Curs de Biofizică

Prof.dr. Cipriana ŞtefănescuDisciplina de Biofizică

şi Fizică medicală

1

“A învăţa fără să gândeşti este nefolositor.

A gândi fără să înveţi este dăunător”.

Confucius

N.B. Numerele fiecărui PPT corespund succesiunii subiectelor studiate.

Particularităţile creierului la adolescenţi

Calităţile necesare unui viitor medic• Motivaţie• Cunoştinţe - competenţă• Documentare continuă.

Lectură critică. Medicină bazată pe dovezi - Rol Internet

• Spirit de observaţie• Simţ al umanului• Conştiinţă – “Ştiinţa fără

conştiinţă este ruina sufletului” - Rabelais

• Entuziasm.

INAINTE DUPA

I. Relaţiile dintre FIZICĂ şi MEDICINĂ; perioada premergătoare apariţiei BIOFIZICII

II. BIOFIZICA – ştiinţă de frontieră; relaţiile cu celelalte ştiinţe

III. Definirea obiectului BIOFIZICII

IV. Clasificarea domeniilor BIOFIZICII

V. Obiectul şi domeniile BIOFIZICII MEDICALE

OBIECTUL ŞI DOMENIILE BIOFIZICII - Biofizica medicală -

Va rugam ganditi!

I. Relaţiile dintre FIZICĂ şi MEDICINĂ

Fizica – prima ştiinţă experimentală:- Metode- Instrumente şi aparate

Dezvoltarea BIOLOGIEI şi a MEDICINII a depins de

dezvoltarea FIZICII, prin dispozitivele, aparatele şi

metodele de studiu (ex. microscopia pentru cunoaşterea structurilor

microscopice).

Evoluţia microscopului optic(Nikon )

100 ans

Trei aspecte:

1. Fizica pentru organism: Antichitate: acţiune terapeutică a unor agenţi fizici (soarele ...)

În prezent: dispozitive complexe pentru cercetare, diagnostic şi tratament

2. Fizica în organism:Studiul structurilor şi al proceselor fiziologice şi patologice

din corpul uman, folosind metode şi concepte fizice.

3. Fizica împotriva organismului:Studiul efectelor nocive ale unor factori fizici (radiaţii,

presiune, temperatură).

1. Fizica pentru organism: Antichitate: acţiune terapeutică a unor agenţi

fizici (soarele ...)

În prezent: dispozitive complexe pentru cercetare, diagnostic şi tratament

Helioterapia (fototerapia)

Hidroterapia: grafica satirica privind tipuri de

hidroterapie (1800)

440 BC, Hippocrates

2. Fizica în organism:Studiul structurilor şi al proceselor fiziologice şi

patologice din corpul uman, folosind metode şi concepte fizice.

3. Fizica împotriva organismului:

Studiul efectelor nocive ale unor factori fizici (radiaţii, presiune, temperatură).

Perioada premergătoare apariţiei BIOFIZICII

Primul Congres International de

Biofizica: Stockholm, 1961

Primele măsurători

simple

Leonardo da Vinci (1452 – 1519) – studii privind locomoţia

Leonardo da Vinci (1452 – 1519)

Santorio Santorio: (1561-1636)

Medicina bazată pe date măsurabile

Primul experiment

Comparaţie între variaţia greutăţii prin ingestia de alimente şi excreţie.

În sec. al XV-lea - al XVI-lea, pentru prima oară, boala este transformată în date măsurabile. Mai întâi Nicolaus Cusanus (1401-1464) susţine ideea măsurării în medicină, iar Santorio Santorio (Capodistria, 1561 - Veneţia, 1636) introduce măsurările precise în studiul proceselor fiziologice şi patologice.

Santorio a încercat să elaboreze o definiţie cantitativă a fenomenelor vitale şi a devierilor lor patologice,

ceea ce mai târziu se va numi metabolism (1863).

Autoexperiment efectuat de Santorio Santorio în 1620: cu

ajutorul unui scaun-balanţă, a studiat modificările greutăţii sale corporale înainte şi după ingestia alimentelor

Medicina bazată pe date numerice.

De statica medicina, Leipzig, 1670

Termometru bucal - 1625 (utilizat în clinică abia în

1825)

Pulsilogium: dispositiv pentru

măsurarea pulsului

- una din primele descrieri ale mecanicii clasice

- bazele astronomiei fizice prin observaţii cu telescopul

- revoluţie: consacrarea modelului heliocentric al sistemului solar (Sider menicus - Mesagerul stelar)

Galileo Galilei(1564-1642)

"Cartea naturii este scrisă în limbajul matematicii"

Ştiinţa modernă se defineşte prin metodologia sa, care a fost formulată prin 3 postulate valabile încă şi azi:•Existenta unor legi universale, cu caracter matematic•Descoperirea acestor legi prin experimentul ştiinţific•Reproductibilitatea perfectă a datelor experimentale

René Descartes (1596-1650):- teoria om-maşină -

Legile fizicii şi matematicii explică fiziologia umană.

De Homini, 1662

A considerat corpul uman ca o maşină

complexă.

Giovanni Alfonso Borelli (1608 -1679)

Studii de biomecanica.

Prima măsurare a „presiunii rădăcinilor” –

forţa osmotică efectuată de Stephen Hales în 1718

Luigi Galvani -părintele

bioelectricităţii: a descoperit electricitatea

animală, în 1771, prin experimente

pe broască (model animal).

Luigi Galvani

(1737-1798):

Teoria mecanică a corpului şi funcţionarea sa reprezentată

într-un manuscris evreiesc din secolul al XVIII-lea

Isaac NEWTON (1642-1727)

Figura cea mai influentă din istoria ştiinţei

occidentale

Cea mai influentă personalitate din istoria ştiinţei occidentale

Până la el lumea fizică era prost înţeleasă. El a demonstrat că aceasta este guvernată de legi matematice de o mare precizie

A oferit fizicii moderne instrumentele intelectuale esenţiale

Alexander Pope: „Natura şi Legile Naturii stăteau ascunse în Noapte. Dumnezeu a spus, Să fie Newton! şi s-a făcut Lumină”.

Claude Bernard Biolog, medic, fiziolog şi om de ştiinţă francez

(1813 – 1878)

• Fondatorul, “părintele” medicinii experimentale.

• 1865 - L'Introduction à l'étude de la médecine expérimentale.

• Ideea fundamentală a fixităţii mediului intern, ulterior corespunzând homeostaziei. 

Laennec (Rene Theophile Hyacinthe): stetoscopul - 1817

Laennec: examenul unui pacient cu tuberculoză prin ausculataţie «mediată», la hôpital Necker, Paris.

În mâna stîngă – stetoscopul utilizat pentru «medierea» auscultaţiei.

II. BIOFIZICA – ştiinţă de frontieră

Relaţiile cu celelalte ştiinţe,Relaţiile cu biochimia şi fiziologia

Relaţiile altor

domenii cu Biofizica

Tehnică

Cibernetică

FIZICĂ

Chi

mie

Matematică

Biologie

MedecinăBIOFIZICĂ Biochimie

Cibernetică tehnică

Biocibernetică

B

I O N I C ĂB IOMEDICINĂ

Biomatematică

Fizică teoretică

B I O T E H N O L O G I E

III. Definirea obiectului BIOFIZICII

Biofizica este o ştiinţă de frontieră care are drept obiective:

Studiul fenomenelor fizice şi biofizice din structurile vii, utilizând:

Studiul efectelor factorilor fizici asupra organismelor vii:

Radiaţii ionizante şi neionizante,temperatură, ultrasunete,

electricitate, câmp magnetic, gravitaţie …

ale fizicii metode tehnici legi

Obiective importante şi exemple:

1. Studiul unor aspecte biofizice la nivelul biosistemelor:

ex.: fenomenul de viscozitate- macroscopic - fluide din organism- microscopic – microviscozitatea citoplasmei şi

a biomembranei (fluiditate)ex.: fenomene bioelectrice

- bioelectrogeneză- biopotenţiale- metode de înregistrare pe: celule, ţesuturi şi

organe.

2. Studiul efectelor factorilor fizici asupra organismului :

ex.: radiaţii ionizante.

3. Metode, tehnici, instrumente ...

ex.: imagistica medicală.

Imagistica PET-CT:

IV. Clasificarea domeniilor BIOFIZICII

Două criterii :

a) Domeniile fizicii clasice

b) Nivelul de organizare a biosistemelor

a) Domeniile fizicii clasice

BIOFIZICA : 1)Biomecanica (locomoţia animală,

motilitate celulară...)

2) Termodinamică biologică, bioenergetică

3) Bioreologie, hemoreologie, hemodinamică

4) Fotobiofizică, optică fiziologică, bioluminescenţă

5) Bioelectricitate, neurobiofizică

6) Radiobiologie, radiobiofizică,medicină nucleară

P H Y S I C S : 1 ) M é c a n i qu e 2 ) L a ph y s i qu e M ol é c u l a i r e e t t h e r m o dy n a mi q u e 3 ) l a P h y s i q u e d u l i qu i de 4 ) O p t i q u e 5 ) L ' E l e c t r i c i t é e t l e ma g n é t i s m e 6 ) l a p h y s i q u e A t o m i qu e e t n u c l é a i r e

b) Nivelul de organizare al biosistemelor

• Biofizica Electronică (quantică)

2) Biofizica Moleculară: studiul structurilor şi a proprietăţilor moleculelor biologice.

Exemple de subiecte importante:Structura conformaţională a proteinelor –

Difracţia cu raze X

3) Biofizica celulară : studiul celulelor individuale (limfocite, neuroni, eritrocte, celule musculare, receptori etc.

Subiecte importante :- Bioelectrogeneză

- Interacţii specifice intercelulare

- Transmiterea stimulilor senzoriali

- Biomecanica celulară.

4) Biofizica sistemelor complexe.

V. Obiectul şi domeniile BIOFIZICII MEDICALE

TREI OBIECTIVE IMPORTANTE:A) Să înţeleagă structurile şi fenomene fizice ale

corpului uman (normale si patologice), folosind metode şi concepte fizice.

Ex.: Rolul biofizicii în cunoaşterea unei boli: drepanocitoza

B) Să contribuie cu tehnici fizice şi dispozitive la diagnostic, tratament şi cercetarea medicală.

Ex: Bazele fizice ale imagisticii medicale

C) Studiul acţiunii factorilor fizici din mediu.ex.: Accidentul de la Chernobyl