Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
CHƯƠNG 3: ĐIỆN HỌC TRONG KHOA HỌC SỰ SỐNG - Coggle Diagram
CHƯƠNG 3: ĐIỆN HỌC TRONG KHOA HỌC SỰ SỐNG
3.1 Cơ sở khoa học của điện học
Một số khái niệm
Sự nhiễm điện do cọ sát: Điện tích cùng dấu đẩy nhau, trái dấu hút nhau.
Vật dẫn điện: Những vật mà có điện tích có thể chuyển động tự do trong toàn bộ thể tích (KL, DD điện phân, cơ thể sống).
Vật cách điện (điện môi): Điện tích không thể tự do chuyển động tử điểm này tới điểm kia (gỗ, thủy tinh...)
Chất bán dẫn: Tính chất dẫn điện trung gian
Điện trường: Một dạng vật chất đặc biệt, nhờ đó các điện tích tương tác với nhau
Vecto cường độ điện trường tại 1 điểm là đại lượng vecto có giá trị bằng lực của điện trường tác dụng lên 1 đơn vị diện tích dương mặt đó. Đặc trưng cho điện trường về phương
Hiệu điện thế
Dòng điện: Dòng các hạt điện tích chuyển động có hướng dưới tác dụng của điện trường
Chiều của dòng điện
Tác dụng của dòng điện: Nhiệt, từ,sinh lí, cơ học,...
Cường độ dòng điện
Độ dẫn điện (L): L=1/R
Điện trở (R): R = pl/s. p (rô) điện trở suất; l: Chiều dài của đối tượng; S: bề mặt tiết diện ngang của đối tượng
Dòng điện 1 chiều: Chạy theo 1 hướng cố định
Cường độ có thể tăng hoặc giảm, nhưng không đổi theo thời gian
Từ dương sang âm
Tạo ra từ nguồn pin, ăc quy, năng lượng mặt trời
Dòng điện xoay chiều:
Giá trị và chiều biến đổi theo thời gian, tuần hoàn theo một chu kì
Nguồn: Máy phát điện
Dòng điện 1 pha:
Dùng trong sinh hoạt gia đình
Công suất nhỏ
Không bị hao phí về điện năng nhiều
Không truyền đi xa
2 dây dẫn: 1 nóng, 1 lạnh
Dòng điện 3 pha
Dùng cho công nghiệp, các tiết bị có công suất lớn để giải quyết vấn đề tổn hao điện năng
4 dây: 3 nóng, 1 lạnh
Ưu điểm
Tăng hoặc hạ điện áp bằng máy biến áp (giảm hao phí khi truyền đi xa)
Lắp đặt dễ dàng
Máy phát điện cấu tạo đơn giản, Có hệ thống mạch chỉnh lưu
Dòng 3 pha có thể phát huy hiệu quả kinh tế, tiết kiệm dây dẫn, tạo ra từ trường quay rất mạnh
Dòng 1 pha của lưới điện 3 pha có 1 giây nóng và 1 dây trung hòa
Một số định luật trong điện học
Thuyết điện tử
Định luật bảo toàn điện tích
Tổng đại số điện tích của một hệ cô lập là không đổi
Định luật Coulomb trong chân không
Định luật Coulomb trong các môi trường
Tương tác giảm so với chân không
3.2. Ứng dụng của điện học trong khoa học sự sống
3.2.5 Uứng dụng của dòng điện trong y học
3.2.5.1 Dòng điện 1 chiều
b.Trong vật lí trị liệu
Dòng điện qua những vùng cần thiết của cơ thể
Cách tiến hành:
Đặt trực tiếp điện cực vào các vị trí cần điều trị
Khoảng cách giữa các điện cực ảnh hưởng đến độ sâu và đường đi của dòng điện
PP: Điện di dược chất (Ion liệu pháp)
c. Máy khử rung
vai trò: dập tắt các rối loạn nhịp nhanh đang chiếm quyền chủ nhịp của nút xoang, nhằm cho nút xoang nắm vai trò chủ động
a.Tác dụng hóa lí sinh trong các mô
Dưới tác động của điện trường, các ion chuyển động có hướng.Do các màng ngăn, các ion không di chuyển tự động -> tạo sự tập trung điện tích tại vùng, điện trường phân cực
Sự phân bố điện tích -> thay đổi đđiệnthees màng, tính thấm của màng -> ảnh hưởng quá trình khuếch tán và thẩm thấu -> một số chất dễ dàng qua màng -> Trao đổi chất mạnh hơn
Môi trường dẫn điện
Có các phản ứng điện phân
3.2.5.2Dòng điện xoay chiều
a) Dòng điện xoay chiều hạ tần (f < 1000Hz)
Dòng điện tăng, giảm rõ rệt (rõ nhất f= 40-180Hz)
tác dụng: LÀm co cơ và mệt nhanh tạo sự luyện tập và lực cơ được tăng cường, để chống teo cơ, sự lưu thông máu cũng được tăng cường
c) Dòng điện xoay chiều cao tần (f> 300000Hz)
Không có tác dụng điện phân, cơ và thần kinh không bị kích thích
Sự phân phối nhiệt không đều, phụ thuộc vào tần số dòng điện.
Không dung dây dẫn trực tiếp. Năng lựng điện cao tần ở dạng sóng điện từ
Năng lượng biến thành nhiệt năng : Tăng cường lưu thông máu, chịu đau, tăng cường chuyển hóa vật chất, giảm ngưỡng kích thích vận động, thư giãn thần kinh cơ.
b) Dòng điện trung tần (f= 1000-300000Hz)
Kích thích vận động yếu hơn, phải dùng cường độ cao (f> 5000Hz), cơ co nhưng không có cmar giác đau.
3.2.3. Tác động của dòng điện 1 chiều và xoay chiều đối với cơ thể sống
3.2.3.1 Đối với dòng điện 1 chiều
Giảm liên tục theo thời gian, cuối cùng dừng lại ở mức xác định
Giải thích: do hiện tượng phân cực, xuất hiện suất điện động phân cực ngược chiều với suất điện động bên ngoài. Suất điện động này tăng đến một giá trị nào đó rồi dừng lại
3.2.3.2 Đối với dòng điện xoay chiều
R không phụ thuộc vào dngf điện xoay chiều nếu I dưới ngưỡng kích thích
Ở một trạng thái sinh lí với tần số nhất định, dòng điện xoay chiều thì R không đổi. Khi tế bào chết hoặt tổn thương thì R giảm xuống
R phụ thuộc vào tần số dòng điện.
3.2.2. Các hiện tượng điện động học trong cơ thể sống và ứng dụng.
3.2.2.2 Bản chất thế điện động
Nguồn gốc điện tích bề mặt
ion hóa phân li
Các phân tử protein: có các nhóm COOH, -OH...
Quá trình ion hóa các nhóm trong phân tử
Ion ngịch đi vào môi trường phân tán
Ion tạo thế cố định các hạt của pha phân tán và xác định dấu của điện tích bề mặt
Hấp thụ các ion của môi trường phân tán lên bề mặt của pha phân tán: chủ yếu hấp phụ ion âm
Cấu trúc lớp điện kép
Ion tạo thế: trên bề mặt pha phân tán
Ion nghịch phân thành 2 lớp( lớp điện kép):
Lớp hấp phụ: sát lớp ion tạo thế nhờ lực hút tĩnh điện
Lớp khuếch tán: chuyển động tự do hơn trong môi trường phân tán, dễ bị tách ra do lực liên kết yếu
3.2.2.3 Các hiện tượng điện di
Hiện tượng điện di là sự chuyển động của các hạt mang điện dưới tác dụng của điện trường
Các loại hạt mang điện:
+Các ion dương hoặc âm phân li từ các phân tử chất điện li
+Các hạt keo, vi khuẩn...
Các phương pháp điẹn di
Điện di trong dung dịch tự do:
-Trong thời gian t, các hạt mang điện tích khác nhau thì có quãng đường đi khác nhau
-Dngf điện làm nóng dung dịch sẽ không đều nhau, dòng đối lưu trong chất lỏng sẽ ảnh hưởng tới sự phân bố nồng độ
Điện di trên chất giá
-Trong thời gian t, các hạt mang điện tích khác nhau thf có quãng đường đi khác nhau
-Nguồn điện, buồng điện di, hệ đệm thích hợp, bản gel.
3.2.2.1 Phân loại các hiện tượng điện động học
3.2.4.Nguy hiểm do điện, đề phòng tai nạn do điện
3.2.4.2 Tác động sinh lí nguy hiểm của dòng điện
Tác dụng đến hệ tuần hoàn
Tác dụng nhiệt
Tác động kích thích hệ hô hấp
Tác dụng kích thích cơ và thần kinh
Tác dụng kích thích da
3.2.4.1 Mức độ nguy hiểm của dòng điện
R cơ thể và các vật trung gian nối cơ thể với các điện cực : giày dép...
Loại dòng điện,U,I, thời gian và đường dẫn truyền trong cơ thể
Khi các điện cực được đặt trực tiếp trên bề mặt cơ thể thì độ lớn của dòng điện chủ yếu được quyết định bởi R da.
Đường dẫn truyền bên trong cơ thể: chủ yếu theo mạch máu, mạch bạch huyết, các cơ, màng bao bọc các trục thần kinh
3.2.1. Các loại điện thế sinh vật cơ bản
3.2.1.2. Điện thế hoạt động
c. Đặc điểm của điện thế hoạt động.
Biên độ và đường cong biến thiên:
Không phụ thuộc vào I, bản chất của tác nhân kích thích
+Phụ thuộc vào tính chất của tế bào bị kích thích.
Kích thích tạo được một giá trị "ngươngc khử cực" -> điện thế hoạt động phát sinh.
Thời gian tồn tại của xung điện thế nhọn là giai đoạn trơ của tế bào - không đáp ứng mọi kích thích dù mạnh đến đâu. Do kết quả bất hoạt kênh Na+
d. Dẫn truyền điện thế hoạt động
Điện thế hoạt động tại một vị trí trong tế bào, có thể lan truyền đến vùng khác
Cơ chế lan truyền:
Kích thích tại vùng 1: Màng bị đảo phân cực trong+, ngoài -
2 môi trường trong và ngaoif màng đều xuất hiện sự chênh lệch điện thế giưa vùng hưng phấn va vùng yên tĩnh -> làm phát sinh những dòng điện được lan truyền theo môi trường điện li ở 2 phía của màng
Quá trình lan truyền không làm thay đổi dạng và biên độ sóng
b. Cơ chế hình thành điện thế hoạt động.
Pha lên: cả điện trường lẫn gradient nồng độ kích thích Na+ mở để Na+ vào trong tế bào.
Pha tái phân cực: Cả gradient nồng độ và điện trường gây đóng kênh Na+ đóng, mở kênh K+ -> ngoài màng +, trong màng -
-Pha tái phân cực quá độ: Tính thấm với K+ vẫn còn cao -> chênh lệch điện tích cao hơn thời điểm trước kích thích.
Bơm Na+,K+: tái duy trì sự chênh lệch nồng độ Na,K trong và ngoài như điện thế nghỉ
e. Điện thế hoạt động ở thực vật và động vật
Ở thực vật
Thời gian dài
Tốc độ lan truyền chậm, vài cm/s
Pha khởi đầu liên quan đến dòng Ca2+ đi vào
Phản ứng cục bộ
Có thể liên quan đến tăng trưởng, quá trình tảo đổi chất và điều kiện chuyển động trong thời gian dài
Ở động vật
Ở cá
Một số laoif cá có cơ quan cảm giác đặc biệt
Xác định vị trí con mồi, hoặc liên lạc
Một số loài có thể tạo điện trường U=500-750V, I=80mA (như cá chình điện)
Khi phóng điện cá trìnhits bị nguy hiểm vì:
Có 140 dãy bản điện mắc song song, cường độ mỗi dây
I= 0,936/140 = 0,0066A = 6,6mA
Dòng điện trong thân cá chia ra các dòng phân nhánh riêng biệt cho từng nhánh cơ, quá nhỏ nên không gây hại cho cá
a. Các giai đoạn của điện thế hoạt động
Khử cực: -70 -> -50mV
Pha lên: -50 -> 30mV
Pha xuống: 30 -> -70mV
Tăng phân cực: -70 -> -80mV
Điện thế nghỉ: -80 -> -70mV
3.2.1.3. Điện thế tổn thương
Điện thế tổn thương ở các đối tượng động vật
Dòng điện tổn thương là cố định về hướng
Giá trị điện thế giảm dần theo thời gian
Giá trị điện thế phụ thuộc vào điều kiện vật lí và phương pháp xác định
Rất khó xác định tính chất của sự tổn thương. Mỗi đối tượng sinh vật phản ứng khác nhau
Điện thế tổn thương ở các đối tượng thực vật
Vùng tổn thương có điện tích âm
Điện thế tổn thương trong thời gian rất ngắn
Mang tính chất cục bộ
Phụ thuộc vào vị trí, mức độ tổn thương, nhiệt độ, tác dụng hóa học, quá trình trao đổi chất của hệ
Xuất hiện ở bất kì tế bào sống nào. Nguyên nhân do cơ học(cắt, ép), nhiệt(bỏng, đốt, làm lạnh)...
Các yếu tố ảnh hưởng đến điện thế tổn thương: Oxy, các loại gây độc (ức chế điện thế tỏn thương), nhiệt độ...
3.2.1.1. Điện thế nghỉ
b. Đặc điểm
Điện thế màng (hiệu điện thế): EM= VTR- VNG
Có sự chên lệch điện thế giữa mặt trong vaf ngoài
Bình thường: Điện thế màng ổn định, mang giá trị âm
Tín hiệu truyền đi có sự thay đổi trong điện thế màng
Điện thế nghỉ: Điện thế màng TB thần kinh không truyền tín hiệu
Là sự chênh lệch điện tích giữa hai bên màng TB khi tb ở trạng thái nghỉ ngơi, không bị kích thích
Có độ lớn biến đổi chậm theo thời gian
Vùng có cường độ trao đổi chất mạnh có điện tích âm so với vùng xung quanh
Đặc trưng cho tế bào sống, tế bào sống dự trữ thế năng dưới dạng điện
c. Cơ chế hình thành
Sự vận chuyển ion ra vào màng do 3 yếu tố chính
Khuếch tán phân tử từ nới có nồng độ cao đến nơi có nống độ thấp
Lực tác dụng của điện trường lên các phân tử có điện tích
Sức cản của màng tế bào lên chuyển động ion
Trạng thái tĩnh của màng tế bào
Là kết quả của sự cân bằng: Lực điện trường và gradient nồng độ
Sự tồn tại dòng điện sinh học tỏng cơ thể sống liên quan đến môi trường dẫn điện và các ion vô cơ (Na+, K+, Cl-)
Sự phân bố đồng đều của ion 2 phía màng
Tính thấm chọn lọc của màng đối với Na+ và K+
a. Phương pháp xác định - Vi điện cực
Phương pháp 2 pha
2 điện cực đều đặt trên bề mặt của sợi thần thần kinh tại 2 vị trí hoặc cùng xuyên qua màng U=)
Phương pháp 1 pha
1 điện cực kích thích lớn nằm trên màng, 1 cắm xuyên qua màng U= -70
3.2.1.4. Một số ứng dụng điện thế sinh vật
b. Máy tạo nhịp tim
Các điện cực được gắn với cơ tim, chỉ hoạt động khi nhịp đập tim xuống thấp hơn mức độ nào đó
Máy rất nhỏ, được cấy dưới da ở vùng bụng hoặc ngực. Cung cấp NL nhờ tim, tuổi thọ 10 -20 năm.
c. Máy hỗ trợ thính giác
Vai trò: Khuếch đại ấm thanh đến bù cho chức năng giảm dần của tai
Nguyên tắc:
Micrro chuyển đổi âm thanh -> tín hiệu
Tín hiệu được khuếch đại -> âm thanh
a. Điện thế hoạt động của tổ chức sống
Điện thế hoạt động của tim
Điều hòa hoạt động của tim bởi hệ gồm: Hạch xoang, nút nhĩ thất, bó his và mạng lưới sợ puerkinje
Phát sinh điện tim do quá trình khử cực và phân cực ở trạng thái bình thường
Điệng tâm đồ: Đồ thị biểu diễn độ biến thiên hiệu điện thế giữa 2 điểm được lựa chọn trên cơ thể theo thời gian
Phương pháp đo:
Gián tiếp
Trực tiếp
Điện thế hoạt động của não
Ghi điện não
Cơ chế: Các tb não có liên hệ chặt chẽ với nhau -> tạo dòng điện ở trạng thái đồng bộ -> sóng điện não truyền qua xương sọ và da đầu
