Biofizyka

Warunkiem zaliczenia ćwiczeń praktycznych jest zaliczenie każdego z nich z  osobna. Warunkiem

 zaliczenia przedmiotu jest uzyskanie zaliczenia z ćwiczeń  praktycznych oraz pozytywny wynik

 egzaminu.

Główne cele nauczania przedmiotu:

1. Poznanie roli fizycznych i biofizycznych czynników środowiskowych w powstaniu, rozwoju i kształtowaniu zjawiska życia.
2. Poznanie mechanizmów i skutków oddziaływania fizycznych i biofizycznych czynników środowiskowych (naturalnych i sztucznie wytworzonych przez człowieka) na organizm ludzki w różnych fazach jego rozwoju i różnych okresach życia.
3. Poznanie biofizycznych podstaw funkcjonowania narządów i układów narządów organizmu ludzkiego oraz innych organizmów żywych.
4. Podstawy teoretyczne oraz wykorzystanie praktyczne praw i zjawisk fizycznych oraz biofizycznych prawidłowości w diagnostyce medycznej, profilaktyce i lecznictwie. Zasady funkcjonowania aparatury diagnostycznej i leczniczej (na wybranych przykładach).
5. Nabycie praktycznych umiejętności w prawidłowym wykonywaniu pomiarów (wielkości biofizycznych) stosowanych w zawodowej praktyce lekarza; nabranie sprawności i biegłości w metodyce wybranych badań stosowanych w medycynie.

Tematyka szczegółowa:

1. Promieniowanie elektromagnetyczne niejonizujące

• Rola fali elektromagnetycznej (szczególnie - światła) w indukowaniu zjawiska życia (teorie bioelektroniczne). Wpływ światła na rozwój i kształtowanie życia oraz łańcuch pokarmowy.
• Narząd wzroku, biofizyka i energetyka procesu widzenia. Określenie i charakterystyka optycznych wielkości fizycznych.
• Oddzialywanie bodźców świetlnych na organizm człowieka i ich rola w kształtowaniu życia (m. innymi przenoszenie informacji, wymuszenie zachowań, wpływ na powstanie kultury i rozwój sztuki, modelowanie psychiki człowieka itp.).
• Zasady wykorzystania promieniowania optycznego w diagnostyce, lecznictwie i rehabilitacji (podczerwień, ultrafiolet, promieniowanie widzialne). Nauka obsługi i zasad stosowania aparatury terapeutycznej emitującej opisane promieniowanie. Wyznaczanie dawek leczniczych promieniowania UV.
• Budowa, zasada działania i zastosowanie praktyczne laserów. Własności fizyczne promieniowania laserowego. Biofizyczne mechanizmy oddziaływania promieniowania laserowego z tkankami. Rodzaje laserów stosowanych w medycynie i rehabilitacji. Biofizyczne podstawy doboru rodzajów laserów i parametrów promieniowania do różnych działań terapeutycznych i diagnostycznych (cięcie tkanek, koagulacja, fotoablacja, biostymulacja, terapia fotodynamiczna itp.).
• Nauka obsługi przyrządów optycznych, fotometrycznych i laboratoryjnych, wykorzystujących promieniowanie optyczne; pomiary wybranych wielkości biofizycznych (anomaloskopia, refraktometria, polarymetria itp.).

2. Fala akustyczna i inne odziaływania mechaniczne.

• Charakterystyka fizyczna fali akustycznej i sposób jej propagacji. Infradźwięki, ultradźwięki, zakres słyszalny. Różne rodzaje efektów akustycznych i ich charakterystyka. Biofizyka procesu słyszenia i fizyczne aspekty funkcjonowania narządu słuchu. Podstawowe akustyczne wielkości fizyczne (natężenie i ciśnienie akustyczne, poziom natężenia i ciśnienia, głośność i poziom głośności), obiektywne i subiektywne cechy dźwięku. Biofizyka słyszenia w różnych okresach życia człowieka. Skutki narażenia na uszkodzenia narządu słuchu.
• Mechanizmy i skutki oddziaływania fali akustycznej na organizm ludzki. Hałas i jego skutki dla narządu słuchu i skutki pozasłuchowe.
• Oddziaływanie infradźwięków i ultradźwięków na organizm ludzki.
• Zastosowanie ultradźwięków w laboratorium medycznym oraz diagnostyce. Fizyczne i biofizyczne podstawy ultrasonografii. USG jako metoda obrazowania narządów wewnętrznych człowieka w celach diagnostycznych. Fizyczne aspekty wszystkich znanych prezentacji USG. Zjawisko Dopplera i fizyczne podstawy zastosowania go w diagnostyce przepływu krwi w układzie tętniczym i żylnym ludzi dorosłych, dzieci i płodów.
• Biofizyczne podstawy zastosowania ultradźwięków w lecznictwie (w urologii, reumatologii, rehabilitacji, stomatologii, chirurgii itp.).
• Poznanie budowy, zasady działania i obsługi aparatury do pomiarów akustycznych (zasady prawidłowych pomiarów audiometrycznych, analiza akustyczna dźwięku i pomiar poziomu natężenia akustycznego za pomocą sonometru itp.).
• g) Podstawy biofizyczne i zasady aplikacji masażu leczniczego. Mechanizmy biofizyczne i skutki biologiczne. Poznanie budowy, działania i zastosowania urządzenia mechaniczno-hydraulicznego do masażu (np."Aquavibron"). Pomiar zmian częstotliwości, amplitudy i przyspieszenia drgań wibracyjnych głowicy masującej w funkcji zasilania, precyzyjnym miernikiem drgań i sposób doboru optymalnych parametrów aplikacyjnych.

3. Promieniowanie jonizujące.

• Rodzaje promieniowania jonizującego - charakterystyka fizyczna, mechanizmy oddziaływania z materią,występowanie w środowisku, źródła sztuczne i naturalne.
• Skutki biologiczne i biofizyczne działania promieniowania jonizującego. Wpływ czynników środowiskowych i uwarunkowań biologicznych.
• Promieniowanie rentgenowskie w diagnostyce i terapii. Właściwości fizyczne promieniowania rentgenowskiego, pochłanianie i rozproszenie promieniowania, dawki obciążające pacjenta w rentgenodiagnostyce i terapii. Ochrona pacjenta i personelu medycznego przed nadmiernym narażeniem w badaniach diagnostycznych i terapii promieniowaniem rentgenowskim.
• Izotopy promieniotwórcze - charakterystyka fizyczna, zastosowanie w diagnostyce i terapii, dawki obciążające. Ochrona pacjentów i personelu medycznego przed nadmiernym narażeniem w badaniach diagnostycznych i terapii izotopowej. Skutki stochastyczne i niestochastyczne: somatyczne wczesne, późne i genetyczne. Mechanizmy działania promieniowania jonizującego na organizm żywy na poziomie molekularnym.
• Fizyczne podstawy rentgenodiagnostyki. Diagnostyka rtg - zdjęcia rtg i prześwietlenia. Tomografia rentgenowska - zasada, cel, uzyskiwanie obrazów. Rentgenowska tomografia komputerowa (CT, KT) - budowa i zasada działania tomografu komputerowego rentgenowskiego, metody obrazowania narządów, przetwarzanie danych, kontrastowanie i środki cieniujące. Nowoczesne odmiany komputerowej tomografii rtg i innych rentgenowskich metod obrazowania (wizjografia, pantomografia itp.).

4. Ciepło i jego wymiana z otoczeniem.

• Strumień ciepła. Sposoby dystrybucji ciepła (przewodzenie, konwekcja, promieniowanie, parowanie - funkcje, które je opisują). Energetyka cieplna organizmu człowieka w różnych warunkach termicznych i fizjologicznych - w przemianie podstawowej, przy ciężkiej pracy fizycznej, przy zanurzeniu w zimnej wodzie, suchym i ciepłym powietrzu itp.
• Działanie bodźców ciepłych i zimnych na układ krążenia, pracę serca i naczyń tętniczych oraz żylnych, proces przepływu krwi i ukrwienie narządów i tkanek ludzkich.
• Biofizyka leczenia ciepłem - formy aplikacji, wskazania i przeciwwskazania. Krioterapia (podstawy fizyczne; zastosowanie w chirurgii, rehabilitacji, stomatologii).
• Ciepło endogenne i egzogenne. Budowa, zasada działania, zastosowanie oraz zasady prawidłowej obsługi aparatury do termoterapii (diatermii krótkofalowej, promienników podczerwieni, lamp "Soluks", lamp Minina, cieplarek parafinowych itp.). Pomiar charakterystyki przestrzennej skutków termicznych aplikacji emiterów ciepła egzo- i endogennego na modelach anatomicznych i biologicznych. Zasady praktycznego wykonania zabiegów diatermią krótkofalową i promiennikami podczerwieni.

5. Ciśnienie

• Określenie ciśnienia i naprężenia jako wielkości fizycznej. Prawa fizyki dotyczące ciśnienia i naprężeń. Zasady pomiaru i jednostki miar ciśnienia.
• Biofizyka układu krążenia. Rola wartości ciśnienia tętniczego (systolicznego i diastolicznego) i żylnego w prawidłowym i patologicznym przepływie krwi. Mechaniczna praca serca i energetyka jego pracy. Różne rodzaje ciśnień (hydrostatyczne, dynamiczne, ciśnienie położenia, boczne itp.). Zmiany zachowania się ciśnień w cyklu pracy serca. Fala tętna (powstawanie, zmiany, znaczenie).
• Biofizyka oddychania i układu oddechowego. Rola ciśnienia atmosferycznego i znaczenie różnic ciśnień w różnych odcinkach układu oddechowego dla procesu oddychania. Ciśnienie w jamie opłucnowej. Inflacja i deflacja.
• Poznanie różnych metod (bezpośrednich i pośrednich) pomiaru ciśnienia tętniczego krwi. Poznanie prawidłowych zasad pomiaru ciśnienia tętniczego metodą Riva Rocci. Badanie zachowania się ciśnienia tętniczego skurczowego i rozkurczowego w stanie spoczynku (pozycja stojąca, leżąca, siedząca) i w próbie wysiłkowej. Symetria i asymetria ciśnień mierzonych na kończynach.

6. Zjawiska powierzchniowe.

• Zjawiska adhezji, kohezji i napięcia powierzchniowego (określenia, metody pomiaru, jednostki miar).
• Znaczenie i obserwacja przejawów zjawisk adhezji, kohezji i napięcia powierzchniowego w życiu codziennym. Wykorzystanie wymienionych zjawisk w profilaktyce, higienie, diagnostyce, leczeniu (mycie i higiena osobista, pranie, środki zmiękczające, działanie na skórę i śluzówkę, leki w płynie i ich dawkowanie itp.).
• Zjawiska powierzchniowe w organizmie ludzkim. Napięcie powierzchniowe żółci i pankreatyny i ich znaczenie. Znaczenie napięcia powierzchniowego w procesie trawienia. Picie alkoholu etylowego i trawienie - mity i rzeczywistość z punktu widzenia biofizyki zjawisk powierzchniowych. Surfaktanty - występowanie, znaczenie roli zmian napięcia powierzchniowego dla procesu oddychania.
• Zasady precyzyjnego pomiaru napięcia powierzchniowego (cieczy biologicznych, wody destylowanej, alkoholi itp.) metodą stalagmometryczną, metodą rozciągania błonki powierzchniowej strzemiączkiem Lenarda z użyciem wagi torsyjnej i metodą kapilarną.

7. Statyka, kinematyka i dynamika płynów.

• Podstawowe pojęcia oraz prawa przepływu i statyki cieczy (prawo ciągłości strugi, Bernoulliego, Poiseuille'a, Archimedesa, Pascala itp.), opór naczyniowy, struga, zjawiska towarzyszące przepływowi przez zwężki, lepkość cieczy.
• Biofizyka układu krążenia. Podobieństwa i różnice w stosunku do modeli fizycznych (laboratoryjnych i teoretycznych), zakres stosowania praw fizyki i jego ograniczenia. Przepływ laminarny i turbulentny. Stany nieustalone. Znaczenie lepkości krwi i osocza dla przepływu krwi. Zmiana wartości lepkości w wybranych chorobach (miażdżyca, cukrzyca itp.) i znaczenie tego zjawiska. Odczyn Biernackiego - opad krwi.
• Zastosowanie wody do leczenia i profilaktyki schorzeń (hydroterapia). Kąpiel lecznicza w basenach (odciążenie w niedowładach i porażeniach), torach wodnych, polewania, natryski, bicze wodne, okłady itp. Znaczenie tych zabiegów dla układu krążenia ("serce kąpielowe", diureza, zmiany ciśnienia tętniczego i przekrwienia, sterowanie funkcją naczyń krwionośnych, prawo Dastre i Morota itp.

8. Zjawiska elektryczne.

• Tkanka żywa (komórka żywa) jako odbiornik prądu elektrycznego. Impedancja komórek i tkanek. Częstotliwościowa funkcja impedancji komórek i tkanek. Znaczenie zmiennej impedancji skóry dla zdrowia i funkcjonowania organizmu człowieka.
• Komórki, tkanki, narządy i całe organizmy jako generatory napięć, prądów elektrycznych i pól elektromagnetycznych o różnej charakterystyce. Charakterystyka elektryczna komórek, tkanek i narządów jako źródło informacji o prawidłowym lub patologicznym ich działaniu. Sposoby i metody rejestracji sygnałów elektrycznych i funkcji elektrycznych różnych narządów organizmu ludzkiego (ekg, eeg, emg, eng i inne). Praktyczne poznanie metodyki rejestracji sygnałów elektrycznych na przykładzie wykonania elektrokardiogramu. Prawidłowy elektrokardiogram, trójkąt Einthovena, wektor elektryczny serca, typowe odprowadzenia.
• Oddziaływanie zewnętrznych napięć, prądów i pól elektromagnetycznych na organizm ludzki - skutki, przejawy, szkodliwość. Porażenie prądem elektrycznym. Zasady ochrony przeciwporażeniowej stosowane w aparaturze elektromedycznej. Prąd upływu, prąd zwarciowy, sprzężenia pasożytnicze.
• Oddziaływanie pola magnetycznego i elektromagnetycznego różnych częstotliwości i natężeń na organizm ludzki. Zjawisko magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) i elektronowego (EPR). Wykorzystanie zjawiska NMR do nowoczesnego obrazowania narządów wewnętrznych człowieka w celach diagnostycznych. Metoda tomografii NMR (otrzymywanie obrazów, aparatura i zasada jej działania, kontrastowanie obrazów, zastosowanie w medycynie, zalety i zagrożenia).
• Działanie prądu stałego na organizm ludzki (elektrochemiczne, elektrokinetyczne, elektrotermiczne). Anelektrotonus i katelektrotonus. Wykorzystanie diagnostyczne prądu stałego (galwanopalpacja). Metody lecznicze wykorzystujące prąd stały (galwanizacja, jontoforeza, kąpiele elektryczno-wodne, czterokomorówki itp.).
• Pojęcie punktów motorycznych nerwów i mięśni. Reobaza, chronaksja, chronaksymetria, krzywa i/t, prawo du Bois Reymonda, współczynnik akomodacji, iloraz akomodacji. Zasady elektrostymulacji leczniczej mięśni i nerwów z wykorzystaniem prądów o przebiegach prostokątnych i trójkątnych. Podobieństwa i różnice przy elektrostymulacji mięśni gładkich oraz poprzecznie prążkowanych odnerwionych obwodowo.
• Praktyczny pomiar parametrów elektrycznych prądów leczniczych o różnych przebiegach, generowanych w nowoczesnych elektrostymulatorach - z wykorzystaniem oscyloskopu katodowego. Poznanie podstawowych zasad praktycznych prawidłowego wykonywania elektrostymulacji mięśni i nerwów za pomocą prądów leczniczych o wybranych przebiegach. Nauka wykonywania testu chronaksymetrycznego.
• Ból - powstawanie, recepcja, percepcja, przewodzenie, teorie regulacji przewodzenia bólu, mechanizmy elektroanalgezji - ujęcie biofizyczne. Elektroterapia przeciwbólowa - metody, mechanizmy, skuteczność, wątpliwości.
• Nowe osiągnięcia światowego elektrolecznictwa. Stymulacja czynnościowa (FES) chodu u hemiplegików i skolioz idiopatycznych, elektroterapia w nietrzymaniu moczu i reedukacji pęcherza neurogennego, we wspomaganiu gojenia się ran i pobudzenia procesów naprawczych tkanek, w normalizacji patologicznie zmienionych napięć mięśniowych.

9. Złożone skutki synergicznego oddziaływania różnych czynników fizykalnych na organizm ludzki.Zasady biofizyczne i metody fizykalne lecznictwa uzdrowiskowego (kinezyterapia i masaż leczniczy, balneoterapia, krenoterapia, termoterapia, hydroterapia, klimatoterapia itp.).
10. Biofizyczne własności komórek i tkanek. Komórka standardowa i błona komórkowa.

 Tkanka mięśniowa – mechanizm i energetyka skurczu mięśnia. Tkanka nerwowa,  przewodnictwo nerwowe. Tkanka łączna – podział i własności biofizyczne.

Zalecane podręczniki:

1. Biofizyka – red. F. Jaroszyk, wyd.II uaktualnione i rozszerzone, PZWL 2008 i późniejsze.
2. Podstawy biofizyki. red. A. Pilawski, PZWL, Warszawa, 1985 (i późniejsze wydania).
3. Mika T.: Fizykoterapia, PZWL, Warszawa, 1993 (i późniejsze wydania).
4. Nowoczesna elektroterapia. red. A. Franek,  - wersja elektroniczna Działu Wydawnictw ŚUM.
5. red. G. Straburzyński, PZWL, Warszawa, 1988
6. Zachowawcze leczenie owrzodzeń żylnych podudzi. red. A. Franek, M. Kucharzewski, A. Sieroń, - wersja elektroniczna Działu Wydawnictw ŚUM.