CÁC QUÁ TRÌNH CƠ HỌC VÀ CƠ THỂ SỐNG pot

Nguyên lý Pascal:Áp suất tác động lên một điểm trong một chất lỏng kín và không chịu nén sẽ được truyền không suy giảm tới mọi điểm trong chất lỏng và tới thành bình... Chảy tầng và ch

CHUYÊN ĐỀ 1 CÁC QUÁ TRÌNH CƠ HỌC

VÀ CƠ THỂ SỐNG

1.1 CHẤT LỎNG & DÒNG CHẤT LỎNG

1.2 HỆ TUẦN HOÀN

1.3 VẬN CHUYỂN QUA MÀNG TẾ BÀO

1.4 ÂM VÀ SIÊU ÂM TRONG Y HỌC

1.1 CHẤT LỎNG VÀ DÒNG CHẤT LỎNG

1.1.1 Mở đầu:

1.1.2 Áp suất thủy tĩnh:

Áp suất thủy tĩnh chỉ phụ thuộc

vào chiều cao cột nước, không

phụ thuộc vào tiết diện bình chứa.

Đơn vị đo (SI): Pascal (Pa)

Trong y học: mmHg (1 mmHg = 133 Pa)

Thí dụ 1.1: Truyền dịch

Treo bình cao bao nhiêu?

h = 24 cm

1.1.3 Nguyên lý Pascal:

Áp suất tác động lên một điểm trong một chất lỏng kín (và

không chịu nén) sẽ được truyền không suy giảm tới mọi điểm

trong chất lỏng và tới thành bình.

Ứng dụng?

Bơm thủy lực:

1.1.4 Sức căng mặt ngoài:

γ = F / 2C (N/m = N.m/m2 = J/m2) năng lượng trên một đơn vị diện tích mặt ngoài

Ý nghĩa? Vô cùng to lớn!

• Hình dạng ưa thích của tự nhiên?

Hình cầu

Tại sao?

Aristotles: Đó là dạng hoàn thiện nhất

Tự nhiên ưa thích sự hoàn thiện

Khoa học hiện đại:

Hình cầu có diện tích mặt ngoài bé nhất cho một khối thể tích

→ Để duy trì nó, chỉ cần một năng lượng tối thiểu (nguyên lí cực tiểu năng lượng)

Hình cầu tinh xảo

Sức mạnh tiến hóa:

• Tại sao người ở xứ lạnh to lớn hơn ở xứ nóng? (Tiến hóa thế nào?)

Câu trả lời: vật lớn có diện tích mặt ngoài trên một đơn vị thể tích nhỏ hơn vật nhỏ (tỉ lệ diện tích/thể tích ~ R 2 /R 3 = 1/R giảm khi R tăng).

→ người xứ lạnh cần lớn (diện tích mặt ngoài nhỏ) để giữ nhiệt.

→ người xứ nóng cần nhỏ (d/tích m/ngoài lớn) để tỏa nhiệt tốt.

• Sức căng mặt ngoài và phổi:

23 bậc rẽ nhánh:

600 triệu phế nang, r = 100 μm (hít căng ¾)

D/tích trao đổi khí 75 m2 (sân tennis) (do cấu trúc fractal)

Nếu các bong bóng kích thước khác nhau?

Fractal - hình học của sự sống

Nguyên lý tổ chức: tự đồng dạng

Đường cong Koch:

Cái vô hạn trong cái hữu hạn?

Chu vi: 3 x 4/3 x 4/3 x… → ∞;

Diện tích: đường tròn ngoại tiếp tam giác ban đầu, tức hữu hạn.

Tổ chức: cực kì đơn giản

Cấu trúc fractal

Một cấu trúc tính toán Một cấu trúc tự nhiên

Cấu trúc fractal

1.5 Phương trình liên tục Định luật Bernoulli:

Xét chất lỏng không chịu nén chảy trong ống có thành cứng:

v1S1 = v2S2

Máy bay bay như thế nào?

Cánh máy bay được thiết kế để tạo lực nâng khi cất và hạ cánh

1.1.6 Độ nhớt Định luật Poiseuille:

Xét ống nằm ngang:

1.1.7 Số Reynolds Chảy tầng và chảy rối:

Một vật cứng chuyển động trong chất lỏng chịu 2 sức cản:

Sức cản quán tính (làm nước thay đổi trạng thái quán tính)

Vật lý:

hoạt động điện và cơ của tim

1.2.2 Hoạt động của tim:

1.2.2.1 Cấu trúc:

Hai vòng tuần

hoàn lớn và nhỏ

1.2.2.2 Chu trình tim và tiếng tim:

1.2.2.3 Lực tâm thu Công của tim:

A = At + Ađ = pVt + ½ mv 2 = pVt + ½ ρVtv 2

At thành phần tĩnh, giúp dòng máu thắng áp suất trong đ/m chủ

Ađ thành phần động, để gia tốc máu tới v = 0.5 m/s ở đ/m chủ

A = 0.8 + 0.008 (J) = 0.81 (J) Nếu tính cả thất phải: A = 1 (J)

Công của tim chủ yếu (99%) để thắng sức cản của hệ mạch

Thí dụ 1.6: Công của tim trong một đời người?Tuổi thọ 70 năm, nhịp tim 75 nhịp/phút:

A = 70 năm x 365 ngày x 24 giờ

1.2.3.2 Định luật Bernoulli:

p + ½ ρv 2 = const

Chất lỏng lí tưởng (η = 0): v giảm thì áp suất động giảm và áp suất tĩnh sẽ tăng

Áp dụng cho dòng máu: huyết áp tại mao mạch lớn nhất (!)

Mâu thuẫn được giải quyết vì máu là chất lỏng thực (η ≠ 0): 99% công của tim dùng để thắng sức cản

→ áp suất tĩnh tại mao mạch là nhỏ nhất

1.2.3.3 Định luật Hagen – Poiseuille:

Xét chất lỏng thực:

∆P = P0 - P = 8QηL / (πR 4 ) = Q Rtđ

→ Sự giảm áp ∆P ~ Rtđ

Đo đạc:

• 80% tổng trở thuộc về tiểu động mạch + mao mạch

• ¾ thuộc t.đ.m và ¼ thuộc mao mạch

• Sự giảm áp lớn nhất ở t.đ.m, rồi đến mao mạch

Tại sao Rtđ tiểu đ/mạch lớn hơn ở mao mạch?

Hai nguyên nhân: 1) hiệu ứng thành mạch

1.2.3.4 Đo huyết áp

bằng huyết áp kế:

Nguyên tắc: nghe các âm

Korotkoff của dòng chảy

rối

(đo gián tiếp)

1.3 VẬN CHUYỂN QUA MÀNG:

1.3.1 Mở đầu:

Sự sống là gì?

Đặc trưng của tế bào (tiên đề 1 của sinh học)

Cơ thể sống: cơ thể đơn hoặc đa bào

(virus là cơ thể sống?)

1.3.2 Cấu trúc và chức năng của màng:

1.3.3 Các con đường vận chuyển:

• Hai con đường: Tan trong lipid

Qua protein xuyên màng:

kênh ion chất vận tải

• Ba cách thức vận chuyển:

khuếch tán qua lipid khuếch tán qua kênh vận chuyển nhờ chất mang

• Màng có tính thấm chọn lọc → gradient nồng độ

Tạo ATP (màng ti thể) Thực hiện các quá trình vận chuyển (thụ động) Biến đổi các tín hiệu điện

• Các hình thức vận chuyển:

Độc vận Hiệp vận: đồng vận

đối vận

• Vận chuyển thụ động và vận chuyển tích cực:

Thụ động: cùng chiều gradient điện hóa

không dùng năng lượng (ATP)

1.3.4 Khuếch tán:

• Quá trình vật chất đi từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp nhờ chuyển động nhiệt

• Ba hình thức khuếch tán:

KT đơn giản qua lipid

KT đơn giản qua kênh

KT tăng cường (tạo thuận, liên hợp) nhờ chất mang (Thẩm thấu nước)

1.3.5 Vận chuyển tích cực:

Nguyên phát và thứ phát

VCTC thứ phát: hiệp vận với sự khuếch tán Na + từ ngoài vào

Bơm Na + -K +

1.3.6 Bài xuất và nhập bào:

Xuất bào

Thực bào

• Thực bào:

Bạch cầu đa nhân thực bào

vi khuẩn đang phân chia

Một vi khuẩn phân chia

bao nhiêu lần sẽ có kích

thước bằng hệ mặt trời?

(Giả thiết mọi khuẩn đều

sống sót sau phân chia )

1.4 ÂM VÀ SIÊU ÂM TRONG Y HỌC:

1.4.1 Âm:

Môi trường đàn hồi: các phần tử

dao động quanh vị trí cân bằng

Sóng: sự lan truyền dao động

trong MTĐH

Sóng ngang và sóng dọc

PHÂN LOẠI ÂM:

• Theo dạng sóng:

Âm nhạc: nhiều tính

tuần hoàn, ít tắt dần

Tạp âm: ngược lại

Xung âm: tắt nhanh,

b/độ lớn

Ngựa Hans thông minh

CÁC ĐẶC TRƯNG KHÁCH QUAN VÀ CHỦ QUAN

• Ốc tai:

Lớp màng đáy

• Khách quan biến thành chủ quan như thế nào?

Không biết !

Prof Lettvin: I am not

a frog, I don’t know

J Lettvin (1920- ): nhà thơ, nhà tâm thần,

1.4.1.2 Cường độ và mức to:

Năng lượng sóng âm qua một đơn vị

diện tích trong một đơn vị thời gian [ I ] = J/(m 2 s) = W/m 2

Loại âm thanh Cường độ (W/m 2 ) tại 1000 Hz

Ngưỡng nghe 10 -12 Phi cơ siêu thanh Concord

• Sự cảm nhận âm thanh về mặt cường độ: Mức to

Tai người: cực kì nhạy

cảm (muỗi & xe lửa)

Mức to của một số loại âm:

Đường cong đồng mức to: (độ phân giải tai người là 1 dB)

Thí dụ 1.7: Xác định sự thay đổi mức âm tính theo dB.

Tính sự giảm mức âm khi một trong hai loa ngưng hoạt động.

Khi 1 loa ngưng, cường độ âm giảm một nửa, nên sự giảm mức âm:

∆N = 10 lg (1/2) ≈ - 3 dB

Hay khi mức âm tăng 3 dB, cường độ tăng gấp đôi

Từ mức nói chuyện thông thường (60 dB) tới buổi hòa nhạc rock (110 dB), mức âm chỉ tăng 50 dB, nhưng cường độ âm

tăng tới 2 50/3 ≈ 2 17 ≈ 100 ngàn lần!

1.4.1.3 Dạng sóng và âm sắc:

• Phân tích Fourier:

Dao động tuần hoàn

Dao động điều hòa

Jean Baptiste Joseph Fourier:

Một hàm tuần hoàn có thể xấp xỉ bằng các hàm điều hòa:

y(t) ≈ ΣAn sin (nωt + Фn)

N cần lớn đến mức nào?

Không quá lớn!

Phân tích Fourier:

Phân tích Fourier là gì? Xác định An và Фn,

tức tìm các họa âm

Âm có tần số nhỏ nhất f1 gọi là họa âm thứ nhất (họa âm cơ bản)

Âm có tần số là bội của f0 là các họa âm cao

fn = nf1 tần số họa âm thứ n hay họa âm cao thứ (n-1)

Tổng hợp Fourier: ngược lại (một số bản nhạc điện tử)

1.4.1.4 Nguồn âm:

• Dây đàn dao động, như ở đàn ghi-ta?

1.4.2 Hiệu ứng Doppler:

Sự thay đổi tần số âm thu

được so với tần số âm gốc khi

máy thu và nguồn phát chuyển

động tương đối với nhau.

Vì f = v/λ → tần số âm thu được

phía bên phải sẽ lớn hơn tần số

âm phía bên trái.

Minh họa hiệu ứng Doppler:

Phía trước: tần số tăng Phía sau: tần số giảm

Qui luật định lượng:

Hiệu ứng Doppler

Lại gần: f tăng

Rời xa: f giảm

Sóng xung kích:

Nguồn âm tiến lại máy thu với tốc độ vp ≥ v ?

Sóng xung kích trong thực tế:

Máy bay siêu thanh

Y khoa: Phá sỏi

1.4.3 Siêu âm trong y học

1.4.3.1 Một số đại lượng đặc trưng:

Dải tần MHz (hấp thụ chủ yếu ở lớp mô mềm 1 - 5 cm)

Bài toán tối ưu hóa:

Tần số tăng: độ phân giải tăng; độ xuyên sâu giảm Tần số giảm: độ phân giải giảm; độ xuyên sâu tăng

Tối ưu toàn cục phi tuyến:

Giáo sư Hoàng Tụy

1.4.3.2 Siêu âm trong chẩn đoán:

Máy Đầu dò (gốm áp điện)

Để làm gì?

Tạo ảnh (đen trắng)

Thai 16 tuần

Siêu âm Doppler:

Đo tốc độ và chuyển động Trái: van ba và hai lá; Phải: van đ/m chủ

Siêu âm Doppler:

Phổ Doppler

Phổ Doppler động mạch cảnh

Siêu âm Doppler:

Siêu âm xuyên sọ

trong thần kinh học

1.4.3.3 Siêu âm trong điều trị:

Vật lý trị liệu & PHCN

giảm đau kháng viêm chống xơ sẹo kích thích tái sinh đưa thuốc

Vấn đề an toàn:

• Trong chẩn đoán:

An toàn, vì mật độ công suất nhỏ (cỡ μW/cm 2 )

• Trong điều trị:

VLTL-PHCN: An toàn, vì mật độ công suất cỡ mW/cm 2

Các lĩnh vực khác: Nói chung an toàn, vì tuy công suất đỉnh xung lớn nhưng công