1. Биофизика как наука. Современные достижения биофизики и их значения для биологии и медицины.

Физика – наука, изучающая строения и свойства конкретных видов материи – веществ и полей – формы существования материи – пространство и время.

Биофизика – наука, изучающая физические аспекты существования живой природы на всех её уровнях, начиная от молекул и клеток и заканчивая биосферой.

Задачи биофизики:

1. Раскрытие общих закономерностей поведения открытых неравновесных систем. Теоретическое обоснование термодинамических (т/д) основ жизни.

2.  Научное истолкование явлений индивидуального и эволюционного развития, саморегуляции и самовоспроизведения.

3.  Выяснение связей между строением и функциональными свойствами биополиметов и других биологически активных веществ.

4.  Создание и теоретическое обоснование физ-хим методов исследования биообъектов.

5.  Физическое истолкование обширного комплекса функциональных явлений (генерация и распределение нервного импульса, мышечное сокращение, рецепция, фотосинтез и др.)

Разделы биофизики:

1. Молекулярная – изучает строение и физ-хим свойства, биофизику молекул.

2. Биофизика клетки – изучает особенности строения и функционирования клеточных и тканевых систем.

3. Биофизика сложных систем – изучает кинетику биопроцессов, поведение во времени разнообразных процессов присущих живой материи и термодинамику биосистем.

У истоков биофизики - работа Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1945):

- термодинамические основы жизни (организм - откр. сис-ма, поэтому для него не справедлив 2 закон термодинамики)

- общие структурные особенности живых организмов (организм – апериодический кристалл, т.е. высокоупорядоченная система, но лишенная периодичности в расположении клеток, молекул, атомов)

- соответствие биологических явлений законам квантовой механики (квантовая природа радиационного мутагенеза, но применение к.м. в биологии не тривиальны, т.к. организмы макроскопичны)

Уже на начальных этапах своего развития биофизика использовала в исследовании биологических объектов точные экспериментальные методы (спектральные, изотопные, дифракционные, радиоспектроскопические).Основной итог этого периода развития биофизики — это экспериментальные доказательства приложимости основных законов физики к биологическим объектам.

Россия:

1927 первый Институт физики и биофизики в Москве, просуществовал недолго: в 1931 году его руководитель, академик Лазарев П.П., был арестован, и Институт закрыли.

1982 г. в стране > 20 кафедр биофизики.

Современные области исследований биофизики. Интенсивно развиваются биофизика сложных систем и молекулярная биофизика: влияние космогеофизических факторов на течение физических и биохимических реакций, фотобиологические процессы, математическое моделирование, физика белковых и мембранных структур, нанобиология и др.

Значение:

1. Среди биологических процессов можно выделить близкие к физическим (кровообращение – связанно с течением жидкости (гидродинамика), распространение упругих колебаний по сосудам (колебания и волны), механической работы сердца (механика), генерация биопотенциалов (электричество), дыхание (аэродинамика), теплоотдача (термодинамика), испарение (фазовые превращения). Понимание физики молекулярных процессов необходимо для правильности оценки состояния организма, природы некоторых заболеваний, действие лекарств.

2. По изменению физических свойств биологических объектов возможна диагностика заболевания (спектральные, изотопные, радиоспектроскопические). Современные медицинские приборы, основанные на волоконной оптике, позволяют осматривать внутри полости организма. Спектральный анализ используется в судебной медицине, генетике, фармакологии, биологии, рентгенодиагностика и методы меченных атомов – достижение ядерной и атомной физики.

3. Для лечения: видимый и невидимый свет (ультрафиолетовый и инфракрасный излучения), рентгеновское и гамма – излучения. Охлаждение (лед) и нагревание (грелка) условия лечения основаны на тепловой деятельности. Электрическое и электромагнитное воздействие применяется в физиотерапии.

4. Для изготовления протезов (зубы, сосуды, клапаны) необходимо знания механической прочности, устойчивости к многократным нагрузкам, эластичности, электропроводимости и другие. На современном этапе развития биофизики произошли принципиальные сдвиги, связанные с бурным развитием биофизики сложных систем и молекулярной биофизики.

5. Возбуждения мембраны описывается уравнениями.