1.5: Mahitaji ya Maisha ya Binadamu

Malengo ya kujifunza

Mwishoni mwa sehemu hii, utaweza:

• Jadili jukumu la oksijeni na virutubisho katika kudumisha maisha ya binadamu
• Eleza kwa nini joto kali na baridi kali huhatarisha maisha ya binadamu
• Eleza jinsi shinikizo linalofanywa na gesi na maji yanavyoathiri maisha ya binadamu

Binadamu wamekuwa wakipambana na maisha duniani kwa angalau miaka 200,000 iliyopita. Dunia na anga yake imetupa hewa ya kupumua, maji ya kunywa, na chakula cha kula, lakini haya sio mahitaji pekee ya kuishi. Ingawa unaweza nadra kufikiria jambo hilo, pia huwezi kuishi nje ya aina fulani ya halijoto na shinikizo ambalo uso wa dunia yetu na angahewa yake hutoa. Sehemu zifuatazo kuchunguza mahitaji haya manne ya maisha.

Oksijeni

Anga hewa ni takriban asilimia 20 tu ya oksijeni, lakini oksijeni hiyo ni sehemu muhimu ya athari za kemikali zinazoweka mwili hai, ikiwa ni pamoja na athari zinazozalisha ATP. Seli za ubongo ni nyeti hasa kwa ukosefu wa oksijeni kwa sababu ya mahitaji yao kwa ajili ya uzalishaji wa juu na thabiti wa ATP. Uharibifu wa ubongo ni uwezekano ndani ya dakika tano bila oksijeni, na kifo kinawezekana ndani ya dakika kumi.

Virutubisho

virutubisho ni dutu katika vyakula na vinywaji ambayo ni muhimu kwa maisha ya binadamu. Madarasa matatu ya msingi ya virutubisho ni maji, virutubisho vya nishati na kujenga mwili, na micronutrients (vitamini na madini).

Virutubisho muhimu zaidi ni maji. Kulingana na joto la mazingira na hali yetu ya afya, tunaweza kuishi kwa siku chache tu bila maji. Kemikali za kazi za mwili hupasuka na kusafirishwa kwa maji, na athari za kemikali za maisha hufanyika katika maji. Aidha, maji ni sehemu kubwa ya seli, damu, na maji kati ya seli, na maji hufanya asilimia 70 ya mwili wa mtu mzima. Maji pia husaidia kudhibiti joto la ndani na matakia, hulinda, na husafisha viungo na miundo mingine mingi ya mwili.

Virutubisho vinavyotoa nishati kimsingi ni wanga na lipidi, huku protini hasa hutoa asidi amino ambazo ni vitalu vya ujenzi wa mwili wenyewe. Unaingiza hizi katika vyakula vya mimea na wanyama na vinywaji, na mfumo wa utumbo huvunja ndani ya molekuli ndogo ya kutosha kufyonzwa. Bidhaa za kuvunjika kwa wanga na lipids zinaweza kutumika katika michakato ya kimetaboliki inayobadilisha kuwa ATP. Ingawa unaweza kujisikia kama unakabiliwa na njaa baada ya kukosa chakula kimoja, unaweza kuishi bila kuteketeza virutubisho vinavyotoa nishati kwa angalau wiki kadhaa.

Maji na virutubisho vinavyotoa nishati pia hujulikana kama macronutrients kwa sababu mwili unawahitaji kwa kiasi kikubwa. Kwa upande mwingine, micronutrients ni vitamini na madini. Mambo haya na misombo hushiriki katika athari nyingi muhimu za kemikali na michakato, kama vile msukumo wa neva, na baadhi, kama vile kalsiamu, pia huchangia muundo wa mwili. Mwili wako unaweza kuhifadhi baadhi ya micronutrients katika tishu zake, na kuteka kwenye hifadhi hizo ikiwa unashindwa kuzitumia katika mlo wako kwa siku chache au wiki. Baadhi ya wengine micronutrients, kama vile vitamini C na wengi wa vitamini B, ni maji mumunyifu na haiwezi kuhifadhiwa, hivyo unahitaji kuzitumia kila siku au mbili.

Nyembamba ya Joto

Pengine umeona hadithi za habari kuhusu wanariadha waliokufa kwa kiharusi cha joto, au hikers ambao walikufa kutokana na baridi. Vifo hivyo hutokea kwa sababu athari za kemikali ambazo mwili hutegemea zinaweza kutokea tu ndani ya aina nyembamba ya joto la mwili, kutoka chini tu hadi juu ya 37°C (98.6°F). Wakati joto la mwili linapoongezeka vizuri juu au hupungua vizuri chini ya kawaida, protini fulani (enzymes) zinazowezesha athari za kemikali hupoteza muundo wao wa kawaida na uwezo wao wa kufanya kazi na athari za kemikali za kimetaboliki haziwezi kuendelea.

Hiyo ilisema, mwili unaweza kujibu kwa ufanisi kwa mfiduo wa muda mfupi kwa joto (Kielelezo 1.8) au baridi. Moja ya majibu ya mwili kwa joto ni, bila shaka, jasho. Kama jasho linapoenea kutoka kwenye ngozi, huondoa nishati ya joto kutoka kwa mwili, kuifanya. Maji ya kutosha (kutoka kwa maji ya ziada katika mwili) ni muhimu kuzalisha jasho, ulaji wa kutosha wa maji ni muhimu kusawazisha hasara hiyo wakati wa majibu ya jasho. Haishangazi, majibu ya jasho hayatoshi sana katika mazingira ya baridi kwa sababu hewa tayari imejaa maji. Hivyo, jasho juu ya uso wa ngozi haliwezi kuenea, na joto la ndani la mwili linaweza kupata hatari kubwa.

Kielelezo 1.8 uliokithiri Heat Binadamu acclimate kwa kiasi fulani kwa yatokanayo mara kwa mara na joto la juu. (mikopo: McKay savage/Flickr)

Mwili unaweza pia kujibu kwa ufanisi kwa mfiduo wa muda mfupi kwa baridi. Jibu moja kwa baridi ni kutetemeka, ambayo ni random misuli harakati ambayo inazalisha joto. Jibu jingine ni kuongezeka kwa kuvunjika kwa nishati iliyohifadhiwa ili kuzalisha joto. Wakati hifadhi hiyo ya nishati imepungua, hata hivyo, na joto la msingi huanza kushuka kwa kiasi kikubwa, seli nyekundu za damu zitapoteza uwezo wao wa kutoa oksijeni, kukataa ubongo wa sehemu hii muhimu ya uzalishaji wa ATP. Ukosefu huu wa oksijeni unaweza kusababisha kuchanganyikiwa, uthabiti, na hatimaye kupoteza fahamu na kifo. Mwili hujibu baridi kwa kupunguza mzunguko wa damu hadi mwisho, mikono na miguu, ili kuzuia damu kutoka baridi huko na ili msingi wa mwili uweze kukaa joto. Hata wakati joto la mwili la msingi linabakia imara, hata hivyo, tishu zilizo wazi kwa baridi kali, hususan vidole na vidole, vinaweza kuendeleza jamidi wakati mtiririko wa damu hadi mwisho umepungua sana. Aina hii ya uharibifu wa tishu inaweza kuwa ya kudumu na kusababisha ugonjwa, unaohitaji kukatwa kwa eneo lililoathiriwa.

Uunganisho wa kila siku

Kudhibiti hypothermia

Kama umejifunza, mwili unaendelea kushiriki katika michakato ya kisaikolojia ya uratibu ili kudumisha joto imara. Katika hali nyingine, hata hivyo, kuimarisha mfumo huu unaweza kuwa na manufaa, au hata kuokoa maisha. Hypothermia ni neno la kliniki kwa joto la kawaida la mwili (hypo- = “chini” au “chini”). Hypothermia iliyodhibitiwa ni kliniki ikiwa hypothermia iliyofanywa ili kupunguza kiwango cha metabolic cha chombo au mwili mzima wa mtu.

Hypothermia iliyodhibitiwa mara nyingi hutumiwa, kwa mfano, wakati wa upasuaji wa moyo wazi kwa sababu inapunguza mahitaji ya kimetaboliki ya ubongo, moyo, na viungo vingine, kupunguza hatari ya uharibifu kwao. Wakati hypothermia kudhibitiwa hutumiwa kliniki, mgonjwa hupewa dawa ili kuzuia kutetemeka. Kisha mwili hupozwa hadi 25—32°C (79—89°F). Moyo umesimamishwa na pampu ya nje ya moyo-mapafu inaendelea mzunguko kwa mwili wa mgonjwa. Moyo umepozwa zaidi na huhifadhiwa kwenye halijoto chini ya 15°C (60°F) kwa muda wa upasuaji. Joto hili la baridi sana husaidia misuli ya moyo kuvumilia ukosefu wake wa utoaji wa damu wakati wa upasuaji.

Madaktari wengine wa idara ya dharura hutumia hypothermia iliyodhibitiwa ili kupunguza uharibifu wa moyo kwa wagonjwa ambao wamepata kukamatwa kwa moyo. Katika idara ya dharura, daktari huchochea coma na hupunguza joto la mwili wa mgonjwa hadi digrii 91. Hali hii, ambayo huhifadhiwa kwa masaa 24, hupunguza kiwango cha metabolic ya mgonjwa. Kwa sababu viungo vya mgonjwa vinahitaji damu kidogo kufanya kazi, mzigo wa kazi wa moyo umepunguzwa.

Aina nyembamba ya Shinikizo la Anga

Shinikizo ni nguvu inayotumiwa na dutu inayowasiliana na dutu nyingine. Shinikizo la anga ni shinikizo linalojitokeza na mchanganyiko wa gesi (hasa nitrojeni na oksijeni) katika angahewa ya Dunia. Ingawa huenda usiione, shinikizo la anga linaendelea kushinikiza mwili wako. Shinikizo hili linaendelea gesi ndani ya mwili wako, kama vile nitrojeni ya gesi katika maji ya mwili, kufutwa. Ikiwa ungefukuzwa ghafla kutoka kwenye meli ya anga juu ya anga ya Dunia, ungeenda kutoka hali ya shinikizo la kawaida hadi kwenye shinikizo la chini sana. Shinikizo la gesi ya nitrojeni katika damu yako itakuwa kubwa zaidi kuliko shinikizo la nitrojeni katika nafasi inayozunguka mwili wako. Matokeo yake, gesi ya nitrojeni katika damu yako ingekuwa kupanua, kutengeneza Bubbles ambayo inaweza kuzuia mishipa ya damu na hata kusababisha seli kuvunja mbali.

Shinikizo la anga hufanya zaidi ya kuweka gesi za damu kufutwa. Uwezo wako wa kupumua-yaani, kuchukua oksijeni na kutolewa dioksidi kaboni-pia inategemea shinikizo sahihi la anga. Ugonjwa wa urefu hutokea kwa sehemu kwa sababu anga katika miinuko ya juu ina shinikizo kidogo, kupunguza ubadilishaji wa gesi hizi, na kusababisha upungufu wa pumzi, kuchanganyikiwa, maumivu ya kichwa, uthabiti, na kichefuchefu. Wapandaji wa mlima hubeba oksijeni ili kupunguza madhara ya viwango vya chini vya oksijeni na shinikizo la chini la barometri kwenye urefu wa juu (Mchoro 1.9).

Kielelezo 1.9 Masharti Kali Climbers juu ya Mlima Everest lazima kubeba baridi kali, viwango vya chini oksijeni, na shinikizo la chini barometric katika mazingira chuki kwa maisha ya binadamu. (mikopo: Melanie ko/Flickr)

Usawa wa Homeostatic

Ugonjwa wa decompression

Ugonjwa wa decompression (DCS) ni hali ambayo gesi kufutwa katika damu au katika tishu nyingine za mwili hazipatikani tena kufuatia kupungua kwa shinikizo kwa mwili. Hali hii huathiri mbalimbali chini ya maji ambao uso kutoka kupiga mbizi kina haraka sana, na inaweza kuathiri marubani flying katika miinuko ya juu katika ndege na cabins unpressurized. Mara nyingi watu huita hali hii “bends,” kumbukumbu ya maumivu ya pamoja ambayo ni dalili ya DCS.

Katika hali zote, DCS huleta na kupungua kwa shinikizo la barometri. Katika urefu wa juu, shinikizo la barometriki ni kidogo sana kuliko juu ya uso wa Dunia kwa sababu shinikizo huzalishwa na uzito wa safu ya hewa juu ya mwili unaozidi chini ya mwili. Shinikizo kubwa sana kwa watu mbalimbali katika maji ya kina ni vivyo hivyo kutokana na uzito wa safu ya maji inayozidi chini ya mwili. Kwa aina mbalimbali, DCS hutokea kwa shinikizo la kawaida la barometri (kwenye usawa wa bahari), lakini huletwa na kupungua kwa kasi kwa shinikizo kama vile mbalimbali huongezeka kutoka hali ya juu ya shinikizo la maji ya kina hadi sasa ya chini, kwa kulinganisha, shinikizo kwenye usawa wa bahari. Haishangazi, kupiga mbizi katika maziwa ya mlima wa kina, ambapo shinikizo la barometri kwenye uso wa ziwa ni chini ya kwamba katika usawa wa bahari kuna uwezekano mkubwa wa kusababisha DCS kuliko kupiga mbizi katika maji kwenye usawa wa bahari.

Katika DCS, gesi kufutwa katika damu (hasa nitrojeni) hutoka haraka nje ya suluhisho, kutengeneza Bubbles katika damu na katika tishu nyingine za mwili. Hii hutokea kwa sababu wakati shinikizo la gesi juu ya kiowevu linapungua, kiasi cha gesi ambacho kinaweza kubaki kufutwa katika kiowevu pia kinapungua. Ni shinikizo la hewa linaloendelea gesi zako za kawaida za damu kufutwa katika damu. Wakati shinikizo linapungua, gesi ndogo inabakia kufutwa. Umeona hii kwa athari wakati unafungua kinywaji cha kaboni. Kuondoa muhuri wa chupa hupunguza shinikizo la gesi juu ya kioevu. Hii kwa upande husababisha Bubbles kama gesi kufutwa (katika kesi hii, dioksidi kaboni) hutoka katika suluhisho katika kioevu.

Dalili za kawaida za DCS ni maumivu kwenye viungo, huku maumivu ya kichwa na machafuko ya maono yanayotokea kwa asilimia 10 hadi asilimia 15 ya kesi. Kushoto bila kutibiwa, DCS kali sana inaweza kusababisha kifo. Matibabu ya haraka ni na oksijeni safi. Mtu aliyeathiriwa huhamishwa kwenye chumba cha hyperbaric. Chumba cha hyperbaric ni chumba kilichofungwa, kilichofungwa ambacho kinasisitizwa zaidi kuliko shinikizo la anga. Inachukua DCS kwa kuimarisha mwili ili shinikizo liweze kuondolewa hatua kwa hatua zaidi. Kwa sababu chumba cha hyperbaric kinaanzisha oksijeni kwa mwili kwa shinikizo la juu, huongeza ukolezi wa oksijeni katika damu. Hii ina athari ya kuchukua nafasi ya baadhi ya nitrojeni katika damu na oksijeni, ambayo ni rahisi kuvumilia nje ya suluhisho.

Shinikizo la nguvu la maji ya mwili pia ni muhimu kwa maisha ya binadamu. Kwa mfano, shinikizo la damu, ambalo ni shinikizo linalojitokeza na damu kama inapita ndani ya mishipa ya damu, lazima liwe kubwa ya kutosha ili kuwezesha damu kufikia tishu zote za mwili, na bado chini ya kutosha ili kuhakikisha kwamba mishipa ya damu yenye maridadi yanaweza kuhimili msuguano na nguvu ya mtiririko wa pulsating wa damu iliyoshinikizwa.