bai van chuyen (short)

MỤC TIÊU• Phân biệt được các dạng vận chuyển vật chất qua màng tế bào và hiểu được động lực, cơ chế của các quá trình này • Biết được các qui luật của động lực học chất lỏng, các đặc điể

MỤC TIÊU

• Phân biệt được các dạng vận chuyển vật chất qua màng tế bào và hiểu được động lực,

cơ chế của các quá trình này

• Biết được các qui luật của động lực học chất lỏng, các đặc điểm của quá trình tuần hoàn máu trong cơ thể

• Biết được các cơ chế, đặc điểm của quá trình hô hấp và trao đổi khí trong cơ thể

I Vận chuyển vật chất qua màng sinh vật

1 Các hiện tượng, qui luật vật lý liên quan đến vận chuyển vật chất ở mức độ phân tử

2 Phân loại các hình thức vận chuyển vật chất qua các màng trong cơ thể sống – cơ chế, động lực

3 Các đặc điểm của các quá trình vận chuyển vật chất qua màng tiêu biểu trong cơ thể

1.Các hiện tượng, qui luật vận chuyển ở mức độ phân tử

Hiện tượng khuếch tán

• Khái niệm KHUẾCH TÁN được gắn với sự vận chuyển một chất giữa hai vùng tiếp giáp

từ vùng có mật độ chất đó cao hơn đến vùng có mật độ thấp hơn Có được là nhờ chuyển động nhiệt hỗn loạn của các phân tử

Các qui luật khuếch tán

Khái niệm Gradient :

• Giả sử có một đại lượng vô hướng nào đó có độ lớn biến thiên trong không gian (Ox ,

Oy , Oz) và được biểu diễn bởi hàm số f (x,y,z)

• Từ nay về sau ta chỉ xét trường hợp riêng trong đó f biến thiên chỉ theo trục tọa độ Ox

⇔ f(x,y,z) = f(x)

Với mỗi điểm trong không gian, toán tử gradient f ( kí hiệu là grad f hoặc ∇ f) là một vector

được xác định như sau

grad f = f ’(x).ex - trong đó ex là vectơ đơn vị theo trục Ox

• Thí dụ : f(x) = kx  grad f = k ex

• Như vậy grad f đặc trưng cho mức độ tăng giảm của hàm f theo tọa độ x

• Thuật ngữ gradient được dùng rộng rãi khi đề cập đến một thông số nào đó của môi

trường mà có giá tri không đồng nhất theo không gian Thí dụ gradient T, nồng độ, áp suất ,điện thế,…

• Định luật Fick cho ta biết mật độ dòng vận chuyển tổng cộng của một chất tại một điểm nào đó khi chỉ tính đến động lực duy nhất là gradient nồng độ Nồng độ của chất đang xét đến trong môi trường biến thiên theo trục Ox : C = f(x)

J = – D gradC

• J – mật độ dòng vận chuyển, có chiều từ nơi mật độ cao đến nơi mật độ thấp hơn=số

mol dM một chất được vận chuyển trong thời gian dt qua diện tích dS vuông góc trục Ox

• D – hệ số khuếch tán D phụ thuộc bản chất môi trường mà phân tử chuyển động nhiệt

và khuếch tán trong đó, phụ thuộc tính chất, kích thước của phân tử khuếch tán, phụ thuộc nhiệt độ Dấu trừ ( – ) trong biểu thức nói lên chiều vận chuyển ngược chiều vectơ gradient nồng độ, nghĩa là vận chuyển từ nơi nồng độ cao đến nơi thấp

A loãng, B đặc 

A NHƯỢC TRƯƠNG so với B

B ƯU TRƯƠNG so với A

A và B tương đương nhau về nồng độ  A đẳng trương B

Áp suất thẩm thấu của một dung dịch được xác định khi so sánh dung dịch với nước tinh khiết, trong sinh học khi nói đến áp suất thẩm thấu, dung môi được hiểu là nước

• Số lượng tổng cộng các loại phân tử chất tan trong đơn vị thể tích dung môi càng lớn  Giá trị áp suất thẩm thấu của dung dịch càng lớn

• Áp suất thẩm thấu không phụ thuộc điện tích của các phần tử tan trong nước

•

• ΠT T tỷ lệ thuận C ( nồng độ tất cả các phân tử tan trong dung dịch)

• Công thức Van’t – Hoff

ΠT T = i C M R.T

R – hằng số khí lý tưởng ; T – nhiệt độ K

i – yếu tố Van’t Hoff, i – tỷ lệ giữa số các phần tử nhỏ nhất hình thành trong dung dịch so với

số các phân tử ban đầu được hòa tan vào nước Thí dụ 1 phân tử NaCl tan trong nước tạo 2 ion Na+ và

Cl-• Giá trị của i trong một số trường hợp :

+ chất tan trong dung dịch không bị điện ly (thí dụ Glucose)  i = 1

+ chất tan trong dung dịch là các ion tạo nên do sự điện ly bởi nước (thí dụ các muối KCl,

NaCl) i > 1

+ chất tan trong dung dịch là các phân tử do hai loại phân tử gắn kết vào nhau tạo thành, (thí

dụ ethanoic acid hay benzoic acid trong benzene )  i < 1

• Áp suất thẩm thấu của dung dịch gồm nhiều chất tan là tổng các áp suất thẩm thấu riêng phần do nồng độ từng loại chất tan tạo nên

Hồng cầu cần được bảo quản trong dung dịch huyết tương với tỷ lệ đặc trưng các muối và các protein, sao cho nó đẳng trương so với hồng cầu

Thực tế huyết tương này trong đa số bệnh viện hơi ưu trương một chút so với hồng cầu

Áp suất thẩm thấu keo là gì?

• Áp suất thẩm thấu một dung dịch xét riêng trong y học ít có ý nghĩa Ta quan tâm đến hiện tượng thẩm thấu gữa hai dung dịch ngăn cách bởi màng sinh vật

• Màng không cho loại phần tử chất tan nào qua thì chất tan đó mới quyết định áp suất thẩm thấu

• Dung dịch trong cơ thể sống luôn hòa tan các phân tử hữu cơ lớn lơ lửng được gọi là dung dịch keo Màng sinh vật trong cơ thể hầu như cho các loại chất tan không phải dạng keo đi qua và không cho các chất tan dạng keo đi qua

• Khi đó sự vận chuyển nước bởi hiện tượng thẩm thấu qua màng được quyết định bởi tương quan giữa áp suất thẩm thấu tạo bởi nồng độ các phần tử keo trong 2 dung dịch ngăn bởi màng

Hiện tượng Lọc

• Lọc là quá trình vận chuyển nước qua các lỗ nhỏ của màng ngăn nhờ chênh lệch áp suất thủy tĩnh giữa hai phía của màng ngăn

• Trong quá trình lọc, các chất tan trong nước được vận chuyển cùng nếu chúng qua được các lỗ

• Các chất tan được vận chuyển do nước cuốn theo, không do chuyển động nhiệt  không tuân theo qui luật khuếch tán

• Lưu lượng lọc qua một màng

• R – sức cản thủy động của màng đối với chất lỏng, phụ thuộc số lỗ, thiết diện lỗ, chiều dày màng, độ nhớt chất lỏng

R

P dt

ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA MÀNG TIÊU BIỂU TRONG

CƠ THỂ

Siêu lọc ở cầu thận

Xét 3 loại áp suất ở cầu thận

- Áp suất máu trong mao mạch P1 = 70 mm Hg

- Áp suất thuỷ tĩnh của dịch trong bọc Bowman P2 = 14 mm

Hg

Chênh lệch hai áp suất thủy tĩnh này đẩy chất lỏng đi từ mao

mạch vào bọc Bowman

- Áp suất thẩm thấu keo trong mao mạch cầu thận tạo ra do

nồng độ protein hòa tan trong huyết tương P = 32 mm Hg Áp

suất này đẩy chất lỏng đi từ bọc Bowman vào mao mạch

 Áp suất tổng cộng P = P1 – P2 – P = 24 mm Hg  đây

chính là áp suất thủy tĩnh trội hơn áp suất thẩm thấu keo và hướng từ mao mạch vào bọc Bowman

 Vậy khi qua búi mao mạch cầu thận, nước và các chất từ máu qua màng lọc vào bọc Bowman nhờ quá trình lọc và

tạo ra nước tiểu sơ cấp Các đại phân tử như protein, hồng cầu không thể đi qua màng lọc và bị giữ lại trong máu

Vận chuyển vật chất qua thành mao mạch

• Mao mạch là các mạch máu nhỏ nhất nối động mạch nhỏ với tĩnh mạch nhỏ Nơi diễn ra

sự trao đổi oxy, carbonic, dưỡng chất, chất thải giữa máu và các mô

• Thành mao mạch được cấu tạo bởi một lớp tế bào liên kết với nhau, bao phủ bởi lớp màng nền

• Phụ thuộc cấu trúc thành mao mạch và màng nền (độ rộng khe liên kết giữa các tế bào thành mao mạch và giữa các phân tử protein màng nền) mà ta có tính thấm ở các đoạn mao mạch khác nhau

• Thành mao mạch không cho hồng cầu qua, có thể cho qua một số cao phân tử, protein tùy cấu trúc loại mao mạch,

• Nước, môi trường hòa tan các chất trong huyết tương và trong dịch mô, được vận

chuyển qua thành mao mạch nhờ vận chuyển thụ động, quyết định bởi các gradient áp

suất thủy tĩnh và áp suất thẩm thấu Tổng các gradient áp suất thủy tĩnh và thẩm thấu quyết định chiều vận chuyển tổng cộng của nước

Các hình thức vận chuyển qua thành mao mạch

• Sự vận chuyển các chất tan trong máu và dịch mô qua thành mao mạch có 3 cách chính: khuếch tán, theo dòng nước và vận chuyển chủ động

• Theo dòng nước là sự vận chuyển theo cả hai chiều nhờ được chất lỏng cuốn theo Sự vận chuyển như thế không phụ thuộc gradient nồng độ của từng chất mà chỉ phụ thuộc thành mao mạch cho qua chất nào

• Khuếch tán đặc biệt quan trọng trong vận chuyển chất khí O2, CO2, các chất tan trong chất béo

• Vận chuyển chủ động chưa được hiểu rõ lắm nhưng có bằng chứng cho thấy trong quá trình lọc máu ở thận có sự vận chuyển này

Vận chuyển nước và các chất theo dòng qua thành mao mạch

• Nước được vận chuyển nhờ hai loại động lực: chênh lệch áp suất thẩm thấu và chênh lệch áp suất thủy tĩnh giữa máu và dịch mô

• Áp suất thủy tĩnh của máu trong mao mạch giảm dần theo chiều từ đầu phía động mạch nhỏ đến đầu phía tĩnh mạch nhỏ, cao hơn so với dịch mô ở đoạn đầu (∆P máu-dịch ≈ 40mmHg) và gần bằng so với dịch mô ở đoạn cuối (∆ P máu-dịch ≈ 10mmHg).

• Áp suất thẩm thấu của máu trong mao mạch lại cao hơn so với dịch mô và tăng nhẹ theo chiều dài mao mạch từ đầu phía động mạch nhỏ đến đầu phía tĩnh mạch nhỏ (∆Π

máu-dịch ≈ 25mmHg)

• Chiều vận chuyển chất lỏng tại vị trí đoạn mao mạch xác định phụ thuộc tương quan giữa các gradient áp suất thẩm thấu và áp suất thủy tĩnh

• Đoạn đầu phía động mạch nhỏ, lọc > thẩm thấu  chất lỏng từ máu vào dịch mô 

glucose, các acid amin, ion đi vào dịch mô theo dòng nước

• Đoạn cuối gần tĩnh mạch nhỏ, thẩm thấu > lọc  chất lỏng từ dịch mô vào máu (quá

trình còn được gọi là tái hấp thụ) nước, các ion, chất thải từ quá trình trao đổi chất từ lại từ dịch mô vào máu theo dòng nước

Chú ý: Từ những phân tích trên ta thấy áp suất tĩnh của máu trong mao mạch phải đủ lớn thì ở đoạn đầu mao mạch mới có thể xảy ra hiện tượng lọc làm cho nước hòa tan các chất dinh dưỡng vào dịch mô Áp huyết thấp dẫn đến sự nuôi dưỡng các mô kém ảnh hưởng hoạt động

cơ quan đặc biệt rõ rệt ở đầu, làm cho quá trình siêu lọc ở cầu thận cũng yếu

VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO

Cấu trúc màng tế bào

~ 50% lipid (chủ yếu phospholipid; ở tế bào động vật cholesterol chiếm khoảng 1/3

lượng này)

~50% protein

TÍNH THẤM CỦA MÀNG TẾ BÀO

• Màng bán thấm chỉ cho một số ít các chất đi qua

• Chắn phần lớn các chất được tổng hợp một cách hữu cơ bên trong tế bào

• O2, CO2, H2O đi qua tốt trong khi các ion gần như không thể đi qua do tính chất kị nước của đuôi phospholipid ở giữa màng

CÁC KÊNH PROTEIN

• Màng tế bào dày khoảng 7 nm, lớp vỏ phospholipids kép gần như không cho các ion qua

• Nhưng màng được “rải”, “cắm” dày đặc các protein với những chức năng đa dạng

• Một số các protein này tạo nên các lỗ trên màng  các “kênh” cho các chất hóa học tan trong nước đi qua qua màng

• Có nhiều loại “kênh” phụ thuộc bản chất các protein cấu thành Thí dụ có loại “kênh” dành cho nước, đủ rộng cho các phân tử nước nhưng đủ hẹp để ngăn các chất khác như rượu

• Một số “kênh” chỉ cho những ion đặc thù đi qua được gọi là “kênh ion”, thí dụ là các kênh Kali, kênh Natri Các kênh ion đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong hoạt động sống của

cơ thể

VẬN CHUYỂN THỤ ĐỘNG

• Trong cơ thể sống tồn tại 4 loại gradient cơ bản: gradient nồng độ; gradient áp suất thẩm thấu; gradient áp suất thủy tĩnh; gradient điện thế

• Tương ứng với các gradient này là 4 cơ chế vận chuyển: khuếch tán; thẩm thấu; lọc; vận chuyển ion bởi điện trường

• Vận chuyển thụ động là vận chuyển tự nhiên nhờ sự có mặt các gradient

Khuếch tán qua màng tế bào

• Khuếch tán qua màng chia thành hai cơ chế: khuếch tán đơn giản và khuếch tán được

hỗ trợ

• Khuếch tán đơn giản là sự vận chuyển tự nhiên của các chất qua màng theo 2 cách – qua lớp phospholipid kép và qua các kênh do protein tạo thành

• Qua phospholipid kép thường là các chất hữu cơ lơ lửng không tan trong nước nhưng tan được trong lipid

• Qua các kênh thường là các chất vô cơ tan trong nước như các ion, …

• Nước qua cả lớp phospholipid kép vừa qua các kênh dành cho nước

• Khuếch tán được hỗ trợ phải cần có gradient nồng độ nhưng được hỗ trợ bởi “chất mang”

• Các phân tử đi qua màng tế bào nhờ được một phân tử protein “chất mang” bắt lấy ở một phía màng tế bào và nhả ra ở phía kia Sự vận chuyển bởi “chất mang” thụ động không tiêu hao năng lượng trao đổi chất

• Sự vận chuyển thụ động bởi chất mang thường là cần một điều kiện nào đó kích hoạt chất mang Thí dụ cần có insulin gắn vào protein thụ thể nhất định trên màng thì protein vận chuyển glucose mới hoạt động

VẬN CHUYỂN CHỦ ĐỘNG

• Trong nhiều trường hợp tế bào phải vận chuyển các chất chống lại gradient nồng độ tức

là từ nơi mật độ thấp đến nơi mật độ cao Điều này gắn liền nhu cầu tích lũy các chất mà

tế bào cần trong một mật độ cao thí dụ như một số ion nhất định, glucose, amino acids

• Sự vận chuyển các chất từ nhu cầu của tế bào theo hướng chống lại xu thế khuếch tán được gọi là vận chuyển chủ động

• Ngược với vận chuyển thụ động, vận chuyển chủ động đòi hỏi tế bào tiêu tốn năng

lượng trao đổichất bên trong nó, từ sự thủy phân ATP

• Có 3 dạng vận chuyển chủ động ở tế bào: 1 – thực hiện bởi các protein trên màng (các

“bơm”) 2 – nhập bào (bao gồm thực bào và ẩm bào) 3 – xuất bào

Các ví dụ của vận chuyển chủ động:

Bơm K-Na

• Sự vận chuyển K+ vào trong tế bào và Na+ ra ngoài tế bào chống lại xu thế khuếch tán được thực hiện bởi protein chất mang đặc biệt (còn được gọi là bơm K-Na)

• Quá trình “bơm” liên tục Na+ ra và “hút” K+ vào tạo ra sự chênh lệch nồng độ lớn giữa môi trường trong và ngoài tế bào đối với từng loại ion

Bơm proton hay là bơm H+

Các ion H+ được “bơm” từ trong các tế bào ở thành dạ dày ra ngoài, kết hợp với Cl- để tạo

ra HCl trong dạ dày

Lưu ý:

Cần thận trọng với nhóm thuốc được gọi là “chữa” đau dạ dày thực chất là các hóa chất ức chế các bơm proton này, không chỉ ức chế bơm proton, còn ức chế sự tiết các men tiêu hóa khác như pepsin, Kết quả, không tiêu hóa được thức ăn và nhiều tác dụng phụ rất nghiêm trọng nếu dùng lâu dài như loãng xương,

3 Các qui luật của động lực học chất lỏng Các đặc điểm của sự tuần hoàn máu trong cơ thể

Phương trình Bernoulli

(bỏ qua ma sát)

Sự vận chuyển máu trong hệ tuần hoàn

Máu chảy liên tục trong các động mạch theo hướng nhất định là nhờ

• Tim: co bóp tạo áp lực đẩy máu từ tim vào động mạch chủ và tiếp đến hệ động mạch lớn nhỏ

• Hệ thống van: giữa các buồng tim và trong lòng các đoạn mạch, chức năng là chỉ cho phép máu đi theo một chiều nhất định

• Tính đàn hồi của thành động mạch: chức năng làm cho dòng máu chảy liên tục không đứt quãng ngay cả khi không có áp lực bơm máu của tim (kì tâm trương)

Máu chảy liên tục trong các tĩnh mạch theo hướng về tim là nhờ

• Các van chỉ cho máu đi về hướng tim

• Các cơ trơn trên thành mạch: làm co giãn lòng mạch, góp phần vào việc bơm máu ở tĩnh mạch

• Sức ép của các cơ xương lên tĩnh mạch, các chuyển động hô hấp

Tính đàn hồi của thành mạch Nhịp đập của động mạch

Sự giảm áp suất trên hệ mạch

• Áp suất máu ở động mạch chủ khoảng 115 ÷130 mmHg rồi giảm dần theo chiều dài của

hệ mạch

• Đến đầu các động mạch nhỏ áp suất máu là 70 ÷ 80 mmHg

• Đầu các mao mạch chỉ còn 20 ÷ 40 mmHg Cuối các mao mạch khoảng 8 ÷ 15 mmHg,

• Ở tĩnh mạch chủ đổ vào tim, áp suất máu có giá trị âm so với áp suất khí quyển

• Áp suất giảm dần do máu chuyển động trong lòng mạch có lực nội ma sát (công thức Poiseuille) Năng lượng bị hao hụt do tiêu hao để thắng sức cản của hệ mạch ngoại vi

• Sức cản hệ mạch phụ thuộc các yếu tố hình học của hệ mạch và độ nhớt của máu

• Độ giảm áp suất máu lớn nhất tương ứng phần hệ mạch đóng góp nhiều nhất vào sức cản mach ngoại vi, trên hình chính là đoạn các động mạch nhỏ và mao mạch, chiếm đến 80% sức cản hệ mạch ngoại vi

ÁP HUYẾT và ĐO ÁP HUYẾT

Khi áp suất trong túi khí đủ lớn, nó sẽ ép lên động mạch làm cho máu không thể chảy qua, thể hiện ở việc

qua ống nghe ta không nghe thấy dòng chảy và mạch đập Lưu ý rằng, chỉ số áp suất trên khí áp kế thực chất là hiệu áp suất khí trong túi khí trừ đi áp suất khí quyển.

Mở van túi khí, rất từ từ xả bớt khí trong túi ra, vẫn liên tục nghe tiếng động mạch Áp suất trong túi khí

giảm dần đến một giá trị mà áp huyết tâm thu vừa đủ thắng được áp suất ép từ túi khí, lòng mạch đang bị bít kín được hé ra, dòng chảy được khôi phục và mang tính chất mạnh, xoáy do khe hẹp Âm thanh đầu tiên của dòng chảy trong động mạch có thể dễ dàng nghe thấy bằng ống nghe Ta ghi lại số đo

trên khí áp kế thời điểm đó, giá trị này là áp huyết tâm thu

Tiếp tụ từ từ xả khí, máu vẫn chảy xoáy nhưng đến một thời điểm khi lòng mạch đã mở hết, áp suất máu thấp nhất và dòng chảy trở nên mang tính chất chảy thành lớp, đặc trưng bởi sự yếu đi đột ngột tiếng dòng chảy ta nghe được Áp suất máu khi dòng chảy thành lớp được phục hồi (bằng với áp

suất khí trong túi ghi nhận được vào thời điểm đó) là áp suất tâm trương

Vận tốc máu trên các đoạn mạch

• Tổng tiết diện của các mao mạch bằng 200 ÷ 400 lần tổng tiết diện của các động mạch nhỏ

• Từ phương trình liên tục vận tốc máu nhỏ nhất ở mao mạch, một điều thuận lợi cho hoạt động trao đổi chất giữa mao mạch và mô

• Tốc độ chảy của máu ở động mạch chủ là 10 ÷ 20 m/ s, động mạch cổ là 5,2 m/ s Lúc xuống mao mạch, tốc độ chỉ còn là 1 mm/ s

Cơ chế và các đặc điểm của sự thở và trao đổi khí

Khoang màng phổi

Là khoảng kín giữa hai màng mỏng (là một nhưng tạo thành túi 2 lớp) bao bọc phổi, màng ngoài gắn với thành ngực, màng trong gắn với các cấu trúc như phế nang, mạch máu, các tế bào thần kinh, các phế quản nhỏ

• Trong khoang màng phổi luôn có một ít chất lỏng để giảm ma sát giữa hai lớp màng

• Áp suất trong khoang màng phổi luôn là áp suất âm hơn một chút so với áp suất khí quyển

• Các kì hít vào thở ra được mô tả trên đồ thị 3 đồ thị: tổng thể tích các phế nang; áp suất khí trong các phế nang; áp suất trong khoang màng phổi (các loại áp suất được tính tương đối so với áp suất khí quyển)

•

Trao đổi khí giữa mao mạch phổi và phế nang

• O2 từ không khí trong các phế nang khuếch tán vào máu đồng thời CO2 từ máu khuếch

tán vào không khí trong phế nang qua lớp màng gồm thành mao mạch và thành phế

nang Lớp màng này chỉ dày 0,2 - 0,4 micromét nên O2, CO2 có thể khuếch tán qua

màng này

• Sự khuếch tán O2 vào huyết tương diễn ra mạnh là nhờ nồng độ O2 trong huyết tương Lkhông ngừng giảm nhanh vì O2 tạo hợp chất với hemoglobin của hồng cầu

Áp dụng các định luật cân bằng trong cơ học phân tích hoạt động hệ cơ xương khớp

SỰ QUAY (HOẶC KHÔNG QUAY) CỦA MỘT XƯƠNG BẤT KÌ QUANH KHỚP ĐỀU DO

TƯƠNG QUAN GIỮA 2 MOMENT TẠI ĐIỂM QUAY LÀ KHỚP ; 1 TẠO BỞI KHÁNG LỰC (TRỌNG LƯỢNG PHẦN CƠ THỂ, TẢI TRỌNG DO MANG VẬT NẶNG,…) VÀ 1 TẠO BỞI LỰC

CO CƠ