Vybrané kapitoly z aplikované biofyziky

Přednášející:

Jozef Rosina (gar.), Lucie Bártová

Cvičící:

Lucie Bártová

Předmět zajišťuje:

katedra lékařských a humanitních oborů

Anotace:

Na rozhraní fyzikálních a biologických věd vznikla jedna z mezioborových vědních disciplín - biofyzika. Součásti biofyziky je i aplikovaná biofyzika, která studuje základní mechanizmy působení různých fyzikálních faktorů na zdraví člověka, soustřeďuje svůj zájem na fyziologické a patologické projevy organizmu a s tím související principy diagnostiky a terapie.

Cílem předmětu je zvládnout základy aplikované biofyziky a hlavní principy měřící techniky, se kterou by mohl přijít do styku absolvent tohoto studijního oboru. Pozornost je věnována zejména oblastem ionizujícího záření, interakce ionizujícího záření s hmotou, detekci a dozimetrii ionizujícího záření. Studentům bude přednesena přednáška o účincích elektrického proudu na organizmus, o účincích optického záření a hluku na organizmus, bude popsán biofyzikální mechanizmus fungování membrán, vybraných orgánů, účinky tlaku, podtlaku, přetlaku, přetížení, principy laserů apod.

Cílem předmětu je vysvětlení biofyzikálních principů fyziologických procesů lidského těla (molekulová biofyzika, biofyzika buňky a tkání), jeho funkce (biofyzika vnímání, biofyzika orgánů) a jeho interakce s vnějším prostředím.

Požadavky:

Úspěšné absolvování praktických cvičení a prokázání znalostí na zkoušce

Zápočet:

Pro udělení zápočtu je nutná 86% účast na cvičeních (možná jedna absence).

Další podmínkou je zpracování uceleného referátu na zadané téma, včetně prezentace v průběhu cvičení (prezentace 20 - 25 min. na zadané téma, prezentace zpracovaná v PowerPointu).

Bez získání zápočtu a zápisu zápočtu do KOS-u není možné realizovat zkoušku.

Tematické okruhy ke zkoušce:

Druhy ionizujícího záření a jejich zdroje.

Základní mechanismus biologického účinku ionizujícího záření.

Interakce ionizujícího záření s hmotou.

Radioaktivita přirozená a umělá. Zákon radioaktivního rozpadu. Druhy radioaktivních rozpadů, zákony posuvu.

Radioaktivní rovnováha, poločasy rozpadu.

Využití radioaktivních izotopů v diagnostice a terapii.

Druhy rentgenového záření, jeho vlastnosti. Absorpce rentgenového záření.

Radioterapie. Nemoc z ozáření.

Atomová a vodíková bomba.

Základní fyzikální zákony hydrostatiky. (Pascalův zákony, Laplaceův zákon).

Zákony hydrodynamiky a jejich biofyzikální význam. Rovnice kontinuity a rovnice Bernoulliova. Hagenův-Poiseuilleův zákon. Periferní cévní odpor.

Proudění laminární a turbulentní. Reynoldsovo číslo. Vliv viskozity na proudění tekutiny.

Biofyzika krevního oběhu, změny krevního oběhu v klidu a při zátěži.

Krevní tlak. Mechanismus vzniku systolického a diastolického tlaku. Tlaková křivka, střední (efektivní) tlak krve.

Nepřímé měření krevního tlaku, přesnost měření TK, způsoby.

Koloidně osmotický (onkotický) tlak a jeho biologický význam. Transkapilární výměna.

Molekulové vlastnosti plynů, základní pojmy. Zákon Daltonův, příklady. Rozpustnost plynů v kapalinách, Henryův zákon, příklady.

Molekulární vlastnosti kapalin - jevy na rozhraní fází. Povrchové napětí. Adsorpce.

Molekulové vlastnosti kapalin - transportní jevy. Viskozita. Proudění ideální a reálné kapaliny.

Molekulové vlastnosti kapalin - transportní jevy. Vedení tepla. Difúze, I. a II. Fickův zákon.

Fyziologický význam osmotického tlaku. Isotonie.

Struktura a fyzikální vlastnosti biologických membrán. Aktivní a pasivní transport membránou.

Elektrické projevy v živém organismu, chemický a elektrochemický potenciál. Elektrická dvojvrstva. Klidový membránový potenciál, polarizace membrány.

Nernstova rovnice. Donnanova rovnováha.

Akční potenciál. Sodíko-draslíková pumpa.

Receptorový potenciál. Vznik, průběh a šíření akčního potenciálu.

Princip vzniku EKG. Excitační a převodní systém srdeční. Elektrické pole srdce. Einthovenův trojúhelník.

Magnetická rezonance, Lamorova frekvence, princip rezonančního děje, relaxační doby.

Elektroterapie - aplikace stejnosměrného proudu, iontoforéza, galvanizace.

Elektroterapie - aplikace střídavých proudů a elektrických impulzů

Mechanické vlastnosti tkání. Hookův zákon.

Mechanika dýchání. Inspirace a exspirace. Plicní objemy a kapacity.

Zastoupení plynů v organismu a jejich parciální tlaky, výměna dýchacích plynů, struktura alveolokapilární membrány.

Základní biofyzikální údaje jednotlivých vrstev oka. Oko jako centrovaná optická soustava. Oční osy.

Akomodace oka, sférická, asférická ametropie, jejich korekce.

Presbyopie, akomodační rozsah v závislosti na věku.

Biofyzika vidění, schematický průřez sítnicí. Zorné pole oka. Princip prostorového vnímání - stereoskopický charakter zrakového vjemu.

Biofyzika tyčinek a čípků. Mechanismus vnímání barev. Poruchy barvocitu. Adaptace na světlo a na tmu.

Základní charakteristiky zvuku: výška, barva, intenzita, hladina intenzity, hladina hlasitosti. Sluchové pole.

Biofyzika slyšení: přenos zvuku vnějším, středním a vnitřním uchem.

Základní teorie slyšení.

Elektrické jevy při podráždění sluchového orgánu, vznik akčního potenciálu.

Metody vyšetření poruch slyšení. Základní typy poruchy sluchu.

Zdroje ultrazvukového vlnění - mechanické, piezoelektrické, magnetostrikční.

Absorpce ultrazvukové energie. Zobrazovací systémy ultrazvukové diagnostiky. Využití ultrazvuku v praxi.

Dopplerův jev. Dopplerovské ultrazvukové systémy

Osnova přednášek:

1.Stavba hmoty, síly v přírodě, Elementární částice hmoty, Disperzní systém, Transportní jevy, Vnější tlak a organizmus, Působení vnějšího tlaku na organizmus, Vliv podtlaku na organizmus, Vliv přetlaku na organizmus.

2.Biofyzikální aspekty regulace teploty, teplo a chlad, Regulace teploty lidského těla, Měření teploty, Infračervené záření, Koupele, Chlad a využití kryoterapie v medicíně,

3.Biologické membrány, klidový a akční membránový potenciál, Klidový membránový potenciál, Akční membránový potenciál, Elektrický proud, Obecná charakteristika, Pasivní elektrické vlastnosti tkání, Účinky elektrického proudu, Využití elektrického proudu v medicíně, Stejnosměrný proud, Střídavý proud o nízké frekvenci, Střídavý proud středních frekvencí, Vysokofrekvenční proud a elektromagnetické vlnění, Úrazy elektrickým proudem, Aktivní elektrické vlastnosti vzrušivých tkání

4.Fyzikální základy dýchání, krevní oběh a krevní tlak, Měření krevního tlaku, Optické záření, oko, přístroje a zařízení využívající optické metody, Zdravé oko, vady oka a korekce vad, Ultrafialové záření, Infračervené záření (IR)

5.Ionizující záření, Jednotky v radioaktivitě, Druhy radioaktivní přeměny, Rentgenové záření, Biologické účinky ionizujícího záření, Radiosenzitivita, Stochastické a deterministické účinky ionizujícího záření, Život buňky zasažené radioaktivitou, Přístroje pro osobní a ochrannou dozimetrii, Využití ionizujícího záření v medicíně, Přístrojová technika v medicíně

Osnova cvičení:

1.Stavba hmoty.

2.Přeměna energie v organizmu.

3.Sedimentace krve.

4.Odstředivá síla.

5.Letecká doprava a kosmické lety a jejich vliv na svalově nervový aparát.

6.Vnější tlak a organizmus.

7.Sterilizace.

8.Biofyzikální aspekty regulace teploty, využití tepla a chladu.

9.Hluk a audiometrie.

10.Poslech, poklep, pohmat.

11.Ultrazvuk.

12.Biologické membrány, klidový a akční membránový potenciál.

13.Elektrický proud.

14.Dýchání, fyzikální základy dýchání. Krevní oběh.

15.Optické záření, oko, přístroje a zařízení využívající optické metody.

16.Biomechanika, deformace pevného tělesa a její význam ve zdravotnictví.

17.Ionizující záření, typy ionizujícího záření.

18.Biologické účinky ionizujícího záření, radiosenzitivita, stochastiské a deterministické účinky ionizujícího záření.

19.Detekce ionizujícího záření, principy ochrany před ionizujícím zářením.

20.Akutní nemoc z ozáření /syndromy. Fáze akutní nemoci z ozáření. Léčba dřeňového syndromu ANO.

21.Využití ionizujícího záření v medicíně.

22.Magnetická rezonance.

Cíle studia:

Obsahem kurzu biofyziky pro posluchače Plánování a řízení krizových situací jsou partie, které tvoří obecný základ nezbytný k dalšímu výkladu, na něž navazuje část specializovaná na fyzikální a biofyzikální jevy a přístupy, s nimiž se absolventi oboru budou setkávat v praxi.

Studijní materiály:

[1] Povinná literatura:

[2] J. Rosina, H. Kolářová, J. Stanek: Biofyzika pro studenty zdravotnických oborů. nakl.: Grada, 1. vyd., 2006, 232 str., ISBN-10: 80-247-1383-7

[3] Doporučená literatura:

[4] L. Navrátil, J. Rosina a kol.: Medicínská biofyzika. Grada, 2005

[5] L. Navrátil a kol.: Vnitřní lékařství pro nelékařské zdravotnické obory. Grada, Praha 2008

[6] Odborná periodika:

[7] Časopis Lékař a technika

Poznámka:

Rozvrh na zimní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Rozvrh na letní semestr 2011/2012:

Rozvrh není připraven

Předmět je součástí následujících studijních plánů:

• Bakalářský studijní obor Plánování a řízení krizových situací - prezenční (povinný předmět)