Вопрос 1. Определение биофизики как науки, предмет и методы исследования. Основные разделы. Связь биофизики с другими естественными науками. Значение биофизики для медицины.

Биофизика - это наука, изучающая физические и физико-химические процессы, которые протекают в биологических систе­мах на разных уровнях организации и являются основой физиоло­гических актов.

Основная задача биофизики заключается в том, чтобы на конкретном биологическом материале показать, каким образом фи­зические, физико-химические и химические процессы, протекаю­щие в живом организме «согласно тем же самым законам, но при иных условиях, чем в неорганическом мире», переходят в качест­венно новые, уже физиологические явления.

Биофизика как самостоятельная наука, выделилась из многих дисциплин: физиологии, биохимии, физической химии, физики. Особенно большое значение для биофизики имело развитие фи­зической химии, которая позволяет установить более продуктивную связь между физикой и биологией. На основе этого Б.Н. Тарусов дал определение биофизики как физической химии и химической физики биологических систем.

При биофизических исследованиях применяются в основном физические и физико-химические методы. Они должны обладать высокой чувствительностью и точностью, а электрические токи и источники излучения должны быть очень слабыми, чтобы мини­мально нарушать живую систему. Биофизика широко использует:

- усилительную технику, т.к. изучаемые параметры имеют ма­ленькую амплитуду;

- математические методы анализа;

- физическое и математическое моделирование;

- вычислительную технику.

Благодаря этому биофизика поднимает биологию и медицину до уровня точных наук. Тем не менее, требования, налагаемые биоло­гическим объектом и задачами исследования, привели к сущест­венной трансформации первоначальных физических методов и приборов, так что во многих случаях можно говорить о создании новых, биофизических методов. Так, например, техника измерения биопотенциалов нервных клеток с использованием микроэлектро­дов и аппаратуры для фиксации напряжения заметно отличается от электрометрических методов, применяемых в различных разделах физики.

Принципиально новой, разработанной специально для изучения структуры глобулярных белков, оказалась техника рентгеноструктурного анализа, которая обусловила качественно новый этап в расшифровке структуры белковых молекул.

Современная биофизика - одна из фундаментальных биологиче­ских дисциплин, и ее знание - необходимый элемент общебиологической подготовки врача.

По решению Международной ассоциации общей и прикладной биофизики к разделам этой дисциплины относятся:

- молекулярная биофизика;

- биофизика клетки;

- биофизика органов чувств;

- биофизика сложных систем.

Молекулярная биофизика рассматривает строение и физи­ческие свойства биологических молекул, главным образом белков и нуклеиновых кислот, а также кинетику и термодинамику биологи­ческих процессов.

Биофизика клетки исследует:

- ультраструктуру клет­ки, ее физические и физико-химические особенности,

- физико-химические проявления функциональной активности кле­ток; проницаемость, биоэлектрические

потенциалы и пр.

Биофизика органов чувств изучает процессы трансформации энергии внешних стимулов в специфические реакции нервных кле­ток и механизм кодирования информации.

биофизика сложных систем исследует проблемы регулирова­ния и саморегулирования живых систем.

В настоящее время сформировалась медицинская физика. Ос­новная задача медицинской физики - это выявление физических и физико-химических параметров, которые можно было бы исполь­зовать для диагностики функционального состояния организма. О нарушении жизненных процессов можно судить по изменению этих параметров.

Известно, что характерным свойством живых клеток является наличие мембранного потенциала, способность удерживать ионные г++

радиенты, способность поляризоваться ток, наличие электро­кинетического потенциала, способность к хемилюминесценции, движение цитоплазмы. Методы, основанные на регистрации биопотенциалов, стали классическими – это электрокардиография, электро­энцефалография и т.д.

Следующей важной проблемой медицинской физики является углубление представлений о механизмах действия на организм тех факторов, которые применяются в физиотерапии: диатермии, индуктотермии, УВЧ-терапии, рентгенотерапии и пр. Это позволяет более эффективно использовать их для лечения ряда заболеваний.

Следующая важная проблема медицинской физики - исследова­ние физических и физико-химических основ патологических про­цессов. Благодаря физике в настоящее время открыта новая глава патологии - физико-химическая патология.

В процессе биофизических исследований была выявлена роль ионных и коллоидных явлений в воспалительном процессе.

Физико-химическую интерпретацию получили закономерности клеточной проницаемости и ее изменений при патологических процессах.

На основе изучения механизма действия ионизирующей ра­диации были получены вещества, осуществляющие химическую защиту от радиации при их введении в организм перед облучением - радиопротекторы.

Исследование электрических явлений в костях позволило раз­работать метод заживления костных переломов с помощью элек­трического тока.

Изучение проницаемости клеток позволяет фармакологам и ток­сикологам установить закономерности всасывания и выведения препаратов.

Литература: Ремизов А.Н., Медбиофизика,-1987, с. 14-19; лекции.