ФИЗИКА НУЖНА ВРАЧАМ!

Более сорока лет назад возникла новая наука – биофизика. Она становится необходима для специалистов – медиков, фармацевтов. Какова же роль физики в биологии и медицине?

Первый закон термодинамики

Первое начало термодинамики является законом сохранения энергии, и поэтому является всеобщим законом природы. То есть законом, действие которого распространяется и на живые организмы. Единственным источником жизни в организме является энергия, заключённая в химических связях молекул жиров, белков, углеводов, поступающих в организм с пищей. В результате окислительных процессов происходит ступенчатое освобождение этой энергии, а затем часть её рассеивается в виде тепла, а часть накапливается в виде макроэргических связей в молекулах АТФ. (макроэргические связи – это связи, при разрыве которых выделяется большое кол-во энергии) Энергетические процессы в живом организме происходят в строгом соответствии с первым началом.

Справедливость первого закона термодинамики для биологии можно доказать, если изолировать живой организм от окружающей среды, измерить кол-во выделенной им теплоты и сравнить его с тепловым эффектом биохимических реакций внутри организма. С этой целью ещё в 1780 году Лавуазье и Лаплас помещали морскую свинку в калориметр и измеряли кол-во выделенной теплоты и углекислого газа.

Из всего сказанного можно сделать вывод: любой живой организм есть открытая термодинамическая система, далёкая от состояния равновесия.

Влажность воздуха.

Для жизни человека нормальной считается относительная влажность воздуха от 40 до 60%. Выдыхаемый человеком воздух имеет практически 100% - ную влажность. Хорошее самочувствие сохраняется при следующих соотношениях температуры и влажности воздуха: при температуре 20-25 С наиболее благоприятна относительная влажность 85-60%.

Высокую температуру легче переносить при сухом воздухе. Однако если влажность меньше 20%, испарение влаги со слизистых оболочек дыхательных путей увеличивается. Это вызывает неприятное ощущение сухости во рту и носу, растрескивание губ. Нарушение целостности слизистой оболочки уменьшает её защитное действие как фильтра, преграждающего путь микробам и пыли.

Однако при некоторых заболеваниях сухой воздух оказывает лечебный эффект. Так, в одном из самых сухих районов – Байрам – Али в Средней Азии, где кол-во осадков не превышает 200мм в год, - лечат заболевания почек. В таком климате почки в значительной степени освобождаются от работы, и их функцию принимает на себя кожа, обильно испаряющая влагу. При повышенной влажности воздуха жара переносится значительно тяжелее. В таких условиях может случиться тепловой удар – значительное перегревание организма.

При температуре 0 С и высокой относительной влажности резко повышается теплоотдача организма за счёт дополнительных затрат не только на обогревание тела, но и на просушивание отдельных открытых поверхностей кожи. Это приводит к дальнейшему охлаждению организма, что может привести к простуде, обморожению. Повышенная влажность воздуха замедляет заживление переломов.

Если в тёплую комнату внести холодные металлические предметы, то они сразу запотевают. Водяной пар, имеющийся в воздухе, конденсируется на холодной поверхности.

Иногда с явлением запотевания холодных предметов приходится бороться. Так, при осмотре голосовых связок больного врачу приходится пользоваться специальным сферическим зеркальцем. Это небольших размеров металлическое зеркальце на ручке, которое вводится в полость рта. Влажность воздуха в ротовой полости 100%, поэтому зеркальце быстро запотевает. Чтобы этого не случилось, зеркальце предворительно нагревают в пламени спиртовки до температуры, превышающей температуру тела человека. На нагретых поверхностях зеркала пар не конденсируется, и врач хорошо видит состояние связок больного.

Твёрдые тела. Деформации. Механические свойства твёрдых тел

Человеческое тело испытывает достаточно большую механическую нагрузку от собственного веса и от мышечных усилий. Интересно, что на примере тела человека можно проследить все виды деформации. Деформацию сжатия испытывают позвоночный столб, нижние конечности и покровы ступни; деформацию растяжения – верхние конечности, связки, сухожилия, мышцы; деформацию изгибы – шея при повороте головы, туловище в пояснице при повороте, кисти рук при вращении.

В организме человека насчитывается более двухсот костей, различных по строению и назначению. В зависимости от функций, которые они выполняют, кости обладают различным запасом прочности. Благодаря трубчатому строению кости способны выдерживать колоссальные нагрузки. Так, бедренная кость, поставленная вертикально, выдерживает нагрузку 15 кН. Такая нагрузка в 25 раз превышает вес тела. Прочность кости в 9 раз превосходит прочность свинца и почти равна прочности чугуна!

Не менее удивительны свойства мышц. В теле человека насчитывается около 600 мышц, а вместе они составляют до 40% массы человека. Мышечная масса обладает свойством сокращается и растягиваться. Ей присуща так же эластичность. Эластичность мышцы, находящийся в покое и в активном состоянии различна. Отсюда следует очень важный вывод: прежде чем начать физические упражнения, требующие усилий, необходимо сделать разминку. В противном случае возможны серьёзные травмы мышц, вплоть до их разрыва.

Задача 1

За один вдох в лёгкие поступает 500мл воздуха. Сколько воздуха поступит в лёгкие за 45 мин, если цикл вдох-выдох длится 4с? Сколько раз вы выдохните за урок?

Задача 2

2) Сечение бедренной кости человека (в средней её части) напоминает пустотельный цилиндр внешним радиусом 11 мм и внутренним 5 мм. Предел прочности костной ткани на сжатие 170 МПа. Груз какой минимальной массы под действием силы тяжести, направленной вдоль кости, может её сломать? 

Автор:  Андреева Мария, 10ЛГ класс
Научный руководитель: Петряшова Ольга Николаевна