Vật lý lý sinh y học

TRƯỜNG ĐẠI ■ HỌC ■ Y HÀ NỘI ■ BỘ MÔN Y VẬT LÝ VẬT LÝ LÝ SINH Y HỌC TRƯỜNG ĐẠI NỘI ■ HỌC Y HÀ ■ • BỘ MÔN Y VẬT LÝ VẬT LÝ LÝ SINH Y HỌC ( Tái lần th ứ nh ất, có sửa ch ữ a bổ su n g ) NHÀ XUẤT BẢN Y HỌC HÀ N Ộ I-2011 Đồng chủ biên: PG S TS Nguyễn Văn Thiên G S TSKH Phan Sỹ An Tham gia biên soạn: GS TSKH Phan Sỹ An PG S TS Nguyễn Văn Thiện T S Phan Thị Lê Minh ThS Đoàn Thị Giáng Hương CN Nguyễn Thanh Thủy ThS Trần Thị Ngọc Hoa ThS Ngô Dũng Tuấn ThS Nguyễn Thị Lệ Thư ký biên soạn: ThS Đồn Thị Giáng Hương LỜI NĨI ĐẦU Vật lý môn khoa học mà ngành khoa học ứng dụng công nghệ cần, y học Chúng ta biết trình hoạt động thể người khỏe mạnh hay bệnh tật tuân theo nguyên lý quy luật vật lý học, ngồi quy luật thuộc loại hình khoa học khác hóa học, sinh học, Nhiều yếu tố vật lý từ môi trường sông từ cá thể tập hợp sinh vật khác liên quan gây nên ảnh hưởng lón nhỏ đến hoạt động sinh học người, gây ảnh hưởng tốt xấu cho sức khỏe Hơn nữa, ngày nhiều thành tựu ngành khoa học, công nghệ kỹ thuật tạo phương tiện, máy móc, biện pháp khác hữu hiệu giúp cho người thầy thuốc nhân viên V tế khám, chữa, phịng bệnh, chăm sóc, nâng cao sức khỏe người nghiên cứu y học Các phương tiện kỹ thuật thành tựu tiến nhiều ngành khoa học cốt yếu vật lý, hóa học, y học Trong trình phát triển hình thành nên nhiều ngành khoa học miền giao môn khoa học khác hóa lý, hóa sinh, lý sinh Lý sinh môn khoa học liên ngành bao gồm nội dung khảo sát tượng trình sinh học kiến thức vật lý Lý sinh học hình thành từ lâu phát triển nhanh chóng, thâm nhập sâu vào quy mơ phân tử, tê bào, mô, tập hợp vi sinh vật mức độ genomic hay proteinomic nên khó mà phân chia rạch rịi vân đề hóa sinh, sinh lý học, di truyền, miễn dịch học hay lý sinh Do nội dung lý sinh phong phú nên áp dụng vào y học gọi lý sinh y học (medical biophysics) Nó thuộc lĩnh vực khoa học Các môn khoa học tảng quan trọng cho y học nên từ lâu, tất nước giới, sinh viên y khoa học tốn, lý, hóa, sinh trước thức bước vào chuyên ngành y nước ta, từ sau kết thúc kháng chiến chông Pháp, tiếp quản thủ đô, Trường Đại học Y Hà Nội giảng dạy mơn y vật lý có nội dung tương tự chương trình đại học y Pháp lúc giị Trong q trình phát triển đất nước, vào năm 60 kỷ trước, Bộ Đại học Trung học chuyên nghiệp nâng cao vai trị mơn khoa học kể cho trường y dược Do vậy, có lúc chương trình y vật lý lên đến vài trăm tiết Tuy nhiên, phát triển mạnh mẽ khoa học kế sinh học y học, nhiều môn học cần thiết phải đưa vào chương trình y khoa Để giảm tải nâng cao tính thực dụng, số mơn bẩn có y vật lý phải cắt giảm Sang đầu năm 1970, khuôn khổ cải cách giáo dục, Bộ Y tế có chủ trương đưa mơn lý sinh - gần gũi thiết thực với y học - vào chương trình giảng dạy Nhờ thuận lợi cán điều kiện, Trường Đại học Y Hà Nội tiên phong thực chủ trương đó, bước xây dựng hồn thiện chương trình, biên soạn tài liệu, giảng dạy trực tiếp bồi dưõng cho cán giảng dạy liên quan trường khác nước Thành công kinh nghiệm thu nhò đạo Vụ Khoa học Đào tạo Bộ Y tế, nhiều hệ lãnh đạo Ban Giám hiệu cán nhân viên Bộ môn Y vật lý, Trường Đại học Y Hà Nội Một kết thu sách giáo khoa vật lý lý sinh y học Nhà xuất Y học thức ấn hành từ năm 1994 đến 2005 Hiện nay, nhu cầu sinh viên nhà trường nhiều sở đào tạo khác, Nhà xuất Y học đê nghị tái “Vật lý Lý sinh Y học” xuất năm 2006 Nhân dịp này, có số sửa chữa, bổ sung cho hồn chỉnh Nội dung chủ yếu muôn cung cấp lý sinh y học Tuy nhiên, để hiểu rõ sử dụng kiến thức lý sinh phải có tảng kiến thức vật lý học cần thiết Vì vậy, chúng tơi biên soạn sách theo trật tự thông thường vật lý học lượng, chuyến động, cơ, điện, quang, hạt nhân Mỗi thường bắt đầu việc đề cập đến kiến thức vật lý kiến thức vê lý sinh ứng dụng lồng ghép thích hợp cho dễ tiếp thu hấp dẫn người đọc Đây kêt q trình nghiên cứu, tham khảo từ nước ngồi, thử nghiệm đúc kết kinh nghiệm qua nhiều hệ Bộ môn Y vật lý Trường Đại học Y Hà Nội từ nhiều thập niên đến Với sách tái lần này, hy vọng cung cấp tài liệu thức, hữu ích thiết thực cho người đọc Tuy nhiên, cịn số chi tiết dài dịng chí bổ ích Kính mong bạn đọc góp ý để lần xuất sau hoàn chỉnh Xin chân thành cảm ơn! TH A Y MẶT TẬP TH Ể BIÊN SOẠN GS.TSKH PHAN SỶ AN, N h g iá o n h ả n d â n Chủ tịch Hội Vật lý Y học Việt Nam Phó Chủ tịch Hội Điện quang Y học hạt nhăn Việt Nam Nguyên chủ nhiệm Bộ môn Y vật lý, kiêm- chủ nhiệm Bộ môn Y học hạt nhăn, Đại học Y Hà Nội Nguyên trưởng khoa Y học hạt nhăn Ung bướu, Bệnh viện Bạch Mai MỤC LỤC * • Đơn vị đo lư ng - Một sô q u y lu ậ t 11 Mở đầu 11 Đo lường đơn VỊ đo 12 2.1 Hệ đo lường quốc tê hệ đo lưòng hợp pháp Việt Nam 12 2.2 Thứ nguyên đại lượng vật lý 13 2.3 Đại lượng vô hưống đại lượng vectơ 15 2.4 Độ lớn khôi lượng, chiều dài, thời gian số đối tượng 16 Một sô" đặc điểm tượng lý sinh 17 3.1 Tính thơng kê 17 3.2 Tính quy luật hàm mũ 19 3.3 Tính quy luật liên hệ ngược 20 3.4 Sự chi phí lượng tơi thiểu 21 3.5 Ngưỡng 22 3.6 Tính quy luật đôi xứng 23 S ự b iế n đối n ă n g lư ợ ng t h ể s ố n g 24 Các dạng lượng tồn sông 24 1.1 Cơ 24 1.2 Điện 25 1.3 Hoá 25 1.4 Quang 25 1.5 Nhiệt 25 1.6 Năng lượng hạt nhân 26 Sự biến đổi lượng thể sông 26 2.1 Sự biến đổi lượng thê sông 26 2.2 Nguyên lý thứ nhiệt động lực học 27 2.3 Áp dụng nguyên lý thứ nhiệt động lực học cho hệ thông sống 33 2.4 Nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học 37 2.5 Áp dụng nguyên lý thứ hai nhiệt động lực học cho hệ thông sống 48 C h u y ể n đ ộ n g tr o n g th ế 55 Chuyên động phân tử 55 1.1 Phương trình thuyết động học phân tử hệ 55 1.2 Sức căng mặt tượng mao dẫn 57 1.3 Các tượng vận chuyển vật chất thể 62 1.4 Vận chuyển vật chất qua màng tế bào 72 Chuyển động chất lỏng vận chuyển máu thể 81 2.1 Các phân tử ion thể 81 2.2 Các định luật vận chuyển chất lỏng 82 2.3 Sự vận chuyển máu 86 Khí vận chuyển khí thể người 92 3.1 Hoạt động hô hấp 92 3.2 Các quy luật khuếch tán khí 94 3.3 Sự vận chuyển khí thể 96 3.4 Những yếu tơ" ảnh hưởng tối trao đổi khí thể người 96 Chuyển động học thể sông 97 4.1 Đại cương chuyển động học 97 4.2 Chuyển động học thể sông 103 B ài D ao đ ộ n g só n g 110 Dao động học 110 1.1 Dao động điều hoà 111 1.2 Dao động tắt dần 113 1.3 Dao động cưõng tượng cộng hưởng 114 1.4 Tổng hợp phân tích dao động 116 Sóng học môi trường đàn hồi 118 2.1 Môi trường đàn hồi 118 2.2 Sóng học 118 Dao động sóng điện từ 3.1 Mạch dao động điện từ Định nghĩa dao động điện từ 125 3.2 Dao động điện từ điều hồ (khơng tắt) 126 3.3 Sự tương tự dao động điện từ không tắt dao động điều hoà lắc đơn 128 3.4 Dao động điện từ tắt dần 129 3.5 Cách tạo sóng điện từ 131 Biến đổi, khuếch đại ghi giữ tín hiệu 125 139 4.1 Biến đổi tín hiệu không điện thành điện 139 4.2 Nguyên lý khuếch đại tín hiệu điện 141 4.3 Ghi bảo quản tín hiệu điện 145 Am siêu âm 148 5.1 Bản chất vật lý âm siêu âm 148 5.2 Nguồn phát âm 150 5.3 Các đặc trưng cảm giác âm 152 5.4 Sơ lược trình nghe 157 5.5 Cơ sở vật lý phương pháp âm chẩn đoán 160 5.6 Sơ lược ứng dụng siêu âm ngành y 162 Sóng sông 167 6.1 Sơ lược tác động sóng đếnsự sơng Tác động sóng đến sổng có lợi hay có hại? 167 6.2 Sơ lược nhịp sinh học 168 B ài Đ iệ n s ô n g Điện thê sinh vật tế bào sông 170 171 1.1 Điện nghỉ 171 1.2 Điện hoạt động tế bào thần kinh 175 1.3 Sự lan truyền điện hoạt động tế bào thần kinh 179 Điện thê hoạt động tổ chức sống 181 2.1 Điện hoạt động tim 181 2.2 Các điện th ế hoạt động khác dùng nhiều chẩn đoán 187 Tác dụng dòng điện lên thể 189 3.1 Phản ứng thần kinh đốì với kích thích điện 189 3.2 Các thơng sơ"điện thể 192 3.3 Nguy hiểm điện Các biện pháp an tồn điện 194 3.4 Tác dụng tích cực dòng điện lên thể ứng dụng y khoa 198 B ài Các đ ịn h lu ậ t q u a n g h ìn h b ả n - m ắ t Các định luật quang hình học số dụng cụ quang hình 204 204 1.1 Các định luật quang hình học 204 1.2 Một sơ' dụng cụ quang hình 207 Mắt dụng cụ bổ trợ 2.1 Quang hình học mắt 223 223 2.2 Khả phân ly mắt 226 2.3 Các tật quang hình mắt dụng cụ bổ trợ 229 B i B ản c h ấ t c ủ a n h s n g Thuyết sóng điện từ chất ánh sáng 235 1.1 Thuyết sóng điện từ châ't ánh sáng 235 1.2 Hiện tượng giao thoa ánh sáng 238 1.3 Hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng 244 1.4 Hiện tượng phân cực ánh sáng 249 Thuyết lượng tử chất ánh sáng 250 2.1 Hiệu ứng quang điện 250 2.2 Thuyết lượng tử ánh sáng Einstein giải thích tương quang điện 252 Các mức lượng tập hợp điện tử 257 3.1 Mức lượng nguyên tử, phân tử 257 3.2 Hấp thụ ánh sáng phát sáng 258 Laser 262 4.1 Khái niệm vể xạ cảm ứng 262 4.2 Laser máy phát tia laser 263 4.3 Sơ lược vê tính chất chùm tia laser 2‘ 65 4.4 ứng dụng laser 265 B i T ác d ụ n g c ủ a n h s n g lê n t h ể s ô n g Đại cương tác dụng ánh sáng lên thể sôYig 267 267 1.1 Các giai đoạn q trình quang sinh 267 1.2 Phân loại trình quang sinh 268 1.3 Một số đặc điểm trình quang sinh 268 Một số trình quang sinh 235 272 2.1 Quang hợp 272 2.2 Sinh tổng hợp sắc tố vitamin 274 2.3 Tác dụng quang động lực (TDQĐL) 275 2.4 Tác dụng tia tử ngoại lên hệ thông sống 278 2.5 Thông tin thụ cảm ánh sáng 280 B ài Bức xạ io n h o c t h ể s ố n g 292 Khái niệm nguồn gốc xạ ion hoá 292 1.1 Cấu tạo hạt nhân nguyên tử 292 1.2 Hiện tượng phóng xạ 293 1.3 Định luật phân rã phóng xạ 298 Tương tác xạ ionhoá với vật chất 300 2.1 Tương tác hạt vi mơ tích điện với vật chất 300 2.2 Tương tác photon lượng cao (tia Ỵvà tia X) với vật chất 303 2.3 Tương tác neutron với vật chất 306 Sự hấp thụ nảng lượng xạ - Liều lượng xạ 308 3.1 Sự hấp thụ lượng xạ Sự suy giảm cường độ xạ 308 3.2 Liều lượng xạ 310 3.3 Nguyên lý thiết bị ghi đo xạ ion hóa 312 Tác dụng xạ ion hố lên vật chất sơng 317 4.1 Cơ chê tác dụng 317 4.2 Các tổn thương thể sinh vật tác dụng xạ ion hố 321 4.3 Các yếu tơ" ảnh hưởng đến hiệu ứng sinh học xạ ion hoá 327 4.4 Các nguyên tắc kiểm soát an tồn xạ 330 Bài 10 Một sơ ứ n g d ụ n g p h ổ b iế n c ủ a V ậ t lý k ỷ t h u ậ t tr o n g n g n h Y Phương pháp hiển vi 1.1 Nguyên lý phóng đại ảnh vật 337 337 Kính lúp 337 1.2 Kính hiển vi quang học trường sáng (KHVQHTS) 338 1.3 Độ phóng đại Khả phân ly 340 1.4 Các loại kính hiển vi khác 343 1.5 Cách đo kích thưóc vật nhỏ kính hiển vi 347 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử 349 2.1 Sự hấp thụ ánh sáng môi trường vật chất 349 2.2 ứng dụng quang phổ hấp thụ phân tử 352 Phương pháp tạo ảnh tia X cộng hưởng từ h t nhân 357 3.1 Thiết bị tạo tia X 357 3.3 Chụp hình cộng hưởng từ hạt nhân 366 Phương pháp phóng xạ 375 4.1 Phương pháp đánh dấu phóng xạ 376 4.2 Phương pháp dùng nguồn chiếu xạ 379 Ở cần lưu ý rằng, công thức Poisseuill áp dụng cho ông trụ nằm ngang có thiết diện nhỏ, chất lỏng chun động ơng nhị chênh lệch áp suất hai đầu ống, trọng lực không cần xét tới Trường hợp ông không nằm ngang phải xét đến trọng lực, thí dụ tim bơm máu lên đầu khó bơm máu xuống chi ngưòi đứng Đại lượng 8/7 L — gọi sức cản thủy động lực ống trụ hẹp 7ĩR chất lỏng có độ nhớt /7 2.3 Sự vận chuyển máu 2.3.1 Sơ lược tính chất vật lý hệ tuấn ho Hệ tuần hoàn máu có hai vịng khép kín: vịng tiểu tuần hồn chuyên máu từ tim phải đến phổi Vòng đại tuần hồn đưa máu từ tim trái qua hệ thơng động mạch xuống tất phủ tạng, tô chức, quan thê (hình 3.15) Các kí hiệu hình 3.15 có ý nghĩa: NP, NT - nhĩ phải, nhĩ trái ; TP, TT - thất phải, th ất trái Các dịng máu ngồi tim chảy chiều n h ất định nhị co bóp tim, tính đàn hồi nh mạch van buồng tim lòng mạch PHỔI 2.3.1.1 Tim n h cá i bơm Quả tim rỗng, vách ngăn chia làm hai nửa: tim phải tim trái, ngăn lại phân thành tâm th ấ t tâm nhĩ nhò van Van làm cho máu chuyên động theo chiểu từ tâm nhĩ xuống tâm th ấ t mà không Hình 3.15 có chiều ngược lại Cơ tim có cấu tạo đặc biệt bao gồm sợi vân liên kết với thành mạng Cơ tim co cường độ kích thích đạt “ngưỡng" lực co tim tăng nhanh để đạt giá trị cực đại ngay, phổi máu hấp thụ đào thải C chảy lại tim Ớ mô máu cung cấp 2, lấy C trao đổi chất cần thiết cuốĩ qua hệ tĩnh mạch tim phải Như vậy, máu khỏi tâm t h ấ t trái qua hệ thông động mạch, mao mạch, tĩnh mạch đổ vào tâm nhĩ phải Trong buồng tim, máu theo chiểu từ tâm nhĩ đến tâm thất Các dịng máu ngồi tim chảy chiều định nhờ co bóp tim, tính đàn hồi thành mạch van buồng tim lòng mạch Hoạt động tim trước hết để cung cấp cho máu áp suất định Do tâm th ấ t co bóp, máu từ thất trái vào động mạch chủ từ th ấ t phải vào động mạch phôi Khi tâm nhĩ phải dãn, máu từ tĩnh mạch chủ hút Người ta thấy tâm t h ấ t trái co, áp suất lên đến 120 150 mmHg Máu 86 đẩy lần tim co bóp khoảng 40 -ỉ- 70 ml, tức khoảng T lít/phút Như vạy, giá trị lực p đạt cực đại máu vê buồng tim nhiều lúc buồng tim giãn rộng n h ất làm cho giá trị s tăng lên Q trình xảy từ từ đặn nên người bình thường lực F biến thiên theo thời gian Người ta đầu tâm thu, giá trị lực toàn phần tim 89 N (Newton), cuối tâm thu giá trị 67 N Tim co bóp nhị hoạt động sợi tim Nguyên nhân sợi tim kéo dài tác dụng lượng máu chứa tim vào cuối thòi kỳ tâm trương Các buồng tim có thê coi có dạng cầu Khi máu chứa đầy buồng tim, sợi giãn dài tác dụng lực F khôi lượng máu chứa buồng tim gây Giá trị lực xác định: F = p.s p áp su ất buồng tim, s diện tích mặt buồng tim 2.3.1.2 Van tính đàn hồ i thành m ạch m áu Hệ thông mạch máu thể dày đặc phân bô" tương đối đồng Các mạch máu phân nhánh nhiều lần có kích thước khác Động mạch chủ tĩnh mạch chủ có đưịng kính lớn nhất, cịn đường kính mao mạch bé Thành mạch cấu tạo nhiều lớp Thành phần chủ yếu thành động mạch lớn thớ có nhiều sợi đàn hồi, cịn động mạch nhỏ lớp trơn nhiều Lớp trơn có khả giữ t h ế co định kéo dài thời gian đáng kể để tạo nên trương lực Tình trạng trương lực định tiết diện mạch Thành động mạch đóng vai trị quan trọng để trì dịng chảy liên tục tăng thêm áp suất dòng chảy nhị tính đàn hồi Sự co giãn trơn đê thay đổi tiết diện lòng mạch điều khiến hệ th ầ n kinh thực vật nội tiết tơ" Ngồi ra, lịng mạch cịn có hệ thơng van Hệ thơng van động mạch làm cho máu chảy theo hướng từ tim nơi, nghĩa từ mạch máu lón mạch máu nhỏ mà không chảy ngược lại Ở tĩnh mạch lớn co hệ thống van Các van tĩnh mạch làm cho dòng máu chảy từ tĩnh mạch nhỏ tĩnh mạch lớn tim Van hệ thông tĩnh mạch r ấ t quan trọng tư t h ế thể, có lúc dịng máu tĩnh mạch phải chảy ngược với chiều trọng lực Để thấy rõ tác dụng đàn hồi thành mạch ta khảo sá t biến dạng đàn hồi Ngưòi ta dùng độ biến dạng đàn hồi Al /1, chiều dài cịn Al biến dạng theo chiều dài Trong phạm vi định, độ biến dạng tuân theo: — =k — l s hoăc — = kP l Trong F lực tác dụng, s diện tích chịu tác dụng lực, k sô", p gọi suất lực tác dụng, E mođun đàn hồi hay gọi mođun Young, với E = — k Do vậy, lực F đặt lên thành mạch điểm định bằng: 87 Qua ta thấy thịi gian biến dạng, giá trị lực khơng phải sô mà biến thiên tỷ lệ với độ dài Al thịi điểm Cơng thực biên dạng tính theo giá trị trung bình lực Vì ta có: A = FAl Hay: FS A = —.——.(AI)2 Công tạo Et biến dạng đàn hồi với: FS E, = - • — -(A/ ) 2 / (3.37) Vậy, thê thành mạch tỷ lệ bình phương độ biến dạng (/]/)“ Qua cơng thức 3.37 hình 3.16, ta thấy mạch giản rộng thẻ nàng dự trữ lớn Thế rõ ràng có giá trị biến thiên tuỳ thuộc vào thời điểm Ở thời kỳ tim không co bóp, áp suất dịng chảy giảm xng dần, Thê thành mạch cung cấp áp suất để bù vào làm cho dịng chảy liên tục điều hồ suốt thịi kỳ tâm trương Hình 3.16 S ự c h u y ể n h o giữ a đ ộ n g n ă n g th ế n ă n g c ủ a th n h m c h 2.3.1.3 Sự phân nhánh hệ mạch Nhìn chung, áp suất dịng chảy bị giảm dần xa tim Nếu khơng kể đôn nội lực ma sát độ nhốt gây ngun nhân hao hụt áp suất lực ma sát xuất thành mạch máu chảy lịng mạch Hình 3.17 minh hoạ giảm áp suất chuyên động chất lỏng hình ta thấy bình A đựng đầy nước đến độ cao h, ông BD nối vào đáy bình có ơng nhánh 1, 2, 3, có tiết diện giống Ớ độ cao h nước bình A có định Thế tạo cho nước đáy bình áp suất Nếu VỊI khố kín, nước bình A không chảy không chuyên sang dạng động dịng chảy, mực nước ơng 2, mực h bình A Nếu vịi D mở cho nước chảy mực nước ơng , 2, giảm dần Như đà có 88 H ình 3.17 Thí nghiệm giảm áp suất ma sát giảm thô nước độ cao h lì h2, h thâp dần so với độ cao h Thê hao hụt dùng đế tạo nên tốc độ chảy đê thắng lực cản thành ơng, phần lốn lượng dùng để thắng lực cản Nếu gọi Ap độ giảm áp suất hai đầu đoạn mạch R sức cản đoạn mạch, V thể tích máu chảy qua đoạn mạch đơn vị thời gian Người ta chứng minh rằng: Ap = R v hay R = Aịd / V Áp suất ỏ đầu hệ tuần hoàn tức tâm th ấ t trái khoảng 130 mmHg, cuối tức tâm nhĩ phải khoảng mmHg Thể tích máu lưu thơng bình thường khoảng 1/ phút (tức 83 ml/ s) Như vậy, sức cản R toàn hệ mạch là: R = (130 - 5)/ 83 - 1.5 đơn vị Khi gắng sức, áp lực động mạch chủ tăng lên đến 150 mmHg lưu lượn^ tăng lên gấp Lúc sức cản ngoại vi: R = (130 - 5)/ (83 X 3) —0,5 đơn vị Như thê nghĩa cần thiết, hoạt động tim nhanh lên ảnh hưởng nhiều yếu tố mạch máu, lưu lượng máu tăng lên làm cho sức cản ngoại vi hệ mạch 1/3 giá trị lúc bình thường Ớ bệnh nhân cao huyết áp, áp lực động mạch chủ tăng lên đến 200 mmHg lưu lượng máu lại không tăng lên giá trị sức cản ngoại vi tăng lên đến 2,3 đơn vị Do đó, tim làm việc khó khăn nhiều Ta áp dụng cơng thức Poiseuille để ước tính R ^ Cơng thức Poiseuille: V= Tức là: _ Ro = —-Ỵ 817/ Ap R = — V (3.38) 7ĨT Công thức cho thấy sức cản chung mạch ngoại vi phụ thuộc vào yếu tơ" hình học (r 1) hệ mạch phụ thuộc vào hệ số nhớt máu ngoại vi Công thức vận dụng để giải thích ảnh hưởng yếu tố hình học mạch máu lên áp suất tổíc độ chảy máu 2.3.2 S ự thay đối áp suất tốc độ chảy máu đoạn mạch 2.3.2.1 Sự thay đổ i áp suất Trong hệ tuần hoàn, độ giảm áp suất xảy liên tục Càng xa tim giá trị lớn mạch phân nhánh nhiều Ở bình thường, chiều dài tổng cộng mạch lên tới 100 000 km Lòng mạch có bán kính R bé làm cho áp suất chảy ngày giảm xuống, c ầ n phải hiểu chênh lệch áp suất chảy hai đầu đoạn mạch liên quan vói lực ma sát dịng chảy thành mạch, tức liên quan trực tiếp đến yếu tơ" hình học mạch máu Độ chênh lệch lớn làm cho áp suất cuôi đoạn mạch xuống thấp Áp suất máu 89 động mạch chủ khoảng 130 -ỉ- 150 mmHg giảm dần theo chiều dài hệ mạch Ớ động mạch nhỏ áp suất máu 70 -5- 80 mmHg, đến mao mạch 20 30 mmHg Áp suất tĩnh mạch khoảng -ỉ- 15 mmHg, trước đổ vào tim, tĩnh mạch chủ, áp suất máu có giá trị âm so với áp su ấ t khí Tóm lại, hệ mạch có sức cản đáng kể chuyển động máu cho áp suất máu giảm dần Người ta tính tốn thấy, coi sức cản tất hệ mạch 0 % đoạn mạch đóng góp tỷ lệ sau: từ động mạch chủ đến động mạch nhỏ 20% (15 -5- 25%), hệ tĩnh mạch 10% (5 H- 15%), hệ động mạch nhỏ mao mạch chiếm nhiều 70% (60 + 80%), mao mạch chiếm % Hình 3.18 Sự thay đổi áp suất máu đoạn m ạch A, B, c, D, E ứng với đoạn động m ạch chủ, động mạch lớn, m ao m ạch, tĩnh mạch nhỏ tĩnh m ạch lớn áp suất tâm thu áp suất tâm trương 2.3.2.2 S ự thay đổi tốc độ chảy Các thực nghiệm cho thấy máu chảy vối tốc độ không giông nơi Tốc độ chảy máu động mạch chủ 10 4* 20 m/s, động mạch cổ 5,2 m/s Lúc xuống mao mạch, tốc độ mm/ s Chúng ta hiếu mao mạch tốc độ chảy r ấ t chậm nên khả trao đổi chất máu tô chức xung quanh tăng lên, theo định luật Bernoulli áp suất thuỷ lực tăng lên nhiều tốc độ chảy giảm xuống thấp Tuy vậy, đến tĩnh mạch đùi, tốc độ chảy máu 4,5 cm/s, tĩnh mạch cô 14,7 cm/s Như vậy, tốc độ chảy máu giảm dần từ động mạch lớn đến mao mạch lại tăng dần từ mao mạch đến tĩnh mạch Ta biết khôi lượng máu chảy qua đoạn mạch giông nhau, nghĩa đoạn đảm bảo quy luật tích sơ" vận tốc máu chảy tiêt diện lịng mạch khơng đổi Do đó, vận tốíc chảy máu nơi có tiết diện nhỏ cao nơi có tiết diện lớn c ầ n lưu ý tiết diện mao mạch tiết diện mạch riêng biệt mà tông tiết diện tấ t mao mạch 90 Tưv tiết diện tiểu động mạch nhỏ động mạch chủ, phân thành nhiều n h n h nên tổng tiết diện tiêu động mạch lớn động mạch chủ ngược lại, tổng tiết diện tiểu động mạch lại nhỏ mao mạch Các đo đạc cụ thể cho thấy tổng tiết diện tăng dần từ động mạch chủ đến mao mạch giảm dần từ mao mạch đến tĩnh mạch chủ Tổng tiết diện mao mạch lớn gấp 400 -ỉ- 800 lần tiết diện động mạch chủ 200 T 400 lần tổng tiết diện tĩnh mạch nhỏ Hỉnh 3.19 Tương qu a n tố c độ chảy máu (1) tổng tiế t diện củ a lòng mạch (2) A Đ ỏng m ạch lớn B Đ ộng m ạch nhỏ c M ao m ạch D Tĩnh m ạch E Tĩnh m ạch ch ủ nơi đổ v o tim 2.3.3 M ật sơ yếu tơ ảnh hưởng đến tn hồn máu Có nhiều yếu tơ" ảnh hưởng đến tuần hồn máu Trưóc hết hoạt động chủ quan thể làm tăng trình chuyển hoá, rốỉ loạn bệnh lý hệ tuần hoàn hoạt động sinh học khác thể Ớ ta đề cập đến yếu tô" khách quan quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động tim, thành mạch hay khôi lượng thê dịch thể 2.3.3.1 H oạt động bắp Trọng lượng vân chiếm tới 40% trọng lượng thể Khi hoạt động mạnh (lao động chân tay) nhu cầu lượng tăng lên, hệ tu ầ n hồn phải tăng cường hoạt động để đáp ứng nhu cầu vật chất lượng Ngưòi ta thấy lúc lao động, nhu cầu oxi tăng gấp -ỉ- 10 lần so vối lúc nghỉ Cơ thể đáp ứng cách tăng sô" lần co bóp tim 2.3.3.2 Ảnh hưởng trọng trường Ở tư th ế đứng, máu từ động mạch dễ dàng chảy xuống phủ tạng bụng chi nhờ tác dụng phụ trọng lực Tuy vậy, ngưịi khoẻ mạnh điều khơng làm thay đổi áp suất máu nhiều chi Nếu từ tư nằm chuyên sang tư th ế đứng, nhịp tim bao giị tăng lên đơi chút để đảm bảo khối lượng máu tim đẩy r a đơn vị thời gian không thay đổi Ớ tư th ế đứng, lượng máu tim đẩy lần co bóp tư nằm Cơ chế q trình giải thích theo định luật Starling sức đẩy tim tuỳ thuộc vào độ giãn dài sợi tim Độ giãn lại tuỳ thuộc vào lượng máu chảy từ tĩnh mạch vào tim Ở thòi kỳ tâm trương, lượng máu từ tĩnh mạch phía tim đổ tim bị giảm bớt phần tác dụng trọng lực, áp suất máu tim co bóp giảm Độ giảm áp suất cân với tác dụng trọng trường mà dòng 91 máu động mạch chảy từ tim xuống chi thu nhận Đây chế phức tạp dã hình thành điều kiện sống bình thường sở phản xạ có điều kiện Chính vậy, điều kiện trọng trường bị thay đơi vù trụ, rỗì loạn hoạt động hệ tuần hoàn sớm xuất 2.3.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ m ôi trường: Nhiệt độ xung quanh tăng lên gây ảnh hưởng trực tiếp đến thân nhiệt Một chế tự điều chỉnh thản nhiệt thể tăng lưu lượng máu tới bề mặt da cách mao mạch da giãn rộng Bản thân tăng nhiệt độ môi trường làm giãn mao mạch da Thực nghiệm thỏ cho thấy nhiệt độ xung quanh lên tới 45°c, lưu lượng máu tối đa tăng lên 6-^7 lần so với lúc nhiệt độ 20°c Đê giữ vững áp suất máu, thể tự điều chỉnh cách co mạch phủ tạng Do tình trạng bệnh lý đó, chê diều chỉnh rối loạn, tăng nhiệt độ mơi trường đột ngột có thê gây nên hạ huyết áp tạm thời Cũng theo chế tương tự, thê tăng cường hoạt động, nhu cầu máu tối da tăng lên (cơ quan tiêu hoá sau ăn, não hoạt động trí óc ) có ảnh hưởng đến lưu lượng máu vùng khác thể hoạt động tim, mạch KHÍ VÀ Sự VẬN CHUYỂN KHÍ TRONG c THE CON NGƯỜI Sự trao đổi vận chuyên khí xảy thê nhị có hoạt động hơ hấp, hoạt động tuần hồn nhiều yếu tơ" khác 3.1 Hoạt động hô hấp Hoạt động hô hấp thực quan hơ hấp, tuần hồn máu, mơ tê bào thể Thành phần cấu trúc phổi phế nang Phế nang túi nhỏ, rỗng, có khả chứa đầy khơng khí cấu tạo lớp tế bào mỏng Vì vậy, khơi khí phế nang dễ dàng tiếp xúc với lốp mao mạch phong phú xung quanh Hoạt động thở bao gồm động tác hít vào thở cách điều hồ Ở người bình thường, khoảng 500 ml khơng khí trao đơi sau lần hít thở thơng thường Ở người luyện tập cơ" ý hít thở sâu, lượng khơng khí lưu thông lớn Trong phổi luôn tồn lượng khí dự trữ đề làm cho phổi khơng xẹp xuống tác dụng áp suất khí lên thành ngực Lượng khí chiếm khoảng 1000 ml hai phổi Phổi co lại giãn theo lồng ngực Hoạt động thở bao gồm động tác hít vào thở cách điều hồ p0 H ình 3.20 Các khoang giá trị áp suất chúng Pa: áp suất khơng khí phế nang Pp: áp suất tính đàn hồi mơ Pop: áp suất hai màng phổi 92 3.1.1 Cơ c h ế hít vào Trong lồng ngực, phểi trạng thái giãn căng tơ chức có tính đàn hồi Màng phơi ngàn cách phôi lồng ngực bao gồm hai lá: thành tạng Cấu tạo dó tạo nên khoang màng phối nằm hai Trong điều kiện cân áp suất phế nang P acân với tông áp suất khoang màng phôi Pop áp suất co lại gây tính đàn hồi phổi Pp (Hình 3.20) Pa = Pop + Pp (3.39) Tức áp suất khoang Pop nhỏ áp suất khí Pa giá trị sức cảng lồng ngực Pp Do áp suất khoang thường coi giá trị âm coi áp suất khí Áp suất âm khoang làm cho lồng ngực có xu hướng co lại, nghĩa có xu hướng ngược với sức căng phối Động tác hít vào thực nhờ tăng thể tích lồng ngực cách nâng xương sườn lên hạ hoành xuống Cơ hoành quan trọng cho hơ hấp bảo đảm cho 2/3 việc thơng khí phổi Thê tích lồng ngực tăng lên, trước lìêt làm giảm áp suất khoang màng phổi, nhị phổi có thê giãn (theo định luật Boyle - Mariotte) áp suất phế nang giảm xng Sự xuất hiệu áp suất khí qun phế nang làm cho khơng khí di chun thành dịng từ mơi trường vào phổi Lưu lượng khí V tính cơng thức: V = Ap/ R V tính theo lít/ giây Ap hiệu áp suất khí quyến phế nang, R sức cản động học gây ma sát dịng khí chun động với thành đường hơ hấp lực nội ma sát bơn lịng chất khí Sức cản động học phụ thuộc nhiều yếu tô", chiều dài 1, bán kính r ơng lực ma sát dịng khí đường hơ hấp, hệ sơ" nhớt chất khí 3.1.2 Cơ c h ế thở Khơng khí từ phổi đẩy ngồi thể tích lồng ngực bị giảm xuống Điều làm tăng áp lực khoang màng phổi Lúc này, áp lực từ khoang màng, phế nang co lại làm cho áp suất khơng khí phế nang tăng lên cao áp suất khí quyên Do vậy, dịng khí di chuyển từ phổi ngồi Cơ chế làm cho thê tích lồng ngực giảm xuống thở sau: trương lực hít vào giảm đi, tác dụng lực lực đàn hồi lồng ngực, quan lồng ngực trọng lượng lồng ngực, thê tích lồng ngực bắt đầu giảm xuống Đó q trình tự nhiên, khơng địi hỏi gắng sức Ngồi cịn có sơ" (cơ liên sườn trong, bụng, v.v ) co làm cho thê tích lồng ngực giảm xuống Cơ hoành nâng lên làm cho thể tích lồng ngực hẹp lại rõ rệt Khi lực đàn hồi phổi cân với áp suất khoang màng phổi động tác thở kết thúc, phối cịn đọng lại lượng khơng khí chưa đẩy hết Ngoài ra, động tác thở cịn có vai trị lực chông lại phủ tạng bụng bị hồnh dồn ép xuống tối đa hít vào, đàn hồi tô chức phối, lực chông lại mơ bị di chun hít vào 93 Nhìn chung, tác động hơ hấp lên phối thực cách gián tiếp thông qua thay đổi áp suất khoang Điều ảnh hưởng đến áp suất phế nang Nguyên nhân trực tiếp làm cho khơng khí di chun qua đưịng hơ hấp dao động có chu kỳ áp suất phế nang Nếu lồng ngực bị thủng bị tràn khí màng phổi tức nhân tơ' quan trọng chế hô hấp (áp suất khoang màng) bị loại bỏ Lúc đó, tính đàn hồi nó, phổi dễ bị xẹp lại Q trình thơng khí phổi khơng xảy bình thường thay đơi thê tích lồng ngực, khơng khí khơng di chuyển qua đường hơ hấp bình thường mà chuyển qua lỗ thủng lỗ thông nhân tạo Những vết thương loại ảnh hưởng nhiều đến hô hấp 3.1.3 Công hô hấp Là công thực qua quan hô hấp để thắng tất lực cản thơng khí Vai trị riêng biệt, hoạt động chúng giai đoạn khác chu kỳ hô hấp điều kiện khác nghiên cứu phương pháp ghi điện Việc đo công hô hấp cách trực tiêp khơng thê thực được, ta thường dùng phương pháp gián tiếp đê đo cơng hơ hấp Cơng có giá trị tích sơ' lực qng đưịng theo hướng lực hệ hơ hấp, cơng tính tích sơ" áp suất giá trị thể tích thay đổi tương ứng Vì áp suất hệ hô hấp đại lượng biến đôi nên việc xác định cơng A thực phương pháp tích phân: A=ịp.dV p áp suất tông hợp đặt vào hệ hơ hấp thịi điếm chu trình hơ hấp dV sơ" tăng thể tích hệ Trong thực tế, mn đo cơng hơ hấp cần có phế dung kế Theo kết thu người ta dựng đường cong biểu diễn phụ thuộc áp suất vào thê tích từ mà tính tốn Kết thu cho biết: trạng thái tĩnh (thông khí duới 10 1/ phút), cơng hơ hấp khoảng 0,1 -ỉ- 0,59 J/ hay 0,98 -ỉ- 4,9 J/ phút Khi tăng thể tích thở phút cơng hơ hấp tăng khơng tỷ lệ điều liên quan đến tảng sức cản động học Ngưòi ta thấy việc kết hợp tốt chiều sâu tần sơ" thỏ thích hợp tức làm cho cơng thực để hơ hấp lít khơng khí nhỏ Điều thực nhờ hệ thông điều khiên tự nhiên thê tập luyện 3.2 Các quy luật khuếch tán khí Sự vận chuyển khí hơ hấp trước hết tuân theo qiy luật vật lý, quy luật khuếch tán khí: * Định luật Henry cho biết: lượng khí thâm nhập (khuếch tán) vào chất lỏng tỷ lệ với áp suất riêng phần chất khí bề mặt chất lỏng CLúng ta biết hệ sơ" khuếch tán khí phụ thuộc vào chất khí thành phần hỗn hợp khí (như khơng khí chẳng hạn) 94 * Định luật Dalton (xem 1.1.2) Máu chứa nhiều thành phần, thâm nhập khí vào máu khơng đơn phụ thuộc vào đặc điểm chất khí * Định luật Cetrenov: Cetrenov nghiên cứu thẩm thấu khí C vào dung dịch thấy lượng khí hồ tan vào dung dịch tỷ lệ nghịch với nồng độ mi chất hồ tan (protein, lipid, v.v )- Tác giả tìm biếu thức liên hệ nồng độ c chất điện ly dung dịch lượng khí hồ tan s, là: ,gf = A C S lượng khí hồ tan vào nước ngun chất; s lượng khí hồ tan vào dung dịch có chất điện ly nồng độ C; k sô" Bảng 3.2 Hệ số khuếch tán số khí quan trọng dung dịch Hệ s ố khuếch tán Dung dịch co2 02 n2 Nước nguyên chất 0,545 0,023 0,013 H uyết 0,510 0,021 0,012 Máu 0,470 0,023 0,013 H cầu 0,440 0,026 0,015 Do tượng khuếch tán đơn tượng sinh học khác, chất khí thành phần 2, COọ, Nọ thâm nhập vào nơi thê với giá trị khác Ở phế nang, phân áp C 2, 2, N 39, 99 575 mmHg Vậy, thê tích khí có thê xâm nhập vào lm l máu theo quy luật khuếch tán đơn là: v = k -p - p với: k hệ sô" mà giá trị cho bảng 3.2; pn phân áp khí thành phần; p áp suất khí quyến Kết đo đạc thực tế áp suất riêng phần thành phần khí thể trình bày ỏ bảng 3.3 Dựa vào định luật Henry, hiểu chiều vận chuyển C thể Do chênh lệch áp suất, khuếch tán từ phế nang (phân áp 99,8 mmHg) đến máu mao mạch tĩnh mạch quanh (phân áp 38 mmHg) Máu trở thành máu đỏ chứa nhiều Oọ chuyên đến mô, tế bào khắp thể Ở mô, từ máu động mạch (phân áp 99 mmHg) chuyển vào dịch gian bào (phân áp 20 mmHg) Ở phân áp C 2rất cao (53 4- 76 mmHg) nên C khuếch tán từ dịch gian bào vào máu động mạch (39,6 mmHg) 95 Bảng 3.3 Áp suất riêng phần C 2, N2(đơn vị mmHg) thể Châ't khí P h ế nang Máu động m ạch chủ Máu phổi Ở tổ chức 99,8 99 38 20-40 39 39,6 575 550 o2 co2 n2 45 48 53 + 76 550 Nếu khuếch tán đơn thuần, thể tích khí thành phần khơng khí thê khác nhiều so vối giá trị đo bảng cịn nhiều cờ chê sinh học phức tạp khác Quá trình sử dụng 2, sản sinh C vận chuyển khí mơ tế bào phức tạp Nhìn chung, sử dụng đê oxy hoá chất hữu cơ, cung cấp lượng cho thể tạo C Đó dãy phản ứng liên tiếp xảy tác dụng men sinh học 3.3 Sự vận chuyển khí cd thể Q trình trao đổi khí thể khơng tu â n theo quy luật áp suất mà chịu ảnh hưởng nhiều phản ứng hoá lý khác Một phân áp 100 mmHg tiếp xúc với huyết tương tạo lượng khí xâm nhập vào máu khoảng 0,35 -ỉ- 0,4%, tức 0,003 H- 0,004 ml lml máu Tỷ lệ thấp r ấ t nhiều so với giá trị thực t ế máu động mạch 19 4- 20%, tức 0,19 + 0,20 ml lm l máu Muôn tạo hàm lượng máu cao thí nghiệm in vitro phải tạo phân áp atm 0., 300 mmHg đôi với C Như vậy, thê sinh vật, bên cạnh quy luật khuếch tán cịn có chê khác bơ sung thêm Nghiên cứu kỹ người ta thấy thành phần máu, chủ yếu hồng cầu, đóng vai trị vơ quan trọng việc vận chun COọ 3.4 Những yếu tố ảnh hưởng tới trao đổi khí thể người Trong thể hoạt động hơ hấp hay q trìn h trao đổi khí liên quan mật thiết với hoạt dộng chức khác Do đó, có r ấ t nhiều yếu tơ" bên bên ngồi thê ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến trao đổi khí 3.4.1 Yếu tơ bên Mọi yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động thở, lưu thơng khí, hoạt động phê nang ảnh hưởng đến hơ hấp Ta thấy vai trị to lỏn tuần hồn máu hoạt động hơ hấp, thay đổi khôi lượng chất lượng máu (kê hồng cầu huyết tương) ảnh hưởng trực tiếp đến vận chuyển C Hoạt động chun hố tế bào, mơ làm cho tốc độ sử dụng O sản sinh co., khác Tất yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến hơ hấp Con người thê hồn chỉnh hoạt động chức khác liên quan chặt chồ vối hô hấp Cơ thê điều khiến hoạt động chức qua hệ thần kinh, hệ nội tiết, men v.v 96 3.4.2 u tơ bên ngồi * Ánh hương trọng trường: Khi thở xảy thay đổi vị trí lồng ngực quan ổ bụng Lúc dó lực cản có liên quan đến trường hấp dẫn trái đất thay đôi tuỳ theo giai đoạn chu trình hơ hấp vị trí thể không gian vũ trụ Ở điều kiện trái đất, hít vào, trọng lượng lồng ngực gây lực cản hít vào thở ra, n h ân tơ" tự động làm giảm thê tích lồng ngực mà khơng cần phải gắng sức Trọng lực quan bụng (đặc biệt tư đứng) tác động lên hồnh có xu hướng kéo xuống Điều tạo điểu kiện thuận lợi cho động tác hít vào cản trở động tác thở Ánh hưởng trường hấp dẫn lên trình hơ hấp có thê xác định so sánh sơ"cơ học thơng khí hơ hấp trạng thái nằm đứng * Ánh hưởng tỷ lệ khí n h phần: Như ta dã rõ, oxy r ấ t cần cho thể, bình thường thể thích nghi với mơi trường khơng khí chứa oxy có phân áp khoảng 0 mmHg Chúng ta biết rằng, C có tác dụng kích thích hơ hấp Do vậy, thể địi hỏi khơng khí có hàm lượng C bình thường Cơ thể cịn chịu đựng khơng khí tích lên tới 50% có rối loạn nghiêm trọng thở th u ầ n khí Oọ Tất súc vật thí nghiệm chết đặt lồng kín có chứa oxy vói phân áp atmotphe Vai trị C hơ hấp quan trọng Nó kích thích hơ hấp hay gây khó khăn cho hơ hấp tuỳ thuộc tỷ lệ * Ảnh hưởng áp su ấ t khí quyển: Lên cao, áp suất khí hạ thấp phân áp khí n h phần giảm, điều đưa đến tình trạn g thiếu oxy thê Đe đáp ứng lại, hoạt động hơ hấp có thê tăng lên bị rối loạn tuỳ theo mức độ thòi gian thiêu oxy Sự thay đổi đột ngột áp suất khơng khí có thê xảy biến chứng nặng chết người Vì vậy, biện pháp quan trọng phải giảm áp suất từ từ Tóm lại, trao đổi khí thể tu â n theo quy luật động học chất khí chịu tác dụng trực tiếp nhiều quy luật sinh học phức tạp Chức hô hấp liên quan chặt chẽ với chức khác chịu ảnh hưởng trực tiếp điều kiện môi trường bên CHUYỂN ĐỘ NG c HỌC TRÊN c THỂ SỐNG 4.1 Đại cương chuyển động học 4.1.1 Các định luật New ton v ề chuyển động Cơ học cổ điền nghiên cứu dạng chuyền động đơn giản vật chất Đó dịch chuyển đơn giản vật so với vật khác phần chúng với Nói khác đi, thay đổi vị trí khơng gian Chuyển động học có nhiều dạng khác phức tạp D ạng chuyển động đơn giản chuyền động chất điếm Thông thường ta gắn với hệ quy chiếu vào hệ trục toạ độ vng góc đ ề xác định toạ độ vị trí khác đơi tượng khảo sát 97 Có định luật Neivton, là: - Đ ịnh luật Newton thứ nhất: Mọi vật giữ nguyên trạng thái đứng yên chuyền động thắng tác động vật khác khơng buộc biến đôi trạng thái Từ định luật này, ta hiểu tính chất quan trọng vật chất vận động qn tín h Nó th ề mn hình mn vẻ tự nhiên Khối lượng thước đo mức quán tính vật đơn vị đo kg hệ SI Quán tính ảnh hưởng đến người toàn củng ph ầ n riêng rẽ thê q trình sơng Khi thay đơi đột ngột vận tốc chuyển động vị trí khơng gian, quan khác th ề có độ quán tính khác làm xáo trộn chúng, ảnh hưởng đến hoạt động chức chúng - Đ ịnh lu ậ t Neivton thứ hai: Định luật p h t biểu sau: Gia tốc a chất điềm (vật) thu tỷ lệ thuận với lực tác dụng F , tỷ lệ nghịch với khối lượng m vật, có chiều trùng với chiều lực: a k ị m đó, k hệ s ố tỷ lệ, có giá trị dương Từ ta suy ra: F = m.ã N h th ế nghĩa tác dụng lực F , vật có khối lượng m đứng yên chuyển động biến đoi với gia tốc (ị Trong trường hợp chất điềm chịu lực tác động đồng thời nhiều lực khác py p , p thi vật coi bị tác dụng lực F mà: ũ \ g  ^n F = F + 2F + lổnghợp + F /1 = y F i /=1 X ét vận động thể, cần lưu ý đặc điềm sau đây: 4.1.1.1 Gia tốc trọng trường: Một vật rơi tự chân không gần trái đất có gia tốc có phương thắng đứng vng góc với m ặt đất hướng vào tăm trái đ ấ t Gia tốc gọi gia tốc trọng trường g hay gia tốc rơi tự Theo định luật thứ Neioton, ta có: F = m.g = p p trọng lượng vật 4.1.1.2 Trường hấp dẫn trái đất Neivton người vào năm 1687 đưa định luật hấp dẫn vủ trụ : "Hai chát điếm (vật) có khối lượng ỈĨÍỊ m 2, cách khoảng r hút 98 lực có phương phương đường thẳng nối hai chất điềm , có độ lớn tỷ lệ với tích hai khối lượng m h m tỷ lệ nghịch với binh phương khoảng cách chúng: 17 _ 17 F\ = F ĩ ~ ĩ - mx.m1 r ỵlà s ố hấp dẫn vủ trụ Trong trường hợp vật có khối lượng m tương tác với trái đất, đ ịn h lu ậ t viết lại sau: m M d t = r- — y r với M d khối lượng trái đất; r khoảng cách từ tâm vật đến tâm trái đ ấ t Nếu gọi R (i bán kính trái đất cịn h độ cao từ tâm vật đến m ặt đất thỉ: r = R,i + h N h biết: p = m.g tức là: p F g = - = - = r ÍD ,2 m m (Rd +h) Từ biếu thức ta thấy, lên cao gia tốc trọng trường giảm Tại m ặt đất (h = 0), g có giá trị: M g = ỵ J =9,8 « / s2 Kd Ta biết, m khối lượng vật, liên quan chặt chẽ với quán tính tức "sức ỳ" vật B ằng thực nghiệm , người ta chứng m inh m sức ỳ vật khối lượng hấp dẫn trùng với độ xác cao N h vậy, khối lượrtg quán tính khối lượng hấp dẫn biêu hai m ặt tính chất vật chất: lượng vật chất vật cụ thê Biêu thức E = m.c2 A nh sta n h củng cho thấy khối lượng m giá trị lượng E đại lượng vật lý đặc trưng cho vật chất vận động liên quan m ật thiết với Trạng thái vật mà tổng hợp tất lực momen lực tác động lên vật hăng gọi trạng thái cân Nếu lúc đó, tác động vào vật m ột lực làm phá bỏ trạng thái cân bằng, tức tông hợp lực khác 0, vật trở lại trạng thái cân củ ta gọi trạng thái cản bền (a) lực làm cho vật chuyển động tiếp tục ta gọi trạng thái không bền (b) N hư ng vật chuyển dịch đoạn trở trạng thái củ ta gọi trạng thái cân ơn định (c) 99 Hình 3.21 Ba trạng thái cân vật: - a: Bền - b: Không bền - c: ổn định Về phương diện lượng có th ể nói tác dụng trọng trường, m vật có thê đ ịnh ứng với trạng thái nó: Ep = m.g.h trạng thái cân băng bền th i Ep nhỏ Khi có lực tác d ụ n g vào, làm cho trọng tăm di chuyền th ế Ep tăng lên đến giá trị cực đại ứng với suất lực tác dụng S ự chuyến động làm cho giảm Tại trạng thái bền giá trị th ế khơng thay đổi N h th ế nghĩa vật đạt trạng thái cân th ế đạt giá trị cực đại cực tiêu Người ta thấy trạng thái băng ôn định vật (hay hệ thống hỉnh chăn đế) kh i vectơ trọng lực đặt trọng tâm vật rơi vào hình chiếu m ặt đất Nếu ngồi vật di chuyển vào trạng thái thoả m ãn yêu cầu nêu 4.1.2 Chuyển động quay vật rắn Một vật răn chuyến động học không thay đổi h ình dạng Dừ dạng chuyển động phức tạp nào, chuyên động vật rắn có th ể phàn tích thành hai trinh: chuyển động tịnh tiến chuyên động quay Khảo sát chuyên động tịnh tiến vật, người ta thấy phần tử vật có quỹ đạo hình dạng giống hệt đặc trưng khác chuyển động vận tốc, gia tốc Bời vậy, chuyên động tịnh tiến, ta có th ể thay vật chất điêm đó, chất điểm đặc trưng cho vật Trong chuyển động quay, ph ầ n tử vật có quỹ đạo đặc trưng khác nói chung khơng giống nên ta khảo sát chi tiết đê tim đặc trưng chuyên động quay 4.1.2.1 Mômen lực, mômen quán tính Một vật rắn thực chuyền động quay quỹ đạo p h ầ n tử tạo thành vật đường tròn đồng tâm nằm đường thang c ố định Đường thăng gọi trục quay Trên hình 3.22, trục quay năm đường qua 0 ' Trong chuyển động quay, vận tốc góc co gia tốc góc (3 điêrn vật n h n h a u, vận tốc dài gia tốc dài điềm khác nóỉ chung khác 100 ... vi sinh vật mức độ genomic hay proteinomic nên khó mà phân chia rạch rịi vân đề hóa sinh, sinh lý học, di truyền, miễn dịch học hay lý sinh Do nội dung lý sinh phong phú nên áp dụng vào y học. .. nghị tái ? ?Vật lý Lý sinh Y học? ?? xuất năm 2006 Nhân dịp n? ?y, có số sửa chữa, bổ sung cho hồn chỉnh Nội dung chủ y? ??u muôn cung cấp lý sinh y học Tuy nhiên, để hiểu rõ sử dụng kiến thức lý sinh phải... sơng, coi vật lý sở khoa học tự nhiên Vật lý lý sinh (vật lý vể sông) quan hệ mật thiết với y học đại do: - Sự ứng dụng quy luật vật lý để nghiên cứu trình sống, để hiểu giải thích tượng x? ?y thể