bai van chuyen (short)

MỤC TIÊU • Phân biệt dạng vận chuyển vật chất qua màng tế bào hiểu động lực, chế trình • Biết qui luật động lực học chất lỏng, đặc điểm trình tuần hoàn máu thể • Biết chế, đặc điểm trình hô hấp trao đổi khí thể I Vận chuyển vật chất qua màng sinh vật Các tượng, qui luật vật lý liên quan đến vận chuyển vật chất mức độ phân tử Phân loại hình thức vận chuyển vật chất qua màng thể sống – chế, động lực Các đặc điểm trình vận chuyển vật chất qua màng tiêu biểu thể 1.Các tượng, qui luật vận chuyển mức độ phân tử Hiện tượng khuếch tán Khái niệm KHUẾCH TÁN gắn với vận chuyển chất hai vùng tiếp giáp từ vùng có mật độ chất cao đến vùng có mật độ thấp Có nhờ chuyển động nhiệt hỗn loạn phân tử Các qui luật khuếch tán Khái niệm Gradient : • Giả sử có đại lượng vô hướng có độ lớn biến thiên không gian (Ox , Oy , Oz) biểu diễn hàm số f (x,y,z) • Từ sau ta xét trường hợp riêng f biến thiên theo trục tọa độ Ox ⇔ f(x,y,z) = f(x) • Với điểm không gian, toán tử gradient f ( kí hiệu grad f ∇f) vector xác định sau grad f = f ’(x).ex - ex vectơ đơn vị theo trục Ox • Thí dụ : f(x) = kx  grad f = k ex • • • • • Như grad f đặc trưng cho mức độ tăng giảm hàm f theo tọa độ x Thuật ngữ gradient dùng rộng rãi đề cập đến thông số môi trường mà có giá tri không đồng 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 chất điểm tính đến động lực gradient nồng độ Nồng độ chất xét đến 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 chất vận chuyển thời gian dt qua diện tích dS vuông góc trục Ox D – hệ số khuếch tán D phụ thuộc chất môi trường mà phân tử chuyển động nhiệt khuếch tán đó, phụ thuộc tính chất, kích thước phân tử khuếch tán, phụ thuộc nhiệt độ Dấu trừ ( – ) biểu thức nói lên chiều vận chuyển ngược chiều vectơ gradient nồng độ, nghĩa 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 B tương đương nồng độ  A đẳng trương B Áp suất thẩm thấu Áp suất thẩm thấu dung dịch xác định so sánh dung dịch với nước tinh khiết, sinh học nói đến áp suất thẩm thấu, dung môi hiểu nước • • • • • Số lượng tổng cộng loại phân tử chất tan đơn vị thể tích dung môi lớn  Giá trị áp suất thẩm thấu dung dịch lớn Áp suất thẩm thấu không phụ thuộc điện tích phần tử tan nước Π T T tỷ lệ thuận C ( nồng độ tất phân tử tan dung dịch) Công thức Van’t – Hoff Π T T = i CM R.T R – số khí lý tưởng ; T – nhiệt độ K i – yếu tố Van’t Hoff, i – tỷ lệ số phần tử nhỏ hình thành dung dịch so với số phân tử ban đầu hòa tan vào nước Thí dụ phân tử NaCl tan nước tạo ion Na+ Cl• Giá trị i số trường hợp : + chất tan dung dịch không bị điện ly (thí dụ Glucose)  i = + chất tan dung dịch ion tạo nên điện ly nước (thí dụ muối KCl, NaCl) i > + chất tan dung dịch phân tử hai loại phân tử gắn kết vào tạo thành, (thí dụ ethanoic acid hay benzoic acid benzene )  i < • Áp suất thẩm thấu dung dịch gồm nhiều chất tan tổng áp suất thẩm thấu riêng phần nồng độ loại chất tan tạo nên Hồng cầu cần bảo quản dung dịch huyết tương với tỷ lệ đặc trưng muối protein, cho đẳng trương so với hồng cầu Thực tế huyết tương đa số bệnh viện ưu trương chút so với hồng cầu Áp suất thẩm thấu keo gì? • • • • Áp suất thẩm thấu dung dịch xét riêng y học có ý nghĩa Ta quan tâm đến tượng thẩm thấu gữa hai dung dịch ngăn cách màng sinh vật Màng không cho loại phần tử chất tan qua chất tan định áp suất thẩm thấu Dung dịch thể sống hòa tan phân tử hữu lớn lơ lửng gọi dung dịch keo Màng sinh vật thể cho loại chất tan dạng keo qua không cho chất tan dạng keo qua Khi vận chuyển nước tượng thẩm thấu qua màng định tương quan áp suất thẩm thấu tạo nồng độ phần tử keo dung dịch ngăn màng Hiện tượng Lọc • • • • • Lọc trình vận chuyển nước qua lỗ nhỏ màng ngăn nhờ chênh lệch áp suất thủy tĩnh hai phía màng ngăn Trong trình lọc, chất tan nước vận chuyển chúng qua lỗ Các chất tan vận chuyển nước theo, không chuyển động nhiệt  không tuân theo qui luật khuếch tán Lưu lượng lọc qua màng dV ∆P = dt R R – sức cản thủy động màng chất lỏng, phụ thuộc số lỗ, thiết diện lỗ, chiều dày màng, độ nhớt chất lỏng ĐẶC ĐIỂM MỘT SỐ QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA MÀNG TIÊU BIỂU TRONG CƠ THỂ Siêu lọc cầu thận Xét loại áp suất cầu thận - Áp suất máu mao mạch P1 = 70 mm Hg - Áp suất thuỷ tĩnh dịch bọc Bowman P2 = 14 mm Hg Chênh lệch hai áp suất thủy tĩnh đẩy chất lỏng từ mao mạch vào bọc Bowman - Áp suất thẩm thấu keo mao mạch cầu thận tạo nồng độ protein hòa tan huyết tương P = 32 mm Hg Áp suất đẩy chất lỏng từ bọc Bowman vào mao mạch  Áp suất tổng cộng P = P1 – P2 – P = 24 mm Hg  áp suất thủy tĩnh trội áp suất thẩm thấu keo hướng từ mao mạch vào bọc Bowman  Vậy qua búi mao mạch cầu thận, nước chất từ máu qua màng lọc vào bọc Bowman nhờ trình lọc tạo nước tiểu sơ cấp Các đại phân tử protein, hồng cầu qua màng lọc bị giữ lại máu Vận chuyển vật chất qua thành mao mạch • Mao mạch mạch máu nhỏ nối động mạch nhỏ với tĩnh mạch nhỏ Nơi diễn trao đổi oxy, carbonic, dưỡng chất, chất thải máu mô • Thành mao mạch cấu tạo lớp tế bào liên kết với nhau, bao phủ lớp màng • Phụ thuộc cấu trúc thành mao mạch màng (độ rộng khe liên kết tế bào thành mao mạch phân tử protein màng nền) mà ta có tính thấm đoạn mao mạch khác • Thành mao mạch không cho hồng cầu qua, cho qua số cao phân tử, protein tùy cấu trúc loại mao mạch, • Nước, môi trường hòa tan chất huyết tương dịch mô, vận chuyển qua thành mao mạch nhờ vận chuyển thụ động, định gradient áp suất thủy tĩnh áp suất thẩm thấu Tổng gradient áp suất thủy tĩnh thẩm thấu định chiều vận chuyển tổng cộng nước Các hình thức vận chuyển qua thành mao mạch • Sự vận chuyển chất tan máu dịch mô qua thành mao mạch có cách chính: khuếch tán, theo dòng nước vận chuyển chủ động • Theo dòng nước vận chuyển theo hai chiều nhờ chất lỏng theo Sự vận chuyển không phụ thuộc gradient nồng độ chất mà phụ thuộc thành mao mạch cho qua chất • Khuếch tán đặc biệt quan trọng vận chuyển chất khí O2, CO2, chất tan chất béo • Vận chuyển chủ động chưa hiểu rõ có chứng cho thấy trình lọc máu thận có vận chuyển Vận chuyển nước chất theo dòng qua thành mao mạch • Nước vận chuyển nhờ hai loại động lực: chênh lệch áp suất thẩm thấu chênh lệch áp suất thủy tĩnh máu dịch mô Áp suất thủy tĩnh máu mao mạch giảm dần theo chiều từ đầu phía động mạch nhỏ đến đầu phía tĩnh mạch nhỏ, cao so với dịch mô đoạn đầu (∆P máu-dịch ≈ 40mmHg) gần so với dịch mô đoạn cuối (∆P máu-dịch ≈ 10mmHg) • Áp suất thẩm thấu máu mao mạch lại cao so với dịch mô tăng nhẹ theo chiều dài mao mạch từ đầu phía động mạch nhỏ đến đầu phía tĩnh mạch nhỏ (∆Π máudịch ≈ 25mmHg) • Chiều vận chuyển chất lỏng vị trí đoạn mao mạch xác định phụ thuộc tương quan gradient áp suất thẩm thấu áp suất thủy tĩnh • Đoạn đầu phía động mạch nhỏ, lọc > thẩm thấu  chất lỏng từ máu vào dịch mô  glucose, acid amin, ion vào dịch mô theo dòng nước • Đoạn cuối gần tĩnh mạch nhỏ, thẩm thấu > lọc  chất lỏng từ dịch mô vào máu (quá trình gọi tái hấp thụ) nước, ion, chất thải từ trình trao đổi chất từ lại từ dịch mô vào máu theo dòng nước Chú ý: Từ phân tích ta thấy áp suất tĩnh máu mao mạch phải đủ lớn đoạn đầu mao mạch xảy tượng lọc làm cho nước hòa tan chất dinh dưỡng vào dịch mô Áp huyết thấp dẫn đến nuôi dưỡng mô ảnh hưởng hoạt động quan đặc biệt rõ rệt đầu, làm cho trình siêu lọc cầu thận yếu • VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT QUA MÀNG TẾ BÀO Cấu trúc màng tế bào ~ 50% lipid (chủ yếu phospholipid; tế bào động vật cholesterol chiếm khoảng 1/3 lượng này) ~50% protein TÍNH THẤM CỦA MÀNG TẾ BÀO • Màng bán thấm cho số chất qua • Chắn phần lớn chất tổng hợp cách hữu bên tế bào • O2, CO2, H2O qua tốt ion gần qua tính chất kị nước đuôi phospholipid màng CÁC KÊNH PROTEIN • Màng tế bào dày khoảng nm, lớp vỏ phospholipids kép gần không cho ion qua • Nhưng màng “rải”, “cắm” dày đặc protein với chức đa dạng • Một số protein tạo nên lỗ màng  “kênh” cho chất hóa học tan nước qua qua màng • Có nhiều loại “kênh” phụ thuộc chất protein cấu thành Thí dụ có loại “kênh” dành cho nước, đủ rộng cho phân tử nước đủ hẹp để ngăn chất khác rượu • Một số “kênh” cho ion đặc thù qua gọi “kênh ion”, thí dụ kênh Kali, kênh Natri Các kênh ion đóng vai trò đặc biệt quan trọng hoạt động sống thể VẬN CHUYỂN THỤ ĐỘNG • Trong thể sống tồn loại gradient bản: gradient nồng độ; gradient áp suất thẩm thấu; gradient áp suất thủy tĩnh; gradient điện • Tương ứng với gradient chế vận chuyển: khuếch tán; thẩm thấu; lọc; vận chuyển ion điện trường • Vận chuyển thụ động vận chuyển tự nhiên nhờ có mặt gradient Khuếch tán qua màng tế bào • Khuếch tán qua màng chia thành hai chế: khuếch tán đơn giản khuếch tán hỗ trợ • • • • • • • Khuếch tán đơn giản vận chuyển tự nhiên chất qua màng theo cách – qua lớp phospholipid kép qua kênh protein tạo thành Qua phospholipid kép thường chất hữu lơ lửng không tan nước tan lipid Qua kênh thường chất vô tan nước ion, … Nước qua lớp phospholipid kép vừa qua kênh dành cho nước Khuếch tán hỗ trợ phải cần có gradient nồng độ hỗ trợ “chất mang” Các phân tử qua màng tế bào nhờ phân tử protein “chất mang” bắt lấy phía màng tế bào nhả phía Sự vận chuyển “chất mang” thụ động không tiêu hao lượng trao đổi chất Sự vận chuyển thụ động chất mang thường cần điều kiện kích hoạt chất mang Thí dụ cần có insulin gắn vào protein thụ thể định màng protein vận chuyển glucose hoạt động VẬN CHUYỂN CHỦ ĐỘNG • Trong nhiều trường hợp tế bào phải vận chuyển chất chống lại gradient nồng độ tức từ nơi mật độ thấp đến nơi mật độ cao Điều gắn liền nhu cầu tích lũy chất mà tế bào cần mật độ cao thí dụ số ion định, glucose, amino acids • Sự vận chuyển chất từ nhu cầu tế bào theo hướng chống lại xu khuếch tán gọi vận chuyển chủ động • Ngược với vận chuyển thụ động, vận chuyển chủ động đòi hỏi tế bào tiêu tốn lượng trao đổichất bên nó, từ thủy phân ATP • Có dạng vận chuyển chủ động tế bào: – thực protein màng (các “bơm”) – nhập bào (bao gồm thực bào ẩm bào) – xuất bào Các ví dụ vận chuyển chủ động: Bơm K-Na • Sự vận chuyển K+ vào tế bào Na+ tế bào chống lại xu khuếch tán thực protein chất mang đặc biệt (còn gọi bơm K-Na) • Quá trình “bơm” liên tục Na+ “hút” K+ vào tạo chênh lệch nồng độ lớn môi trường tế bào loại ion Bơm proton bơm H+ Các ion H+ “bơm” từ tế bào thành dày ngoài, kết hợp với Cl- để tạo HCl dày Lưu ý: Cần thận trọng với nhóm thuốc gọi “chữa” đau dày thực chất hóa chất ức chế bơm proton này, không ức chế bơm proton, ức chế tiết men tiêu hóa khác pepsin, Kết quả, không tiêu hóa thức ăn nhiều tác dụng phụ nghiêm trọng dùng lâu dài loãng xương, Các qui luật động lực học chất lỏng Các đặc điểm tuần hoàn máu thể Phương trình Bernoulli (bỏ qua ma sát) Sự vận chuyển máu hệ tuần hoàn Máu chảy liên tục động mạch theo hướng định nhờ • Tim: co bóp tạo áp lực đẩy máu từ tim vào động mạch chủ tiếp đến hệ động mạch lớn nhỏ • Hệ thống van: buồng tim lòng đoạn mạch, chức cho phép máu theo chiều định • Tính đàn hồi thành động mạch: chức làm cho dòng máu chảy liên tục không đứt quãng áp lực bơm máu tim (kì tâm trương) Máu chảy liên tục tĩnh mạch theo hướng tim nhờ • Các van cho máu hướng tim • Các trơn thành mạch: làm co giãn lòng mạch, góp phần vào việc bơm máu tĩnh mạch • Sức ép xương lên tĩnh mạch, chuyển động hô hấp Tính đàn hồi thành mạch Nhịp đập động mạch Sự giảm áp suất hệ mạch • • • • • • • Áp suất máu động mạch chủ khoảng 115 ÷130 mmHg giảm dần theo chiều dài hệ mạch Đến đầu động mạch nhỏ áp suất máu 70 ÷ 80 mmHg Đầu mao mạch 20 ÷ 40 mmHg Cuối mao mạch khoảng ÷ 15 mmHg, Ở tĩnh mạch chủ đổ vào tim, áp suất máu có giá trị âm so với áp suất khí Áp suất giảm dần máu chuyển động lòng mạch có lực nội ma sát (công thức Poiseuille) Năng lượng bị hao hụt tiêu hao để thắng sức cản hệ mạch ngoại vi Sức cản hệ mạch phụ thuộc yếu tố hình học hệ mạch độ nhớt máu Độ giảm áp suất máu lớn tương ứng phần hệ mạch đóng góp nhiều vào sức cản mach ngoại vi, hình đoạn động mạch nhỏ mao mạch, chiếm đến 80% sức cản hệ mạch ngoại vi Nhĩ phải Tĩnh mạch nhỏ lớn Mao mạch Động mạch nhỏ Độngmạch Thất trái ÁP HUYẾT ĐO ÁP HUYẾT Khi áp suất túi khí đủ lớn, ép lên động mạch làm cho máu chảy qua, thể việc qua ống nghe ta không nghe thấy dòng chảy mạch đập Lưu ý rằng, số áp suất khí áp kế thực chất hiệu áp suất khí túi khí trừ áp suất khí Mở van túi khí, từ từ xả bớt khí túi ra, liên tục nghe tiếng động mạch Áp suất túi khí giảm dần đến giá trị mà áp huyết tâm thu vừa đủ thắng áp suất ép từ túi khí, lòng mạch bị bít kín ra, dòng chảy khôi phục mang tính chất mạnh, xoáy khe hẹp Âm dòng chảy động mạch dễ dàng nghe thấy ống nghe Ta ghi lại số đo khí áp kế thời điểm đó, giá trị áp huyết tâm thu Tiếp tụ từ từ xả khí, máu chảy xoáy đến thời điểm lòng mạch mở hết, áp suất máu thấp dòng chảy trở nên mang tính chất chảy thành lớp, đặc trưng yếu đột ngột tiếng dòng chảy ta nghe Áp suất máu dòng chảy thành lớp phục hồi (bằng với áp suất khí túi ghi nhận vào thời điểm đó) áp suất tâm trương Vận tốc máu đoạn mạch • Tổng tiết diện mao mạch 200 ÷ 400 lần tổng tiết diện động mạch nhỏ • Từ phương trình liên tục vận tốc máu nhỏ mao mạch, điều thuận lợi cho hoạt động trao đổi chất mao mạch mô • Tốc độ chảy máu động mạch chủ 10 ÷ 20 m/ s, động mạch cổ 5,2 m/ s Lúc xuống mao mạch, tốc độ mm/ s Cơ chế đặc điểm thở trao đổi khí Khoang màng phổi Là khoảng kín hai màng mỏng (là tạo thành túi lớp) bao bọc phổi, màng gắn với thành ngực, màng gắn với cấu trúc phế nang, mạch máu, tế bào thần kinh, phế quản nhỏ • Trong khoang màng phổi có chất lỏng để giảm ma sát hai lớp màng • Áp suất khoang màng phổi áp suất âm chút so với áp suất khí • Các kì hít vào thở mô tả đồ thị đồ thị: tổng thể tích phế nang; áp suất khí phế nang; áp suất khoang màng phổi (các loại áp suất tính tương đối so với áp suất khí quyển) • • Trao đổi khí mao mạch phổi phế nang • O2 từ không khí phế nang khuếch tán vào máu đồng thời CO2 từ máu khuếch tán vào không khí phế nang qua lớp màng gồm thành mao mạch thành phế nang Lớp màng dày 0,2 - 0,4 micromét nên O2, CO2 khuếch tán qua màng • Sự khuếch tán O2 vào huyết tương diễn mạnh nhờ nồng độ O2 huyết tương Lkhông ngừng giảm nhanh O2 tạo hợp chất với hemoglobin hồng cầu Áp dụng định luật cân học phân tích hoạt động hệ xương khớp SỰ QUAY (HOẶC KHÔNG QUAY) CỦA MỘT XƯƠNG BẤT KÌ QUANH KHỚP ĐỀU DO TƯƠNG QUAN GIỮA MOMENT TẠI ĐIỂM QUAY LÀ KHỚP ; TẠO BỞI KHÁNG LỰC (TRỌNG LƯỢNG PHẦN CƠ THỂ, TẢI TRỌNG DO MANG VẬT NẶNG,…) VÀ TẠO BỞI LỰC CO CƠ 10 Năng lượng tiêu hao hoạt động Khi co thay đổi chiều dài, thực công A = F S, công kéo theo tiêu thụ lượng thể  Trong nhiều trường hợp, co không thay đổi độ dài tức có lực kéo không thực công A = F S , lúc thể tiêu tốn lượng để trì trương lực  Năng lượng dùng hoạt động co lấy từ phản ứng thủy phân ATP thành ADP ATP phải tổng hợp lại từ ADP cách  Chuyển hóa hiếu khí C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O + n ATP Quá trình phức tạp, gọi hô hấp tế bào Một phân tử glucose bị oxi hóa hiếu khí tạo đến 36 phân tử ATP từ ADP  Chuyển hóa yếm khí không cần O2 C6H12O6 2CH3CH(OH)COOH + ATP   ADP + creatin phosphate  ATP + creatin sản xuất ATP tức thời ~ 20 s hoạt động thể chất đột ngột, mạnh) Lực co phụ thuộc thiết diện bó • Số lượng sợi nhiều + thiết diện sợi lớn  thiết diện bó lớn  lực co tối đa lớn • Đáp ứng với luyện tập tăng dần lực co yêu cầu tần suất co cơ chủ yếu tăng thiết diện sợi cơ, chứng minh sinh thêm sợi bó định Đây nguyên tắc tập bodybuilding • Nếu tăng tần suất co mà không tăng lực co yêu cầu thường thiết diện sợi bó định không tăng, trường hợp môn thể thao dẻo dai xe đạp, chạy đường dài,… Lực co phụ thuộc chiều dài trạng thái định Lực co chủ động “max có thể” lớn chiều dài trạng thái nghỉ, không co, không dãn 11 Khi chiều dài lớn chiều dài “nghỉ lực co gồm hai thành phần, lực co thụ động tính đàn hồi (như sợi dây chun bị kéo giãn) lực co chủ động Xem sơ đồ 12