Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Існує кілька методів визначення швидкості кровото-ка. Розглянемо фізичні основи двох з них.
Ультразвуковий метод (ультразвукова расходеметрія) заснований на ефекті Доплера (див. § 5.10). Від генератора I електрич-чеських коливань УЗ-частоти (рис. 9.15) сигнал надходить на з-лучатель 2 і на пристрій порівняння частот 3. УЗ-хвиля 4 прони-кає в кровоносну судину 5 і відбивається від рухомих еритро- цитов 6. Відбита УЗ-хвиля 7 потрапляє в приймач 8, де перетворюється на електричне коливання і посилюється. Посилено-ве електричне коливання потрапляє в пристрій 3. Тут срав-Нива коливання, відповідні падаючої і відбитої хвиль, і виділяється доплеровській зрушення частоти у вигляді електричного коливання:
З формули (5.65) можна визначити швидкість еритроцитів:
У великих судинах швидкість еритроцитів різна в зависи-мости від їх розташування відносно осі: «пріосевой» еритему-РОЦИТ рухаються з більшою швидкістю, а «пристінкові» - з меншою. УЗ-хвиля може відбиватися від різних еритроцитів, тому доплеровській зрушення виходить не у вигляді однієї частоти, а як інтервал частот. Таким чином, ефект Доплера дозволяє визначати не тільки середню швидкість кровотоку, але і швидкість руху різних верств крові.
Електромагнітний метод (електромагнітна витратометрія) вимірювання швидкості кровотоку заснований на відхиленні рухомих зарядів в магнітному полі. Справа в тому, що кров, бу-Дучі електрично нейтральної системою, складається з поклади-них і негативних іонів. Отже, що рухається кров є потоком заряджених частинок, які переміщуються зі швидкістю Укр. На рухомий електричний заряд q в магнітному полі з індукцією В діє сила (див. § 13.3)
Якщо заряд негативний, то сила спрямована протилежно векторному добутку vкр х В.
Як показано на рис. 9.16, сили, що діють з боку маг-нітних поля на різнойменні заряди, спрямовані в протилежні сторони. Біля однієї стінки кровоносної судини преоб-ладает позитивний заряд, біля іншої - негативний.
Перерозподіл зарядів по перетину судини викличе появу електричного поля.
Що виникає електрична напруга U (див. Рис. 9.16) залежить від швидкості руху іонів, т. Е. Від швидкості крові [см. (9.19)]. Таким чином, через міряючи цю напругу, можна визна-лити і швидкість кровотоку. Знаючи січі-ня S судини, неважко обчислити об'єк-емную швидкість кровотоку (м 3 / с):
Практично зручніше в цьому методі використовувати змінне магнітне поле (рис. 9.17). Це призводить до виникнення змінної напруги U, котopoe потім посилюється і вимірюється.
Термодинаміка. Фізичні процеси в біологічних мембранах
розділі розглядаються явища, сутність яких визначається хаотичним движени третьому величезного числа молекул, з яких складаються тіла різної при-пологи. Вивчаючи ці явища, застосовують два основні методи. Один з них - термодинамічний, він виходить з основних досвідчених законів, які отримали назву почав (законів, принци-пов) термодинаміки. При такому підході не враховується внутрен-неї будова речовини.
Інший метод - молекулярно-кінетичний (статистич-ський) - заснований на уявленні про молекулярній будові ве-щества. З огляду на, що число молекул в будь-якому тілі дуже велике, можна, використовуючи теорію ймовірностей, встановити визначений-ні закономірності.
У розділі різною мірою використовуються обидва підходи.
Медикам дані питання важливі для розуміння енергетики організму, теплообміну біологічних систем з навколишнім середовищем, з'ясування фізичних процесів, що відбуваються в біологічних мембранах, і ін.
Г Л А В А 10 Термодинаміка
Під термодинаміки розуміють розділ фізики, розглядає-вающий тіла, між якими можливий обмін енергією (термодинамічні системи), без урахування мікроскопічні-го будови тіл, що складають систему. Розрізняють Термодім-Намік рівноважних систем або систем, які переходять до рав-новесію (класична, або рівноважна, термодинаміка, часто звана просто термодинаміки), і термодінамі-ку нерівноважних систем (нерівноважна термодинаміка). Нерівноважна термодинаміка відіграє особливу роль для рас-перегляду біологічних систем.
У розділі поряд з термодинамікою викладені також питання, пов'язані з використанням низьких температур і нагрітих середовищ для лікування, а також елементи термометрії і калорій-метрії.
Основні поняття термодинаміки. Перший початок термодинаміки
Стан термодинамічної системи характеризується фі-зичних величинами, званими параметрами системи (обсяг, тиск, температура, щільність і т. Д.).
Якщо параметри системи при взаємодії її з навколишнього природ-ми тілами не змінюються з плином часу, то стан системи називають стаціонарним. Прикладами таких станів в ті-чення невеликого відрізка часу є стан внут-ній частині працює домашнього холодильника, стан тіла Людини, стан повітря в опалювальному приміщенні і т. Д.
У різних частинах системи, що знаходиться в стаціонарному со-стоянні, значення параметрів зазвичай розрізняються: температура в різних ділянках тіла людини, концентрація дифундує-щих молекул в різних частинах біологічної мембрани і т. П. У системі, таким чином, підтримуються постійні град-ти деяких параметрів, з постійною швидкістю можуть проте-кати хімічні реакції.
Стаціонарний стан підтримується за рахунок потоків енер-гии і речовини, що проходять через систему. Схематично на рис. 10.1, а показано стаціонарне стан, температура неодин-кова в різних точках системи. Ясно, що в стаціонарному перебуваючи-ванні можуть перебувати такі системи, які або обмінюються і енергією, і речовиною з оточуючими системами (відкритому-ті системи), або обмінюються тільки енергією (закриті системи).
Термодинамічна система, яка не обмінюється з навколишніми тілами ні енергією, ні речовиною, називає-ся ізольованою. Ізольована система з часом прихо-дить в стан термодинамічної рівноваги. У цьому перебуваючи-ванні, як і в стаціонарному, параметри системи зберігаються трохи-змінити в часі. Істотно, що в рівноважному стані параметри, які не залежать від маси або числа частинок (тиск, температура і ін.), Однакові в різних частинах цієї системи.
Природно, що будь-яка реальна термодинамічна система не буде ізольованою хоча б тому, що її неможливо окру-жити оболонкою, що не проводить теплоту. Ізольовану систе-му можна розглядати як зручну термодинамічну мо-дель. Схематично рівноважний стан ізольованої систе-ми показано на рис. 10.1, б.
Розглянемо докладніше взаємодія закритої системи з ок-ружа тілами. Обмін енергією між ними може осу-ществляться в двох різних процесах при здійсненні роботи і при теплообміні.
Мірою передачі енергії в процесі теплообміну є кількість теплоти, а мірою передачі енергії в процесі соверше-ня роботи є робота [1] [1] [1].
На поршень, площа поперечногосеченія якого S, з боку газу внаслідок тиску р діє сила F = pS. Так як направле-ня цієї сили збігається з напрямом переміщення поршня, то робота, що здійснюються газом,
При розширенні газу AF> 0 і робота позитивна (# 8710; V> 0); при стисненні # 8710; V <0 и А <0. Заметим, что речь идет о работе, совер-шаемой газом, а не внешними силами. Работа всех внешних сил, наоборот, при расширении газа окажется отрицательной, а при сжатии — положительной.
Якщо при зміні обсягу тиск газу змінюється, то сле-дует обчислювати елементарну роботу, відповідну доста-точно малому зміни обсягу dV: