Научная работа по биофизике

Степногорск қаласының білім бөлімі
ММ «№2 Ақсу орта мектебі»
Ғылыми жобаның тақырыбы:
«Адам ағзасындағы үдерістердің физикалық заңдылықтары»
Жұмыстың ғылыми бағыты:Ғылыми-техникалық прогресс- экономикалық өсудің негізгі буыны
Секция: физика

Орындаған: Тлеухан Бауыржан, Естаев Ерболат
( 9 «Б» сынып)
Жетекшісі: Калеева Үміт Ахметқызы, физика пәні мұғалімі
Степногорск қаласы
2015 ж
Аннотация
Зерттеу мақсаты:
1. Физика мен биологияның,физиологияның байланыстылығын көрсету. 2. Күрделі жүйелерде өтетін(ағзада), жеке ағзаларда, тіндерде, жасаушыларда болатын құбылыстардың физикалық құбылыстарға бағынуын дәлелдеу.
3. Адам ағзасында өтетін физикалық процестерді зерттеу: оқушылардың жүктемеде жүрек қызметінің ерекшеліктерін зерттеу.
Гипотеза: физикалық фактолар адам ағзасына әсер етеді, жүктеме жүректің тұрақты жұмыс істеуін өзгертеді.
Зерттеу міндеттері:
Физика мен медицинаның байланыстылығының алғашқы қадамын оқу,биоэлектрлік потенциалдар, сұйықтардағы молекулалық , адам ағзасындағы физикалық құбылыстарды қарастыру.
Артериалды қысым мен жүрек соғу пульсін өлшеу.
Жүрек –қан тамыр жүйесін оқудың математикалық моделінің негізінде жүрек параметрлеріне есептеулер жүргізу.
Жүктеме кезінде оқушылардың қан қысымы және пульстарын өлшеу, нәтижелерін салыстыру.
Зерттеу әдістемесі: талдау және зерттеу , салыстыру.
Нысаны: 5-10 сынып оқушылары.
Зерттеу жаңалығы Әртүрлі физикалық жүктемеден кейін оқушылардың пульс жиілігі және артериалды қысымының өзгерісінің ерекшелігі байқалатыны анықталды. Жүктеменің жүрек –қан жүйесінің параметрлерін өзгертетіні қаралды.
Жұмыстың нәтижесі және қорытындысы: жүректің биофизикалық параметрлерінің негізінде қанның соққы және минуттік көлемі, жүректің жүктеме кезіндегі жұмыс және қуаты есептелінді. Осы анықталғандар бойынша сараптау жүргізілді және қорытынды жасалынды.
Жұмыста физиканың басқа пәндермен мысалы: биология, анатомия, химия, биофизикамен тығыз байланысты екндігін дәлелденді. Сонымен бірге адам ағзасында өтетін құбылыстар физикалық құбылыстармен салыстырылды.
Медициналық диагностика мен терапияда физикалық табиғаты бойынша механикалық, тұрақты және айнымалы электромагниттік өрістер мен тоқтар, тербеліс пен толқындар, оптикалық, атом мен ядролық, кванттық құбылыстарға негізделген физикалық факторларды кең түрде қолданылатындығы анықталды.
Бұл зерттеу жұмысын 9-11 сыныптарда физикадан қолданбалы курстар, факультатив және физика сабақтарында қолдануға болады.

Annotation
Aim research: 1. Physical and biology, physiological to specify tie-up.
2. Difficult systematizes passes (on an organ), individual organ, essence, builder is the phenomenon physical the phenomenon submits grounds. 3. Physical that passes on organ of men, to investigate procession: students on loading to investigate features operation of heart. Hypothesis: Physical influences to the organ of man real, loading changes that a heart works constantly. Duties research:1. Physic and medicine tie-up first step studies, bioelectrical process, becomes liquid use a mathematical model , man organ physical the phenomenon examines.2. Artery squeeze and heart to beat pulse to measure.3. Heart blood system of reads study use a mathematical model to lead what considers on basis to the parameters of heart.4. In time of loading students to compare results of that pressure of blood and pulse measure. Methodology research: to discuss and to compare what investigates,. Object: students’ 5-10 classes.
News research: Different physic after loading students frequency of pulse and artery that feature change of pressure noticed, turned out. Changes heart system of loading – blood parameters, examined. Work result and conclusion: Heart the biophysical parameter basis blood blow and minute volume, heart loading time work and power is set off. What turned out this, estimates according to conducted and done finally. At work physical for example by objects except: biology, anatomy, chemistry, biophysical dense associate reason. Phenomena, those together pass those on organ of man, physic by the phenomena comparison.medical diagnostics and treatment physical nature according to mechanical, permanent and unsteady in the promises electromagnetic developed and stopped, swinging and wave, optics an atom is nuclear the phenomenon is grounded physical real spacious kind is used turns out.
Work it research in 9-11 classes from physical use courses, elective and it is possible on lessons of physic to apply.

Мазмұны
Аннотация .............................................................................................................2
Кіріспе ...................................................................................................................7
І. Адам ағзасында жүретін өзгерістердің физикалық заңдылықтары
1.1 Бұлшық ет жүйесінің электрлік моделі........................................................9
1.2 Мембранадағы липидтердің физикалық күйі...............................................11
1.3 Биоэлектрлік потенциалдар ...........................................................................12
1.4 Сұйықтардағы молекулалық құбылыстар....................................................13
1.5 Бұлшық ет жиырылу биофизикасы...............................................................16
1.6 Жүрек-қан тамыр жүйесінің (ЖҚTЖ) математикалық моделі................18
ІІ. Практикалық бөлім...........................................................................................20
ІІІ. Қорытынды......................................................................................................24
IV. Пайдаланған әдебиеттер тізімі ......................................................................25
Пікір .......................................................................................................................26
Зерттеу күнделігі ..................................................................................................27
Қосымша ...............................................................................................................29
Кіріспе.
Зерттеу тақырыбының өзектілігі. Қазіргі кезде физика мен биология, физиология және анотомия ғылымдары бір –бірімен тығыз байланыста екендігіне күнделікті өмірден көз жеткізуге болады. Оған дәлел осы жұмысымыздағы жүктеме кезіндегі жүрек –қан жүйелерінің параметрлерін есептегенде көз жеткіздік. Сонымен бірге адам ағзасындағы процестерде физикалық заңдылықтардың қолданауына төменде айтылғандар дәлел бола алады.
Физика және медицина, бір-бірінен өте алшақ жатқан екі ғылыми бағыт арасындағы тығыз байланыс тарихы өте ертеден, біздің дәуірімізге дейінгі жыл санаудан басталады. Ертедегі оқымыстылар Плиний, Скрибонийжәне Доскоридалардың жазба деректерінде бас ауруын, параличті, подогра,
буын т.б. ауруларды емдеуге балықтардың (скат, угри, лақа) электрразрядтарын пайдаланылғаны туралы мәліметтер келтірілген. 1600жылы ағылшын оқымыстысы W.Gilbert айналасындаѓы жеңіл заттарды өзіне қарай тарту тек янтарьға ғана тән қасиет емес екендігін, ондай қасиет шыны, шайыр, күкірт т.б. заттарда кездесетіндігін байқап, бұл құбылысты электрлену (янтарь грек тілінде электрон деп аталады) деп атаған.
Атомдық физиканың құбылыстары мен заңдылықтары көптеген медициналық құралдардың жұмыс істеу принциптерінің негізі болып саналады. Адам ағзасының белгілі бір мүшелерінде (өкпе, бауыр, қалқанша безі, т.б.) жұтылған рентген немесе онда жиналған радиоактивті изотоптардың сәулелерін тіркеу арқылы оның физиологиялық күйін толық сипаттауға болады. Томография, ангиография, гамма-камера, сканерлеу т.б. диагностикалық әдістерде рентген және радиоактивті сәулелердің адам ағзасында жұтылуы әсерінен болатын құбылыстарды тіркеуге, суретке түсіруге негізделген.  18 ғасырда электр құбылыстарын емдеу ісінде қолдану ісі қайта
жандана бастады. Францияда Du Fay мен Америкада F.Franklin электрзарядтарын екі түрлі болатынын, ал 1730 жылы ағылшын экспериментаторы
S.Gray жас бала денесінің электрленетінін байқап, адам денесі электрөткізгішке жататынын анықтады. Осы ғасырдың 40 жылдары Эрфурт
қаласында зерттеу жүргізген A.Gordon жануарларға және өзіне жүргізген
эксперименттер нәтижесіне сүйеніп, электр әсерінен пульстің артатынын, ал
басқа оқымыстылар тыныс алудың жылдамдайтынын, қан ұюының
төмендейтінін, сонымен қатар тері қабатының өзгеріске ұшырайтыны
хабарлады.
Сол кездегі зерттеулердің ойдағыдай жүруіне статикалық электр
зарядын сақтайтын және оны қалаған биологиялық объектіге жеткізе алатын
қондырғының жоқтығы кері әсерін тигізді. Бұл проблема 1745-46 жылдары
Лейден банкісінің жасалуымен өзінің оң шешімін тапты. Келесі 1747 жылы
Парижде зерттеу жұмыстарын жүргізіп жатқан физик J.A.Nollet лейден
банкісі көмегімен электр разряды арқылы паралич кеселімен ауырған адамды
электрлеу арқылы айықтырғаны туралы 1748 жылы J.L.Jallabert Женевада
баспасөз беттерінде жариялады. Алғаш рет осы оқымыстың еңбектерінде
электр арқылы бұлшық еттерді жиырылтуға болатындығы жазылды [5].
Сондықтан жүректің жүктеме түсірілгенда жұмысын және қуатын анықтау, жүрек соғысының пульсін , адамның қан айналымы жүйесіндегі қысымды өлшеу, адам ағзасындағы процестердің физика заңына бағынатындары бізді қызықтырды.
Жұмысымыз екі тараудан, қорытынды және қолданылған әдебиеттерден тұрады.
І. Адам ағзасында жүретін өзгерістердің физикалық заңдылықтары
1.1 Бұлшық ет жүйесінің электрлік моделі.
Адам ағзасы электр өтімділігі тұрғысынан қарағанда өткізгіштерден және диэлектриктен тұрады. Мысалы, тіндердердің тығыз бөліктерін құрайтын органикалық заттар( белоктар, майлар,көмірсулар) электр тогын өткізбейді, яғни диэлектриктер қатарына жатады. Ал адам ағзасындағы барлық тіндер мен жасушылар сұйық ортада орналасқан, яғни олар электролиттер. Сондықтан олар электр тогын жақсы өткізеді, яғни өткізгіштерге жатады.
Адам ағзасының әр бөлігі электр тогын әртүрлі өткізеді. Жұлын сұйығы мен қанның сарысуы (сыворотка крови) электр тогын өте жақсы өткізсе, қан мен бұлшық еттер нашарлау өзкізеді. Бұлар өткізгіштер қатарына жатады да басты сипаты ( Rа ) – белсенді кедергі болады. Терінің мүйіз қабығы, сіңірлер және сүйектер электр тогын өткізбейді – олар диэлектриктер тобына жатады.
Адам ағзасының тіндері сұйықтармен қоршалған құрымдылық элементтерден – жасушылардан тұрады. Осындай элемент электр тогын жақсы өткізетін тін сұйығы мен цитоплазма жасушыларынан және оларды бөліп тұратын, токты нашар өткізетін мембранадан тұрады. Олай болса адам ағзасында белсенді кедергімен (Rа) қатар электр сыйымдылығы (С) болады екен.Тіннен тұрақты электр тогы өткенде мембрананың қарама –қарсы беттерінде таңбалары әртүрлі иондар жинақталып конднсатор типтес жүйе құрайды. Сондықтан биологиялық мембрананы электрлік конднсатор деп қарастыруға болады.(1 сурет) Конденсаторлардың астарлары ретінде липид молекулуларының полярлық басы батырылған ішкі және сыртқы электролиттердің ертіндісін қарастырады. Конденсатордың астарлары липидтің молекулаларының полярлық емес бөлігі құрайтын диэлектриктік қабатпен бөлінген. Липидтер –диэлектриктік тұрақтысы ε=2 тең диэлектриктер.
Жазық конднсатордың сыйымдылығы:
C=εε0SdЭлектр өтімділігі ε0 =8,85 *1012Ф/м; d- конденсаторлар арақашықтығ; S- конденсатор астарының ауданы.
Егер конденсатордың астарларының ауданы S=1м2 болса, онда меншікті сыйымдылық мыныған тең болады:
Cm=εε0dОсыдан мембрананың липидтерінің қалыңдығына сәйкес келетін конденсатор астарларының ара қашықтығын табуға болады.
d=εε0Cm=8,85∙10-120,5∙10-2M=3,5 нм


1 –сурет
Адам ағзасының эквиваленттік электрлік схемасында белсенді кедергі мен конденсатор болуы керек (2, а-сурет). Бірақ ол тек қана терінің сыртқы қабатындағы электрлік процесті сипаттайды. Тереңде жатқан тіндер электр өтімділігі тұрғысынан қарағанда 2, б- суретте кескінделген. 2,в- суреттегі схема тірі тіндердің электрлік қасиетіне өте жақын келеді.
а • •

б • •


в • •

2 - сурет
Көпшілік аурулар мембрана қызметінің қалыпты күйден патологиялық күйге ауысуынан болады.
Қалыпты жағдайда (температура, қысым,қоршаған ортаның химиялық күйі) биологиялық мембрананың липидтік фазасы сұйық күйде болады. Ол флюоресценттік анализ,элетрондық - парамагниттік резонанс және ядролық – магниттік резонанс әдістерімен зерттеу арқылы дәлелденген [5].
1.2 Мембранадағы липидтердің физикалық күйі.
Температураға, қысымға, химиялық компоненттердің таралуына байланысты заттың физикалық күйі – сұйық, қатты дене және плазма болады.
Қатты дененің меншікті көлемі, пішіні, механикалық беріктігі болса, сұйықтар аққыш, олардың меншікті көлемі болғанмен пішіні өзгергенде серпімділігі және механикалық беріктігі болмайды.
Сұйықтар мен қатты денелердің басты айырмашылығы – оларды құрайтын бөлшектердің қозғалысында. Қатты дененің де, сұйықтың да молекулалары өздерінің тепе- теңдік күйінің маңында тербелмелі(кейде айнымалы) қозғалыста болады. «Орнықтылық уақыты»деп аталатын уақыт өткенде молекулалар өздерінің орындарын ауыстырады. Қатты денелер молекулаларының «орнықтылық уақыты» өте аз, ол мөлшермен 10-7 -10-8с болады.
Физиологиялық қалыпты жағдайда липидтер сұйық агрегаттық күйде болады. Мұны фосфолипидтер теңізімен, ал ақуыз молекуларын сол теңізде қалқып жүрген мұз таулармен «айсбергпен» салыстыруға болады. Молекулалар арасындағы байланыс, қашықтан реттелетін, бірақ агрегаттық күйі сұйық болса, онда оны сұйық – кристалды күй дейді.
Сұйық – кристалды күй температураның, қысымның, химиялық құрамның және электр өрісінің өзгерістеріне аса сезімтал болады. Жоғарыда аталған параметрлердің өзгерісі мембрананың липидтік қос қабатын өзгертеді. Осы шарттар өзгеренде басқа фазалық күйге (сұйық күйден қатты денеге немесе сұйық күйден газға) өтуі мүмкін.
1.3 Биоэлектрлік потенциалдар
Жасушылардың қозуы, жасушы ішіндегі процестерді реттеу жүйке жүйесінің жұмысы, бұлшық еттердің жиырылуы- тірі жасушылар мен тіндердегі аса маңызды физикалық құбылыстар. Осы құбылыстар электр потенциалдарының пайда болуына және таралуына тікелей байланысты.
Жасушыларда биопотенциалдардың пайда болуын анықтауда алдымен жасуша электрофизиолгиясының тәсілдері зор ықпал жасады, сонымен қатар биопотенциалдарды күшейту үшін арнайы жасалған электрондық күшейткіштердің ролі де аса маңызды болды. Электрофизиологиялық зерттеулердің нәтижесі және жасушалар мен тіндердегі зат тасымалдау процесінің физикалық және математикалық модельдері жасушалардағы электрогенез теориясының негізін құрайды. Биоэлектрлік потенциалдардың пайда болуы жасушалардың ішіндегі және оларды қоршаған ортадағы иондардың таралымының әртүрлі болуына байланысты. Сонымен қатар жасушалардың түрліше иондарды өткізгіштік қасиеттерінің түрліше болуына да байланысты. Осындай потенциалдарға диффузиялық, мембраналық және фазалық потенциалдар жатады[4].
Тірі ағза толық электрленген жүйе.
Әрекет потенциалы деп мембрананың иондары өткізгіштік қасиетіне байланысты пайда болып, жүйке мен бұлшық еттерде толқын тәрізде таралған электр сигналдарын айтады.
(4- сурет)
Әрекет потенциалдарды зерттеуде кальмардың аксонына кіргізілген екі микроэлектрод қолданылған (4- сурет). Бірінші микроэлетродқа (Э1) генератордан (Г) алынған мембрананың потенциалын өзгертетін тікбұрышты электр импуьсы беріледі. Мембраналық потенциал екінші (Э2) микроэлектродпен өлшенеді. Қоздырғыш импульс өте тез өтетін әрекет потенциалдарын тудырады да,одан кейін тыныштық потенциалы қалпына келеді. Егер қоздырғыш сигнал теріс бағытта өзгере берсе, онда мембранада өте күшті поляризация пайда болады. Егер қоздырғыш сигнал оң болса, онда әсерлік потенциалы пайда болмайды да, оның амплитудасы сезгіштік шегінен(Vш) төмен болады. (4,б- сурет) Әрекет потенциалы белгілі бір оң (φә) мәніне жеткеннен кейін мембрана потенциалы тыныштық потенциалына (φт) қайта оралады. Осы құбылыс өшетін тербеліске ұқсас болады. Жүйке талшықтарында қаңқа бұлшық еттерінде әрекет потенциал мөлшері 1 мс ал жүрек бұлшық еттерінде 300мс уақыт болады, осы уакыт ішінде мембрана қозбайды [4].
1.4 Сұйықтардағы молекулалық құбылыстар.
Сұйықтарда молекулалардың жылулық қозғалысының орташа кинетикалық энергиясы ілінісу күштерін жеңе алмайды. Осының нәтижесінде сұйық белгілі бір көлемге ие болатын дене болып табылады. Сұйықтаң жылдамдығы ең үлкен молекулалар ғана ұшып шыға алады да осының салдарынан сұйық буға айналады.
Мембранадағы липидтердің физикалық күйі Менделеев – Клапейрон заңына бағынады:
p= mμVRTмұндағы m - еріген заттың массасы; μ – оның молекулалық салмағы; V – ертіндінің көлемі; R – газ тұрақтысы.
577853371215 Капиллярлық құбылыстар жаратылыста және күнделікті өмірде үлкен рөл атқарады. Судың топыраққа және әр түрлі кеуек материалдарға сіңуі капиллярлық құбылысқа байланысты болады. Капиллярлық құбылыстың өсімдіктер өмірінде үлкен маңызы бар, олар арқылы топырақтың өсімдік бойына жұғатын сұйықтар және олардағы қоректі заттардың ертінділері көтеріледі. Адам организмі үшін де капиллярлық құбылыстың маңызы зор. Олар арқылы ұлпалар мен ағзаға қоректі заттар, су, қан тасымалданады. Жіңішке түтіктен аққан жұғатын сұйыққа қосылған газ көбікшесі қосымша қысым әсерінен сфералық бетпен шектеледі.егер сұйық қозғалмаса оның қисықтық радиустары тең болады(r1=r2) (5, а-сурет), мениск астындағы қысымдар бірін –бірі теңестіреді (Р1= P2)
5 -сурет
Егер сұйық қозғалса сұйық бетінің қисықтық радиусы өзгеріп (r1=r2), қосымша қысым (Р) түтіктің жан – жағына бірдей болмайды,олай болса көбікше бетіндегі қосымша қысымдар айырмасы (Р1 Р2) пайда болады.
(5, б-сурет). Сұйыққа әсер етуші қысымға (Р) қосымша қысым ( QUOTE ) қарсы әсер етеді де, сұйықтың қозғалысын қиындатады. Түтікшелер екіге тармақталған болса (5, в- сурет) бір жағында екі бірдей мениск пайда болады. Бұл жағдайда сұйық қозғалысқа келмей қалуы мүмкін. Оны газдық эмболия деп атайды.
Осындай құбылыс қан тамырына ауа көпіршігі араласқанда болуы мүмкін. Мұндай жағдай қан тамыры «жабылып» қалады. Осындай қатерлі жағдайларды болдырмау үшін қан тамырына иньекция жасаған кезде шприцтен ауаны толық шығарып жіберу керек.
Қан айналым биофизикасы – қанның қысым мен қозғалыс жылдамдығының арасындағы байланысты және олардың қанның, қан тамырларының, жүрек функцияларының физикалық параметрлеріне тәуелділігін зерттейді. Қан айналым жүйесін күрделі гидродинамикалықжүйе деп қарастыруға болады. Жүректің жұмысы периодты болғандықтан қанның қысымы және қозғалысы да периодты. Қан тамырлары аса көп тармақталады және әр тармақтың диаметрі әр түрлі болады. Сондықтан тамырдың серпімділігі тармақтардың диаметрлерінің қосындысына байланысты болады. Қан таралу жүйесінің осындай ерекшіліктері оны физика, математика тұрғысынан талдау жасауға қиындық туғызады.
Қанның қан тамырларының бойымен қозғалысы негізінде ламинарлық ағын болады. Бірақ кейде турбуленттік ағын да болуы мүмкін. Оған келіп құйылған қанның қозғалысы да турбуленттік болады. Қанның қозғалыс жылдамдығы артқанда (мысалы бұлшық етке күш түскенде) қан тамырларының тармақталу нүктелерінде де турбуленттік ағын болуы мүмкін. Турбуленттік ағын қан тамырларының диаметрінің кенет кішірейген жерлерінде де (тромба) болуы мүмкін. Сұйық турбуленттік ағынмен қозғалу үшін оған қосымша энергия қажет.
Сондықтан қан тамырының бойымен қозғалған қан жүрекке күш түсіреді. Турбуленттік ағын кезінде пайда болатын шу жүрек және қан айналым жүйесінде диагноз қою үшін қолданылады.
Қанның қозғалысының сызықтық жылдамдығы аортада 0,5м/с болса капиллярда 0,0003-0,0005 м/с болады. Қан венаға өткенде тамырлардың көлденең қимасының ауданы азаяды да, соған сәйкес сызықтық жылдамдығы артады. Гаген – Пуазейль теңдеуіне гидравликалық кедергі шамасын енгізу арқылы қанның қозғалысының көлемдік жылдамдығын мына түрде жаза аламыз:

Енді осы формуланы тізбектің бөлігі үшін Ом заңымен салыстырайық:

Салыстыру нәтижесінде мынандай қорытындыға келеміз: бұл екі заңның физикалық мағынасы бөлек болғанымен, кибернетикалық заңдылықтары бірдей. ω – гидравликалық кедергі – омдық кедергіні сипаттайды. ω↔R
сонымен қатар тізбектей жалғанған қан тамырының гидравликалық толық кедергісі мынаған тең:
ω= ω1+ ω2+ ω3+ … ωn болса,
тізбектей қосылған өткізгіштердің толық кдергісі мынаған тең:
R = R1+ R2+ R3+...+ Rn
Параллель қосылған қан тамырлары үшін гидравликалық толық кедергі мынаған тең болғанда

параллель қосылған электр өткізгіштердің кедергісі:

болады.
Кибернетикалық тұрғыдан қарастырылғандағы осындай ұқсастық қан айналымы жүйесінің электрлік моделін жасауға мүмкіндік береді.
1.5 Бұлшық ет жиырылу биофизикасы.
Жұмсақ тіндерге қарағанда бұлшық еттер адамның қозғалысын тыныс жолындағы ауаның қозғалысын, қанның қан тамырлар бойымен қозғалысын және т.б. қозғалыстарды қамтамасыз ету үшін жұмыс атқарады
Бұлшық еттердің жеке – жеке қысқаруы өте сирек болады, аз ғана қимылдың өзі бірнеше бұлшық ет топтарын қимылға келтіреді.
Егер бұлшық еттің массасын ескермесе, онда бұлшық еттің жиырлу күші Ньютонның ІІ – заңына сәйкес мынаған тең болады: F= ma+ P.
Мұндағы m- жүктің массасы; a – оның үдеуі; P – бұлшық еттің жиырылу күші, оның сыртқы күш деп атайды.
Бұлшық еттер, сіңірлер, қан тамырлар, өкпе тіндері және т.б. биологиялық құрылымдар тұтқыр серпімді немесе серпімді тұқыр болып келеді. Сыртқы күш әсер еткенде биологиялық тіндерде өтетін механикалық процестерді идеал серпімді және тұтқыр элементтердін жиынтығы түрінде қарастырайық.
Серпімді элементтің мысалы ретінде серпімді серіппені қарастырайық.

1 а) 1 б)

2 а) 2 б)
6 – сурет
(6-1, а –сурет) . Гук заңы бойынша серіппеде деформация бірден тарайды. (6-1, б-сурет), бірден өзгеріп одан кейін тұрақты болады.
QUOTE QUOTE QUOTE
Мұндағы QUOTE кернеу; QUOTE – әсер етуші серпімді күші; S – көлденең қимасының ауданы; Е – серпімділік модулі; QUOTE - салыстырмалы деформация;
QUOTE бастапқы ұзындығы; QUOTE - деформация кезіндегі ұзындықтың өзгерісі.
Осы деформацияның өзгеру жылдамдығы

Тұтқыр эменттің мысалы ретінде ішіне тұтқыр сұйық құйылған, жылжымалы поршені бар цилиндрді(6-2, а – сурет) қарастырайық.
Салыстырмалы деформация үшін

Мұдағы QUOTE - сұйықтың тұтқырлық коэффициенті.
Тұтқыр дефформацияның өзгеру жылдамдығы:

QUOTE ,
QUOTE QUOTE QUOTE QUOTE
Олай болса тұтқыр деформация кезінде ұзындықтың өзгерісі сызықты болады. (6-2,б-сурет) [4]
1.6 Жүрек-қан тамыр жүйесінің (ЖҚTЖ) математикалық моделі.
Жүректің атқаратын жұмысы негізінен сол жақ қарыншаға байланысты. Көптеген авторлардың көрсетуі бойынша, оң жақ қарыншаның жұмысы сол жақ қарыншаның жұмысының 20 %-ін құрайды.Сол жақ қарыншаның әрбір жиырылғандағы жұмысы ығыстырылып шығарылатын қан көлеміне қажет энергия беруге жұмсалады. Бұл энергия барлық қан тамырлары жүйесімен қозғалуына қажет.
Бұл энергия қанның барлық тамырлар жүйесінде қозғалуына қарсы әсер жасаушы кедергілерді жеңуге жасалынатын қысымның потенциалды энергиясынан (жүрек жұмысындағы статистикалық құраушы) және қан массасының қозғалуына қажет қозғалыс жылдамдағын беретін кинетикалық энергиядан ( кинетикалық құраушы) тұрады.
Сол жақ қарынша жұмысының статистикалық құраушысы ортадағы жүректің соққы көлемінің ( ) қанның орташа қысымына () көбейтіндісімен анықталады.

Ал кинетикалық құраушысының жұмысы аортадағы қанның кинетикалық энергиясымен анықталады:

бұнда - қан тығыздығы, - аортадағы қанның жылдамдығы.
Онда жүректің орындайтын жұмысы мына формула бойынша анықталады:

немесе (Дж) (1)
Қанның орташа динамикалық қысымын Гиккем формуласы бойынша қанның артериалдық систолылық () және диастолылық () қысымымен анықталады.
(2)
мұнда - пульстық қысым,
Гемодинамикада қанның соққылық көлемін адамның жасын және систолылық, дистолылық қысымын біле отырып Старр формуласы бойынша жанама анықтауға болады.
(мл) (3)
Жүректің қарыншасының жиырылу уақытысы шамамен алғанда жүрек циклінің ұзақтығының үштен біріне тең:
; (4)
мұнда соққы жиілігі.
Онда, cистола уақытысындағы жүректің алатын қуаты тең болады:
(Вт) (5)
Қанның минуттық көлемі (ҚМК) тең:
(л) (6)
Осы алты теңдеулердің жиынтығы жүрек гемодинамикасының математикалық моделін құрайды және жүрек-тамыр жүйесінің жағдайын бағалауға мүмкіндік береді [2,3].
II.Практикалық бөлім
2.1.Әдістер және құрал -жабдықтар.
Зерттеу жұмысы ММ «Ақсу №2 орта мектебінде» жүргізілді. Зерттеу нысаны жастары әртүрлі мектеп оқушылары болды. (8-17 жас)
Құрал ретінде электрондық тонометр, стетофонендоскоп және секундомері бар сағат.
Біз оқушылардың пульс жиілігін және артериалды қысымын жүктемеге дейін, жүктеме кезінде, демалыстан соң өлшедік. Өлшенген нәтижелерін кестеге енгіздік.
2.2. Жүректің биофизикалық параметрлерін жүктеме кезінде өлшеу.
Экспериметке мектеп оқушылары қатысты. Біздің жұмысымыздың орындалу тәртібі:
1- кестеге зерттелінетін оқушылардың жастары жазылады.
Оқушылардың жүктемеге дейінгі пульстері мен систолды и диастолды қысымдары өлшенді. 1- кестеге енгізілді.
Үшінші сабақтан соң (сағ. 11.25) балалардың пульстері мен қысымдары өлшеніп, кестеге енгізілді.
Алтыншы сабақтан соң (сағ. 14.05) балалардың пульстері мен қысымдары қайтадан өлшеніп, кестеге енгізілді.
Қосымша 1-ден аортадағы қанның тығыздығы мен жылдамдығы алынады.
ЖҚТ парамерлерін есептеу:
Артериалды орташа қысымы;
Пульстік қысым;
Қанның соққы көлемі;
Жүректің 1 соққыдағы жұмысы.
Есептеу нәтижесін 2 –кестеге енгізу;
Жүктемеге дейін жүтеме кезінде өлшенген және есептелінген параметрлердің өзгерістерін анықтау: артериалды орташа қысым, пульстік қысым, қанның соққы көлемі, жүректің жұмысы және қуаты.
Қорытынды жасау.
Қан қысымы - жүректің жиырылып, босаған кезеңіндегі қан тамырлары қабырғасындағы қан қысымы. Оны сау адамның да, ауру адамның да жүрек-қан тамырлары жүйесінің күйін бағалау мақсатында өлшейді. Қан қысымы жүректің қан шығару мөлшеріне, қанның ағуына, жалпы шеткі қан тамырларының қарсылығына, қан тамырлары кенерелерінің созылмалығына байланысты. Қан қысымы систола (ең көп), диастола (ең аз) және пульсті (тамыр) қысымдары болып бөлінеді.Систола қысымы - тамырдағы қан толқыны ең көп көтерілген сутегі қысым, ол артерия жүйесінде жүректің сол жақ қарыншасы жиырылғаннан кейін-ақ пайда болады.
Диастола қысымы -жүректін босаңсуының соңындағы қысым, тамырдағы қан толкыны түскен кезде болады. Систола және диастола қысымдарының арасындағы айырма пульстік қысым деп аталады [1].
Оқушылардың жүктемедегі өлшеуде алынған ЖҚТ парамертрлері
1-кесте.
№ А.Т.Ж жасы Қысым Пульс
Жүктемеге дейін жүктемеде Жүктеме соңында Жүктемеге дейін жүктемеде Жүктеме соңында
maxminmaxminmaxmin1 Анель 7 80 60 80 60 90 70 72 89 81
2 Әділ 8 80 60 90 60 90 80 97 110 80
3 Сейткин М 11 90 60 100 80 100 90 93 92 90
4 Аружан 11 70 30 70 40 90 60 73 85 70
5 Батырхан 11 90 60 80 60 100 60 55 81 60
6 Тауба 15 120 60 110 60 120 80 90 93 80
7 Алия 16 110 80 110 80 120 80 71 107 70
8 Айгүл 17 110 70 100 70 120 60 76 83 66
9 Сәкен 17 100 60 110 80 110 80 60 60 61
10 Сымбат 17 110 80 120 80 120 80 74 96 64
Оқушылардың жүректерініңбиофизикалық параметрлерінің есептеулері
2 –кесте
№ А.Т.Ж Жасы Артериалды орташа қысым Пульстік қысым Қанның соққы көлемі Жүректің 1 соққыдағы жұмысы
Жүктемеге дейін жүктемеде Жүктеме соңында Жүктемеге дейін Жүктеме соңында Жүктеме соңында Жүктемеге дейін жүктемеде Жүктеме соңында Жүктемеге дейін жүктемеде Жүктеме соңында
1 Анель 7 67 67 77 20 20 20 70 70 64 0,74 0,74 0,77
2 Әділхан 8 67 70 83 20 30 10 69 74 52 0,73 0,82 0,69
3 Сейткин М 11 70 87 93 30 20 10 72 55 44 0,80 0,76 0,65
4 Аружан 11 43 50 70 40 30 30 95 84 72 0,66 0,67 0,80
5 Батырхан 11 70 66 73 30 20 40 72 67 77 0,80 0,71 0,90
6 Тауба 15 80 77 93 60 50 40 85 80 63 1,07 0,97 0,93
7 Алия 16 90 90 93 30 30 40 57 57 62 0,81 0,81 0,92
8 Айгүл 17 57 70 57 50 60 50 91 90 91 0,89 0,79 1,06
9 Сәкен 17 60 77 63 60 50 40 96 79 80 0,95 0,91 0,91
10 Сымбат 17 70 73 60 60 70 60 90 95 96 0,81 0,91 0,91
Нәтижесі: физикалық жүктеме кезінде адамның жүрек жиілігінің жиырлуы артатындығы анықталды. Сонымен бірге Тәуба мен Сәкеннің жүрек соғу жиілігі өзгермегенін атап айтуға болады, ол осы оқушылардың спортпен айналысатындығының көрсетеді.
Биофизикалық параметрлердің есептелуінен оқушылардың көбінің қанның көлемдік соққысы артадығын айтуға болады.
Қорытынды:
1. Зерттеу жұмысымызда жүректің жиырылу жиілігі спортпен айналысатын балаларда аз. Олардың жүрек жүйесінің жұмысы өзгеріссіз.
2. Егер бала аз қозлса, жаттығулар жасамаса, баланың жүрегінің дамуы нашар, көлемі кішкентй, жүрегінің бұлшық еттері бос және әлсіз болады. Егер бала көп қозғалса, спортпен шынықса осы кемшіліктерді дәрілердің көмегінсіз –ақ түзетуге болады.
ІІІ. Зерттеу жұмысына қорытынды
Зерттеу кезінде біз жүректің құрылысы және оны құрылымының қарастыру әдістерімен таныстық. Сонымен бірге ЖҚТ математикалық моделін оқыдық. Жүректің биофизикалық параметрлерін есептеуді, артериалды қысымды өлшеуді және пульсті анықтауды үйрендік. Жүректің биофизикалық параметрлерін есептеуді үйрендік және ЖҚТ параметрлерін есесптеу үшін комьютерлік бағдарлама қолдандық.
Қорыта айтқанда , адам ағзасындағы кездесетін физиологиялық процестер физикалық құбылыстар мен заңдылықтар негізінде жүретіндігіне көз жеткіздік.
Бірақ осы уақыттың өзінде-ақ, физиканың медицинамен тығыз байланысқан, бірге шешетін және қарастыратын сұрақтарының бар екендігі анық. Оған көптеген физиологиялық құбылыстардың механизмінің негізіне физикалық заңдылықтар жататынды, медицина саласындағы қолданылатын құралдар мен аппараттардың жұмыс принциптерінің негізіне физикалық құбылыстар алынғандығы мысал бола алады.
Біз оқитын физика курсында негізгі мақсат –адам ағзасындағы кездесетін физиологиялық процестердің физикалық құбылыстар мен заңдылықтар негізінде жүретіндігін (жүректің жұмысы-механика, қан ағысы-гидродинамика, қан тамырлары арқылы толқынның таралылуы-тербеліс, жасушыдағы биопотенциал - электр құбылысы, көру- оптикалық т.б.) және осы құбылыстардың заңдылықтарын (ультрадыбыс, импульс, тұрақты, айнымалы электр тоқтары мен магнит өрістері, иондардың қозғалысы, жарықтың таралуы мен сынуы, магниттік резонанстық құбылыс, радиоактивті сәулелер, т.б.) медициналық мақсаттарда, яғни диагностика мен терапияда қолдануға болатындығын; осы мақсатта қолданылатын медициналық құралдар физиканың заңдылықтары негізінде жұмыс істейтіндігінде (электрокардиография, томография, рентгенодиагностика,т.б) . Қазіргі заманғы медицинаның дамуы- физика, техника және компьютерлік технологияладан бөлек қарастыру мүмкін емес екендігіне көз жеткізеді [5].
IV. Пайдаланған әдебиеттер тізімі
1. Сатпаева Х.К, Өтепбергенов Ә.А., Нілбаева Ж.Б.
Адам физиологиясы. Алматы, 2005 ж.
2. Антонов В.Ф. және т.б. Биофизика. Москва,2000 ж.
3. Ремизов А.Н. және т.б. Медициналық және биологиялық физика. М.: Дрофа, 2004ж.
4. Көшенов Б. Медициналық физика, оқулық
5. Байзақ Ү. «Физикалық факторларды медицинада қолдану»
Пікір
№2 Ақсу орта мектебінің 9 «Б»сынып оқушылары Тлеухан Бауыржан , Естаев Ерболаттың «Адам ағзасындағы үдерістерінің физикалық заңдылықтары» тақырыбы бойынша жасаған жұмысына.
Жұмыс маңызды, тақырып толық ашылған, қойылған мақсатына жеткен.
Жасалған жұмысты мұғалімдер әдістемелік оқулық ретінде қолдануға болады. Мұнда биология ,анатомия және физика пәндерінің тығыз байланыстылығы көрсетіледі.
Зерттеу жұмысы оқушылар ой- санасына жететіндей түрде жазылған . Оқушылардың физика мен басқа пәнге деген ынтасын, қызығушылығын арттыруға мүмкіндік жасалған. Жұмыс оқушыны медицина мен физика арасындағы байланысты жетік түсіне білуіне көмек көрсетеді және мамандық таңдауда дұрыс шешім қабылдауына көмектеседі.
Сонымен бірге өмірде кездесетін физикалық құбылыстардың медицинадағы маңызы аурудың алдын алуға немесе медицинада қолдануға жағдай жасайтындығын оқушылар дұрыс аша білген.
Бауыржан мен Ерболат жұмыста формулаларды дұрыс қорытып көрсеткен.
Теориялық және практикалық жағынан толық ашылған жұмыс деп санауға болады.
Зерттеу күнделігі
№ Ізденіс мерзімі Жұмыс мазмұны Нәтижесі
1. Маусым, 2014ж Жетекшімен ақылдаса отырып, ғылыми жобаның тақырыбын таңдадау. Ойлана келіп,адам ағзасындағы үдерістердің физикалық заңдылықтары тақырыбына тоқталдық. Оқушылар толғандырып, қызықтырып жүрген тақырыбы бойынша таңдау жасады.
2 Шілде–тамыз, 2014ж Кітапханалардан Сатпаева Х.К, Өтепбергенов Ә.Аң, Нілбаева Ж.Б. Адам физиологиясын алып оқу Оқушылар адам физиологиясын алып оқыды.
3 Қыркүйек-қазан, 2014ж Бират Көшенов «Медициналық биофизика» оқулуғын оқу,талдау Оқушылар физика пәнінің биофизикамен тығыз байланыстылығына көз жеткізді.
4 Қараша,2014ж Ремизов А.Н. және т.б. «Медициналық және биологиялық физика» оқулығын оқу.
Кітапханаларға барып, газет-журналдардан ғылыми практикалық зерттеулермен та- нысты
5 Желтоқсан, 2014ж Жиналған материалдарды сараптап, мақсат-міндеттерді айқындау. Зерттеу мәлі-меттеріне, сүйене отырып, адам ағзасындағы физикалық құбылыстарының заңдылықтарына тоқталды
6 Қаңтар, 2015ж Оқулықтардағы негізгі қойылған мақсатты белгілеп алып, адам ағзасына тән қасиеттерді айқындау. 7 Ақпан,2015жыл
Биологиялық мембраналардың қызметі, бұлшық ет жүйесінің электрлік моделі, мембранадағы липидтердің физикалық күйіне жан-жақты талдау жасау. 8 Наурыз,2015ж Сұйықтардағы молекулалық құбылыстар, бұлшық ет жиырылу биофизикасына салыстырмалы түрде талдау жасау. Практикалық бөлімімен жұмыс жасау. Бұлшық ет жүйесінің электрлік моделі, электрондық – парамагниттік резонанс, мембранадағы липидтердің физикалық күйі тақырыптарына тоқталды.
9 Сәуір, 2015ж Қалалық ғылыми практикалық конференцияда қорғауға дайын- далу, қорғау. Қосымша 1
ЖТЖ. Адамның жүрек тамыр жүйесінің параметрлері.
№ аталуы БеліленуіӨлшемдері Физиологиялық шектеулермакс. номин. мин.
1 Максималды артериалды қысым мм.сынап бағ. 240 120 60
2 Минималды артериалды қысым мм.сынап бағ. 160 75 20
3 Пульс жиілігіf 140 70 40
4 қанның тығыздығы P 1150 1050 1010
5 Аортадағы қанның жылдамдығы V 0,85 0,5 0,34
6 Қарыншаның жиырылу уақыты tс 0,38 0,30 0,19