Биофизика

Литература:

• Самойлов В.О. «Медицинская биофизика». СПб.: Спец лит., 2004;

• Владимиров Ю.А. Биофизика, М.: Медицина;

• Антонов В.Ф. Биофизика, М: ВЛАДОС, 2000;

• Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая физика, М.: Дрофа, 2007;

• Губанов Н.И. Медицинская биофизика;

к лабораторным:

• Современные методы биологических исследований. Практикум по биофизике под ред. Рубина;

• Блохина М.Е. и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике;

Глава 1. Введение

§1.1. Предмет биофизики

Биофизика – наука, изучающая физические и физико-химические процессы, которые протекают в биологических системах.

Основная задача – показать каким образом физические и физико-химические процессы в организме переходят в физиологические.

Направления биофизики:

• молекулярная биофизика (исследуются вопросы свойств, строения главным образом биологических белков, биологических молекул), термодинамика и кинетика;

• биофизика клетки (структура клетки, физические и физико-химические особенности), проявление биологической активности;

• биофизика органов чувств (трансформация энергии внешнего воздействия ощущения живых существ);

• биофизика сложных систем (проблемы регулирования многоклеточных систем, термодинамические и кинетические особенности, наследственность, изменчивость);

• биофизические основы экологии (первичные реакции биологических систем (человека), внешние воздействия (радиация, электромагнитные поля и пр.)

Глава 2. Термодинамика биологических систем

§2.1. Основные понятия термодинамики

Существование живого организма связано с преобразованием в нем энергии.

Термодинамика – наука о законах превращения энергии из одного вида энергии в другой. Не исследует механизмы явлений, а дает только ответ на вопрос, возможно ли это явление с энергетической точки зрения.

Система – совокупность материальных объектов, выделенных каким-либо образом из среды. В зависимости от характера взаимодействия со средой, различают системы:

• изолированная (не обменивается с окружающей средой ни веществом, ни энергией)

• замкнутая (обменивается с окружающей средой только энергией)

• открытая система (может обмениваться и веществом и энергией)

Энергия системы может быть представлена из:

• энергия как целого (зависит от положения системы)

• внутренняя энергия (энергия тепловая, химическая, ядерная)

W=W_цел+U

§2.2. I закон термодинамики и живые организмы.

Первый закон термодинамики – одна из форм закона сохранения энергии (сформулирован Майером, Джоулем, Гельмгольцем):

Тепло, подведенное к системе, расходуется на увеличение внутренней энергии системы и совершаемую ей работу:

Q=ΔU+A (подведенная Q «+»)

Применительно к биологическим системам:

Энергия усваиваемой пищи затрачивается на увеличение ее внутренней энергии, тепло, которое отдается организмом, и на работу, которая биологическая система совершает:

W_пищи=ΔU+Q+A (отведенная Q «+»)

В тепловой машине происходит преобразование химической энергии топлива в тепло, которая преобразуется в механическую работу.

Человеческий организм во многом схож с химическим источником тока, то есть химическая энергия преобразуется в электрическую или механическую энергию (нет процесса сжигания топлива).