na 28 - 32°C je organismus vyčerpán dlouhodobou třesovou termogenezí zpomaluje se srdeční frekvence klesá aktivita metabolismu ustává třes zvyšuje se extracelulární koncentrace draslíku snížená kontraktilita myokardu a hyperkalémie vedou k srdečním arytmiím až k selhání srdce Smrt nastává při tělesné teplotě přibližně 24°C, kdy selhává kardiovaskulární systém i respirace.

Místní působení chladu → omrzliny 1. stupeň: zblednutí kůže (arteriolospazmus) 2. stupeň: zčervenání kůže a tvorba puchýřů (po poškození prekapilárních sfinkterů mrazem následuje vazodilatace) 3. stupeň: rozvíjí se intersticiální otok (ze zvýšené prostupnosti stěn kapilár), ztrátou tekutiny z kapilár se zvyšuje viskozita krve a vznikají mikrotromby, které způsobují nekrózu tkáně (amputace prstů u horolezců) Podchlazení se využívá také v medicíně: celkové ke snížení nároků metabolismu na kyslík při kardio- a neurochirurgických operacích, lokální podchlazení snižuje vnímání bolesti

Možnosti obrany organismu Lidský organismus je v určité míře schopný nadměrnému vlivu fyzikálních faktorů předcházet (funkční rezervy), do určité míry je schopen je kompenzovat (např. termoregulací) Pokud je působení fyzikálních faktorů na lidský organismus intenzivní, vyvolává předem připravené nespecifické reakce jako je zánět nebo stresová odpověď

Zánět Zánět je reakce vaskularizované tkáně na poškození tkáně Je to nespecifická obranná odpověď organismu, na které se účastní nespecifické složky imunity Je to reakce na působení faktorů poškozujích tkáně (fyzikálních, chemických i biologických) Jeho průběh je odlišný podle toho, kde a jaké faktory působí, jak dlouho působí, které tkáně byly poškozeny a jak je na tom pacient s reaktivitou imunitního systému Zánět má několik složek, které se postupně aktivují složka cévní (několik sekund až minut) složka plazmatická (aktivace plazmatických systémů) složka buněčná (aktivita přetrvává několik hodin až dnů) Zánět může probíhat buď jen lokálně ve tkáni, nebo v celém organismu

Cévní složka zánětu Cévní složku zánětu tvoří: vazokonstrikce vazodilatace zvýšení propustnosti stěny Důsledkem aktivace cévní složky zánětu je vznik otoku (tumor), pro zvýšené prokrvení způsobené vazodilatací se lokálně zvyšuje teplota (calor) a místo zčervená (rubor)

Plazmatická složka zánětu Koagulační systém* se aktivuje dotekem s poškozenou stěnou cévy a s kolagenem v extravazálním prostředí Má za úkol ohraničit zánět a nedovolit mu šíření do okolí Současně je aktivován fibrinolytický systém* Aktivovaný Hagemannův faktor (F. 12) aktivuje systém komplementu = nespecifická imunita, funkcí: chemotaktické nebo opsonizační účinky Hagemannův faktor aktivuje také systém kalikrein – kinin → prohlubuje vazodilataci, přispívá prostřednictvím bradykininu ke vzniku bolesti** (dolor) * Oba systémy by měly být v rovnováze ** Bolest je vyvolána také tlakem a uvolňováním draslíku z poškozených buněk Bolest má informovat CNS o poškození, a člověk se podvědomě snaží omezit bolest na minimum → porucha funkce (functio laesa) postiženého místa K poruše funkce kromě poškození tkáně přispívá také otok

Buněčná složka zánětu* První linie obrany Makrofágy = během několika minut po poškození tkáně → jsou schopny se zvětšovat a stávají se mobilními Mohutně fagocytují Produkují řadu látek (cytokiny = interleukiny) Aktivují endotelie a podněcují je k vyvěšení adhezivních molekul na povrch buňky (pro neutrofily atd.) Organizují zapojení specifické imunity Pokud se cytokinů vytvoří velké množství, dostávají se až do krevního řečiště a vyvolávají celkové příznaky zánětu Mastocyty (žírné buňky) se aktivují a uvolňují nebo syntetizují látky, které ovlivňují činnost výkonných buněk heparin - antikoagulace a současně přispívá k šíření zánětu stejně jako proteázy histamin (vazodilatace) molekuly s chemotaktickými účinky pro eosinofily a neutrofily syntetizují po podráždění další látky: leukotrieny, prostaglandiny, PAF * Zánětu se účastní buňky zodpovědné za nespecifickou imunitu

Druhá linie obrany Třetí linie obrany Čtvrtá linie obrany Neutrofily (mikrofágy): Místo, kde mají přejít přes cévní stěnu, poznají podle adhezivních molekul na endoteliích Fagocytují a po naplnění svých funkčních možností (fagocytóza kolem 5 – 7 částic) „umírají“ a rozpadají se → uvolňují myeloperoxidázy, proteázy, elastázy a kolagenázy + tvorba volných kyslíkových radikálů → udržování, případně šíření zánětu Třetí linie obrany Monocyty: neaktivované makrofágy, cirkulují v periferní krvi, vcestovávají do zánětu, kde se během několika (8 – 12) hodin aktivují Fagocytují a produkují asi 100 různých cytokinů (např. IL-1, IL-6, TNF , IL-8, prostaglandiny a hemokoagulační faktory) Aktivují specifickou imunitu (T- a B-lymfocyty) Čtvrtá linie obrany Aktivace kostní dřeně ke zvýšení produkce dostatečného množství buněk během 3-4 dnů zvyšuje se tvorba granulocytů a monocytů. Po proběhnutí akutního zánětu dojde buď k hojení, nebo přeměně v zánět chronický* * Chronický zánět: aktivace specifické imunity aktivace T- i B-lymfocytů tvorba protilátek v aktivovaných B-lymfocytech (plazmatických buňkách)

Celkové příznaky zánětu Horečka: fáze incrementu fáze plateau fáze decrementu Leukocytóza lehká stimulace sympatiku → vyplavení leukocytů ze sleziny a jater leukocyty se tvoří ve zvýšeném množství ve dřeni Tvorba bílkovin akutní fáze C reaktivni protein (CRP) = zvyšuje aktivitu nespecifické imunity a má opsonizační účinky Fibrinogen = ohraničení zánětu a hojení Antiproteázy (antichymotrypsin a antitrypsin) = blokují proteázy uvolněné z rozpadlých mikrofágů a degranulovaných makrofágů a pomáhají ohraničit a lokalizovat zánětlivé ložisko Ceruloplazmin = oxiduje Fe2+ na Fe3+ a tak ho bakterie nemohou využít pro svůj metabolismus Hepcidin = bílkovina, která nedovoluje uvolnit železo uložené při zánětu do makrofágů (v chronickém zánětu přispívá k rozvoji anémie) Spánek a únava Nechutenství

Lokální zánět Cíle lokálního zánětu: ohraničit škodlivinu odstranit škodlivinu z organismu odstranit zbytky poškozené tkáně Součástí zánětu je také proces hojení Pro úspěšné vyhojení je nutná regulace v místě (zabránit generalizaci) i v čase (zabránit chronicitě) Lokálními symptomy zánětu jsou rubor, calor, tumor, dolor a functio laesa

Stresová odpověď organismu Stres je nespecifická reakce organismu, která je spouštěna různými příčinami Nejvíce stresujícím fyzikálním faktorem je náhlý zvuk nebo hluk Při aktivaci stresové odpovědi jde o mobilizaci všech rezerv organismu k boji nebo útěku Podnět zvýší aktivitu sympatiku → okamžitě aktivuje dřeň nadledvin → vyplaví se velké množství adrenalinu a noradrenalinu Aktivuje se osa hypotalamus – hypofýza – nadledviny a zvýší se produkce kortizolu a dalších „stresových“ hormonů

Adrenalin a noradrenalin : krátkodobé metabolické účinky: ↑ koncentrace energetických zdrojů v plazmě – ↑ glukózy a ↑ volných mastných kyselin ↑ krevní tlak (centralizace oběhu) ↑ retenci tekutin* → ↑ krevní tlak: (přímo = ↑ sekreci ADH, nepřímo = aktivuje se RAAS) způsobují bronchodilataci a aktivují dechová centra mají + inotropní účinek na srdce (zvyšují stažlivost), adrenalin aktivuje také dráždivost, vodivost a automacii (zvyšuje srdeční frekvenci) aktivují krevní destičky ke zvýšené pohotovosti Kortizol má především dlouhodobé metabolické účinky Při stresu se vyplavují také další „stresové“ hormony, převážně s metabolickými účinky (růstový hormon, prolaktin) a účinky retinujícími vodu a zvyšujícími krevní tlak (ADH, aldosteron) * Sympatikus také přímo zvyšuje obligatorní resorpci v proximálním tubulu ledvin

Otázky?