Bài giảng chương 1 Chuyển động trong cơ thể sống học phần Lý sinh y học | Trường Đại học Phenikaa

Lý sinh
PGS.TS. Trần Quang Huy
Email: huy.tranquang@phenikaa-uni.edu.vn
NỘI DUNG HỌC PHẦN
Chương 1: Chuyểnđộng trongcơthểsống Chương 2:
Chương4: Điệnsinhhọcvà Sựbiếnđổi nănglượngtrongcơthể
ứngdụngđiệntrongy học sống Lý sinh ( Biophysics) Số tín chỉ: 2LT+1TH Chương3: Chương 5: Sóng âm và Ánh sángứng siêu âmtrongy học dụngtrongy học
Chương 6: Bức xạ ion hóaứngdụng trongy học
Giáo trình tham khảo:
1- Phan Sỹ An (2019), Lý sinh y học, Nhà xuất bản y học
2- Nguyễn Thành Vấn (cb) (2018), Vật lý-Lý sinh. Nhà xuất bản Y học
- Phương pháp dạy:
+ Hướng dẫn lý thuyết (2 tiết)
+ Hướng dẫn thảo luận nhóm/làm bài tập theo chủ đề (1 tiết)
- Phương pháp học:
+ Học lý thuyết (2 tiết)
+ Tra cứu tài liệu, thảo luận nhóm và trình bày/làm bài tập trên lớp (1 tiết)
+ Làm bài tập lớn ở nhà
- Phương pháp cho điểm: + Điểm chuyên cần
+ Điểm thảo luận/trình bày
+ Điểm kiểm tra giữa học phần + Điểm bài tập lớn
+ Điểm kiểm tra kết thúc học phần
Chương 1: Chuyển động trong cơ thể sống
1.1 . Vận chuyển vật chấtqua màngtếbào
1.2 . Phươngtrìnhchuyểnđộngcủachấtlỏng
1.3 . Vậnchuyểnmáutrongcơthểsống
1.4 . Vậnchuyểnkhítrongcơthểsống
1.5 Chuyểnđộngcơhọctrongcơthểsống
1.1 Vận chuyển vật chất qua màng tế bào
1.1.1 Cấu trúc và chức năng màng tế bào
- Màng tế bào: một màng sinh học phân cách môi trường bên trong
của các tế bào với môi trường bên ngoài của chúng.
- Thành phần chính: protein, lipid và một số carbohydrate khác.
- Cấu trúc: Các thành phần màng tế bào được sắp xếp thành 2 lớp lipid
kép có tính phân cực ở bên trong và bên ngoài màng.
- Chức năng: xác định chất nào được đi vào hay đi ra thông qua các cơ chế chính:
+ Vận chuyển thụ động (Passive Transport)
+ Vận chuyển chủ động (Active Transport) + Xuất bào (Exocytosis) + Nhập bào (Endocytosis)
1.1.2 Vận chuyển qua màng tế bào
+ Có 3 cơ chế vận chuyển chính:
A. Vận chuyển thụ động
Vậnchuyểnthụđộng
Vậnchuyểnchủđộng - Khuếch tán - Khuếch tán thuận lợi
B. Vận chuyển chủ động
- Vận chuyển chủ động sơ cấp
- Vận chuyển chủ động thứ cấp
C. Thẩm thấu (Osmosis)
a) Vận chuyển thụ động
- Mô hình màng vi xốp
Khuếch tá n Khuếch tán thuận lợi
+ Màng vi xốp ngăn hai dung dịch có nồng độ khác nhau nhưng
cùng áp suất. Các lỗ xốp cho phép các phần tử chất tan đi qua,
phần còn lại của màng không thấm chất tan và dung môi.
+ Các kênh hoạt động giống như lỗ chân lông và chúng có thể
được kiểm soát quá trình đóng hoặc mở
+ Điều hòa sinh lý vận chuyển thụ động => kiểm soát số lượng lỗ (hoặc kênh) trong màng.
- Mô hình hòa tan trong lớp lipid kép
+ Một phân tử có thể thâm nhập từ trái sang phải màng bằng cách
hòa tan vào trong lớp kép lipid => khuếch tán qua lớp này và sau đó
quay trở lại pha nước phía bên trong của màng
- Khuếch tán thuận lợi sử dụng chất mang bao màng
Đối với một số chất, tính thấm của màng không đủ lớn để đáp ứng cho nhu
cầu của tế bào =>sử dụng phương thức khuếch tán thuận lợi để mang vật chất qua màng.
b) Vận chuyển chủ động
- Vận chuyển có sự liên kết với năng lượng chuyển hóa
+ Tất cả dịch chuyển của ion đều liên quan đến chuyển động “dốc xuống” gradient điện hóa: năng lượng tự do ở điều
kiện ban đầu cao hơn điều kiện cuối.
Sự thay đổi năng lượng tự do: Δμ = μcuối-μđầu <0
+ Khuếch tán thụ động qua các lỗ hoặc lớp kép lipid, chất mang và các kênh đều thụ động
+ Năng lượng đến từ chính dung dịch
+ Tế bào tập trung một số vật liệu bằng cách dịch chuyển chúng từ vùng có thế điện hóa thấp sang vùng có thế điện
hóa cao hơn. Dịch chuyển này có Δμ> 0. Nó chỉ có thể xảy ra một cách tự phát khi Δμ dương đối với quá trình vận
chuyển được kết hợp với một quá trình khác có Δμ âm hơn. Điển hình của quá trình này là quá trình thủy phân ATP
+ Vận chuyển chủ động sơ cấp dịch chuyển vật liệu theo gradient điện hóa do sự tham gia trực tiếp của quá trình thủy phân ATP.
Ví dụ: các thành phần tham gia vào quá trình vận chuyển chủ động gồm các bơm ion: Na/K-ATPase, Ca-ATPase và HATPase.
+ Vận chuyển chủ động thứ cấp di chuyển vật liệu theo gradient điện hóa do sự tham gia gián tiếp của quá trình thủy
phân ATP. ATP được sử dụng để thiết lập gradient điện hóa , thường là Na+, và năng lượng được lưu trữ được sử dụng
để bơm vật liệu “lên dốc”.
Ví dụ: đồng vận chuyển glucose-Na trong biểu mô ruột và ống thận gần và trao đổi Na -Ca ở màng bề mặt tim c) Thẩm thấu
- Thẩm thấu là sự di chuyển hoặc khuếch tán tự phát của các phân tử dung môi qua màng thấm có chọn lọc từ vùng
có thế cao đến vùng có thế thấp, theo hướng có xu hướng cân bằng nồng độ chất tan ở hai phía
d) Nhập bào và xuất bào
- Một số phân tử lớn có thể xâm nhập vào tế bào nhờ chức năng tích cực của màng mà không cần khuếch tán qua lỗ màng
- Một số phân tử vật chất có thể bị đẩy ra từ bên trong tế bào ra môi trường ngoại bào
1.2. Phương trình chuyển động trong chất lỏng 1.2.1 Khái niệm cơ bản
- Chất lưu (Fluid): là chất có thể chảy được.
+ Giữa các lớp chất lưu chuyển động với vận tốc khác nhau ->tương tác nội lực (lực nội ma sát hay ma sát nhớt);
+ Chất lưu lý tưởng: không nén được và không có ma sát;
+ Mọi chất lưu là chất lưu thực. Một chất lưu rất linh động và không nhớt -> chất lưu lý tưởng;
+ Lực ma sát nhớt chỉ xuất hiện khi chất lưu chuyển động. Ở trạng thái nằm yên, chúng có gần hết tính
chất của chất lưu lý tưởng.
Chuyển động theo lớp của chất lưu lý tưởng (a) và chất lưu thực (b)
- Chất lưu lý tưởng (Ideal fluid): không nén được và không có ma sát;
+ Phần tử chất lưu khi chuyển động -> véc tơ vận tốc.
+ Tập hợp các véc tơ vận tốc ->trường véc tơ vận tốc
- Đường dòng (streamlines): những đường mà tiếp tuyến của nó tại mỗi điểm sẽ trùng với véc
tơ vận tốc của phần tử chất lưu tại điểm ấy
+ Quy ước đường dòng: thưa -> chảy chậm; mau -> chảy nhanh
1.2.2 Phương trình chuyển động của chất lỏng
- Chuyển động của chất lưu thực rất phức tạp và chưa được hiểu một cách đầy đủ
- Xét chuyển động của chất lỏng lý tưởng (một dạng chất lưu)
a) Phương trình liên tục
Xét một chất lỏng dịch chuyển trong lòng ống có các đầu với thiết diện khác
nhau => lưu lượng thể tích (ΔV//Δt) như nhau ở mọi vị trí trong ống:
V1/Δt = V2/Δt Mà V = S.l, nên: S1×l1/Δt =S2×l2/Δt
Trong khi, tốc độ dòng chảy: v = l/t, suy ra: S1×v1 = S2×v2
=> phương trình liên tục
Kết luận: nơi thiết diện bé chất lỏng chảy nhanh, nơi thiết diện lớn chất lỏng chảy chậm
b) Phương trình Bernoulli
- Xétsựdịchchuyểncủachấtlỏngtừvịtrí(1,2) -> vịtrí(1’,2’) do ápsuấtp 1 gâyra lựcđẩy
F 1 = p 1 S 1 , ápsuấtp 2 gâyra lựccảnF 2 = p 2 S 2 .
Cônggâyra do F 1 làcôngdương; do F 2 làcôngâm=> côngdo ápsuấtchấtlỏng:
dA= F 1 dx 1 –F 2 dx 2 = p 1 S 1 dx 1 –p 2 S 2 dx 2
Côngnàyđãlàmkhốichấtlỏngdịchchuyển(1,1’) ->(2,2’).
Vì S1dx1 = S2dx2 =V là thể tích khối chất lỏng khối lượng m tương ứng ở 2 vị trí nên
Kếtluận: Ápsuấtchấtlỏngkhôngnhớtchảytheoốngnằmngangsẽtăngtại
nơinàotốcđộchảygiảmvàngượclạigiảmtạinơinàotốcđộchảytăng