WYKAZ TEMATÓW, KTÓRYCH ZNAJOMOŚĆ WYSTARCZA

Biofizyka lekarska jest przedmiotem obowiązkowym dla studentów
pierwszego roku Wydziału Lekarskiego SUM w Katowicach.
Przedmiot realizowany jest w ciągu obu semestrów (zimowego i
letniego), a w trakcie zajęć studenci biorą udział w wykładach, seminariach i
ćwiczeniach.
Każdy z semestrów kończy się zaliczeniem, zaś w sesji letniej (w
czerwcu) studenci przystępują do egzaminu.
Znajomość fizyki, biologii i chemii na poziomie szkoły średniej jest
wymaganiem wstępnym zrozumienia treści i prawidłowej nauki przedmiotu.
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.
2
WYKAZ
TEMATÓW,
KTÓRYCH
ZNAJOMOŚĆ
WYSTARCZA
STUDENTOM I ROKU WYDZIAŁU LEKARSKIEGO DO ZALICZENIA
PRZEDMIOTU I ZDANIA EGZAMINU Z BIOFIZYKI LEKARSKIEJ:
1. Promieniowanie elektromagnetyczne niejonizujące
a) Rola fali elektromagnetycznej (szczególnie - światła) w indukowaniu zjawiska
życia (teorie bioelektroniczne). Wpływ światła na rozwój i kształtowanie życia oraz
łańcuch pokarmowy.
b) Narząd wzroku, biofizyka i energetyka procesu widzenia. Określenie i
charakterystyka optycznych wielkości fizycznych. Recepcja i percepcja światła.
Widzenie skotopowe i fotopowe – mechanizmy i teorie widzenia. Przetwarzanie
sygnału wzrokowego na wszystkich etapach i powstawanie wrażenia wzrokowego
(siatkówka, ciała kolankowate boczne, kora; pola recepcyjne i ich rodzaje,
przesyłanie, przetwarzanie i kodowanie sygnału, synteza wrażenia wzrokowego).
c) 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.).
d) Właściwości biofizyczne i cechy fizyczne promieniowania podczerwonego i
ultrafioletowego.
Zasady
wykorzystania
promieniowania
optycznego
w
diagnostyce, lecznictwie i profilaktyce (podczerwień, ultrafiolet, promieniowanie
widzialne).
3
e) Budowa, zasada działania i zastosowanie praktyczne laserów. Własności
fizyczne promieniowania laserowego. Biofizyczne mechanizmy oddziaływania
promieniowania laserowego z tkankami. Rodzaje laserów stosowanych w
medycynie. Biofizyczne podstawy doboru rodzajów laserów i parametrów
promieniowania do różnych działań terapeutycznych i diagnostycznych (cięcie
tkanek, koagulacja, fotoablacja, biostymulacja, terapia fotodynamiczna itp.).
f) Nauka obsługi przyrządów optycznych, fotometrycznych i laboratoryjnych,
wykorzystujących promieniowanie optyczne; pomiary wybranych wielkości
biofizycznych (anomaloskopia, refraktometria, polarymetria itp.).
g) Fizyczne podstawy diagnostyki magnetorezonansowej. Zjawisko jądrowego
rezonansu magnetycznego i jego zastosowanie w badaniach laboratoryjnych i
diagnostyce lekarskiej. Tomografia komputerowa magnetorezonansowa (MR, MRI,
NMR) – budowa, zasada działania, cel, uzyskiwanie obrazów, przetwarzanie
danych, kontrastowanie i środki kontrastowe.
2. Fala akustyczna, ultradźwięki, fala uderzeniowa i inne oddziaływania
mechaniczne.
a) 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. Prawo Webera-Fechnera. Biofizyka
4
słyszenia w różnych okresach życia człowieka. Skutki narażenia na uszkodzenia
narządu słuchu.
b) Biofizyczne podstawy auskultacji i perkusji lekarskiej.
c) Mechanizmy i skutki oddziaływania fali akustycznej na organizm ludzki. Hałas i
jego skutki dla narządu słuchu i skutki pozasłuchowe.
d) Oddziaływanie infradźwięków i ultradźwięków na organizm ludzki.
e) 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.
f) Biofizyczne podstawy zastosowania ultradźwięków w lecznictwie (w urologii,
ortopedii, reumatologii, rehabilitacji, stomatologii, chirurgii itp.). Litotrypsja i
aerozoloterapia.
g) Własności fizyczne fali uderzeniowej i biofizyczne podstawy jej zastosowania w
urologii, ortopedii, rehabilitacji i stomatologii.
h) Poznanie budowy, zasady działania i obsługi aparatury do pomiarów
akustycznych (zasady prawidłowych pomiarów audiometrycznych, analiza
5
akustyczna dźwięku i pomiar poziomu natężenia akustycznego za pomocą
sonometru itp.).
i) 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.
a) Rodzaje promieniowania jonizującego - charakterystyka fizyczna, mechanizmy
oddziaływania z materią, występowanie w środowisku, źródła sztuczne i naturalne.
b) Skutki biologiczne i biofizyczne działania promieniowania jonizującego. Wpływ
czynników środowiskowych i uwarunkowań biologicznych.
c) 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.
d) Izotopy promieniotwórcze - charakterystyka fizyczna, zastosowanie w
diagnostyce i terapii, dawki obciążające. Ochrona pacjentów i personelu
medycznego przed nadmiernym narażeniem w badaniach diagnostycznych i terapii
6
izotopowej. Skutki stochastyczne i niestochastyczne: somatyczne wczesne, późne i
genetyczne. Mechanizmy działania promieniowania jonizującego na organizm
żywy na poziomie molekularnym.
e) 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 kolejnych generacji i innych rentgenowskich metod
obrazowania (wizjografia, pantomografia itp.).
f) Tomografia emisyjna fotonów i pozytonów PET i SPECT. Budowa, zasada
działania, metody obrazowania, przetwarzanie danych.
4. Ciepło i jego wymiana z otoczeniem.
a) 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.
b) Działanie bodźców ciepłych i zimnych na układ krążenia, pracę serca i naczyń
tętniczych oraz żylnych, proces przepływu krwi i ukrwienie narządów i tkanek
ludzkich.
7
c) Termoterapia. Biofizyka leczenia ciepłem - formy aplikacji, wskazania i
przeciwwskazania. Krioterapia (podstawy fizyczne; zastosowanie w chirurgii,
rehabilitacji, stomatologii).
d) 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
a) Określenie ciśnienia i naprężenia jako wielkości fizycznej. Prawa fizyki
dotyczące ciśnienia i naprężeń. Zasady pomiaru i jednostki miar ciśnienia.
b) Biofizyka układu krążenia. Rola wartości ciśnienia tętniczego (systolicznego i
diastolicznego) oraz 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).
c) 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.
8
d) 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.
a) Zjawiska adhezji, kohezji i napięcia powierzchniowego (określenia, metody
pomiaru, jednostki miar).
b) 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, detergenty; działanie na skórę i śluzówkę, leki w płynie i ich
dawkowanie itp.).
c) Zjawiska powierzchniowe w organizmie ludzkim. Napięcie powierzchniowe
żółci oraz soku żołądkowego i trzustkowego, adhezja śluzu żołądkowego i ich
znaczenie dla prawidłowej pracy przewodu pokarmowego. Znaczenie napięcia
powierzchniowego, adhezji i kohezji 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.
9
d)
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.
a) Podstawowe pojęcia oraz prawa dotyczące przepływu i statyki cieczy (prawo
ciągłości strugi, Bernoulliego, Poiseuille'a, Archimedesa, Pascala itp.), opór
naczyniowy, struga, zjawiska towarzyszące przepływowi przez zwężki, lepkość
cieczy.
b) 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.
c) 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, odczyn Brown-Sequardta, prawo Dastre
i Morota itp).
10
8. Nanotechnologia oraz nowoczesne materiały w medycynie, biologii i
technice.
a) Metamateriały. Własności fizyczne materiałów lewoskrętnych, właściwości
optyczne materiałów z ujemną wartością ε i μ. Zastosowania obecne i potencjalne
(„supersoczewki”, mikroanteny, efekt „niewidzialności”).
b) Nanotechnologia. Kropki kwantowe, studnie i druty kwantowe, mikropyły i
ultradrobne proszki, nanorurki krzemowe i nanorurki węglowe. Właściwości,
otrzymywanie
i
ich
zastosowanie
w
medycynie,
biologii,
badaniach
laboratoryjnych i technice. Perspektywy rozwoju technologii.
c) Fulereny. Budowa, właściwości, formy występowania. Fulereny właściwe,
olbrzymie, nanorurki, nanocebulki. Fulereny egzohedralne, endohedralne i
heterofulereny. Właściwości, sposoby otrzymywania i zastosowanie.
d) Grafen. Budowa, własności fizyczne i otrzymywanie. Zastosowanie obecne i
perspektywiczne w medycynie i technice.
e) Nanoroboty.
9. Zjawiska elektryczne.
a) 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.
11
b) 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.
c) 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.
d)
Oddziaływanie
pola
magnetycznego
i
elektromagnetycznego
różnych
częstotliwości i natężeń na organizm ludzki. Zjawisko magnetycznego rezonansu
jądrowego (NMR) i elektronowego (EPR). Problem bezpieczeństwa i zagrożenia
dla zdrowia ludzkiego. Pola magnetyczne i elektromagnetyczne a implanty.
Oddziaływanie
diagnostycznej
pól
i
elektromagnetycznych
leczniczej
na
ortozy,
pochodzących
ortezy,
protezy
z
aparatury
oraz
aparaturę
elektromedyczną w ich zasięgu.
e)
Działanie
prądu
elektrokinetyczne,
stałego
na
elektrotermiczne).
organizm
ludzki
Anelektrotonus
(elektrochemiczne,
i
katelektrotonus.
Wykorzystanie diagnostyczne prądu stałego (galwanopalpacja). Metody lecznicze
12
wykorzystujące prąd stały (galwanizacja, jontoforeza, kąpiele elektryczno-wodne,
czterokomorówki itp.).
f) 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.
g) 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.
h) Ból - powstawanie, recepcja, percepcja, przewodzenie, teorie regulacji
przewodzenia
bólu,
mechanizmy
elektroanalgezji
-
ujęcie
biofizyczne.
Elektroterapia przeciwbólowa - metody, mechanizmy, skuteczność, wątpliwości.
i) 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.
13
10.
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.).
Piśmiennictwo podstawowe do nauki przedmiotu (prócz treści zawartych w
wykładach):
1. Biofizyka. red. F. Jaroszyk, PZWL, W-wa, 2007 i późn.
2. Podstawy biofizyki. red. A. Pilawski, PZWL, W-wa, 1985 i późn.
3. Nowoczesna elektroterapia. red. A. Franek,Wyd SUM, 2009,
http://wydawnictwo.sum.edu.pl
4. Materiały do ćwiczeń z biofizyki i fizyki. red. B. Kędzia, PZWL, Warszawa,
1982 i późn.
5. Mika T.: Fizykoterapia. PZWL, Warszawa, 1993 (i późn.),
Piśmiennictwo uzupełniające:
1. Fizjoterapia. red. G. Straburzyński, PZWL, Warszawa, 1988
2. Biofizyka lekarska red. J. Grzesik Wyd SAM, 1994