curs 1

INTRODUCERE IN BIOFIZICA SI FIZICA MEDICALA

INTRODUCERE IN BIOFIZICAI. DEFINITIA BIOFIZICIIII. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICIIIII. DIRECTIILE DE STUDIU A BIOFIZICII IV. CLASIFICAREA DOMENIILOR BIOFIZICIII. DEFINITIA BIOFIZICII

BIOFIZICA este o stiinta de frontiera (de granita) care are ca obiect studiul fenomenelor fizice (biofizice) intalnite in structurile vii, cu ajutorul metodelor, tehnicilor si legilor fizicii.

I. DEFINITIA BIOFIZICII

BIOFIZICA MEDICAL reprezint BIOFIZICA referitoare la organismul uman, n condiii normale i patologice i se afl n strns relaie cu FIZIOLOGIA si BIOCHIMIA MEDICALI. DEFINITIA BIOFIZICIIII. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICIIIII. DIRECTIILE DE STUDIU A BIOFIZICII SI FIZICII MEDICALEIV. CLASIFICAREA DOMENIILOR BIOFIZICIIII. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICII

tiina modern se definete prin:

Existenta unor legi universale, cu caracter matematic.

Descoperirea acestor legi prin experimentul tiinific.

Reproductibilitatea perfect a datelor experimentaleGALILEO GALILEI (1564-1642)consacrarea modelului heliocentric al sistemului solar II. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICII

ISAAC NEWTON (1642-1727)a demonstrat c UNIVERSUL este guvernat de legi matematice :

Legile mecanicii clasice:

1. Viteza unui corp ramane constanta daca asupra acelui corp nu actioneaza nicio forta2. Acceleratia unui corp este invers proportionala cu masa acestuia F = m x a3. Daca asupra uni corp actioneaza o forta F, corpul va exercita o forta egala si de semn contrar asupra celui care actioneaza ( principiul interactiunii si reactiunii )

Legea gravitatiei: un corp caracterizat de o masa M1 exercita o forta de atractie asupra altui corp de masa M2, direct proportionala cu produsul celor doua mase, constanta atractiei universale (G = 6,672 1011N m2kg2 )si invers proportionala cu patratul distantei.

II. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICIISantorio Santorio: boala n date msurabile Santorio a constatat c la nivelul corpului uman are loc o excreie invizibil, prin piele i plmni, denumit de el perspiratio insensibilis.

Santorio a studiat, cu ajutorul unui scaun-balan, modificrile greutii sale corporale nainte i dup ingestia alimentelor.II. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICIIPrima msurare a presiunii rdcinilor fora osmotic efectuat de Stephen Hales n 1718Luigi Galvani (1737 - 1798)- a evidentiat bioelectricitatea

II. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICIIClaude Bernard Biolog, medic, fiziolog i om de tiin francez (1813 1878)- Fondatorul medicinii experimentale.Ideea fundamental a fixitii mediului intern, ulterior corespunznd homeostaziei.

I. DEFINITIA BIOFIZICIIII. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICIIIII. DIRECTIILE DE STUDIU A BIOFIZICII IV. CLASIFICAREA DOMENIILOR BIOFIZICIIIII. DIRECTIILE DE STUDIU A BIOFIZICII

1. Biofizica si Fizica in interiorul organismuluiExplicarea si intelegerea aspectelor fiziologice si fiziopatologice cu ajutorul fenomenelor si legilor fizicii2. Biofizica si Fizica pentru organismUtilizarea unor metode si dispozitive fizice si biofizice pentru masurarea si evaluarea parametrilor fiziologici si fiziopatologici3. Biofizica si Fizica impotriva organismuluiEvaluarea actiunii unor factori fizici externi asupra organismului

1. Biofizica si Fizica in interiorul organismului

Rolul biofizicii si fizicii in cunoasterea unei boli: DREPANOCITOZA (anemia mediteraneeana sau sicklemie)S-a utilizat microscopul optic cu contrast de faza: hematii deformate, in forma de secera


Structura moleculei de hemoglobina a fost demonstrata cu ajutorul difractiei cu raze X


cromatografia metoda de separare permite separarea diferitelor tipuri de HbMicroscopia electronica - ofera informatii mult mai in amanunt referitoare la forma si structura eritrocitului


Acidul glutamic (Glu), un aminoacid incrcat negativ, este nlocuit cu Valina (Val), care nu are nici o sarcin.III. DIRECTIILE DE STUDIU A BIOFIZICII

1. Biofizica si Fizica in interiorul organismuluiExplicarea si intelegerea aspectelor fiziologice si fiziopatologice cu ajutorul fenomenelor si legilor fizice2. Biofizica si Fizica pentru organismUtilizarea unor metode si dispozitive fizice si biofizice pentru masurarea si evaluarea parametrilor fiziologici si fiziopatologici3. Biofizica si Fizica impotriva organismuluiEvaluarea actiunii unor factori fizici externi asupra organismului

Bazele fizice ale imagisticii medicale.DomeniulAgentul fizic iniialAgent fizic detectatProcedeul 1. Radiologie Raze XRaze X atenuateradioscopieradiografie tomografie computerizat (CT)2. Medicin nuclear Radioizotopi emitori g sau de pozitroni (PET)Radiaii g provenite din organismscintigrafie planarSPECT (single photon computed scintigraphy)PET (positron emission tomography)3. Echografie UltrasuneteUltrasunete atenuate echography (A and B)echodoppler4. Rezonan magnetic nuclearCmp magneticTimp de relaxaretomografie computerizat (RMN) RADIOLOGIE :Imagini prin atenuare, n relaie cu densitatea tisularRaze XRaze X atenuateDetectieTomografie computerizat (CT) (cu raze X)

ArteriografieRadiografie

Imagini structurale

Tesut timicRadiografie toracicaAgent fizic initialAgent fizic detectatECOGRAFIEAgent fizic iniialUltrasuneteAgent fizic detectatUS reflectate si atenuateDispozitiv de detectie

Ecografie(chist timic la 18 sapt)Ecografie 3D

Imagini structurale

REZONAN MAGNETIC NUCLEAR (RMN sau IRM) nuclee stabile cu numr impar de protoni -Agent fizic initialCmp magnetic Agent fizic detectatTimp de relaxare (spin-spin sau spin - retea)Dispozitiv IRM

Imagini structurale

timomScintigrafieAgent fizic initialRadioizotopi emitatori sau depozitroniAgent fizic detectatRadiaii Gamma camera- Achiziie planar- SPECT (g emisie) - PET (positroni,18F FDG)

PET sau SPECT

TumoraNormal

Imagini funcionale

Timom 2. Biofizica si Fizica pentru organism

5. PET-CT SPECT- CTRadioizotopi emitori g iRaze XRaze X atenuate i radiaii gdoi detectori n acelai dispozitiv: PET i CT sau SPECT si CT. Imagini fuzionate PET i CT.III. DIRECTIILE DE STUDIU A BIOFIZICII

1. Biofizica si Fizica in interiorul organismuluiExplicarea si intelegerea aspectelor fiziologice si fiziopatologice cu ajutorul fenomenelor si legilor fizice2. Biofizica si Fizica pentru organismUtilizarea unor metode si dispozitive fizice si biofizice pentru masurarea si evaluarea parametrilor fiziologici si fiziopatologici3. Biofizica si Fizica impotriva organismuluiEvaluarea actiunii unor factori fizici externi asupra organismului

DEZASTRUL de la CERNOBL

La 26 aprilie 1986, la ora local 1h 22m 44s, reactorul nr. 4 al centralei electronucleare de la Cernobl - Ucraina a explodat. O cantitate de radioactivitate de ordinul a 12 exabecquereli (1018) sau ~ 300 MCi a fost eliberat n atmosfer timp de circa 10 zile, contaminnd intens o zon de 150 000 km2, locuit de circa 6 milioane de persoane.

Cele mai abundente au fost iodul (I-131), cesiul (Cs-137) i stroniul (ndeosebi Sr-90). Dup accident, cesiul-137 a fost cel mai persistent radioizotop, din cauza timpului de njumtire mare.

I 131- T 7,2 zileCs-137 - T - 30,2 aniSr-90 - T -28,8 ani 31 de persoane decedate: 2 operatori (n timpul exploziei reactorului), 28 de persoane din cele 134 care au suferit iradieri acute, o persoan din lot a decedat dup o tromboz coronarian.

Circa 1800 cazuri de cancere de tiroid, la persoane care aveau sub 18 ani n momentul accidentului. Acest cancer determin o mortalitate redus pn n prezent, 10 decese. Numrul de cazuri de cancer tiroidian, n prezent, a crescut pn la 8 000 n teritoriile cele mai contaminate.

Creterea numrului de sinucideri, i n general a morilor violente, printre lichidatori (circa 800 000) i la populaia evacuat (peste 350 000 persoane) care a cunoscut o diminuare considerabil a calitii vieii. Nu exist date exacte. Se estimeaz c ar fi decedat 25 000 de lichidatori.

- Nu s-au observat creteri ale malformaiilor congenitale, ale cazurilor de leucemie sau de cancere solide (altele dect cancerele de tiroid).

DEZASTRUL de la FUKUSHIMAFukushima: al doilea "accident major" de Nivel 7 n istoria industriei nucleare; radiaia eliberata ca urmare a evenimentelor de la Fukushima, in 11 martie, a fost doar aproximativ 10 % din cea eliberata in cazul accidentului de la Cernobl (1986), de asemenea, evaluat ca nivel 7I 131- T 7,2 zileCs-137- T - 30,2 aniCs-134 T - 2.08 aniSr-90- T -28,8 ani

I. DEFINITIA BIOFIZICIIII. SCURTA ISTORIE A BIOFIZICII SI FIZICIIIII. DIRECTIILE DE STUDIU A BIOFIZICII SI FIZICII MEDICALEIV. CLASIFICAREA DOMENIILOR BIOFIZICIIMecanica BiomecanicaFizica moleculara si termodinamica Termodinamica biologica, bioenergeticaFizica starii lichide Bioreologie, hemoreologie, hemodinamica

CLASIFICAREA DOMENIILOR BIOFIZICII in functie de domeniile clasice ale FIZICII:

Optica Optica fiziologica, bioluminescentaElectricitate, magnetism BioelectricitateFizica atomica si nucleara Radiobiologie, medicina nuclearaCLASIFICAREA DOMENIILOR BIOFIZICII in functie de domeniile clasice ale FIZICII:

Biofizica electronica (cuantica) tranzitii energetice la nivel electronic ce sunt implicate in diferite manifestari fizice si biofizice- microscopia de forta atomica, microscopia prin efect tunel)

CLASIFICAREA DOMENIILOR BIOFIZICII in functie de nivelurile de organizare ale biosistemelor:

2.Biofizica moleculara tranzitii energetice la nivel molecular ce sunt implicate in diferite manifestari fizice si biofizice (ex: tranzitii ale electronilor periferici determina fenomenul de fluorescenta, conformatii moleculare)


3.Biofizica celulara studiul aspectelor biofizice la nivelul celulelor individuale (fluiditate membranara, agregabilitate eritrocitara, biomecanica celulara,bioelectrogeneza celulara, etc)


4.Biofizica sistemelor complexe studiul aspectelor biofizice la nivelul organelor, sistemelor fiziologice sau biologice sau chiar a intregului organism.CLASIFICAREA DOMENIILOR BIOFIZICII in functie de nivelurile de organizare ale biosistemelor:

curs 1

Documents