PROGRAMA

I. Analizarea noțiunilor de biofizică medicalăDomeniile de studiu - biofizica moleculară

- biofizica celulară- biofizica sistemelor complexe

II. Explicarea tehnicilor fizice utilizate în explorarea imagistică.1. Descrierea metodelor de studiu ale biosemnalelor2. Identificarea bazelor fizice ale imagisticii medicale3. Enumerarea procedeelor terapeutice bazate pe factori fizici

III. Notiuni elementare de radiobiologie1. Domeniul de studiu2. Caracteristicile radiațiilor ionizate3. Enumerarea efectelor radiobiologice

IV. Notiuni de radioterapie1. Descrierea surselor de radiatie și a tehnicilor utilizate în radioterapie2. Metodele utilizate3. Domeniile de utilizare

1

07.10.2014Biofizica moleculară

Reprezintă știința ce studiază aspectele fizice ale structurilor și fenomenelor biologice. Studiază și aplică legile fizicii în biologie și medicină. Are mai multe ramuri:- Biofizica moleculara – studiază proprietățile moleculelor ce alcătuiesc materia vie și fenomenele la care iau parte acestea.- Biofizica celulară – studiază proprietățile celulelor

- Biomecanica studiază diferitele tipuri de locomoție, de la cea animală, până la motilitatea celulară

- Bioelectricitatea studiază ansamblul fenomenelor electrice din lumea vie la nivel celular, tisular și de organ

- Biotermodinamica și bioenergetica studiază stocarea, generarea conversiei la nivel celular și problemele energetice ale sistemelor biologice la nivel celular- Biofizica sistemelor complexe studiază fenomenele fizice ce intervin în recepția vizuală, auditivă, în funcția neuronilor și în contracția musculară.- Biocibernetica studiază mecanismul reglării și transmiterii de informații în sistemelo biologice- Radiobiologia studiază fenomenele ce au loc la interacțiunea radiației cu materia vie.

Molecula este particula cea mai mică a oricărui corp ce are însușirile caracteristice ale substanței respective.

Proprietățile moleculelor:- Mișcarea browniană = mișcarea spontană, complet haotică și dependentă de temperatura mediului a unor particule aflate într-o suspensie coloidală (dispersie gazoasă).- Coeziunea = forța de atracție intre moleculele aceluiasi corp.- Adeziunea = forța care apare intre moleculele superficiale a două corpuri diferite puse în contact.- Tensiunea superficială a lichidelor din organism- Capilaritatea = fenomenul de ridicare în vasele capilare a nivelului lichidului ce udă vasul și de coborâre a lichidului ce nu uda pereții vasului.- Vâscozitatea = forța de frecare interioră ce apare la nivelul unui lichid în mișcare alcătuit din mai multe straturi.- Difuziunea = fenomenul de pătrundere a moleculelor unei substanțe printre moleculele altei substante- Osmoza = difuziunea lichidelor printr-o membrană permeabilă (cu rol de barieră – permite trecerea apei, electroliților/ sodiu, potasiu, și a altor molecule), semipermeabilă (permite doar trecerea apei – pot și biologice sau artificiale) sau selectivă (permite trecerea anumitor substanțe)

08.10.2014

Celula (biofizica celulară).

Membranele biologice sunt ansambluri formate din proteine și lipide ce formează structuri cu proprietăți caracteristice de permeabilitate selectivă prin care se realizează compartimentarea materiei vii. Membranele biologice sunt alcătuite din proteine și lipide. Ele delimiteaza celula de mediul exterior. Prezintă permeabilitate specifică pentru ioni și unele macromolecule. Membranele constituie locul unor reacții enzimatice.Compoziția biochimică a membranei: - proteine cca 60-80%, intervin în transportul activ, au funcții enzimatice (produc energie), au funcții de receptori.

- lipide – 20-40%; asigura funcția de barieră- alte componente – apă, ioni (săruri).

Caracteristici fizice ale membranelor: fluiditatea.Transportul prin membranele biologice- Transportul pasiv - difuziunea simplă – depinde de liposolubilitatea substanței respective

2

- difuziunea simplă mediată de polipeptide, care captează ioni și îi transportă prin membrană

- difuziunea facilitată – se produce de la o concentrație mare la una mai mică și se oprește la egalizarea concetrațiilor de ambele părți ale membranei- Transportul activ – implică transport de energie de la o concentrație mică către una mai mare. Este implicată pompa sodiu-potasiu (Na/K) care menține potențialul de membrană, controlează volumul celular și îl reglează, realizează transportul activ al aminoacizilor și glucidelor.

15.10.2014

Biomecanica

- studiază formele cele mai simple de mișcare a materiei. Noțiunea de mișcare, de deplasare a corpurilor, implică existența unei poziții de unde începe mișcarea, adică poziția de repaus.I. Cinematica – studiază mișcarea pe diferite traiectorii în raport cu timpul și independent de cauzele ce provoacă mișcarea.II. Dinamica – studiază mișcarea corpurilor legată de cauzele ce o produc (forțele)III. Statica – studiază echilibrele corpurilor asupra cărora acționează diferite forțe, precum și mijloacele de realizare a acestor echilibre.

I. Cinematica umanăLocomoția umană se face sub formă de: mers, alergare, săritură.

Mersul se compune dintr-o serie de perioade de sprijin al corpului pe un singur membru inferior, despărțite de perioade de sprijin pe ambele membre inferioare. În faza de sprijin unilateral avem pasul posterior (piciorul oscilant se află în urma celui de sprijin) și pasul anterior ( când piciorul oscilant se află în fața celui de sprijin). În deplasarea sa, corpul uman execută și alte mișcări: oscilații verticale, transversale, longitudinale.Alergarea se caracterizează prin faptul ca în niciun moment picioarele nu se află pe sol amândouă odată. O alta fază a alergarii – la o anumită viteză, corpul nu mai are contact cu solul. Alergarea este compusă dintr-o serie de perioade de sprijin ce alternează cu perioade de suspensie.Săritura constă în deplasarea cu ambele picioare odată, fazele de sprijin ale picioarelor pe sol fiind separate de aflarea concomitentă a picioarelor în aer.

Legile pașilor- lungimea medie – a pasului normal e mai mare la bărbat decât la femeie (63 – b, 50 – f)- depărtarea laterală – a picioarelor în timpul mersului e mai mică la bărbat decât la femeie- lungimea pasului – crește cu frecvența până la o cadență de 75 pași/minut- viteza mersului – depinde de nr. pașilor până la o cadență de 85 pași/min. Un ritm mai mare scade viteza- pasul drept este mai mare decât pasul stăng – și la bărbați și la femei

II. Dinamica corpului umanInerția este o proprietate a tuturor corpurilor.

Legea inertiei/ Legea fundamentala a dinamicii (Newton) – un corp își păstrează starea de repaus/ de mișcare rectilinie uniforma atâta vreme cât acțiunea altor corpuri nu-l obligă să-și modifice starea.

Influența unor corpuri asupra altora se manifesta cu ajutorul unor forte. Gravitatia este forța exercitată de pamânt asupra corpurilor aflate pe suprafața sa.

III Statica corpului uman – studiază echilibrul corpurilor.Echilibrul = starea în care se afla un corp asupra caruia actioneaza mai multe forte care își

anulează reciproc efectele. Echilibrul unui corp asupra caruia actioneaza numai gravitatia:- echilibru de suspensie (corpul este mobil în jurul unri axe de rotatie)

3

- echilibru de sprijin (corpul se afla pe un plan cu care are contact printr-o baza de susținere).Tipuri de echilibru: stabil (forte egale/ anulate reciproc), instabil (forte inegale), indiferent (nu este afectat de forte).

Mecanica inimii

Sângele circula prin vasele sangvin, fiind propulsat de inima în cadrul aparatului cardio-circulator. Energia ce propulseaza sângele este transmisa de contractiile inimii.Inima - principalul organ propulsor al sangelui

- are o faza de contracție (sistola) și o faza de relaxare (diastola)- frecventa medie a contractiilor este de 70 bătăi pe minut la bărbat și de 80 la femeie.

Mecanica vaselor sangvine

Inima arunca intermitent o cantitate de sande în artere. Curgerea sangelui prin vase este continua datorită elasticitatii vaselor sangvine. Presiunea data de contractia ventriculara a inimii se transmite cu o valoare invers proportionala cu distanța fata de zona centrala spre periferie.TORR = unitatea de măsura a presiunii sangelui. Presiunea crește către centru (prin vene).TA se determina cu tensiometrul (în trecut cu sfigmometrul). Pulsul se ia prin comprimarea arterei pe un plan osos.

Mecanica respiratiei

Respirația = functia organismului prin care se procura O2 din atmosfera.Mușchii sunt cei mai mari consumatori de oxigen.

Respirația are 2 faze: inspirația și expirația, o mișcare alternativa de marire și de micsorare a volumului cutiei toracice.

Inspirația este un fenomen activ făcut cu efort muscular prin marirea toracelui în 3 directii. Plamanii se dilata, presiunea scade și aerul pătrunde pana în alveole.

Expiratia este un fenomen pasiv, fără efort. Coastele se lasa. Diafragmul se relaxează.

23.10.2014

Mecanica contractiei musculare

Musculatură = element activ ce controlează deplasarea structurilor osoase și miscările altor structuri. Mișcările datorate muschilor se bazează pe capacitatea fibrelor musculare de a utiliza energia chimica obtinuta în urma proceselor metabolice, de a se scurta și de a reveni la forma initiala. Mușchii sunt alcătuiți din manunchiuri de fibre musculare. Contractia musculara are 3 etape: excitatia fibrei musculare, cuplarea excitatiei, contractia în sine.

Tipuri de contractii: mușchii dezvolta o forța de contracție egala și de sens contrar forței careia i se opune.- contractia izotonica (constanta) – mușchii se contracta contra unei forte exterioare constante (ex. ridicarea unei greutati). În cazul în care forța variaza, rezulta o contracție neizotonica.- contracție izometrica – contractia în care lungimea muschiului nu se modifica, dar crește tensiunea din el, forța dezvoltata este egala cu cea care trebuie invinsa.- contractia tetanica – prin stimulare cu un impuls unic muschiul se contracta sub forma unei secuse unice. Dacă apare stimularea repetata cu o anumita frecventa, rezulta contractii individuale ce fuzioneaza într-o contracție tetanica.

4

28.10.2014

TERMODINAMICA

= știința care studiaza fenomenele termice și starile de echilibru ale sistemelor fizico-chimice.Pentru a caracteriza starile de echilibru, termodinamica folosește o mărime: temperatura.

Transportul caldurii în organism

Organismul uman produce căldura ce se transmite din centru către suprafața și apoi în mediul exterior. Cantitatea de căldura și temperatura difera de la un organ la altul. Direcția de transport a caldurii este de la locuri cu temperatura ridicată spre locuri cu temperatura scazuta prin conductie și convectie.

Conductibilitatea termica a tesuturilor este redusa, mai ales la cele groase. Sângele este cel mai mare conductor al caldurii. Transmiterea caldurii spre exterior se realizeaza prin conductie, convectie, radiere, evaporarea apei prin transpiratie. Transmiterea caldurii prin conductie, convectie și radiere reprezintă 70-80% din căldura transmisă mediului. Prin evaporare aprox 20-30%. În condiții de efort fizic, prin evaporare ajungem la un procent de 50-60%. În cazul muncilor grele, se pot evapora intre 4 și 12 litri.

Din cauza aderarii unui strat de aer de 4-8 mm la suprafața pielii, corpul se opune pierderii de căldura prin curentii de convectie și conductie.

Masurarea temperaturii – în funcție de starea de agregare a corpurilor, căldura se propaga difetir.- solidele – căldura se propaga prin conductibilitate, trecând de la un strat de molecule la altul.- lichidele – căldura se propaga prin convectie (prin curenti)- gazele – căldura se propaga prin convectie și radiatie.

Când se mărește energia termica a unui corp, acesta poate suferi transformari de volum, de agregare, de compozitie chimica.

Temperatura = nivelul temic al unui corp, adică starea de încălzire sau răcire. Unitatea de măsura este în grade Celsius sau Fahrenheit. Instrumentul de măsura este termometrul. Timpul de evaluare corect – 8-10 minute. Locuri: axila, rect, vagin, cavitate bucala. Factori influentatori: activitatea musculara, activitatea nervoasă, temperatura exterioara.

Corpul uman poate menține temperatura constanta, chiar dacă mediul are temperatura variabila, datorită mecanismelor de termoreglare.

04.11.2014

TermoreglareaCaldura = rezultanta echilibrului dintre procesul de producere a energiei termice în organism și pierderile de căldura ce se produc prin radiatia, evaporarea la nivelul pielii și erup la nivelul plămânilor.

Termoreglarea se face prin: reglarea pierderii de căldura și prin reglarea producerii de căldura. Cele 2 procese se desfasoarea în funcție de raportul dintre temperatura organismului și cea a mediului extern.- în mediul extern temperatura este apropiata de cea a organismului, iar pierderile de căldura sunt compensate prin furnizarea de căldura din arderi.- în mediile cu temperatura scazuta, organismul lupta împotriva frigului prin intensificarea de arderi pentru producerea de căldura.- atunci când temperatura mediului extern este mai mare, organismul lupta prin procesul de evaporare a apei (transpiratie).Legile termodinamicii1. Cantitatea de căldura schimbată de un sistem în cursul unei transformari intre 2 stari se regaseste în

5

lucrul mecanic realizat și în variatia energiei interne a sistemului. Aceasta reprezintă conservarea energiei în cursul transformarii de stare.2. Legea conservarii energiei este valabilă în toate procesele de degradare a substantelor alimentare.- reactiile de oxidare de CO2 și O2-reactiile de hidroliza 14%- neutralizari, scindare moleculara, de hidratare – aprox 1%- cedarea de energie de către organism se face sub forma de evaporare, căldura și lucrul mecanic.3. Indica sensul unui proces termodinamic natural. Trecerea caldurii de la un corp cu o anumita temperatura la altul cu o temperatura inferioara este un proces ireversibil.

Bioelectricitatea1. Electricitatea statica = starea de electrizare și acțiunile reciproce ale corpurilor electrizate. Corpurile electrizate la fel se resping, iar cele electrizate contrar se atrag. Un corp electrizat are o sarcina electrică, care nu se produce și nu se pierde, ci se transmite de la un corp la altul.Cele mai bune corpuri electroconductoare sunt:- metalele – conductori de categoria I, deoarece deplasarea sarcinilor electrice nu e legată de schimbarea proprietatilor chimice ale substantei.- electrolidele – conductori de categoria II; deplasarea sarcinilor e legată de modificarile chimice.

În jurul unui corp încărcat electric, spațiul în care se contracta acțiunea forțelor se numește câmp electric. O sarcina se deplaseaza într-un câmp electriostatic datorită unei forte aplicata acestei sarcini. Fiecare punct al campului poate fi caracterizat cu ajutorul unei funcții numita potențial.

11.11.2014

Electricitate fiziologicaMateria vie este caracterizata de modificarea insusirilor în funcție de conditiile de mediu.

Aceasta se numește excitabilitate. Factorii care produc aceste modificari sunt excitanti. În dezvoltarea lor, unele tesuturi au căpătat proprietăți specifice: contractilitatea, secretia. Prin stimularea unui muschi se obtine o contracție. Intensitatea care produce cea mai slaba

contracție a muschiului reprezintă pragul excitatiei.Excitabilitatea electrică a muschilor și nervilor se caracterizeaza prin 2 parametri:

- Reobaza = pragul fundamenta, intensitatea minima a unui curent continuu ce produce contractia musculara- Cronaxia = timpul minim necesar de producere a contractiei musculare utilizand un curent cu o intensitate dubla fata de cea a reobazei.

Bioacustica- studiaza vibratiile corpurilor materiale reflectate de simturi sub forma de sunete. Urechea umana este sensibila pentru sunete alcătuite din vibratii ce frecvente cuprinse intre 16-20 mii HRZ.

Sunetul = unitatea de măsura a frecventei egala cu o perioada pe senda. Vibratiile ajung la urechea interna când sunt transmise prin aer. Sunetele cu frecventa > 20 mii Hz se numesc ultrasunete. Undele sonore se propaga longitudinal. Energia miscarii undei se propaga în exteriorul sursei, iar moleculele de aer duc sunetele în fata/spatele sursei. Unda sonora reprezintă o serie de comprimari și extensii alternative ale aerului.Amplitudinea = caracteristica undelor sonore percepute sub forma de volum.

= distanța maxima parcursa de unde de la poziția 0. Când gradul de mișcare în moleculele de aer crește, undele lovesc urechea cu o forța mai mare.

Amplitudinea undei sonore = gradul de mișcare al moleculelor de aer din unde.Caracteristici: - înălțimea, intensitatea, timbrul. Acestea corespund urmatoarelor aspecte fizice: frecventa, amplitudinea,constitutia armonica=forma undei.Zgomotul = un sunet complex, un amestec de mai multe frecvente/note care nu sunt legate. Sunetele pot fi clasificate în funcție de frecventa în inalte și joase.

6

Frecventa = numărul de perioade (oscilatii) pe care o unda sonora le efectueaza într-o unitate de timp (p/s = perioada/secunda).Intensitatea sunetului se măsoară în decibeli (dB). Intensitatile sunetului sunt așezate pe scara logaritmica. O marire de la 10dB corespunde cu o creștere a intensitatii cu o rata de 10.

Distanța de la care un sunet poate fi auzit = rata medie a cursului energiei pe unitatea de suprafața perpendiculara pe direcția propagarii. În propagarea sunetului în atmosfera, schimbarile survenite în proprietatile fizice ale aerului (ex. Temperatura, presiune) pot determina scăderea undei.

ULTRASUNETELE = sunete cu o frecventa mai mare de 20.000 Hz, ce nu pot fi auzite de urechea umana.

Orientarea liliecilor se bazează pe faptul ca aceștia emit semnale ultrasonore scurte cu frecvente intre 30-60KHz. Liliacul emite în timpul zborului 30 semnale/secunda, unele dintre acestea fiind receptionate de urechile liliacului sub forma de semnale ecou. Pe măsura apropierii de un obstacol, liliacul emite din ce în ce mai multe semnale/secunda, ajungand ca la 1m de obstacol sa emita 60 semnale/secunda. Acest lucru ii permite sa simtă exact poziția sa fata de obstacole.

Ultrasunetele pot fi emise și se propaga ca razele de lumina – sub forma de fascicule, spre deosebire de sunetele obișnuite, care se imprastie în toate directiile.

Ultrasunetele au efecte biologice importante:- când se aplica ultrasunete asupra unui lichid, se poate produce o diferența de presiune de mai multe atmosfere. Diferența dintre cele 2 puncte de presiune poate fi mortala.- sunt importante în sterilizarea unor alimente- pot avea efecte distructive mecanice, fizice și chimice.

Recepția auditivaPentru ca vibratia mecanica sa dea naștere la senzatii auditive, ea trebuie perceputa de

analizatorul auditiv, care transforma senzația în excitatie nervoasă ce produce senzația auditiva.Senzatiile auditive se clasifica în senzatii plăcute (sunete muzicale) și senzatii neplăcute

(zgomote).Sunetul e transmis prin canalul auditiv și pune în vibratie timpanul și lantul de oscioare auditive,

transmitand vibratiile spre fereastra ovala. Oscioarele auditive au o importanța capitala. Ciocanul și nicovala sunt strâns articulate și oscileaza împreuna ca un singur organ în timpul vibratiei sonore. Mișcările se transmit scaritei, care e fixata pe fereastra ovala.

7