7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
1/45
BIOFIZICA (AMG I)2BIOFIZICA (AMG I)BIOFIZICA (AMG I)22
ef lucrri dr. Irena RILEANU
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
3/45
MADURODAMscala 1: 25,1952,
George Maduro
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
4/45
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
5/45
MODEL - un analogsimplificat al unui obiectalcatuit dupa anumite
reguli riguroase
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
6/45
ETAPELE MODELRII
I. Simplificarea i esenializareasistemului de modelat
II. Reproducerea originaluluiutiliznd alte materiale
III. Utilizarea modelului pentru studiulunor relaii cauzale sau funcionale
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
7/45
Premiul NOBELn medicin1963
A. L. HODGKIN A. F. HUXLEY
"descoperiri privindmecanismele ionice implicaten excitareai inhibiia prilorperiferice
i centrale ale
membranei celulei nervoase"
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
8/45
D = 0,1 - 20 m
R axoplasma = 1010 / cm
Membranaaxonala
Teaca de mielina
Axoplasma
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
9/45
Axon real
Circuit echivalental unui segmentde membran
Dispozitiv exper.pentru msurarea
propriet. de transmisie
Circuitul electricechivalent i
reprezentarea membraneicu pori
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
11/45
a = diametrul cabluluiR = rezistena electric a
conductoruluix = distana,v = viteza
C = capacitatea specific anveliului cabluluiI(v) = caracterizeaz
amplificatorul
generator de curent
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
14/45
1. N FUNCIE DE SCOP:- de cercetare (euristice)
- practice- demonstrative (didactice)- mixte
CLASIFICAREA MODELELOR
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
CLASIFICAREA MODELELOR
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
16/45
3. N FUNCIE DE RELAIA DINTRE MODEL
I SISTEMUL MODELAT
- similare (fidele)- omologe- analoge structural bionice
funcional cibernetice
CLASIFICAREA MODELELOR
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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.
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
20/45
JARVIK 11
SynCardiatemporaryCardioWest TotalArtificial Heart=
versiunea modernaa lui Jarvik 7
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
21/45
MODELE CIBERNETICE MEDICALE
STIMULATORUL CARDIACPace-maker-ul
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
22/45
BIOTEHNOLOGIA
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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.
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
25/45
BIOCAPTOARELE sau
BIOSENZORII
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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..
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
29/45
ETAPELE REALIZRII UNUIBIORECEPTOR
1.Obinerea, caracteristicile i naturabioreceptorului.
2. Transductorul.
3. Imobilizarea bioreceptorului la
nivelul transductorului.
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
30/45
APLICAIILE BIOSENZORILOR
1. Medicin
2. Industria alimentara
3. Protectia mediului
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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.
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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)
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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).
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
34/45
TENDINTE ACTUALE
Neuroproteza
Pancreasul artificial
Omul bionic - cyborgul
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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.
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
36/45
1. Neuroproteza
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
38/45
2. Ceasulpancreatic
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
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
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
40/45
3. Omul bionic
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
41/45
OMUL BIONIC
BIONIC = biologie + electronicaetimol. engl. bionics, fr. bionique
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
42/45
A.SOLUIE VIDEO PENTRU NEVZTORI:- camer video montat pe o pereche de
ochelari
- microelectrozi ataai retinei
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
43/45
MN ARTIFICIAL - braul bionicB.
i-LIMB Hand
Ieit din
laboratoarelede cercetareale companieiscoieneTouch
Bionics, a fostdeclaratinveniainginereasc
numrul unun MareaBritanie pe2007.
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
44/45
i-LIMB Hand TOUCH BIONICS
O C
7/27/2019 Curs 2 Colegiu Biofizica
45/45
TOTAL ARTIFICIAL HEART
Alain F. Carpentier - 2008
INIMA DE TITAN
2011 - 2013