Conţinutul cursului - Programa analitica – 28 oreI. INTRODUCERE. BIOFIZICA - ŞTIINŢĂ DE FRONTIERĂ. Evoluţia fizicii medicale si a biofizicii. Rolul fizicii în evoluţia medicinii. Obiective specifice ale Biofizicii şi ale Fizicii medicale. Rolul biofizicii în ansamblul ştiintelor fundamentale medicale în formarea medicului.

2 ore

II. BIOFIZICA MEDICALA. Obiective specifice ale Biofizicii medicale si exemple: accidentul de la Tcernobil, bazele biofizice ale mecanismului de producere ale unei boli moleculare – drepanocitoza. Bazele fizice şi biofizice ale imagisticii medicale: Clasificarea imagisticii medicale din punct de vedere fizic. Scintigrafia clinică: trasori radioactivi- radiofarmaceutice, markeri. Dispozitive de detecţie externă. Sisteme informatice de tratare a imaginilor scintigrafice. Ultrasunetele în medicină: producerea şi recepţia ultrasunetelor. Aplicaţii medicale ale ultrasunetelor. Radiaţii X în medicină: bazele fizice ale radioscopiei, radiografia standard, tomografia clasică, tomodensitometria. Fluorescenţă X. Imagistica prin Rezonanţă Magnetică Nucleară.

2 ore

II. TEORIA SISTEMELOR ÎN BIOLOGIE ŞI ÎN MEDICINĂ. BIOSISTEMELE DIN PUNCT DE VEDERE TERMODINAMIC.Geneza teoriei sistemelor. Clasificarea biosistemelor. Caracteristicile generale ale biosistemelor. Elemente de termodinamică biologică şi de biocibernetică. Principiile termodinamicii în cazul biosistemelor. Tendinţe actuale în studiul biosistemelor.

2 ore

III. SISTEME MODEL, MODELAREA ÎN CERCETARE ŞI ÎN PRACTICA MEDICALĂ.Model, modelare – definiţii, tendinţe în medicină. Modelul Hodgkin-Huxley. Clasificarea modelelor şi prezentarea unor clase de modele cu aplicaţii în medicinã. Modele bionice şi cibernetice medicale. Modelare proteticã, tendinţe actuale. Biotehnologii. Biosenzori - Nanotehnologii, nanomedicinã. Modelarea virtualã in silico.

2 ore

IV. METODE FIZICE ŞI BIOFIZICE ÎN MEDICINĂ. Clasificarea metodelor şi tehnicilor fizice şi biofizice. Metode generale: observaţia ştiinţifică şi experimentul ştiinţific. Principiul fizic în cazul principalelor grupe de metode şi tehnici fizice şi biofizice, cu aplicaţii în medicină.

6 ore

V. INTRODUCERE ÎN BIOFIZICA MOLECULARĂ. Atomii şi moleculele în biosisteme: caracteristici fizice ale structurii moleculare, forţe interatomice şi intermoleculare; proprietăţi magnetice şi electrice ale moleculelor.Biofizica moleculară a apei: structura moleculei de apă în relaţie cu proprietăţile ei particulare; proprietăţile biofizice ale apei: apa în organism, rol în termoreglare; metode biofizice de determinare a lichidelor în diferite compartimente ale organismului. Apa şi soluţiile.Biofizica macromoleculelor (proteine şi acizi nucleici). Etapele de separare din ţesuturile vii (ultracentrifugare) şi metode biofizice de studiu: difracţia cu raze X şi RMN. Principiul fizic al metodei de difracţie cu raze X şi utilizarea în medicină. Noţiuni biofizice despre structura primară şi conformaţională a biopolimerilor. Macromolecule din lichidele biologice (biocoloizi): proprietăţi biofizice. Macromolecule în structurile biologice.

2 ore

PROGRAMA ANALITICA A CURSULUI SI LUCRARILOR PRACTICE DE BIOFIZICA SI FIZICA MEDICALA – an I – Facultatea de Medicina

VI. INTRODUCERE ÎN BIOFIZICA CELULEI. Caracteristici biofizice generale ale celulei: forma şi mărimea celulei din punct de vedere biofizic.Biofizica biomembranei: metode biofizice de studiu a biomembranelor şi componentelor lor. Proprietăţile biofizice ale fosfolipidelor şi proteinele membranare. Interacţia lipid-proteină. Fluiditatea membranară (microvâscozitatea) – parametru biofizic: definire, explicarea conceptului de cristal lichid, modulatori, determinare, relaţia cu patologia. Caracteristici biofizice ale modelului mozaicului fluid. Bazele biofizice ale proceseor de transport prin biomembrane. Canale ionice: tehnica patch-clamp; mecanismele biofizice ale unor canalopatii. Teoria comunicării intercelulare: caracteristici biofizice generale, structurale şi funcţionale ale receptorilor celulari (membranari şi nucleari) şi relaţia cu patologia. Bazele biofizice ale biopotenţialul de repaus: cauze, calcul, măsurători. Biopotenţialul de acţiune: bioelectrogeneza la nivelul ţesuturilor şi organelor, în condiţii normale şi în patologie.

6 ore

VII. ELEMENTE DE BIOMECANICĂ UMANĂ LA NIVEL MACROSCOPIC ŞI LA NIVEL MOLECULAR ŞI CELULARDate de bază şi metode de studiu utilizate. Principii fizice privind locomoţia organismului, precum şi la nivel celular şi molecular. Deformări mecanice la nivel celular şi tisular. Aplicaţii medicale.

2 ore

VIII. ELEMENTE DE BIOFIZICA CIRCULAŢIEI SÂNGELUIInformaţii esenţiale despre mecanica fluidelor şi hidrodinamică. Sângele - lichid nenewtonian. Prezentarea principalilor parametri hemoreologici. Biofizica peretelui vascular. Aspecte biofizice de mecanică cardiacă.ELEMENTE DE BIOFIZICA RESPIRAŢIEIFactori fizici ai ventilaţiei pulmonare. Parametrii biofizici ai elasticităţii pulmonare. Surfactantul pulmonar.ELEMENTE DE BIOFIZICĂ SENZORIALĂSemnale fizice şi mesaje senzoriale. Biofizica auzului. Proprietăţile dioptrilor oculari. Mecanismele biofizice ale recepţiei vizuale. Recepţia olfactivă. Psihofizică: legea Weber-Fechner.

2 ore

XII. ELEMENTE DE RADIOBIOLOGIE. Bazele fizice ale radioactivităţii. Mecanismele fizice ale interacţiunii radiaţiilor cu materia. Caracteristici ale acţiunii radiaţiilor la nivelul structurilor vii. Detectarea radiaţiilor ionizante. Relaţia doză - efect, unităţi caracteristici de măsură. Dozimetrie. Radiopatologie. Radioprotecţie. Aplicaţii ale radioizotopilor în biologie şi medicină.

1 oră

XIII. EFECTELE UNOR FACTORI FIZICI ASUPRA BIOSISTEMELOR.Efectele variaţiilor de temperatură. Organismul în mediu hiperbaric sau hipobaric. Efectele acceleraţiei şi imponderabilităţii asupra organismului. Efectele biologice ale radiaţiilor vizibile. Laser – principii şi aplicaţii. Efectele radiaţiilor UV. Interacţiunea câmpului magnetic cu biosistemele. Elemente de biomagnetism. Ultrasunetele şi efectele lor. Acţiunea biologică a curentului electric.

1 oră

Conţinutul seminarului / laboratorului – Programa analitica – 42 ore

1. Obiectivele lucrărilor practice. Rolul Biofizicii medicale în formarea medicului practician. Tipuri de măsurători în practica medicală – 3 ore

2. Sistemul Internaţional de unităţi de măsură în medicină. Instrumente fizice simple şi complexe cu utilizare curentă în medicină. Date esenţiale asupra prelucrării statistice a rezultatelor măsurătorilor-3 ore

3. Demonstrarea experimentală a fenomenului de osmoză la nivelul biomembranelor şi la nivelul membranelor artificiale. Determinarea indirectă a presiunii osmotice prin măsurarea crioscopic al unor lichide biologice. Punerea în evidenţă şi măsurarea presiunii osmotice cu ajutorul osmometrelor: osmometrele Dutrochet şi Pfeffer (demonstratie).Osmolaritate şi osmolalitate. Aplicaţii în medicină: rehidratarea intravenoasă în cazul arsurilor - 3 ore

4. Dializa la nivelul membranelor artificiale şi conductometria. Dializa: definiţie, explicaţia fenomenului. Aplicaţie în medicină: modelul rinichiului artificial. Conductometria: date teoretice, ecuaţii matematice şi unităţi de măsură. Evaluarea eficienţei dializei prin conductometrie. Reprezentare grafică. Puntea Kohlrausch: diagramă şi utilizare în cazul conductometriei. Alte aplicaţii ale conductometriei - 3 ore

5. Transportul activ de Na+ la nivelul pielii de broască, barieră membranară: metoda Ussing. Comparaţie între transportul activ de Na+ la nivelul membranei celulare şi cel de la nivelul pielii de broască. Demonstrarea acţiunii unor factori biofizici şi biochimici asupra proceselor de transport. ecuaţia matematică şi reprezentarea grafică a variaţiei transportului activ de Na+ de la nivelul pielii de broască în timp - 3 ore

6. Metode fizice de măsurare a proteinelor totale şi a fracţiunilor proteice din serul sanguin: refractometrie (legile refracţiei, refractometrul Pulfrich), electroforeză (date teoretice, descrierea instalaţiei de electroforeză), fotocolorimetrie (principiul metodei, legea Lambert-Beer, fotoccolorimetrul). Aplicaţii medicale Centrifugarea şi ultracetrifugarea: principiu fizic şi aplicaţie în separarea populaţiilor celulare din sânge (demonstratie) - 3 ore

7. Biopotenţiale celulare şi tisulare: explicare fenomenelor. Demonstrarea experimentală a proceselor bioelectrice: biopotenţiale de acţiune şi de repaus la nivelul inimii de broască. Bazele biofizice ale electrocardiografiei. Legea lui Einthoven. Demonstrarea legii lui Einthoven pe un model fizic şi prin înregistrarea electrocardiogramei la om. 3 ore

8. Determinarea densităţii şi a viscozităţii lichidelor biologice. Densimetre, areometre: principiu fizic, surse de erori, tehnica de lucru.Măsurări directe simple: determinarea densităţii şi a concentraţiei lichidelor utilizând urodensimetrul, alcoolmetrul.Date teoretice privind viscozitatea lichidelor.Determinarea coeficientului de viscozitate prin două metode cu principii fizice diferite, vâscozimetrul Ostwald şi vâscozimetrul Rheotest. Aplicaţii în medicină. Măsurarea tensiunii superficiale a lichidelor biologice. Legea Tate, stalagmometrul. Aplicaţii în medicină. Agenţi tensioactivi, soluţii tensiotampon. - 3 ore

9. Ochiul – sistem optic. Determinarea distanţelor focale ale lentilelor convergente. Măsurarea aberaţiei sferice longitudinale. Punerea în evidenţă a aberaţiei cromatice. Măsurarea profunzimii câmpului - 3 ore

10. Spectroscopia de emisie şi absorbţie. date teoretice privind analiza spectrală. Spectroscopul cu trei braţe şi spectroscopul liniar. Determinarea calitativă a unor elemente sau molecule la nivelul unor structuri biologice. Identificarea unor derivaşi ai hemoglobinei prin spectroscopie de absorbţie -3 ore

11. Polarimetrie. Date teoretice privind activitatea optică. Fenomenul de polarizarea a luminii. Fenomenul de birefringenţă şi de activitate optică la nivelul unor biostructuri. Demonstarea fenomenului cu ajutorul microscopului polarizant şi a polarimetrului. Legea Biot - 3 ore

12. Detecţia şi măsurarea radioactivităţii unei substanţe radiofarmaceutice. date teoretice privind fenomenul de radioactivitate: izotop, radioizotop, legea dezintegrării radioactive, timpul de înjumătăţire al radioizotopilor. Măsurarea proprietăţii unor materiale de a atenua radiaţiile ionizante nucleare (grosimea de înjumătăţire). Fotodozimetria ca metodă pentru evaluarea dozei de radiaţii la persoanele care lucrează în medii cu radiaţii, în domeniul medical sau în industrie - 3 ore

13. Principiile fizice şi biofizice ale aplicaţiilor radioizotopilor în biologie şi medicină in vivo şi in vitro. Radiofarmaceutice. Generatorul de 99Mo – 99mTc. Obţinerea de imagini din organism cu ajutorul radiofarmaceuticelor: scintigrafia clinică. Dispozitive utilizate în acest scop: scintigraful şi camera de scintilaţie (gama-camera). Etapele realizării unei scintigrame. Metoda radioimunologică (RIA) de determinare a concentraţiei moleculelor biologic active. Măsurarea prin această metodă a concentraţiei insulinei din sânge - 3 ore

14. Rezonanţa magnetică nucleară (RMN): principiul fizic, descrierea de principiu a aparaturii destinată RMN. Timpii de relaxare protonică, spectroscopia RMN, imagistica prin RMN. Aplicaţii în medicină. Rezonanţa electronică de spin (RES): principiu fizic, schema standard a unui dispozitiv RES, aplicaţii în cercetarea şi practica medicală - 3 ore

Bibliografie obligatorie (bold) şi facultativă:1. Aurengo A., Grémy F., Petitclerc T., Biophysique, Medecine-Sciences Flammarion, Paris 1997.2. Dimoftache C., Herman S., Principii de Biofizică umană, Ed. Universitară„Carol Davila”,Bucureşti, 2003.3. Duncan G, Physics in the Life Sciences, Blackwell Scientific Publications, The Alden Press, Oxford, 1990.4. Hancock J. T., Cell Signalling, Longman, Edinburgh, 1997.5. Herman S.Aparatura medicală.Principiile fizice ale aparaturii medicale moderne,Ed.Teora,Bucureşti,2000.6. Hoppe W, Lohmann W, Markl H, Ziegler H, Biophysics, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 1982.7. Pascu M., Rusu V., Vasile C., Spectrometria in IR in medicina si farmacie, Editura BIT, 2003.8. Popescu A., Bazele Opticii, Ed. Universităţii „Al. I. Cuza”, Iaşi, 1988.9. Rusu V., Baran T., Brănişteanu D.D., Biomembrane şi patologie, vol.I, Ed. Medicală, Bucureşti, 1988.10. Rusu V. şi colab., Lucrari practice şi demonstrative de Biofizică şi Fizică medicală, Ed. “Gr.T.Popa” 2003.11. Rusu V. şi colab., Note de curs, 2007.12. Rusu V., Dicţionar medical, ed. III, Ed. Medicală, Bucureşti, 2007.13. Skoog D. A., Holler F. J., Nieman T. A., Principes d’analyse instrumentale, De Boeck Université, Paris, 2003.14. Ştefanescu C., Rusu V. De la fizica si biofizica radiofarmaceuticelor la imagini functionale si metabolice,

Ed. Tehnopress, Iaşi, 2007.15. Ştefanescu C., Rusu V. Medical Biophysics. An introduction for students, Ed. Tehnopress, Iaşi, 2008.16. Volkenstein M.V., Biophysics, Mir Publishers, Moscow, 1983.17. Wantelet M., Les Nanotechnologies, Dunod, Paris, 2003.18. Weiss TF, Cellular Biophysics, I-II, The MIT Press, Massachusetts, 1996.

Coordonator activitate didactica,Prof.dr. Cipriana Stefanescu

Lectures - ANNALITICAL PROGRAMME – 28 hoursI. INTRODUCTION. PHYSICS ROLE FOR THE EVOLUTION OF MEDECINE.

BIOPHYSICS – BORDERLINE SCIENCE Biophysics evolution. Medical Biophysics. Biophysics precursors. Biophysics domains classification. Medical Biophysics and medical physics specific objectives.

4 hours

II. THE THEORY OF SYSTEMS IN BIOLOGY AND MEDICINE; BIOSYSTEMS FROM THE THERMODYNAMIC POINT OF VIEW.

The genesis of the theory of systems. Biosystems classification. Biosystems general characteristics. The thermodynamic principles in the case of biosystems. Thermodynamics and Biophysics. Actual trends in medicine for the study of biosystems.

2 hours

III.MODEL SYSTEMS. MODELLING IN SCIENTIFICAL RESEARCH AND MEDICAL PRACTICE

Model, modelling – definitions, trends in medicine. Models classification. The modelling stages illustrated in the case of the axon fragment electronical modelling. The main groups of models: theoretic models; bionic models; cybernetic models; the modelling in biotechnology; prothetical modelling; biologic models.

2 hours

IV.BIOPHYSICAL METHODS AND TECHNIQUES USED IN MEDICINE The classification of biophysical methods and techniques. General methods: the scientifical observation and the scientific experiment. Physical principles and applications in medicine of the main biophysical specific methods groups.

6 hours

V. INTRODUCTION IN MOLECULAR BIOPHYSICS Atoms and molecules in biosystems: the physical conditions of molecular building up, interatomic and intermolecular forces; electrical and magnetical properties of molecules.

Molecular biophysics of water: the structure of water molecule and the relation with its particular physical properties; water molecular arrangement in biosystems; water biophysical properties; biophysical methods for the determination of different body fluids compartments. Water and solutions.

Macromolecules biophysics (proteins and nucleic acids). Separation steps from the living tissues (ultracentrifugation) and biophysical study methods (X ray diffraction and NMR). Biophysical data about biopolymers primary and conformational structure. Macromolecules from the biological fluids (biocolloids): biophysical properties. Macromolecules for structure.

2 hours

VI.CELL BIOPHYSICS INTRODUCTIONGeneral biophysics characteristics of the cell: cell shape and sizes from the biophysical point of view; viscosity, surface tension, cytoplasm density.

Biomembrane biophysics: biophysical methods for the study of biomembranes and their components. Phospholipids and membranar proteins biophysical properties. Lipid – protein interaction. Membranar fluidity (microviscosity). Fluid mosaic model.

6 hours

BIOPHYSICS AND MEDICAL PHYSICS – Ist YEAR ENGLISH SERIA – MEDICINE FACULTY

ANNALITICAL PROGRAMME

Biomembranes transport processes biophysics. Microscopic transport and equilibrium. Patch-clamp technique data about ionic channels. Intercellular communication theory. The classification and structural and functional general characteristics of cellular receptors. Presentation of the major possibilities of information transmission; second messengers systems. Intracellular receptors. Medical applications.

Electrophysiology biophysical basis: Rest biopotential: causes, calculation, measurement. Action biopotential: Bioelectrogenesis at tissues and organs level. Medical applications.

VII.HUMAN BIOMECHANIC ELEMENTS (AT MACROSCOPIC LEVEL)Essential theoretical data, instruments, methods. Medical applications.BIOMECHANIC ELEMENTS AT CELLULAR AND TISSULAR LEVEL Mechano-chemical phenomena in the information translation at cellular level. Mechanical deformation at cellular and tissular level.

2 hours

VIII.BLOOD CIRCULATION BIOPHYSICAL ELEMENTS Fluids mechanics and hydrodynamics essential data. The blood - nonnewtonian fluid. Essential hemorheological parameters presentation. Vascular wall biophysics. Cardiac mechanics biophysical aspects.

RESPIRATION BIOPHYSICAL ELEMENTS Pulmonary ventilation physical factors. Pulmonary elasticity biophysical parameters. Pulmonary surfactant.

SENSORIAL BIOPHYSICAL ELEMENTS Physical signals and sensorial messages. Hearing reception biophysics. Ocular diopters properties. Visual reception biophysical mechanisms. Olfactive reception. Psychophysics: Weber-Fechner law.

2 hours

IX. RADIOBIOLOGY ELEMENTS Radioactivity physical basis. The physical mechanisms of radiations interaction with materia. Characteristics of radiations action at living structure level. Ionisant radiations detection. Dosimetry. Dose – effect relation, characteristic measure units. Radiopatology. Radioprotection. Radioisotopes applications in biology and medicine.

1 hour

X. THE EFFECTS OF SOME PHYSICAL FACTORS UPON BIOSYSTEMS Temperature variations effects. The organism in hyperbaric or hypobaric medium. Acceleration and imponderability effects on the organism. Biological effects of visible radiations. Laser – principles and applications. The effects of UV radiations. The interaction of magnetic field with biosystems. Biomagnetism elements. US and their effects. Electric current biological action.

Practical and Demonstrative works program – 42 hours

1 hour

1. The objectives of the practical and demonstrative works for the formation of the student in medicine. Measurement types in medical practice.

3 hours

2. The International System of Units and its particularities in medicine. Essential data about statistics in medicine .

3 hours

3. Osmosis. The cell behaviour in hyper-, hypo-, and isotonic media. Crioscopic method. The use of microscope. The micrometer method. Centrifugation and ultracentrifugation: physical principles and applications in medicine. Dutrochet’s osmometer: description of the device, utility. Pfeffer’s osmometer: description of the device, utility.

3 hours

4. Dialysis and conductometry. Dialysis: definition, explanation of the phenomenon. Dialysis application in medicine: artificial kidney. The conductometry of the biological solutions: theoretical data; mathematical equations and measuring units. Use of the conductometric method for dialysis efficiency evaluation. Graphical presentation. Kohlrausch's bridge: diagram, its application in the conductometric method .

3 hours

5. Ussing's method for demonstrating Na+ active transport at frog skin level: principle of the method. Comparison between the Na+ active transport through the frog skin and through the cell membrane. Na+ active transport through the frog skin: diagrammatic presentation, main characteristics. Time dependence of Na+ active transport through the frog skin. Graphical presentation. The dependence between the intensity of the short-circuiting current and the amount of Na+ which pass through the frog skin: mathematical equation, and graphical presentation.

3 hours

6. Analysing blood proteins. Theoretical data about refraction phenomenon; refraction laws; refractive index. Pulfrich's refractometer: main constructive parts; principle of the refractometric method. Electrophoresis: theoretical data; the description of the device. Photocolorimetric method: principle of the method, Lambert-Beer's law, medical application. The photocolorimeter: main constructive parts.

3 hours

7. Cell and tissue biopotentials: explanation of the phenomena that occur. Resting and action potentials, depolarization and repolarization processes; single-phase (mono-phase) and biphase waves, diagrammatic presentation. Description of the ECG recording device; d'Arsonval electrodes. Measuring the ECG of a frog before and after the heart lesion. Einthoven's law: description of the physical model, comparison between the model and the biological system being modelled, equation, medical utilization. Practical ways for verifying Einthoven's law: medical application.

3 hours

8. Density and viscosimetry. Theoretical data about density. Medical application. Densimeter method: principle, sources of errors, work technique. Areometers, description of the device. Theoretical data about viscosity; medical application. Reynold's number. Ostwald's viscosimeter: principle of the method, description and diagrammatic presentation of the device. Poiseuille's law and the calculation formula for Ostwald’s viscosimeter method. Surface tension. Surface energy and surface tension theoretical data. Stalagmometer method for the determination of the surface tension coefficient: principle of the method, experimental device work technique. Tate's law and the calculation formula for the surface tension coefficient, in the stalagmometer method.

3 hours

9. The eye – optical system. Theoretical data about optical systems. Spherical lens. Determination of the focal distances for convergent lens. Optical aberrations. Applications in opthical physiology.

3 hours

10. Spectral analysis. Theoretical data of spectral analysis, electronic energy levels.. Spectra: definition, types of spectra (classification), different ways for obtaining a spectrum. Spectroscopes: three arms spectroscope and linear spectroscope compounds, types of description of the devices. Gauging the scale of the three arms spectroscope. Making evidence of Na in biological solutions using emission spectral analysis. Identification of oxihemoglobin using absorbtion spectral analysis.

3 hours

11. Optical activity. Theoretical data of optical activity; polarization of light; applications in medical practice. Principle of the polarimeter method; Biot's law, measuring the concentration of an optic active substance. The polarimeter: diagrammatic presentation, main constructive parts, work technique. Polarization microscopy: the diagram of the polarization microscope, medical applications.

3 hours

12. Radioisotopes and radioactivity. Radioisotopes theoretical data: nuclide, isotopes, decay law, activity and specific activity, half-life of a radioisotope. Classification of the ionizing radiations. Measuring the radioactivity of a nuclear radiation source, principle of the method, the main constructive compounds of the device. Measuring the half- thickness of different materials; medical application. Photo-dosimetric method for measuring the absorbed dose: principle of the method, description of the device.

3 hours

13. Basic principles of radioisotopes applications. Main characteristics of radio-

pharmaceuticals. The production of radioisotopes. The 99Mo-99mTc generator. Scintillation counter: diagrammatic presentation, description and functioning. The rectilinear scanner and the gamma camera: diagrammatic presentation, the principle of obtaining images. The principle of the scintigraphic method. Data aquisition and image treatment in scintigraphic method using gamma camera. Thyroid radioiodine uptake. Radio-immuno-assay (RIA): principle of the method, diagrammatic presentation. Radioimunological dosage steps. An exemple: insulin concentration determination.

6 hours

14. Nuclear Magnetic Resonance: principle of the method. Nuclear Magnetic Resonance device: diagrammatic presentation, main constructive parts. Different Nuclear Magnetic Resonance techniques: classification, biological and medical applications. Electron Spin Resonance: principle of the method. Biological and medical applications of ESR.

3 hours

PROGRAMME ANALYTIQUE DE L’ENSEIGNEMENT EN LANGUE FRANÇAISBIOPHYSIQUE ET PHYSIQUE MÉDICALE – PREMIÈRE ANNEE – MEDECINE

PROGRAMME DES COURS – 28 HEURESI. Introduction. Le rôle de la physique dans l’évolution de la médecine. La Biophysique –

science de frontière. L’évolution des rélations de la Physique avec la Médecine. La Biophysique médicale :

4 heures

Head of the Biophysics Dept.,Prof.dr. Cipriana Stefanescu

définition, relation avec les autres sciences, classification des domains de la Biophysique. Les objectives spécifiques de la Biophysique médicale et de la Physique médicale. La drepanocytose – maladie moleculaire. Accident de Tcernobyl. Lţimagerie medicale – bases physiques.II. La théorie des systèmes en biologie et médecine. Les biosystemes du point de vue

thermodynamique.La genèse de la théorie des systèmes. Classification des biosystèmes. Caractéristiques générales des biosystèmes. Elèments de thermodynamique biologique et de biocybernétique. Principes de la thermodynamique dans le cas des biosystèmes. Directions actuèlles de l’étude des biosystèmes.

2 heures

III. Les systèmes modèles. La modélisation dans la recherche et dans la pratique médicale.

Modèle, modélisation – définitions, tendences en médecine. Le modèle de Hodgkin – Huxley. Classification des modèles et presentation de certains types des modèles utilisées en médicine. Modèles bioniques et cybernétiques médicaux. La modélisation prothétique, tendences actuèlles. La biotechnologie. Biocapteurs. Nanotechnologie, nanomédecine. La modèlisation virtuèlle in silico.

2 heures

IV. Méthodes physiques et biophysique en médecine.Classification des méthodes et des techniques physiques et biophysiques. Méthodes générales : l’observation scientifique et l’expériment scientifique. Les principes physiques des principales groupes des méthodes et des techniques physiques et biophysiques, avec applications en médecine.

6 heures

V.Introduction en biophysique moléculaire.Les atomes et les molécules dans les biosystemes : caractéristiques physiques de la structure moléculaire, forces interatomique et intermoléculaires ; propriétés magnétiques et électriques des molécules. La biophysique moléculaire de l’eau : la structure de la molécule de l’eau et la relation avec ses propriétés physiques particulières ; les propriétés biophysiques de l’eau : l’eau dans l’organisme, son rôle dans le processus de thermorégulation ; méthodes biophysiques de détermination des liquides dans les différents compartiments de l’organisme. L’eau et les solutions. La biophysique des macromolécules (protéines et acides nucléiques). Etapes des séparation à partir du tissue vivant (ultracentrifugation) et méthodes biophysiques d’étude (diffraction a rayonnement X et RMN). Notions biophysiques sur la structure primaire et conformationelle des biopolimeres. Les macromolécules des liquides biologiques (biocoloids) : propriétés biophysiques. Les macromolécules dans les structures biologiques.

2heures

VI. Introduction en biophysique de la cellule.Caractéristiques biophysiques générales de la cellule : la forme et les dimensions de la cellule du point de vue biophysique. La biophysique des biomembranes : les méthodes biophysiques d’étude des biomembranes et des ses components. Les propriétés des phospholipides et des protéines membranaires. L’interaction lipide – protéine. La fluidité membranaire (la microviscosité). Le modèle du mosaic fluide membranaire. Les processus biophysique du transport biomembranaire : classification, bases biophysiques. Les canaux ioniques : la technique patch-clamp, informations moléculaires, protéines canal. La théorie de la communication intercellulaire. Classification structurale - fonctionnelle, caractéristiques générales des récepteurs cellulaires. Les principales possibilités de la transmission de l’information ; le système des messagers seconds. Recepterurs intracellulaires. Applications médicales. Bases biophysiques de l’eléctrophysiologie. Le biopotentiel de repos : causes, calcul, mesures. Le biopotentiel d’action : bioélectrogenèse au niveau des tissues et des organes. Applications médicales.

6 heures

VII. La biomécanique de l’homme (au niveau macroscopique).Données de base, instrumentations et méthodes. Applications médicales. Eléments de biomécanique au niveau moléculaire et cellulaire.Phénomènes mécano-chimiques de la traduction de l’information au niveau cellulaire. Déformations mécaniques au niveau cellulaire et tissulaire.

2 heures

VIII. Eléments de biophysique de la circulation du sang.Informations essentiels sur la mécanique des fluides et hydrodynamique. Le sang – liquide nonnewtonian. Présentation des principale paramètres hemorhéologiques. La biophysique du paroi vasculaire. Aspects biophysique de la mécanique cardiaque.Eléments de biophysique de la respiration.Facteurs physiques de la ventilation pulmonaire. Paramètres biophysiques de l’élasticité pulmonaire. Le surfactant pulmonaire.Eléments de biophysique sensorielle.Signaux physiques et messages sensoriels. La biophysique de l’audition Les propriétés des dioptres oculaires. Mécanismes biophysiques de la réception oculaire. Psychophysique : le loi de Weber Fechner.

2 heures

IX. Elements de radiobiologie.Bases physiques de la radioactivite. Aplications des radioisotopes en medecine.

1 heure

X.Les effets des certaines facteurs physique au niveau des biosystemes.Effets des variations de la température au niveau des biosystems. L’organisme vivant en medium hyperbare et hypobare. Les effets de l’accélération et de l’impondérabilité sur l’organisme. Les effets biologiques des rayonnements du domaine visible. Le LASER – principes et applications. Effets des rayonnement UV. Interaction du champ magnétique sur les biosystems. Eléments de biomagnétisme. Les ultrasons et ses effets. L’action biologique du curent électrique.

1 heure

PROGRAMME DES TRAVAUX PRATIQUE - 42 HEURES1. Objectives des travaux pratiques. Le rôle de la Biophysique médicale pour la

formation du médecin praticien. Types des mesures dans la pratique médicale. Le 3 heures

2. Système International des unités de mesure en médecine. Instruments physiques simple et complexe à l’utilisation habituelle en médecine. Informations essentiels sur la statistique des données mesurées.

3 heures

3. Démonstration expérimentale du phenomen d’osmose au niveau des biomembranes et au niveau des membranes artificielles. Applications en médecine. Détermination indirecte de la pression osmotique par mesure de Delta cryoscopique pour certain liquides biologiques.

3 heures

4. La dialyse au niveau des membranes artificielles. La conductométrie. La dialyse : définition, explication du phenomen. Application en médecine : le modèle du rein artificiel. La conductomètrie : données théorétiques, écuations mathématiques, unités de mesure. Evaluation de l’efficience de la dialyse par conductométrie. Représentation graphique. Le pont de Kohlrausch : diagramme et utilisation dans le cas de conductométrie. Autres applications de la conductométrie.

3 heures

5. Le transport active de Na+ au niveau de la peau de grenouille, barrière membranaire. Démonstration de l’action des certains facteurs biophysiques et biochimiques au niveau des processus de transport. Ecuation mathématique et représentation graphique de la variation du transport active de Na+ au niveau du model étudié, pendant le temps.

3 heures

6. Méthodes physiques de mesure des protéines totales et des fractions protéiques du sérum sanguin : la refractométrie (les lois de réfraction, le réfractomètre Pulfrich), l’électrophorèse (données théorétiques, description de l’installation pour électrophorèse), photo colorimétrie (principe physique de la méthode, la loi de Lambert-Beer, le photocolorimetre). Applications médicales.

3 heures

7. Biopotentiels cellulaires et tissulaires : explication des phenomens. Démonstration expérimentale des processus bioélectriques : biopotentiels d’action et de repos au niveau du cœur de grenouille. Bases biophysiques de l’électrocardiographie. La loi d’Einthoven. Démonstration de la loi d’Einthoven sur un modèle physique et sur le trajet éléctrocardiographique enregistré chez l’homme.

3 heures

8. La détermination de la densité et de la viscosité des liquides biologiques. Densimètres, aréomètres : principes physiques, types des erreurs, techniques de travail. Mesures directes simple : détermination de la densité et de las concentration des liquides en utilisant l’urodensimetre , l’alcoolmetre. Données théorétiques en ce qui concerne la viscosité des liquides biologiques. Détermination du coefficient de la viscosité par deux méthodes à principe physique différent, le viscosimètre d’Ostwald et le viscosimètre Rheotest. Applications en médecine.

3 heures

9. L’œil – système optique. Détermination des distances focales des lentilles convergentes. Mesure de l’aberration sphérique longitudinale. Mettre en évidence de l’aberration sphérique. Mesure de la profondeur du champ.

3 heures

10. Spectroscopie d’émission et d’absorption. Données théorétiques sur l’analyse spectrale. Le spectroscope à prisme et le spectroscope à vision directe (à primes Amici). Détermination qualitative de certain éléments ou molécules au niveau des

3 heures

structures biologiques. Identification de certains dérivés du haemoglobine par spectroscopie d’absorption.

11. Polarimétrie. Données théorétiques sur l’activité optique. Le phenomen de la polarisation de la lumière. Le phenomen de biréfringence et d’activité optique au niveau de certain biostructures. Démonstration expérimentale en utilisant le microscope polarisant et le polarimètre. La loi de Biot.

3 heures

12. Détection et mesure de la radioactivité d’une substance radiopharmacéutique. Données théoriques sur le phenomen de radioactivité : isotope, radio-isotope, la loi de la désintegratin radioactive. La photodosimétrie comme méthode pour l’évaluation de la dose des radiations pour les sujets qui travail dans le milieu avec des rayonnements.

3 heures

13. Les principes physiques des applications des radio-isotopes en biologie et médecine in vivo et in vitro. Radiopharmacéutiques. Le générateur 99Mo-99mTc. La scintigraphie clinique. Le scintigraphe et la gamma camera. La méthode radio immunologique (RIA).

6 heures

14. La résonance magnétique nucléaire (RMN) : principe physique, description de l’appareillage, applications dans la pratique médicale. La résonance électronique de spin (RES) : principe physique, description de l’appareillage, applications dans la pratique médicale.

3 heures

Bibliografie obligatorie (bold) şi facultativă:- Notes de cours de Biophysique (à la Discipline)- Notes des travaux pratiques de Biophysique (à la Discipline)

Bibliographie suplimentaire1. Aurengo A., Petitclerc T. - "Biophysique", 3e édition, Ed. Flammarion Médecine-Sciences, Paris, 20062. Breurer H. - "Atlas de la physique", Ed. Librairie Générale Française, Paris, 19973. Byrne J. H., Schulty S. G. - "Transport membranaire et bioélectricité", Ed. De Boeck & Larcier, Paris,

19974. De La Souchere Marie-Christine - "La radioactivité", Mécanismes et applications, Ed. Ellipses, Paris,

20055. Duchene Annette, Joussot-Dubien J. - "Les effets biologiques des rayonnements non ionisants", Ed.

Flammarion Médecine-Sciences, Paris, 20016. Farhi D., Smadja R. - "Biophysique", Ed.ESTEM, Paris, 19967. Marchandise X. (sous la direction) – "Biophysique pour les sciences de la vie et de la santé", Ed.

Omniscience, Paris, 20078. Moatti A. - "Les indispensables mathématiques et physiques pour tous", Ed. Odile Jacob, Paris, 20069. Sechter E., Rossignol B. - "Biochimie et biophysique des membranes" Aspects structuraux et

fonctionnels, 2e édition, Ed. Dunod, Paris, 200010. Sine J.-P. - "Séparation et analyse des biomolécules", Méthodes physicochimiques, Ed. Ellipses, Paris,

200311. Skoog D. A., Holler F. J., Nieman T. A., Principes d’analyse instrumentale, De Boeck Université, Paris,

2003.12. Thomas Y. - "Bases de biophysique générale pour les sciences de la vie", Cours et exercices corrigés, Ed.

Hermann, Paris, 200113. Wantelet M., Les Nanotechnologies, Dunod, Paris, 2003.

Chef du Dept. de Biophysique,

Prof.dr. Cipriana Stefanescu