นิตยสาร สสวท. ฉบับที่ 257

28 | นิตยสาร สสวท. ภาพ 3 แสดงถึงการตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจด้วยเครื่อง EKG ที่มา : https://srenebyslc.com/blogs/longevity-wellness/electrocardiography-ekg/ ภาพ 4 ระบบคานงัดการงอข้อศอกโดยมีกระดูกเป็นคาน ที่มา : Visible Body Suite. สลับกันไปตามจังหวะการเต้นของหัวใจ กล่าวคือ เมื่อหัวใจบีบตัว ความดันเลือด จะเพิ่มขึ้นและเกิดคลื่นความดันส่งผ่านไปตามหลอดเลือด และเมื่อ หัวใจคลายตัว ความดันจะลดลงก่อนจะสูงขึ้นอีกครั้งในการเต้นครั้งถัดไป ลักษณะวนซ้ำ �ดังกล่าวสามารถอธิบายได้ด้วยฟังก์ชันคาบ (Periodic Function) ทางคณิตศาสตร์ เช่น ฟังก์ชันไซน์หรือโคไซน์ ซึ่งมีรูปคลื่น ซ้ำ �รอบเหมือนเดิมทุกคาบ โดยที่ความสูงของคลื่น (แอมพลิจูด) แทนค่า ความดันหรืออัตราการไหลสูงสุด และความถี่ของคลื่นเท่ากับอัตราการเต้น ของหัวใจ (จำ �นวนครั้งต่อวินาที) นักคณิตศาสตร์สามารถใช้สมการคลื่น (Wave Equation) ซึ่งเป็นสมการเชิงอนุพันธ์ย่อยในการอธิบายการ แพร่กระจายของคลื่นความดันนี้ไปตามผนังหลอดเลือด โดยอัตราเร็วของ การเคลื่อนที่ของคลื่นจะขึ้นอยู่กับปัจจัยต่างๆ เช่น ความยืดหยุ่นของ ผนังหลอดเลือดและความหนืดของเลือด การวิเคราะห์สัญญาณชีพจรของร่างกายก็อาศัยหลักการทาง คณิตศาสตร์เช่นกัน ยกตัวอย่างสัญญาณเสียงหัวใจหรือสัญญาณคลื่นไฟฟ้า หัวใจ (ECG) ซึ่งเป็นคลื่นที่มีรูปแบบซับซ้อน สามารถนำ �มาวิเคราะห์ด้วย การทำ � ฟูริเยร์ทรานส์ฟอร์ม (Fourier Transform) เพื่อแยกองค์ประกอบ ของสัญญาณออกมาเป็นคลื่นไซน์ความถี่ต่างๆ ที่รวมกันอยู่ในสัญญาณนั้น หลังจากได้กราฟผลลัพธ์การตรวจคลื่นไฟฟ้าหัวใจด้วยเครื่อง EKG แล้ว แพทย์จะเช็คอัตราการเต้นของหัวใจว่ามีความสม่ำ �เสมอ เป็นปกติไหม มีหัวใจที่เต้นผิดจังหวะหรือเปล่า (อัตราการเต้นของหัวใจ ที่ปกติจะอยู่ที่ 60-100 ครั้ง/นาที อัตราการเต้นหัวใจเร็วจะมากกว่า 100 ครั้ง/นาที และอัตราการเต้นหัวใจช้าจะอยู่ที่ 30 - 40 ครั้ง/นาที) และ นอกจากนี้ กราฟไฟฟ้าหัวใจยังบอกถึงความสัมพันธ์ในการทำ �งานของ หัวใจห้องบนและห้องล่างว่ามีความผิดปกติหรือไม่ โดยผลตรวจคลื่นไฟฟ้า หัวใจดูจากกราฟได้ง่ายๆ ดังนี้ ห้องหัวใจส่วนบน เป็นจุดเริ่มต้นของการเต้นของหัวใจ สร้าง คลื่นลูกแรก หรือ “คลื่น P” ห้องหัวใจส่วนล่าง จะสร้างคลื่นถัดไปที่เรียกว่า QRS complex คลื่นสุดท้ายหรือ “คลื่น T” จะแสดงถึงหัวใจที่ได้พักหรือฟื้นตัว หลังจากการเต้น 4. คณิตศาสตร์ในการเคลื่อนไหวและชีวกลศาสตร์ การเคลื่อนไหวของร่างกายมนุษย์เป็นไปตามหลักกลศาสตร์ แบบเดียวกับวัตถุทั่วไป แต่มีความซับซ้อนมากขึ้นเนื่องจากร่างกาย ประกอบด้วยกระดูก ข้อต่อ และกล้ามเนื้อมากมาย ชีวกลศาสตร์ (Biomechanics) คือ สาขาวิชาที่ประยุกต์หลักการทางฟิสิกส์และ คณิตศาสตร์มาศึกษาการเคลื่อนไหวและแรงที่เกิดในร่างกาย ในเชิง คณิตศาสตร์ เราสามารถใช้กฎการเคลื่อนที่ของนิวตันและสมการทาง ฟิสิกส์พื้นฐานอธิบายการเคลื่อนที่ได้ เช่น ความเร็ว = ระยะทาง ÷ เวลา และแรง = มวล x ความเร่ง ซึ่งสามารถนำ �ไปคำ �นวณการเคลื่อนที่ของ ส่วนต่างๆ ของร่างกายขณะเดิน วิ่ง หรือตอนออกแรงยกของ หนึ่งในแนวคิดสำ �คัญของชีวกลศาสตร์คือ การมองส่วนต่างๆ ของร่างกายเป็นระบบคานงัด (Lever System) โดยมีกระดูกเป็นคาน ข้อต่อเป็นจุดหมุน (Fulcrum) และกล้ามเนื้อทำ �หน้าที่ออกแรง (Effort) เพื่อเอาชนะแรงต้าน (Load) เช่น น้ำ �หนักของอวัยวะหรือวัตถุที่ถืออยู่ ร่างกายมนุษย์มีทั้งคานระดับหนึ่ง สอง และสาม กระจายอยู่ตามข้อต่อ ต่างๆ ตัวอย่างที่เห็นได้ชัดคือ ข้อศอก ซึ่งเป็นคานระดับที่สาม กล้ามเนื้อ ไบเซ็ปทำ �หน้าที่ออกแรงดึงกระดูกปลายแขนให้เกิดการงอข้อศอก โดย ตำ �แหน่งเกาะของกล้ามเนื้ออยู่ใกล้กับข้อศอก (จุดหมุน) ส่วนวัตถุหรือของ ที่ถืออยู่จะอยู่ห่างจากข้อศอกออกไป ทำ �ให้กล้ามเนื้อต้องออกแรงมากกว่า น้ำ �หนักของวัตถุเนื่องจากแขนของแรง (Effort Arm) สั้นกว่าแขนของน้ำ �หนัก (Load Arm) กล่าวคือ อยู่ในสภาวะเสียเปรียบเชิงกล ในทางกลับกันที่ข้อเท้า ขณะเขย่งปลายเท้ายกส้น (การกระดก ข้อเท้าเพื่อยืนเขย่ง) กล้ามเนื้อน่อง (กล้ามเนื้อกาสตร็อกนีเมียส) ทำ �งาน เป็นคานระดับที่สอง โดยมีจุดหมุนอยู่ที่ปลายเท้า น้ำ �หนักตัวอยู่ตรงกลาง