Биологическое и медицинское применения

Физика > Биологическое и медицинское применения

На транспортировку питательных веществ, а также циркуляцию и очищение крови влияют движения жидкостей.

Задача обучения

• Разобраться в системе кровообращения с позиции динамики жидкостей.

Основные пункты

• В биологии существует много жидкостей. Понимание их движения помогает создавать эффективную медицину.
• Сердце гоняет кровь по всем трубкам в теле.
• Циркуляцию можно повысить при помощи знаний динамики жидкостей.
• Диффузия – доминирующий механизм, благодаря которому осуществляется обмен питательных веществ и отходы между кровью и тканью.
• Почки используют осмос и диализ для очистки крови. Это важно в медицине, так как помогает справляться с нарушением работы почек.

Термины

• Сосудистый – содержащий сосуды, по которым транспортируется жидкость.
• Осмос – чистое перемещение молекул из области с высоким потенциалом в более низкий сквозь частично проницаемую мембрану.
• Диализ – разделение молекул или частиц с разными размерами при помощи дифференциальной диффузии сквозь полупроницаемую мембрану.

Жидкости бывают статическими, но есть и случаи, когда текучая среда смещается. К примеру, дым поднимается над местом пожара или водный поток, извергающийся из шланга. Почему восходящий дым закручивается? Как соплу удается повысить скорость воды? На все это помогает ответить динамика жидкости.

Использование в системе кровообращения

Система кровообращения представляет собою связанные трубки, сквозь которые течет жидкость. Сердце – насос, качающий кровь и задающий ритм. Оно меняет региональное давление и обеспечивает перемещение крови в заданном направлении. Сердечные удары создают пульсирующий кровоток, запускающий жидкость в артерии и венозную систему.

Главной артерией выступает аорта. Она выходит из левой стороны сердца и разветвляется на более мелкие артерии: артериолы и капилляры (переносят кислород). Последние соединяются с венулами. Далее кровь переходит в правое сердце.

Через венозную систему дезоксированная кровь возвращается в правую часть сердца, где переходит в легкое и трансформируется в кислород. Далее кровь следует в левую сторону и повторяет весь процесс. Активное участие принимают сердце, сосуды и легкие.

Жидкости и диффузия

Диффузия – перемещение веществ из-за случайного теплового молекулярного движения. Этот процесс может осуществляться даже в твердых частицах (пары поступают в ледяные кубики). Диффузия – главный механизм, при помощи которого обеспечивается обмен веществ и отходов между кровью и тканью. Эволюция увеличила организмы, из-за чего возникла потребность в стремительных методах транспортировки, превосходящих чистую диффузию. Именно поэтому развилась система кровообращения. Одноклеточные организмы все еще ограничиваются диффузией.

Полупроницаемая мембрана с крошечными порами, пропускающие только небольшие молекулы

Еще одна важная форма перемещения жидкостей – осмос. Это транспортировка воды через полупроницаемую мембрану из области с высокой концентрацией в низкую. Ответственность лежит на дисбалансе в концентрации воды. Точно также диализ – перенос любой молекулы сквозь полупроницаемую мембрану из-за отличия в концентрациях. Почки используют диализ и осмос, чтобы очистить кровь.