Lý sinh – chương 1: Cơ học và ứng dụng trong Y học

Mục tiêu:

1. Nắm khái niệm cơ bản về vật lý cơ học

2. Hiểu công, thế năng, động năng và ứng dụng trong y học

3. Nắm các loại lực, công thức và vận dụng

4. Nắm và vận dụng linh hoạt các định luật Newton

---

---

Cơ Học Trong Y Khoa: Nguyên Lý Vật Lý Vận Hành Cơ Thể Người

Góc bí kíp ứng dụng Lâm sàng đây

¹Tại sao túi truyền dịch phải treo cao hơn bệnh nhân ?

Làm thế nào một chiếc máy có thể tách riêng các thành phần trong một mẫu máu?

1. Hệ Đo Lường Quốc Tế (SI): Nền Tảng Chung Của Y Học và Vật Lý

Để mọi phép đo trong khoa học và y học được chính xác và thống nhất trên toàn thế giới, chúng ta cần một hệ quy chuẩn. Đó chính là Hệ Đo Lường Quốc Tế (SI). Hệ SI bao gồm 7 đơn vị cơ bản làm nền tảng cho mọi đại lượng vật lý khác.

7 Đại Lượng Cơ Bản Của Hệ SI:

• Chiều dài: mét (m)
• Thời gian: giây (s)
• Khối lượng: kilogam (kg)
• Cường độ dòng điện: Ampere (A)
• Cường độ sáng: Candela (Cd)
• Nhiệt độ: Kelvin (K)
• Lượng vật chất: mol (mol)

=> Từ những đơn vị này, chúng ta có các đơn vị dẫn xuất quan trọng trong y học như Newton (N), đơn vị của lực, dùng để đo lường sức co của cơ bắp hay áp lực tác động lên xương.

2. Chuyển Động Học: Mô Tả Chuyển Động Của Sự Sống

• Chuyển động học là nhánh nghiên cứu về cách các vật thể di chuyển.

• Trong y học, nó giúp chúng ta phân tích từ dòng chảy của máu trong động mạch đến chuyển động của các chi.

Vận Tốc và Gia Tốc

• Vận tốc mô tả một vật di chuyển nhanh hay chậm và theo hướng nào.
• Gia tốc mô tả sự thay đổi của vận tốc. Ví dụ, khi tim co bóp đẩy máu vào động mạch, dòng máu sẽ có gia tốc lớn.

Lực Ly Tâm và Ứng Dụng “Vàng” Trong Xét Nghiệm

Khi một vật chuyển động theo đường tròn, sẽ có một lực hướng ra bên ngoài gọi là lực ly tâm. Nguyên lý này có một ứng dụng cực kỳ quan trọng trong y học: máy ly tâm.

Khi đưa một ống máu vào máy ly tâm và cho quay với tốc độ cao, lực ly tâm sẽ tác động lên các thành phần trong máu.

• Các thành phần có khối lượng lớn hơn như hồng cầu sẽ bị đẩy ra xa trục quay và lắng xuống đáy ống.
• Các thành phần nhẹ hơn như huyết tương sẽ nổi lên trên.
• Bạch cầu và tiểu cầu tạo thành một lớp mỏng ở giữa.

=> Chẩn đoán các bệnh lý

3. Năng Lượng & Công: Động Lực Phía Sau Mọi Hoạt Động

• Mọi hoạt động của cơ thể, từ suy nghĩ đến hít thở, đều cần năng lượng.

• Cơ học giúp chúng ta định lượng năng lượng này qua các khái niệm về công, động năng và thế năng.

Công Cơ Học: Khi Cơ Bắp “Làm Việc”

Trong vật lý, công được sinh ra khi một lực tác động làm vật di chuyển. Ứng dụng rõ ràng nhất chính là hoạt động của hệ hô hấp.

Khi bạn hít vào, cơ hoành và các cơ liên sườn co lại, thực hiện một “công” để kéo lồng ngực giãn ra. Công này tạo ra không gian để phổi nở rộng và không khí tràn vào.

Thế Năng: Năng Lượng Từ Vị Trí và Hình Dạng

Thế năng là năng lượng “dự trữ” của một vật do vị trí hoặc sự biến dạng của nó.

a. Thế Năng Trọng Trường và Các Ứng Dụng Điều Trị

Đây là năng lượng một vật có được do độ cao của nó so với một mốc. Công thức quen thuộc là Wt = mgh. Nguyên lý đơn giản này được ứng dụng rộng rãi trong điều trị:

• Truyền dịch (IV): Túi dịch luôn được treo cao hơn vị trí tim của bệnh nhân. Sự chênh lệch độ cao này tạo ra áp suất thủy tĩnh (do thế năng trọng trường), giúp dịch tự động chảy vào tĩnh mạch mà không cần bơm.
• Dẫn lưu tư thế: Đối với các bệnh nhân có nhiều đờm, dịch trong phổi, các bác sĩ sẽ hướng dẫn họ nằm ở các tư thế khác nhau để tận dụng trọng lực, giúp dịch nhầy chảy từ các phế quản nhỏ ra phế quản lớn, từ đó dễ dàng ho ra ngoài.
• Điều trị phù: Khi bị phù chân, việc gác chân lên cao sẽ giúp máu và dịch bạch huyết dễ dàng chảy về tim hơn nhờ tác dụng của trọng lực, qua đó làm giảm sưng.

b. Thế Năng Đàn Hồi: Sự “Co Giãn” Của Các Cơ Quan

Đây là năng lượng dự trữ khi một vật bị biến dạng (như kéo dãn hoặc nén một lò xo). Nhiều cơ quan trong cơ thể hoạt động dựa trên nguyên lý này.

• Tim: Một quả tim khỏe mạnh có khả năng đàn hồi tốt, nó giãn ra để chứa máu và co bóp mạnh mẽ để đẩy máu đi. Trong bệnh cơ tim hạn chế, thành tim trở nên “cứng”, mất đi khả năng đàn hồi, làm giảm hiệu quả bơm máu.
• Phổi: Phổi có tính đàn hồi tự nhiên. Khi hít vào, các cơ hô hấp làm phổi giãn ra; khi thở ra, phổi tự động co về vị trí cũ một cách thụ động nhờ thế năng đàn hồi. Trong bệnh xơ phổi, các mô phổi bị sẹo và xơ cứng, làm mất tính đàn hồi, khiến bệnh nhân thở ra rất khó khăn.

[Hình ảnh so sánh tim bình thường và tim trong bệnh cơ tim hạn chế, phổi bình thường và phổi bị xơ]

Động Năng: Năng Lượng Của Chuyển Động

Động năng là năng lượng mà một vật có được khi nó đang chuyển động. Mọi vật thể chuyển động trong cơ thể chúng ta, từ dòng máu chảy trong mạch đến không khí di chuyển vào phổi, đều mang động năng. Định lý động năng cho thấy công của các lực tác dụng lên vật sẽ làm thay đổi động năng của nó, giải thích tại sao lực co bóp của tim lại làm tăng tốc độ của dòng máu.