Biofizyka

Zaliczenie przedmiotu: Elementy fizyki

przedmiot obowiązkowy

. Godziny realizowane z udziałem nauczycieli:

- godziny kontaktowe przewidziane w planie studiów

dla danego przedmiotu (suma godzin wszystkich

form zajęć z przedmiotu) 45 h

-godziny konsultacji indywidualnych studenta/słuchacza/

uczestnika kursu 2 h

2. Czas poświęcony na pracę indywidualną

studenta/słuchacza/uczestnika kursu potrzebny

do pomyślnego zaliczenia przedmiotu, tj. wcześniejsze

przygotowanie i uzupełnienie notatek; zebranie i wybór

odpowiednich materiałów do zajęć,

wymagane powtórzenie materiału, pisanie prac,

projektów, czytanie literatury ………………………………........…..50 h

3.Czas wymagany do przygotowania się i do uczestnictwa

w procesie oceniania (np. w egzaminach)……………………….……23 h

Łączny nakład pracy studenta 120 h

Punkty ECTS za przedmiot 4

W1: Rozumie podstawy fizyczne procesów biologicznych w tym podstawy fizyczne funkcjonowania narządów człowieka - K_W02

W2: Ma wiedzę na temat wpływu czynników zewnętrznych na żywe organizmy, rozumie podstawy fizyczne metod diagnostycznych oraz zasady funkcjonowania aparatury stosowanej w badaniach biomedycznych i medycynie laboratoryjnej - K_W06, K_W08

W3: Umie interpretować wyniki pomiarów oraz zna metody ich opracowania w tym określania niepewności pomiarowych - K_W01

U1: Obsługuje proste przyrządy pomiarowe oraz ocenia dokładność wykonywanych pomiarów – K_U04

U2: Umie zaplanować i wykonać proste badanie naukowe oraz zinterpretować jego wyniki i wyciągnąć wnioski – K_U06

K1: Ma świadomość konieczności ciągłego uzupełniania wiedzy i samokształcenia – K_K01

K2: Ma kompetencje współdziałania w zespole badawczym oraz poczucie odpowiedzialności za prawidłowe i rzetelne przeprowadzenie badania lub pomiaru – K_K02.

- pokaz

- wykład informacyjny (konwencjonalny)
- wykład problemowy

- laboratoryjna

Założenia i cele kształcenia:

1. Przekazanie wiedzy o podstawach fizycznych procesów biologicznych, mechanizmach działania czynników fizycznych na organizm człowieka, teoretycznych podstawach metod fizycznych wykorzystywanych w badaniach biomedycznych i diagnostyce oraz o aparaturze badawczej i diagnostycznej

2. Wykształcenie umiejętności wykorzystywania nabytej wiedzy, umiejętności analizy i interpretacji wyników pomiarów lub doświadczeń oraz umiejętności krytycznej oceny wyników pomiarów.

3. Wykształcenie kompetencji współdziałania w zespole badawczym, wykształcenie poczucia odpowiedzialności za prawidłowe i rzetelne przeprowadzenie badania lub pomiaru, wykształcenie świadomości konieczności ciągłego uzupełniania wiedzy i samokształcenia.

Treści kształcenia

Wykłady:

1. Przedmiot biofizyki. Budowa materii. Podstawowe oddziaływania. Matematyczny opis zależności pomiędzy wielkościami fizycznymi. Pomiar wielkości fizycznych, interpretacja i analiza wyników pomiarów.

2. Układ termodynamiczny. Entropia. Energia wewnętrzna Entalpia. Energia swobodna / entalpia swobodna. Dyssypacja energii. Potencjał chemiczny.

3. Zjawiska transportu masy. Dyfuzja, dyfuzja przez błonę, osmoza; ciśnienie osmotyczne; roztwory izotoniczne, hipotoniczne i hipertoniczne. Podstawy dializy.

4. Błona komórkowa. Model elektryczny błony komórkowej. Potencjał spoczynkowy i czynnościowy komórki. Transport bierny i aktywny przez błonę komórkową, pompa sodowo-potasowa.

5. Tkanka nerwowa - potencjał czynnościowy. Tkanka mięśniowa. Tkanka łączna. Właściwości sprężyste, prawo Hooke’a. Elementy biomechaniki.

6. Lepkość cieczy Ciecze newtonowskie i nienewtonowskie. Ruch burzliwy płynów. Lepkość krwi. Elementy hemodynamiki: ciśnienie tętnicze, profil prędkości krwi w tętnicach, podatność naczyniowa.

7. Drgania, fale akustyczne. Impedancja akustyczna. Współczynnik odbicia. Cechy dźwięku, Krzywe jednakowej głośności, próg słyszalności, poziom natężenia dźwięku, poziom głośności. Ultradźwięki – zastosowanie do obrazowania USG. Zjawisko Dopplera – ultrasonograf dopplerowski

8. Narząd słuchu. Model mechaniczny ucha środkowego. Wzmacniacz ślimakowy. Percepcja głośności, selektywność częstotliwości, percepcja wysokości. Wady słuchu. Mowa. Wytwarzanie dźwięków mowy.

9. Elektryczność i magnetyzm. Dipol elektryczny. Układ krążenia. Własności naczyń krwionośnych. Układ bodźcotwórczy serca. Potencjał czynnościowy komórek kurczliwych. EKG. Odprowadzenie Einthovena.

10. Fale elektromagnetyczne. Światłowody. Układy optyczne. Przyrządy optyczne. Techniki mikroskopowe. Zdolność rozdzielcza mikroskopu.

11. Biomolekuły i metody ich badania - spektroskopia absorpcji UV-VIS, spektroskopia IR, spektroskopia fluorescencyjna, spektroskopia ramanowska; fluorescencyjne metody badania oddziaływania leków i toksyn z błonami komórkowymi i białkami.

12. Źródła światła; lasery i ich zastosowanie w badaniach układów biologicznych oraz w diagnostyce i terapii: dynamiczne rozpraszanie światła, laserowo indukowana fluorescencja, terapia fotodynamiczna. Lasery w medycynie i badaniach biomedycznych. Absorpcja promieniowania w tkance. Głębokość penetracji promieniowania w tkance.

13. Siły jądrowe. Rozpad promieniotwórczy. Detekcja promieniowania jądrowego.

14. Czynniki fizyczne wpływające na organizm. Czynniki mechaniczne, termiczne, elektryczne i magnetyczne, promieniowanie jonizujące.

15. Podstawy fizyczne współczesnych metod diagnostycznych – ultrasonografia, tomografia komputerowa, metoda rezonansu jądrowego, radioterapia i radiofarmaceutyki, pozytonowa emisyjna tomografia komputerowa.

Ćwiczenia laboratoryjne - studenci wykonują z poniższej listy 6 ćwiczeń obejmujących różne działy biofizyki

1. Układ RC - parametry elektryczne skóry.

2. Badanie potencjałów elektrycznych.

3. Elektryczny model komórki.

4. Transport przez błonę, dyfuzja, osmoza, wyznaczanie ciśnienia osmotycznego roztworów

5. Badanie przepływu cieczy - biofizyka układu krążenia.

6. Wyznaczanie napięcie powierzchniowego cieczy.

7. Wyznaczanie lepkości cieczy za pomocą wiskozymetr Hoplera.

8. Wyznaczanie prędkości dźwięku.

9. Audiometria.

10. Analiza widmowa dźwięku.

11. Fizyczne podstawy ultrasonografii - wybrane zastosowania fali ultradźwiękowej.

12. Badanie mikrofal – zjawiska odbicia, załamania, dyfrakcji i interferencji mikrofal.

13. Badanie pól magnetycznych.

14. Podstawy rezonansu magnetycznego – badanie gradientu pola magnetycznego.

15. Moment sił - elementy biomechaniki.

16. Fizyczne podstawy elektrokardiografii – badanie pola elektrycznego wytwarzanego przez dipol elektryczny, rejestracja EKG.

17. Obserwacja preparatów biologicznych za pomocą mikroskopu, wyznaczanie powiększenia mikroskopu.

18. Określanie wad wzroku na podstawie promienia krzywizny rogówki.

19. Fizyczne podstawy korekcji wad wzroku.

20. Badanie widm emisyjnych.

21. Prawo Lamberta-Beera, wyznaczanie widm absorpcji i transmisji roztworów, określanie absorbancji roztworów.

Piśmiennictwo podstawowe / obowiązujące

1. Jaroszyk F (red.). Biofizyka. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2008

2. Terlecki J (red.). Ćwiczenia laboratoryjne z biofizyki i fizyki. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 1999

Piśmiennictwo uzupełniające

3. Jóźwiak Z, Bartosz G (red.). Biofizyka. Wybrane zagadnienia wraz z ćwiczeniami. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2005

4. Przestalski S. Elementy fizyki, biofizyki i agrofizyki. Wydawnictwo Uniwersytetu Wrocławskiego, Wrocław 2001

5. Bryszewska M, Leyko W (red.). Biofizyka dla biologów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1997

6. Jaroszyk F (red.). Biofizyka medyczna. Wydawnictwo Akademii Medycznej w Poznaniu, 1993

7. Pilawski A (red.). Podstawy biofizyki. PZWN, Warszawa 1985

8. Bryszewska M, Leyko W (red.). Biofizyka kwasów nukleinowych dla biologów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2000

Egzamin pisemny – W1, W2, W3

Kolokwium – W1, W2, W3

Rozmowa w trakcie wykonywania ćwiczenia W1, W2, W3, U1, U2, K1, K2

Obserwacja pracy studenta wykonującego ćwiczenie U1, U2, K2

Raporty z wykonanych ćwiczeń - W3, U2