Природничі науки в медицині

Біологія, фізика та хімія тісно пов’язані з медициною, тому для цих наук важлива міждисциплінарна інтеграція, яка є основою освітнього процесу і використовується в медичних вишах. Науки, що вивчають природу, називають природничими науками.

Біологія – наука про живі організми та їх різноманітність. Тому її ще називають наукою про життя. Учені досліджують та описують зовнішню і внутрішню будову живих істот, умови їх існування, явища, що відбуваються в живих організмах тощо. Завдяки цій науці людина отримує знання, необхідні для збереження й примноження видів живих істот, запобігання хворобам і їх лікування, охорони біосфери та ін.

Фізика перекладається українською як «природа». Ця наука досліджує різноманітні фізичні явища (електричні, звукові, магнітні, механічні, світлові, теплові), що відбуваються з тілами природи. Фізичні знання потрібні для виготовлення різних машин, механізмів, приладів, які людина використовує в побуті, виробництві, наукових дослідженнях тощо.

Хімія досліджує хімічні явища, що постійно відбуваються в природі. Ця наука досліджує речовини, що входять до складу тіл, та перетворення їх на інші. Учених цікавить склад, будова, властивості, добування та застосування різних речовин. Знання хімії дають змогу використовувати речовини, які є в природі, а також створювати нові речовини з наперед заданими властивостями.

 

Розчинність газів у рідинах

Знання особливостей розчинності газів (кисню, вуглекислого газу, азоту) має важливе значення для розуміння майбутніми лікарями того, як відбуваються певні фізіологічні процеси в живих організмах в нормі та при патологічних станах. Тому вже з першого курсу ми починаємо розбиратися в цих питаннях, використовуючи міждисциплінарну інтеграцію.

Відомо, що гази розчиняються у розчинниках по-різному. Так, благородні гази – це неполярні сполуки, тому практично не розчиняються у воді, а гази, що мають велику спорідненість до розчинника, характеризуються легкою розчинністю, тому вуглекислий газ і сірководень у значних кількостях розчинені у мінеральних водах. Неполярні гази (карбон монооксид) у полярних розчинниках (вода) розчиняються важко, а краще – у неполярних органічних розчинниках (спирт, бензен).

Розчинність газів в рідині залежить також від температури (за принципом Ле-Шательє: з її підвищенням розчинність газів зменшується, тому ми можемо спостерігати як влітку при спекотній погоді риби у водоймі стрибають на поверхні води). Це пов’язано із тим, що в цих умовах зменшується розчинність у воді кисню, тиску (за законом Генрі розчинність газу у рідині прямо пропорційна його тиску над рідиною). За першим законом Дальтона загальний тиск суміші газів, які між собою не взаємодіють, дорівнює сумі парціальних тисків усіх її компонентів; за другим законом Дальтона розчинність кожного із компонентів газової суміші у даній рідині за постійної температури прямо пропорційна його парціальному тиску над рідиною і не залежить від загального тиску суміші та вмісту інших компонентів).

Для нормальної фізіології важливо розуміти те, що розчинність різних газів (кисню, азоту, вуглекислого газу) у воді має значення. Газообмін, який відбувається в основному в легенях, базується на різниці парціальних тисків кисню і вуглекислого газу. Треба розуміти, що при потраплянні людини в особливі умови (зміна атмосферного тиску) спостерігаються зміни розчинності газів у крові. Так, коли людина підіймається високо у гори, то на певній висоті може виникати гірська хвороба внаслідок зниженого тиску. Спостерігається кисневий голод (зменшення концентрації кисню у крові), збільшується легенева вентиляція, лужність крові, тому розвивається алкалоз (зсув pH крові в лужний бік). Альпіністи задля того, щоб попередити це явище, напередодні вживають лимонну кислоту.

Цікавим прикладом є кесонна хвороба. Водолази опускаються на глибину – концентрація газів в їх крові суттєво змінюється у зв’язку зі збільшенням тиску. Для попередження розвитку кесонної хвороби водолаз повинен повільно підніматися з глибини, щоб не відбувалося різкого зниження тиску і, як наслідок, стрімкого виділення розчинених у крові газів у вигляді бульбашок. Треба пам’ятати, що ці бульбашки можуть закривати собою капіляри, що сприяє газовій емболії судин, в результаті чого кровопостачання органів порушується – це є причиною важливих порушень нормального функціонування органів і систем.

Крім того, розчинність газів залежить і від наявності електролітів у розчинах (за законом Сеченова розчинність газів у розчинах електролітів менша, ніж у чистому розчиннику). Кров являє собою водну дисперсну систему з неорганічними і органічними речовинами, у зв’язку з цим розчинність кисню, CO2 і азоту в ній значно менша, ніж у воді. Так, в 1 дм3 води розчиняється 23,7 см3 кисню, а у плазмі крові – 23,0 см3 при температурі 37 оС. Цікаво, що при збільшенні в крові кількості кисню, вона значно легше віддає CO2, і при збільшенні тиску вуглекислого газу в крові зростає розчинність кисню.