Trang chủ
Sách y học
Sinh lý y học
Ảnh hưởng của gia tốc tuyến tính lên cơ thể

Ảnh hưởng của gia tốc tuyến tính lên cơ thể

2021-08-25 04:52 PM

Biên tập viên: Trần Tiến Phong

Đánh giá: Trần Trà My, Trần Phương Phương

Lực gia tốc trong tàu không gian

Không giống như một chiếc máy bay, một tàu không gian không thể tạo vòng quay nhanh, và do đó gia tốc vòng ít quan trọng ngoại trừ khi tàu rối loạn xoay. Dù vậy, khả tăng tốc cất cánh và giảm tốc hạ cánh có thể rất lớn, cả hai là gia tốc thẳng, một gia tốc dương và một âm.

Lực gia tốc trong quá trình cất cánh của tàu vũ trụ

Hình. Lực gia tốc trong quá trình cất cánh của tàu vũ trụ.

Một quá trình gần đúng về sự tăng tốc trong quá trình cất cánh của tàu không gian ba giai đoạn. Giai đoạn đầu tàu được tăng tốc lớn nhất 9G và giai đoạn hai tăng lên cao nhất 8G. Trong tư thế đứng, co người không thể chịu được gia tốc này, nhưng ở tư thế nằm ngả, ngang với trục gia tốc, con người có thể chịu gia tốc dễ dàng mặc dù sự thật là lực gia tốc vẫn đang rất lớn lúc đó. Do đó, ghế ngả được sử dụng cho các phi hành gia.

Vấn đề cũng xẩy ra trong quá trình giảm tốc, khi tàu không gian trở vào khí quyển. Một người di chuyển ở Mach 1 (tốc độ âm thanh và của máy bay nhanh) có thể giảm tốc an toàn trong khoảng cách tầm 0.12 dặm, trái lại một người di chuyển với tốc độ Mach 100 (tốc độ có thể trong di chuyển giữa các hành tinh) cần khoảng 10000 dặm cho sự giảm tốc an toàn. Nguyên nhân chủ yếu của sự khác nhau này là tổng năng lượng cần thải trừ trong quá trình giảm tốc tỷ lệ với bình phương tốc độ, tương đương với khoảng cách cần để giảm tốc giữa Mach 1 và Mach 100 khoảng 10000 lần. Do đó, sự giảm tốc cần được thực hiện chậm hơn từ tốc độ cao hơn là khi đang ở tốc độ thấp hơn.

Lực giảm tốc trong nhảy dù

Khi phi công nhảy dù rời máy bay, vận tốc rơi ban đầu của anh ấy là 0 feet/s. Tuy nhiên, vì gia tốc của lực hấp dẫn, sau 1 giây tốc độ rơi đó là 32 feet/s (nếu bỏ qua lực cản không khí), sau 2 giây là 64 feet/s, v.v.. Trong khi tốc độ rơi tăng, lực cản không khí làm chậm sự rơi cũng tăng. Cuối cùng, gia tốc cản của không khí cân bằng với gia tốc của trọng lực, và sau khi rơi khoảng 12 giây, người đó sẽ rơi ở vận tốc cuối khoảng 109-119 dặm/giờ (khoảng 175 feet/s). Nếu người nhảy dù đạt vận tốc cuối cùng trước khi mở dù, một shock mở dù (“opening shock load”) lên tới 1200 pounds có thể xảy ra trên màn vải dù.

Một chiếc dù thông thường làm chậm sự rơi của người nhảy khoảng 1/9 vận tốc rơi cuối. Nói cách khác, tốc độ hạ cánh khoảng 20 feet/s, và lực va chạm mặt đất là 1/81 lực va chạm nếu không có dù. Dù vậy, lực va chạm này vẫn đủ lớn gây chấn thương đáng kể đến cơ thể trừ khi người nhảy dù được huấn luyện hạ cánh. Thực tế, lực va chạm nhảy dù tương đương với nhảy từ độ cao 6 feet không có dù. Nếu không biết trước, giác quan của người nhảy sẽ bị đánh lừa trong lúc chạm đất với chân duỗi thẳng, tư thế này sẽ gây ra hậu quả nghiêm trọng đến khung xương theo trục cơ thế, gây gãy xương chậu, xương sống, hay chân. Vì vậy, người nhảy dù qua đào tạo chạm đất với đầu gối cong nhưng căng cơ để tiếp nhận lực va chạm lớn.

Khí quyển nhân tạo trong tầu không gian kín

Bởi vì không có khí quyển ngoài không gian, khí quyển nhân tạo và khí hậu phải được sản xuất trong tàu không gian. Quan trọng nhất, nồng độ O2 phải đủ cao và nồng độ CO2 đủ thấp để tránh ngạt thở. Trong các tàu trước đây, khoang chứa khí quyển với O2 tinh khiết khoảng 260mmHg, nhưng trong các tàu hiện đại, không khí được làm giống như khí quyển bình thường, với nito gấp bốn lần O2 và tổng áp suất là 760mmHg. Sự xuất hiện của nito trong khí trộn làm giảm đáng kể nguy cơ cháy và nổ. Nó cũng bảo vệ chống lại sự xẹp phổi khu trú, xảy ra khi thở O2 tinh khiết, vì O2 được hấp thu rất nhanh làm các tiểu phế quản bị chặn lại bởi các nút nhầy.

Trong các chuyến đi kéo dài nhiều tháng, gần như không thể mang theo O2 suốt cuộc hành trình. Vì lí do này, nhiều công nghệ tái chế đã được đề xuất để sử dụng O2 tương tự. Một vài quá trình tái chế phụ thuộc hoàn toàn vào định luật vật lý, như điện phân nước giải phóng O2. Một số khác phụ thuộc vào phương pháp sinh học, như sử dụng tảo để giải phóng O2 thông qua hiện tượng quang hợp. Nhưng một hệ thống hoàn thiện về tái chế vẫn chưa thực hiện được.

Không trọng lượng trong không gian

Một người khi ở trong một vệ tinh quay quanh hoặc một tàu vũ trụ là không trọng lượng, hoặc một trạng thái gần như bằng không đơn vị G, mà đôi khi được gọi là trọng lực. Người đó không rút về phía dưới cùng, hai bên hay đầu của tàu vũ trụ mà chỉ đơn giản là trôi nổi bên trong khoang của nó. Nguyên nhân của sự không trọng lượng này không phải là không có sự tác động của lực hấp dẫn lên cơ thể bởi vì lực hấp dẫn từ bất kỳ thiên thể nào ở gần đó là vẫn còn hoạt động. Tuy nhiên, lực hấp dẫn tác động lên cả các tàu vũ trụ và những người cùng một lúc để cả hai được kéo với chính xác cùng gia tốc và trong cùng một hướng. Vì lý do này, người chỉ đơn giản là không bị hút đối với bất kỳ nơi của tàu vũ trụ.

Những thách thức sinh lý khi mất trọng lượng

Những thách thức về sinh lý không trọng lượng đã được chứng minh là không có ý nghĩa miễn là thời gian không trọng lượng không quá dài. Hầu hết các vấn đề xảy ra có liên quan đến ba tác động của trọng lượng: (1) say tàu xe trong những ngày đầu tiên của du lịch, (2) chuyển vị của các chất lỏng trong cơ thể vì mất tác dụng của lực hấp dẫn để gây áp lực thủy tĩnh bình thường, và (3) giảm hoạt động thể chất vì không có sức mạnh của sự co cơ là lực cần thiết để chống lại lực hấp dẫn.

Gần 50% các phi hành gia trải nghiệm say tàu xe, buồn nôn và đôi khi ói mửa, trong 2-5 ngày đầu tiên của chuyến du lịch không gian. say tàu xe này có thể là kết quả từ một mô hình quen thuộc của các tín hiệu chuyển động khi đến các trung tâm cân bằng của não, và tại cùng một thời gian thiếu của các tín hiệu hấp dẫn.

Các hiệu ứng quan sát được một kỳ nghỉ kéo dài trong không gian của những điều sau đây: (1) giảm thể tích máu, (2) giảm khối lượng tế bào hồng cầu, (3) giảm sức mạnh cơ bắp và khả năng làm việc, (4) giảm cung lượng tim tối đa và (5) mất canxi và phosphate từ xương, cũng như mất khối lượng xương. Hầu hết các hiệu ứng tương tự cũng xảy ra ở những người nằm trên giường trong một thời gian dài. Vì lý do này, các chương trình tập thể dục được đưa ra cho các phi hành gia nếu phải thực hiện ở ngoài không gian trong 1 thời gian dài.

Trong một thí nghiệm về 1 cuộc thám hiểm không gian, trong đó chương trình tập luyện đã không được áp dụng và kết quả là các phi hành gia đã giảm nghiêm trọng năng lực làm việc trong vài ngày đầu tiên sau khi trở về Trái đất. Họ cũng có xu hướng ngất xỉu (và vẫn làm, chừng mực nào đó) khi họ đứng dậy trong ngày đầu tiên hoặc sau khi trở về trọng lực vì khối lượng máu giảm đi và phản ứng của các cơ chế kiểm soát huyết áp giảm.

Giảm hoạt động (Deconditioning) của tim mạch, cơ bắp, xương trong thời gian phơi sáng và không trọng lượng kéo dài

Trong các chuyến bay không gian rất dài và tiếp xúc với ánh sang kéo dài, dần dần hiệu ứng “Deconditioning” xảy ra trên hệ thống tim mạch, cơ xương, và xương mặc dù tập thể dục nghiêm ngặt trong suốt chuyến bay. Nghiên cứu của các nhà du hành trên các chuyến bay không gian kéo dài vài tháng đã cho thấy rằng họ có thể mất nhiều 1,0 phần trăm khối lượng xương của họ mỗi tháng mặc dù họ vẫn tiếp tục tập luyện, teo đáng kể của cơ tim và xương cũng xảy ra trong thời gian dài tiếp xúc với một môi trường không trọng lực.

Các nhà du hành trở về từ chuyến bay không gian kéo dài 4-6 tháng cũng dễ bị gãy xương và có thể yêu cầu một vài tuần trước khi họ trở về, họ cần tập luyện như trước khi bay cho tim mạch, xương, và tập thể dục cơ bắp. Như các chuyến bay không gian trở nên dài hơn để chuẩn bị cho công cuộc phát hiện của con người về sự tồn tại của các hành tinh khác, chẳng hạn như sao Hỏa, những tác động của trọng lực kéo dài có thể gây ra một mối đe dọa rất nghiêm trọng đối với các phi hành gia sau khi họ tiếp đất, đặc biệt là trong trường hợp hạ cánh khẩn cấp. Do đó, nỗ lực nghiên cứu đáng kể đã được phát triển hướng về biện pháp đối phó, ngoài việc tập thể dục, có thể ngăn ngừa hoặc làm giảm bớt hiệu quả hơn những thay đổi này. Một trong những biện pháp đối phó đang được thử nghiệm là việc áp dụng liên tục "trọng lực nhân tạo" gây ra bởi thời gian ngắn (ví dụ, 1 giờ mỗi ngày) của gia tốc ly tâm của các phi hành gia khi họ ngồi trong thiết kế đặc biệt máy ly tâm ngắn tay mà tạo ra lực lượng lên đến 2-3 G.

Bài viết cùng chuyên mục

Điều soát kích thước đồng tử của mắt

Vai trò của phản xạ ánh sáng là để giúp cho mắt đáp ứng ngay lập tức với sự thay đổi cường độ ánh sáng. Giới hạn của đường kính đồng tử vào khoảng 1.5 milimet ở trạng thái co nhỏ nhất và 8 milimet ở trạng thái giãn rộng nhất.

Hormon điều hòa vận động đường tiêu hóa

Phần lớn hormone điều hòa sự bài tiết ở đường tiêu hóa cũng tác động lên sự vận động một số vùng của đường tiêu hóa. Mặc dùng tác dụng vận động thường ít quan trọng hơn tác dụng bài tiết.

Nơi tích trữ chất béo trong cơ thể người

Các tế bào gan ngoài chứa triglycerides, còn chứa lượng lớn phospholipid và cholesterol, chúng liên tục được tổng hợp ở gan. Ngoài ra, các tế bào gan còn khử bão hòa các acid béo nhiều hơn ở các mô khác.

Điều hòa lưu lượng máu bằng những thay đổi trong mạch máu mô

Sự tái tạo vật chất của mạch xảy ra để đáp ứng với nhu cầu của mô. Sự tái cấu trúc này xảy ra nhanh trong vòng vài ngày ở những động vật non. Nó cũng xảy ra nhanh ở những mô mới lớn như mô sẹo, mô ung thư.

Khả năng co giãn của mạch máu

Sự co giãn của mạch máu một cách bình thường được biểu diễn là một phân số của một sự gia tăng thể tích trên một mmHg sự tăng áp lực.

Hệ thần kinh trung ương: mức tủy sống mức dưới vỏ và mức vỏ não

Hệ thống thần kinh của con người được thừa hưởng những khả năng đặc biệt sau mỗi giai đoạn tiến hóa. Từ sự thừa hưởng này, 3 mức chính của hệ thần kinh trung ương có đặc điểm chức năng cụ thể là: (1) mức tủy sống; (2) mức dưới vỏ; và (3) mức vỏ não.

Chức năng sinh dục nam bất thường

Rối loạn chức năng cương dương, hay gọi là “bất lực”, đặc trưng bởi sự mất khả năng duy trì độ cương cứng của dương vật để thực hiện quá trình giao hợp phù hợp.

PO2 phế nang: phụ thuộc vào các độ cao khác nhau

Khi lên độ cao rất lớn, áp suất CO2 trong phế nang giảm xuống dưới 40 mmHg (mặt nước biển). Con người khi thích nghi với độ cao có thể tăng thông khí lên tới 5 lần, tăng nhịp thở gây giảm PCO2 xuống dưới 7 mmHg.

Sự phát triển của nang trứng giai đoạn nang của chu kỳ buồng trứng

Giai đoạn đầu tiên của sự phát triển nang trứng là sự phát triển ở mức trung bình của nang, đường kính tăng gấp đôi hoặc gấp ba. Sau đó theo sự lớn lên thêm vào của lớp tế bào hạt ở một số nang; những nang này được gọi là nang trứng nguyên phát.

Cấu tạo chung của hệ thần kinh: thần kinh trung ương và sự nhận cảm đáp ứng

Một đặc tính của hầu hết các sợi thần kinh là các tín hiệu dẫn truyền thường chỉ đi theo một hướng: từ sợi trục của sợi thần kinh phía trước tới sợi gai của sợi phía sau.

Hệ thống chức năng của tế bào cơ thể người

Nếu tế bào muốn sống, phát triển và sinh sản, chúng phải kiếm thức ăn và những chất khác từ môi trường xung quanh. Hầu hết các chất đi qua màng tế bào bằng sự khuếch tán và vận chuyển tích cực.

Hệ thống co mạch giao cảm: sự kiểm soát của nó bởi hệ thống thần kinh trung ương

Trung tâm vận mạch ở não dẫn truyền tín hiệu phó giao cảm qua dây X đến tim và tín hiệu giao cảm qua tủy sống và sợi giao cảm ngoại vi đến hầu như tất cả động mạch, tiểu động mạch và tĩnh mạch của cơ thể.

Điều hòa gen trong cơ thể người

Ở động vật có nhiều loại tế bào, mô, cơ quan khác nhau, các điều hòa biểu hiện gen khác nhau cũng cho phép nhiều loại tế bào khác nhau trong cơ thể thực hiện các chức năng chuyên biệt của chúng.

Hô hấp trong tập luyện thể thao

Có một mối quan hệ tuyến tính. Cả tiêu thụ oxy và tổng thông khí phổi tăng gấp khoảng 20 lần từ trạng thái nghỉ ngơi và cường độ tập luyện tối đa ở các vận động viên được tập luyện tốt.

Đặc trưng của sự lan truyền tín hiệu trên thân dây thần kinh

Tốc độ lan truyền của điện thế hoạt động ở sợi thần kinh từ rất nhỏ 0,25 m / giây trong sợi không có myelin đến lớn như 100 m / giây (hơn chiều dài của một sân bóng đá trong 1 giây) trong sợi lớn có myelin.

Các sợi thần kinh: dẫn truyền các loại tín hiệu khác nhau và phân loại

Các sợi thần kinh đến có kích thước trung bình vào khoảng 0.5 đến 20 micromet; kích thước lớn hơn, tốc độ dẫn truyền cũng lớn hơn. Giới hạn tốc độ dẫn truyền trong khoảng 0.5 đến 120 m/giây.

Áp lực thủy tĩnh mao mạch

Dịch đã được lọc vượt quá những gì được tái hấp thu trong hầu hết các mô được mang đi bởi mạch bạch huyết. Trong các mao mạch cầu thận, có một lượng rất lớn dịch.

Ngoại tâm thu nhĩ: rối loạn nhịp tim

Khi tim co sớm hơn bình thường, tâm thất chưa nhận đầy máu như bình thường và nhát bóp đó bơm ít máu hơn. Do đó sóng đập của nhát bóp đó lên thành mach sẽ yếu hơn thậm chí là yếu đến mức không thể bắt được gọi làm mạnh chìm.

Chức năng trao đổi và vận chuyển khí hô hấp

Sau khi phế nang đã được thông khí, bước tiếp theo của quá trình hô hấp là sự khuyếch tán O2 từ phế nang vào mao mạch phổi và CO2 theo chiều ngược lại. Sau khi trao đổi, máu tĩnh mạch trở thành máu động mạch có phân áp O2 cao, CO2 thấp so với tổ chức.