Biofizica - ramurile biofizicii, biofizica sistemelor complexe

INTRODUCERE

Dupa cum are in exprimare notiunile de bio si fizica, se intelege ca aceasta stiinta se defineste prin implicarea mecanismelor fizice in functionarea normala si patologica a diferitelor tesuturi si organe din organismul uman. O alta definitie, de altfel identica, este aceea ca biofizica este stiinta care studiaza fenomenele fizice implicate in functionarea sistemelor biologice prin utilizarea de tehnici, concepte fizico - chimice si aparate matematice prin care acestea sunt interpretate. Pe baza acestora biofizica elaboreaza strategii si tehnici de diagnostic si terapie.

Scopurile biofizicii medicale pot fi ordonate iin patru grupe:

1. pe baza fundamentelor biofizicii se incearca formarea gandirii medicale si biologice a viitorilor medici
2. adancirea cercetarii fundamentale in principalele ei directii de investigare biofizica
3. o cercetare practica prin utilizarea calculatoarelor in investigatii de laborator si chiar clinica
4. largirea perspectivelor biofizicii in formele de invatamant

Istoric

Inca din perioada Renasterii se poate spune ca s-au pus bazele acestei stiinte.

In anii 1600 William Harvey, medic si fiziolog englez demonstreaza existenta circulatiei sanguine si studiaza rolul inimii.

Galvani ( 1737 - 1798 ) inaugureaza o epoca noua in domeniul stiintei prin evidentierea in 1789 a relatiei dintre contractia musculara si curentul electric ( utilizeaza o laba de broasca izolata impreuna cu nervul sciatic si pe care a fixat-o cu ajutorul unui fir de Cu de partea de fier a balconului; la bataia vantului prin contactul pe care-l facea laba cu Fe balconului aparea contractia musculara; - apare o diferenta de potential iar laba este primul instrument de determinare a potentialelor electrice - laba galvanoscopica).

In 1802 - Thomas Young a propus teoria tricromatica a vederii colorate. A initiat studii de hidrodinamica a circulatiei sanguine.

Leonardo da Vinci - studiaza mecanismele mersului inlocuind cercuri elastice muschii de pe schelet; de asemenea studiaza hemodinamica. Explica functionarea ochiului pe principiul camerei obscure. Descopera rolul de lentila a cristalinului si explica formarea imaginii pe retina. Explica perceperea reliefului ca efect al vederii binoculare.

Alfonso Borreli - considera procesele fiziologice rezultand din principii fizice si mecanice. De asemenea descrie functia scheletului si a muschilor.

Luigi Galvani a pus in evidenta pentru prima data legatura dintre contractia musculara si curentul electric. In exemplul sau a utilizat o laba de broasca izolata impreuna cu nervul sciatic pe care a fixat-o cu ajutorul unui fir de Cu de partea de Fe a balconului. La bataia vantului prin contactul pe care-l facea laba cu Fe balconului aparea contractia musculara ( producerea unui circuit electric care excita nervul respectiv. Explicatia: aparitia unei diferente de bipotential ). Laba = primul instrument de determinare a potentialelor electrice = laba galvanoscopica.

In 1770 - 1880 Lavoisier - Franta si Crawford - Anglia, stabilesc legatura dintre procesul combustiei si respiratiei.

In 1802 - Thomas Young a propus teoria tricromatica a vederii colorate. A initiat studii de hidrodinamica a circulatiei sanguine.

In 1848 - Du Bois Reymond a realizat primele inregistrari a potentialului de actiune. Bazele teoretice ale biofizicii s-au imbogatit prin elaborarea in 1968 de catre Bernstein a primei teorii ionice care sa explice originea diferentelor de potential la nivelul membranei biologice.

Hermann Helmholtz a descoperit faptul ca energia se consuma atat in sistemele vii cat si in cele nevii initiind astfel termodinamica biologica. Lucrarile sale din 1860 asupra vederii si auyului au pus bazele fizice ale abordarii senzoriale. In secolul XX cercetarile in toate ramurile biofizicii au fost consumate.

Hodking - Anglia si Cole - S.U.A au aprofundat cercetarile asupra sistemului nervos si a transmisiei semnalelor electrice.

In 1924 Willem Eithoven pune bazele electrocardiografiei.

In 1952 Alan Llozd Hodgkin fiziolog englez si Andrew Fielding Huxley fiziolog englez elaboreaza un model al dependentei curentilor ionici din membrana axonala de potential membranar ( Premiul Nobel 1963 ).

Structura spatiala a dublei elice a macromoleculei de ADN este descoperita prin colaborarea lui James Dewez, Francis Compton Crick si Maurice Hugh Frederick Wilkins - Premiul Nobel 1962.

In 1962 D. Noble modifica modelul Hodgkin - Huxley pentru a-l adapta la generatorul cardiac.

Astfel, in timp, prin dezvoltarea cercetarii in ramurile medicinii, fizicii, matematicii, chimiei precum si a altor stiinte, biofizica a cunoscut o dezvoltare spectaculoasa. In secolul XX cercetarile in toate ramurile biofizicii sunt continuate.

Lucrare: Detergenti .Sapunuri. Substante tensio-active - clasificare Lucrare: Test ARENE - chimie

Ramurile biofizicii

In functie de sistemul abordat cat si de nivelul de abordare considerand           ( biofizica ) electronica ( cuantica ) care studiaza aspectele biofizicii la nivel submolecular cu transfer de energie si sarcina electrica intre atomii care constituie molecula sau macromoleculele. Pentru acest studiu se utilizeaza ca operator si modelare mecanica si cuantica cu principiile, tehnicile si metodele specifice.

Biofizica moleculara studiaza structura si proprietatile biomoleculelor in sens fizic ca forte interatomice, forte intermoleculare, structura spatiala a biomoleculelor si modificarnea acesteia in procesele biologice. Structura spatiala a macromoleculelor    ( ADN, ARN, proteine) prin difractie de raze x pe cristalele acestor macromolecule sau prin tehnica de rezonanta magnetica moleculara de inalta rezolutie si spectografie de infrarosu.

Studiaza si interactia existenta intre macromolecule in timpul unor procese biologice cum ar fi: recunoasterea enzimatica, imunologica. Studiaza procese ce au loc la ansamblarea macromoleculelor si la denaturarea lor.

BIOFIZICA SISTEMELOR COMPLEXE

Analizeaza structura si functionarea ansamblurilor celulare din punct de vedere fizic ca expresie a integrarii activitatii celulelor componente. Subiectele specifice domeniului sunt:

bioelectrogeneza tesuturilor si organelor

operarea analizatorilor biologici

bioenergetica motilitatii si contractiei

stilul si organizarea retelelor neuronale si activitatile complexe din creier cum ar fi: memoria, recunoasterea formelor, invatarea, intuitia, constiinta.

BIOFIZICA ACTIUNII FACTORILOR FIZICI

Factorii fizici pot interactiona cu materia vie prin mai multe mecanisme in funsie de nivelul de abordare si timpul de actiune.

Interactiunea cu radiasiile, cu campurile magnetice, cu unde ultrasonore. Toare aceste nivele de abordare nu sunt independente intre ele. Se considera aceasta divizare doar pentru a intelege mai usor unele aspecte pe care le ia sistemul viu in evolutia sa continua. Natura nu cunoaste aceste divizari, ea comportandu-se ca un intreg, cu fenomene complexe care uneori prin divizare isi pierd sensul real.

Explicatia: complexul ARN sau ADN nu poate explica direct variabilitatea experientelor genetice, nici macar abordarea sa spatiala sau rupere; schimbarea de lanturi nu explica aceasta variabilitate a sistemelor vii.

BIOFIZICA CELULARA

Biofizica celulara analizeaza din punct de vedere fizic comportamentul celulelor individuale, modificarile ce apar la aceste celule in cazul starilor normale si patologice. Din punct de vedere fizic acest lucru inseamna:

aparitia si protejarea potentialelor de membrana

transport activ si pasiv

modificarile configuratiei spatiale in functie de factorii fizici

curgerea cinetica a hematiilor si trecerea lor prin capilare

Biofizica studiaza urmatoarele celule:

limfocitele;

eritrocitele;

neuronii;

fibrele musculare;

celulele receptoare;

Ca subiecte specifice biofizicii celulare distingem:

generarea si propagarea influxului nervos;

cuplarea, excitatia, contractia;

interactiuni specifice celulare;

mecanisme de traducere a stimulilor la nivelul celulelor receptoare;

Din acest motiv este bine a se cunoaste pana unde se poate diviza un fenomen in vederea abordarii sale corecte si nemodificate.

Biomecanica / Bioenergetica = fotosinteza, bioluminiscenta, producere de enrgie in sisteme biologice inclusiv transformerea acestor forme de energie pana la degradarea lor.

BIOFIZICA ACTIUNII FACTORILOR PERTURBATORI

SI DE REGLAJ

Domeniile de studiu ale biofizicii sunt de mare complexitate insa toate au un numitor comun si anume toate aceste domenii pot fi studiate si aprofundate cu ajutorul legilor fizicii moderne si a tehnologiilor de varf aparute pe baza acestor teorii.

REVISTE SI PUBLICATII

Primul periodic dedicat biofizicii apare in 1902.

1939 - apare " Bluletinul biofizicii matematice "; Biochimia et biofizica ATCA.

1956 - S.U.A. - Byophisical Journal

Ultimul deceniu al secolului a fost marcat de aparitia practic simultana a mai multor directii si orientari ale cercetarilor biofizice:

modelare moleculara

investigarea structurii proteinelor si a acizilor nucleici cu metode fizice ( rezonanta magnetica nucleara - RMN )

teoria fractaliilor

imagistica medicala

explorarea radioactiva a organismului uman

In contextul descoperirilor apar diferite organizatii. Prima Societate Nationala de Biofizica apare in Olanda ( 1932 ), S.U.A ( 1956 ), Japonia ( 1960 ), Anglia (1961).

In 1961 se infiinteaza Societatea de Biofizica a "Uniunii Societatilor de Stiinte Medicale din Romania ".

In 1989 in decembrie apare "Societatea Nationala de Biofizica pura si aplicata" .

DE RETINUT:

• -definitiabiofizicii
• -ramurile biofizicii