Введение

Животные и растения представляют собой системы, в которых протекают сложные физические, физико-химические и биологические процессы. Для понимания даже самых простейших жизненных процессов, необходим комплексный подход, т.е. использование ряда фундаментальных естественнонаучных дисциплин.

В последнее время на базе развития физики, химии, математики и других наук – официально оформилась в виде отдельной науки – «Биофизика».

Целью данной науки является изучение физических и физико-химических явлений жизнедеятельности на всех уровнях развития, начиная с молекул и кончая организмом в целом, а так же понять механизмы физико-химических процессов, протекающих в организме животных и человека и объяснить причины, приводящие к отклонению от нормы.

Поскольку объектом исследования биофизики является живой организм, то она относится к биологической науке.

При изучении процессов жизнедеятельности «биофизика» использует универсальный характер основных физических законов и строгость математических подходов, поэтому может быть определена как наука «о наиболее простых и фундаментальных взаимодействиях, лежащих в основе биологических явлений. Одна из основных задач биомедицинской физики – показать, каким образом физические и физико-химические процессы, протекающие в живом организме, переходят в качественно новые - физиологические.

Следует отметить, что исследование физических и физико-химических процессов, протекающих в организме, связано с рядом трудностей, которые обусловлены следующими факторами:

– все физико-химические процессы в организме протекают в особых, своеобразных условиях, которые, в большинстве случаев, отсутствуют в неживой природе;

– наблюдается исключительная специфичность и динамичность биологических систем. Эти ее уникальные качества часто создают сложность, а подчас, невозможность использования физико-химических дисциплин для объяснения процессов, протекающих в живых организмах.

Как отметил известный биофизик К. Коул, – «Работа клетки воистину великолепна, но она уводит нас от простой, бесхитростной физики в пучину неразрешимых сложностей».

В 1945 году известный физик Эрвин Шредингер написал книгу – «Что такое жизнь с точки зрения физика». Данная книга оказала громадное влияние на формирование, становление науки биологической физики, а также молекулярной биологии и биомедицинской физики. В целом в книге рассматриваются два аспекта. Первый из них - термодинамические основы жизни, и второй – общие структурные особенности организма. Шредингер ввел понятие «отрицательной энтропии», считая, что организм животных и человека «питается отрицательной энтропией». Таким образом, впервые было показано, что организм – открытая система, а неравновесное состояние открытых систем – поддерживается оттоком энтропии в окружающую среду. На данном примере наглядно видно, что основные законы естественных наук, в частности физики, следует применять с учетом особенностей биологических систем, хотя в целом, современная физика, при изучении биологических явлений не имеет строго определенных границ применения.

Поскольку предметом биомедицинской физики являются физические и физико-химические процессы в организме, то при биофизических исследованиях применяются в основном физические методы, позволяющие получать количественную зависимость между изменениями различных параметров биологической системы. В настоящее время медицинская и биологическая физика широко применяет математические методы анализа, физическое и математическое моделирование и компьютерные технологии. Благодаря этому биология и медицина поднялась до уровня точных наук.

Так в результате внедрения физических методов исследования биология в наше время смогла перейти к исследованиям на молекулярном уровне наследственности (цепочки ДНК, РНК), к разработке генной инженерии и т.д. На базе открытий в области точных наук (физики, химии, математики) создан фундамент современной медицины и положено начало дальнейшего ее развития.

Медицину как науку можно представить в виде огромного информационного поля научных знаний и практических мероприятий, цель которых сохранить здоровье, предупреждать и лечить различного рода патологические состояния организма, т.е. стремиться увеличить продолжительность жизни человека.

Следует отметить, что, являясь одной из самых древнейших наук, медицина не только в наше время, а на протяжении всей эволюции постоянно опирается на самый широкий спектр других знаний человечества. И, наоборот, многие ученые, занимающиеся лечебной практикой, внесли значительный вклад в развитие других отраслей науки и техники. Таким образом, внедрение комплекса естественных наук – (физику, химию, математику, информатику, вычислительную технику, кибернетику и т.д.) в медицину дало мощный толчок в развитии и использовании новых диагностических методов исследования больных. К таким методам, в первую очередь можно отнести методы функциональной диагностики (электрокардиография, электроэнцефалография, электромиография, реография, рентгенодиагностика, эндоскопические методы и т.д.).

Успехи оптики и квантовой физики, создание на их базе электронной микроскопии, открыли возможность исследовать структуру тканей организма, клеток, генетических структур и ряда болезнетворных организмов. Электронно-оптическое оборудование позволило поставить на новый уровень знания в области цитологии, вирусологии, молекулярной биологии и радиобиологии.

Развитие радиоэлектроники дало возможность создать телеметрические системы, которые ведут систематическое наблюдение за состоянием больных на расстоянии, а также операторов находящихся в космических полетах.

Энергия ультразвука стала широко использоваться в диагностике, терапии и хирургии.

Лазер нашел широкое применение в профилактике, диагностике и лечении самых различных заболеваний, а также в лабораторной практике.

В настоящее время широко внедряются системы с компьютерной обработкой (томографы) и другие современные технические методы исследования. Все это обуславливает необходимость рассмотреть физические основы данных методов в курсе медицинской и биологической физики.

Надо отметить, что, несмотря на наблюдающийся мощный поток техники, который внедряется в практическую медицину, последняя смогла сохранить свое лицо, успешно преодолевая возникающие при этом трудности.

Опираясь на веками сложившееся так называемое, «клиническое» мышление, медицина создала свою методологию, которая отражает особенности лечения человека, включающие консолидацию научных знаний и искусства, несущее высокодуховный характер.

С другой стороны медицинская и биологическая физика, не нарушая структуру и логику биологии и медицины, учитывая особенности живого организма, поднимает комплекс медико-биологические дисциплины на новую высоту и приближает его к точным наукам.