curs 2 colegiu biofizica

7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica

1/45

BIOFIZICA (AMG I)2BIOFIZICA (AMG I)BIOFIZICA (AMG I)22

ef lucrri dr. Irena RILEANU


2/45

Modele tiinifice medicale: clasificare,

descriere generala- Model, modelaredefiniii, scopurile modelrii n

medicin

- Etapele modelarii, ilustrate prin modelul Hodgkin Huxley de transmitere a influxului nervos prin axon

- Clasificarea modelelor

- Descrierea unor clase de modele cu aplicatii nmedicina:-- Modele teoretice-- Modele analoge structurale sau bionice. Bionica.

Modele bionice medicale-- Modele analoge functionale sau cibernetice.Modele cibernetice medicale

-- Modelarea protetica. Modele protetice complexe

-- Modele biologice


3/45

MADURODAMscala 1: 25,1952,

George Maduro


4/45


5/45

MODEL - un analogsimplificat al unui obiectalcatuit dupa anumite

reguli riguroase


6/45

ETAPELE MODELRII

I. Simplificarea i esenializareasistemului de modelat

II. Reproducerea originaluluiutiliznd alte materiale

III. Utilizarea modelului pentru studiulunor relaii cauzale sau funcionale


7/45

Premiul NOBELn medicin1963

A. L. HODGKIN A. F. HUXLEY

"descoperiri privindmecanismele ionice implicaten excitareai inhibiia prilorperiferice

i centrale ale

membranei celulei nervoase"


8/45

D = 0,1 - 20 m

R axoplasma = 1010 / cm

Membranaaxonala

Teaca de mielina

Axoplasma


9/45

Axon real

Circuit echivalental unui segmentde membran

Dispozitiv exper.pentru msurarea

propriet. de transmisie

Circuitul electricechivalent i

reprezentarea membraneicu pori


10/45

I. Simplificarea sistemului de modelat- structural

axoplasm = rezistena R = 1010 / cmmembran axonalteac de mielin

diametrul 0,1 m 20 m- funcional transmiterea influxului nervos (v)

II. Analogii - model natural = axonul de calmar- cu un cablu electric

a diametrul cabluluiR rezistena electric a conductoruluix distana, v - viteza

C capacitatea specific a nveliului cabluluiI(v) caracterizeaz amplificatorul generator decurent

III. Utililizarea

Transmitereainfluxuluinervos prinaxon depinde

de modificariledepermeabilitatede la nivelulmembranei

R

a

2 2

2

x

v


11/45

a = diametrul cabluluiR = rezistena electric a

conductoruluix = distana,v = viteza

C = capacitatea specific anveliului cabluluiI(v) = caracterizeaz

amplificatorul

generator de curent


12/45

Descrierea cantitativ a curentului membranar siaplicarea acestuia in conducerea si excitarea

nervoasa. The Physiological Society, volume 117,

1952; Wiley-Blackwell Publishing.

Potentialul intr-un neuron real Potentialul in modelul H-H


13/45

CLASIFICAREA

MODELELOR1. n funcie de scop - demonstrative, - de cercetare,

- practice, - mixte

2. n funcie de forma de materie modele teoreticeimodele materiale

3. n funcie de rela

ia dintre model

i sistemul de

modelat

- similare

- omologe

- analoge structural (bionice) sau funcional(cibernetice)

- biologice


14/45

1. N FUNCIE DE SCOP:- de cercetare (euristice)

- practice- demonstrative (didactice)- mixte

CLASIFICAREA MODELELOR


15/45

2. N FUNCIE DE FORMA DE MATERIE

1. Modele teoretice abstracte sau ideale- fizice- matematice, grafice- informatice

- chimice- biochimice, biofizice- celulare i ale unor structuri celulare

2. Modele materiale sau substaniale- fizice- chimice- fizico-chimice

- biologice



16/45

3. N FUNCIE DE RELAIA DINTRE MODEL

I SISTEMUL MODELAT

- similare (fidele)- omologe- analoge structural bionice

funcional cibernetice



17/45

MODELE BIONICE MEDICALE

1. RINICHIUL ARTIFICIALMEMBR. GLOMER. CELOFAN

diametrul porului 30 - 45 A 30 Aaria totala a porilor 1500 - 7500 cm2 22 000 cm2

lungimea porului 1 m 80 m

MEMBR. GLOMER. CELOFAN

diametrul porului 30 - 45 A 30 A

aria totala a porilor 1500 - 7500 cm2 22 000 cm2

lungimea porului 1 m 80 m


18/45

2. SISTEMUL CORD-PLAMANARTIFICIAL

- substituirea pe timp scurt a functiei depompa a inimii si a celei de fixare aO2 si eliminare a CO2

- pompa asociata cu un oxigenator

- oxigenatorul = membrane de silicon de

12,5 m


19/45

3. INIMAARTIFICIAL

Robert K. JARVIK

JARVIK 7 - const n 2compartimente cu aer(doi ventriculi) i 6valve de titan, ataatela atriile naturale alepacientului

Peste 800 de pacieni aubeneficiat de Jarvik 7in asteptareatransplantului.


20/45

JARVIK 11

SynCardiatemporaryCardioWest TotalArtificial Heart=

versiunea modernaa lui Jarvik 7


21/45

MODELE CIBERNETICE MEDICALE

STIMULATORUL CARDIACPace-maker-ul


22/45

BIOTEHNOLOGIA


23/45

BIOTEHNOLOGIA - DEFINITIE

Domeniu interdisciplinar n cadrul cruia se studiaz aplicaiileindustriale ale cunotinelor de genetic, bacteriologie, imunologie,biochimie, biofizic, biologie celular. Prin procedeele biotehnologicese obin bioconversii utile n bioindustrie, pentru obinerea unorproduse n scopuri diverse: alimentare, medicale, farmaceutice,

energetice etc.

hGH

Nanism hipofizar


24/45

RECOMBINARE GENETIC

- ETAPE -

Hormonul extras din hipofiza de om contaminare (virusuri, prioni,impuriti)

a) identificarea genei la om,

b) grefarea genei n genomul bacterieiEscherischia coli,

c) recuperarea hormonului situatperiplasmatic.


25/45

BIOCAPTOARELE sau

BIOSENZORII


26/45

BIOCAPTOARELE sau BIOSENZORII

n esen, un biocaptor (biosenzor) este conceput pentrutransformarea unui fenomen sau a unei proprietibiochimice a unui biosistem ntr-un semnal electric.

Primul biocaptor: n sensul actual: S. J. Updike i G. P.Hocks (1967) au inventat un biocaptor ce coninea glucoz-oxidaz cuplat la un electrod, n scopul dozrii glucozei.

G + O2 + H2O--> H2O2 +

acidgluconic

GO


27/45

Mediu Bioreceptor Transductor Semnal Informaie

BIOCAPTOR

N PRINCIPIU, un biocaptor rezult din combinarea unei componente biologice,denumitbioreceptor cu un transductor (nu traductor, dispozitiv tehnic cetraduce o mrime fizic biofizic ntr-o mrime de alt natur fizic).

-Enzime

-Microorganisme

-Ageni imunol.

-esut, organite

- Chemoreceptori

-celul electro-

chimic

-ISFET

-Termistor

-Fotometru

(fibre optice)

Amplific.Dispozitiv

electronic


28/45

SemnalulSemnalul poatepoate fifi::

-- unun rspuns la prezena unui produsde reacie, la deplasarea unorelectroni sau la apariia unui factorde alt natur (de exemplu(de exemplulumina).lumina).

Biosenzorii sunt utilizaBiosenzorii sunt utilizai din cei din cen cen cemai multmai multn testele den testele de

diagnosticarediagnosticare..


29/45

ETAPELE REALIZRII UNUIBIORECEPTOR

1.Obinerea, caracteristicile i naturabioreceptorului.

2. Transductorul.

3. Imobilizarea bioreceptorului la

nivelul transductorului.


30/45

APLICAIILE BIOSENZORILOR

1. Medicin

2. Industria alimentara

3. Protectia mediului


31/45

1.Medicin:a) biocaptoarele enzimatice

reglarea glucozei

- electrodul de uree i creatinin funcia renal;- electrodul de colesterol depistarea iprevenirea aterosclerozei;- electrodul de acetilcolin transmitere sinapsechimice;

- electrodul de lactat efort muscular.


32/45

b) biocaptoarele imunologice- perspectivfoarte bun datorit specificitii reaciilorimunologice:

-dozarea medicamentelor-dozri hormonale--fetoprotein > cancer- antigen de suprafa >hepatit B

c) biocaptoare pentru monitorizareafunciilor vitale:

-terapie intensiv

-anestezie-chirurgie prelungit (pH, pO2, pCO2)


33/45

3. Protecia mediului- msurarea polurii organice

(se msoar O2);- msurarea toxicitii.

2. Industria alimentar-dozare ingrediente, aditivi, contaminare,toxice;

- controlul unor procedee biotehnologicealimentare (calitatea hranei siprospetimea ei).


34/45

TENDINTE ACTUALE

Neuroproteza

Pancreasul artificial

Omul bionic - cyborgul


35/45

BIOMATERIAL

1.biocompatibil (netoxic,

necancerigen, s nu determinereacie de respingere),

2.grad mare de fiabilitate (pentruevitarea defeciunilor protezei),

3.s posede proprieti mecanice i

chimice specifice, adaptatentrebuinrii.


36/45

1. Neuroproteza


37/45

NEUROPROTEZA implantata la un pacient cu sectiune de maduvaScop utilizarea muschilor proprii

Mod electrozii plasati pe nervi sau direct pe muschi transmit semnale dela implant acesta este conectat cu un programator portabil, careasigura coordonarea, normal realizata de creier


38/45

2. Ceasulpancreatic


39/45

DISPOZITIV DEELIBERARE A

INSULINEI (pancreasartificial)

campuri electricesau ultrasunete de

frecventa joasa cresctemporarpermeabilitatea pielii glucoza

biocaptor unalt captor elibereazainsulina prin piele,proportional cuglicemia masurata

CEASUL

PANCREATIC


40/45

3. Omul bionic


41/45

OMUL BIONIC

BIONIC = biologie + electronicaetimol. engl. bionics, fr. bionique


42/45

A.SOLUIE VIDEO PENTRU NEVZTORI:- camer video montat pe o pereche de

ochelari

- microelectrozi ataai retinei


43/45

MN ARTIFICIAL - braul bionicB.

i-LIMB Hand

Ieit din

laboratoarelede cercetareale companieiscoieneTouch

Bionics, a fostdeclaratinveniainginereasc

numrul unun MareaBritanie pe2007.


44/45

i-LIMB Hand TOUCH BIONICS

O C


45/45

TOTAL ARTIFICIAL HEART

Alain F. Carpentier - 2008

INIMA DE TITAN

2011 - 2013

curs 2 colegiu biofizica

Documents