Биофизика и медфизика

Главная > Эволюция природы > Эволюция жизни > Биофизика
Исследование физических процессов в живых системах

Биофизика - это наука

  1. о физических процессах, протекающих в органических и биологических системах разного уровня организации (от молекулы и клетки до биосферы),
  2. и о влиянии на биологические объекты различных физических факторов.

Согласно первой задаче, биофизика призвана выявлять связи между физическими механизмами, лежащими в основе организации живых объектов, и биологическими особенностями их жизнедеятельности (взгляд физика на живую систему изнутри). Согласно второй, биофизика также должна изучать влияние космогеофизических и других внешних физических факторов на течение физических и биохимических реакций (взгляд физика на живую систему снаружи)

Биофизика разрабатывает вопросы термодинамики и биологической кинетики. С этих позиций рассматривается, в частности, проблема адаптации отдельных клеток и целых организмов к различным условиям окружающей среды. Одной из центральных проблем биофизики является проблема структуры и функции биологических мембран.

Биофизика - одна из основных дисциплин в изучении биосферы. Она помогает понять свойства биологических структур, которые используются в бионике. Также с ее помощью создаются органические материалы с необходимыми свойствами (биотехнологии в органической физике). Поэтому биофизика - не только междисциплинарное, но и мультидисциплинарное направление исследований биотических процессов и явлений.

Разделы страницы по физике органического мира:

  • Биофизика - взгляд на живое глазами физиков
  • Медицинская физика [медфизика]
  • Криобиология и криомедицина
  • Радиобиология и радиобиофизика
  • Новости по биологической физике [пока пусто]
  • Биофизическая литература

Смежные научные дисциплины и исследования:

Читайте также авторские статьи о биофизических и ноофизических проблемах:


Биофизика - взгляд на живое глазами физиков

Несмотря на сложность и взаимосвязь различных процессов в организме человека, часто среди них можно выделить процессы, близкие к физическим. Например, такой сложный физиологический процесс, как кровообращение, в своей основе является физическим, так как связан с течением жидкости (гидродинамика), распространением упругих колебаний по сосудам (колебания и волны), механической работой сердца (механика), генерацией биопотенциалов (электричество) и т.п. Дыхание связано с движением газа (аэродинамика), теплоотдачей (термодинамика), испарением (фазовые превращения) и т.п.

В организме, кроме физических макропроцессов, как и в неживой природе, имеют место молекулярные процессы, которые в конечном итоге определяют поведение биологических систем. Понимание физики таких микропроцессов необходимо для правильной оценки состояния организма, природы некоторых заболеваний, действия лекарств и т.д.

Во всех этих вопросах физика настолько связана с биологией, что формирует самостоятельную науку — биофизику, которая изучает физические и физико-химические процессы в живых организмах, а также ультраструктуру биологических систем на всех уровнях организации — от субмолекулярного и молекулярного до клетки и целого организма.

История биофизических исследований

Научные основы биофизики начали закладываться еще в XVIII веке. В настоящее время биофизика преподается как самостоятельная дисциплина во всех мединститутах, а в некоторых из них открыты кафедры биофизики. Создан целый ряд научных центров, занимающихся различными аспектами биофизики. Издаются научные журналы, освещающие достижения в этой области человеческого знания.

Можно сказать, что у истоков биофизики как науки стояла работа Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь с точки зрения физики» (1945), где рассматривалось несколько важнейших проблем, таких как

Уже на начальных этапах своего развития биофизика была тесно связана с идеями и методами физики, химии, физической химии и математики и 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.

В настоящее время интенсивно развиваются биофизика сложных систем и молекулярная биофизика [граничные области]. Современные области исследований биофизики:

  1. влияние космогеофизических факторов на течение физических и биохимических реакций,
  2. фотобиологические процессы,
  3. математическое моделирование,
  4. физика белковых и мембранных структур,
  5. нанобиология и др.

Биофизические порталы

Биофизика (биологическая физика) — наука, изучающая физические свойства и явления в целом организме, отдельных его органах, тканях, клетках, а также физико-химические основы процессов жизнедеятельности.

Биофизические конференции

Биофизика изучает физические процессы внутри организмов, физическую основу биологических процессов и физические взаимодействия, которые являются частью или фазой биологических.

Молекулярная биофизика

В задачи молекулярной биофизики входит исследование физических и физико-химических свойств сложных химических соединений, в т. ч. белков и нуклеиновых кислот, входящих в состав живых организмов, а также характера их взаимодействия.

Методы биофизики и молекулярной биологии обеспечили расшифровку структуры крупных биомолекул, выявление пространственного расположения атомов в молекуле и т. д. Значительные успехи достигнуты в изучении механизмов превращения в клетках организмов физической энергии в химическую, в частности при фотосинтезе органических соединений в зеленых растениях под влиянием света.

Биофизика клетки

Задачей биофизики клетки является изучение:

  1. физико-химических основ функции клетки,
  2. связи клеточных структур с их функцией,
  3. механических и электрических свойств клетки,
  4. а также энергетики и термодинамики течения клеточных процессов и т. д.

Сверхслабые воздействия неживого на живое

Медицинская физика [медфизика]

Живой организм нормально функционирует, только взаимодействуя с окружающей средой. Он остро реагирует на изменение таких физических характеристик среды, как температура, влажность, давление воздуха и пр. Действие внешней среды на организм учитывается не только как внешний фактор, оно может использоваться для лечения (климатотерапия и баротерапия). Эти примеры свидетельствуют о том, что врач должен уметь оценивать физические свойства и характеристики окружающей среды. Перечисленные выше применения физики в медицине составляют медицинскую физику — комплекс разделов прикладной физики и биофизики, в которых рассматриваются физические законы, явления, процессы и характеристики применительно к решению медицинских задач.

Будучи тесно связанной с медициной, биофизика занимается изучением физико-химических особенностей механизмов возникновения и течения различных патологических процессов. В частности, биофизика внесла свой вклад в теоретические представления о воспалении, отеке, нефрите, механизмах регуляции водно-солевого равновесия и т. д. Широко используются биофизические представления о природе возбуждения и проведении его по нервным волокнам, о фотохимических процессах, происходящих в зрительных органах, и т. д. Большую роль играет биофизика в понимании механизмов лучевого поражения, разработке основ профилактики и лечения этого поражения. Методами биофизики изучают физико-химические и молекулярные механизмы и особенности развития злокачественных опухолей, физико-химические механизмы действия многих лекарственных веществ (наркотики, яды), разрабатывают методы количественной оценки их, токсического действия и др.

Физические методы диагностики заболеваний и исследования биологических систем

Многие методы диагностики и исследования основаны на использовании физических принципов и идей. Большинство современных медицинских по назначению приборов конструктивно является физическими приборами. Чтобы это проиллюстрировать, достаточно рассмотреть некоторые примеры в рамках сведений, известных читателю из курса средней школы. Механическая величина — давление крови — является показателем, используемым для оценки ряда заболеваний. Прослушивание звуков, источники которых находятся внутри организма, позволяет получать информацию о нормальном или патологическом поведении органов. Медицинский термометр, работа которого основана на тепловом расширении ртути, — весьма распространенный диагностический прибор. За последнее десятилетие в связи с развитием электронных устройств широкое распространение получил диагностический метод, основанный на записи биопотенциалов, возникающих в живом организме. Наиболее известен метод электрокардиографии — запись биопотенциалов, отражающих сердечную деятельность. Общеизвестна роль микроскопа для медико-биологических исследований. Современные медицинские приборы, основанные на волоконной оптике, позволяют осматривать внутренние полости организма.

Спектральный анализ используется в судебной медицине, гигиене, фармакологии и биологии; достижения атомной и ядерной физики — для достаточно известных методов диагностики: рентгенодиагностики и метода меченых атомов.

Воздействие физическими факторами на организм с целью лечения

В общем комплексе различных методов лечения, применяемых в медицине, находят место и физические факторы. Укажем некоторые из них. Гипсовая повязка, накладываемая при переломах, является механическим фиксатором положения поврежденных органов. Охлаждение (лед) и нагревание (грелка) с целью лечения основаны на тепловом действии. Электрическое и электромагнитное воздействия широко используются ь физиотерапии. С лечебной целью применяют свет видимый и невидимый (ультрафиолетовое и инфракрасное излучения), рентгеновское и гамма-излучения.

Криобиология и криомедицина

Криобиология (от греч. κρύος — холод, bios — жизнь и logos — наука) — раздел биологии, в котором изучаются эффекты воздействия низких температур на живые организмы. На практике, в рамках криобиологии занимаются исследованиями биологических объектов или систем при температурах ниже нормальных. В качестве объектов могут служить белки́, клетки, ткани, органы, или целые организмы. Используются диапазон температур от умеренно низких до криогенных.

Научные основы криобиологии были заложены в конце XIX века П. И. Бахметьевым - выдающимся русским учёным, изучавшим переохлаждение у насекомых и анабиоз у летучих мышей.

Важнейшие направления исследований:

Радиобиология и радиобиофизика

В радиационной биофизике ведутся работы по изучению превращения энергии при действии на живые организмы ионизирующих излучений.

Новости по биологической физике

Биофизическая литература


Главная   Науки о природе   Биология :

Биохимия | Генетика | Эволюционная теория | Биокризисы | Палеонтология | Биогенез | Вирусология | Микробиология | Ботаника | Микология | Зоология | Биопорталы | Биоцентры | Биокнига

На правах рекламы (см. условия):    


© «Сайт Игоря Гаршина», 2002, 2005. Пишите письма (Письмо И.Гаршину).
Страница обновлена 03.10.2018
Я.Метрика: просмотры, визиты и хиты сегодня