Вступ. Основи біомеханіки та біоакустики

МІНІСТЕРСТВО ОХОРОНИ ЗДОРОВ’Я УКРАЇНИ

Департамент кадрової політики,

освіти і науки МОЗ України

Центральний методичний кабінет підготовки

молодших спеціалістів МОЗ України

ОСНОВИ БІОЛОГІЧНОЇ ФІЗИКИ

ТА МЕДИЧНА АПАРАТУРА

Програма

Для вищих медичних навчальних закладів

І—ІІІ рівнів акредитації за спеціальністю

5.110100 “Сестринська справа”

Київ

Медицина

ОСНОВИ БІОЛОГІЧНОЇ ФІЗИКИ

ТА МЕДИЧНА АПАРАТУРА

Укладач

Д.П. Грицевич— викладач Львівського державного медичного коледжу ім. Андрея Крупинського.

Програму розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії природничо-наукових дисциплін Львівського державного медичного коледжу ім. Андрея Крупинського 28 серпня 2006 р., протокол №1.

Рецензент:

А.І. Присташ — викладач дисципліни “Основи біофізики та медична апаратура” Бориславського медичного училища.

© МОЗ України, 2007

© Видавництво “Медицина”, 2007

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Програму з дисципліни “Основи біологічної фізики та медична апаратура” для вищих медичних навчальних закладів України І—ІІІ рівнів акредитації складено для спеціальності 5.110102 “Сестринська справа” відповідно до навчального плану 2006 р., затвердженого МОЗ України. Навчальним планом для вивчення даної дисципліни передбачено 60 год, з них лекційних — 26 год, практичних — 14 год та самостійної позааудиторної роботи — 20 год.

Узгодження змісту навчальних дисциплін з сучасним рівнем науки та перспектив її розвитку дозволяє розраховувати на скорочення періоду професійної адаптації молодих спеціалістів до повсякденної медичної практики, до нових засобів і методів сестринської діяльності. Такий підхід необхідно використовувати в процесі розробки змісту навчання з біофізики та медичної апаратури.

Живі організми — це складні саморегулювальні біологічні системи, в яких протікають різноманітні фізичні процеси — механічні, теплові, електричні тощо.

Біофізика — наука про фізичні та фізико-хімічні явища, що відбуваються в живих організмах, тканинах, клітинах, а також їх дія на організм. Крім того, в лікувальній практиці використовується різноманітна апаратура — діагностична, терапевтична, хірургічна тощо, дія якої ґрунтується на фізичних явищах і процесах. Тому сьогоднішній медичний працівник повинен добре розуміти біофізичні процеси, що протікають в організмі людини, а також знати можливості фізичної та, зокрема, електронної апаратури, з якою він неминуче буде працювати.

Формування спеціаліста медичного фаху здійснюється при вивченні декількох циклів дисциплін. Кожен з них безпосередньо або опосередковано вносить свій вклад у підготовку медичної сестри, вимоги до якої представлені у кваліфікаційній характеристиці.

Знання та навички, які формуються при вивченні основ біофізики та медичної апаратури, безпосередньо не виходять на кваліфікаційну характеристику, але є фундаментом для формування спеціальних знань та навичок, а також логічного мислення.

Метою курсу є вивчення фізичних закономірностей та явищ, що лежать в основі процесів життєдіяльності, та застосування їх для вирішення медичних проблем.

За навчальним планом, “Основи біологічної фізики та медична апаратура” вивчають на першому році навчання.

Види навчальних занять, згідно з навчальним планом:

— лекції;

— практичні заняття;

— самостійна позааудиторна (індивідуальна) робота студентів.

Теми лекційного курсу розкривають проблемні питання відповідних розділів основ біологічної фізики та медичної апаратури.

Практичні заняття за формою є лабораторно-практичними, оскільки передбачають:

· лабораторні дослідження з біофізики;

· розв’язування типових та проблемних задач, які мають експериментальне або біофізичне значення та ін.

Предметна (циклова) методична комісія має право вносити зміни до навчальної програми залежно від організаційних і технічних можливостей, напрямів наукових досліджень, екологічних особливостей регіону, але відповідно до кінцевих цілей ОКХ і ОПП за фахом підготовки та навчальним планом.

Засвоєння теми контролюється на практичних заняттях. Рекомендується застосовувати такі засоби діагностики рівня знань студентів, як: комп’ютерні тести, розв’язування типових і ситуаційних задач, проведення лабораторних досліджень, трактування та оцінювання їхніх результатів, контроль практичних навичок.

У програмі відображено навчальний матеріал, який студенти повинні засвоїти, практичні навички, якими вони повинні володіти, та питання, про які повинні бути поінформованими.

Зміст програми відповідає навчальному плану за розподілом годин, досягненням науки і практики та сучасним проблемам медицини.

Після вивчення дисципліни студенти повинні знати:

— загальні фізичні закономірності, що лежать в основі процесів організму людини;

— характеристики фізичних факторів, що впливають на організм людини та біологічні механізми цих впливів;

— основні поняття та закони механіки, які використовуються в біомеханіці;

— фізичні основи функціонування опорно-рухового апарату та механічні властивості кісток;

— особливості механіки м’язової тканини, механічних процесів у легенях та механічні властивості кровоносних судин;

— механізм поширення акустичних хвиль;

— основні об’єктивні властивості звукових хвиль та одиниці їх вимірювання;

— суб’єктивні характеристики звукових хвиль (характеристики слухового відчуття) та пояснити їх зв’язок з об’єктивними;

— механізм сприйняття і поширення звукового сигналу в слуховому аналізаторі;

— сутність звукових методів діагностики;

— використання ультразвуку в діагностиці, терапії, хірургії;

— механізм біологічної дії інфразвуку й ультразвуку;

— структуру біологічних мембрани та їх функції;

— основні реологічні характеристики рідин, сформулювати їхній фізичний зміст і назвати одиниці вимірювання;

— реологічні властивості крові;

— основні геодинамічні показники;

— особливості вимірювання артеріального тиску і швидкості кровоплину;

— особливості проходження постійного та змінного струмів через живі об’єкти;

— суть реографії;

— механізм електричної активності органів і тканин під час їхнього функціонування ( на прикладі серцевого м’яза);

— закономірності, які лежать в основі векторелектрокардіографії;

— основні характеристики магнітного поля, сформулювати їхній фізичний зміст та одиниці вимірювання;

— первинні фізичні та фізико-хімічні процеси, які відбуваються за впливу магнітних полів на біооб’єкти;

— вплив поля ультрависокої частоти на діелектрики та електроліти;

— класифікацію медичної апаратури, що застосовується в діагностиці і фізіотерапії, інтерпретувати інформацію на виході медичного приладу;

— діагностичні показники: реологічні, гемодинамічні, механічні, електричні, оптичні тощо;

— приладами, що ґрунтуються на квантово-механічних закономірностях;

— основні структурні складові лазера та пояснити їхнє функціональне призначення;

— процеси, які відбуваються в живих тканинах під впливом лазерного випромінювання;

— основні напрями використання лазерного випромінювання в медичній практиці;

— механізм теплового випромінювання та температурну топографію тіла людини;

— умови, за яких може відбуватися електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) та ядерний магнітний резонанс (ЯМР);

— методику використання волоконної оптики в практичній медицині;

— будову мікроскопа, його роздільну здатність та корисне збільшення;

— методи рентгенівської діагностики і терапії та пояснити їхню суть;

— процеси радіоактивного розпаду, назвати його види та особливості;пояснити біологічну дію іонізуючого випромінювання;

— основні методи фізичного та хімічного захисту від радіації;

— основні методи радіоізотопної медицини;

— радіометричний та дозиметричний контроль;

— методику роботи з медичною апаратурою, метрологію, техніку безпеки.

Студенти повинні вміти:

— назвати та пояснити основні поняття та закони механіки, які використовуються в біомеханіці;

— пояснити біомеханічні властивості систем;

— описати фізичні основи функціонування опорно-рухового апарату та механічні властивості кісток;

— пояснити особливості механіки м’язової тканини, механічних процесів у легенях та механічні властивості кровоносних судин;

— охарактеризувати і пояснити механізм поширення акустичних хвиль;

— дати визначення основних об’єктивних звукових хвиль і назвати одиниці їх вимірювання;

— назвати суб’єктивні характеристики звукових хвиль (характеристики слухового відчуття) та пояснити їх зв’язок з об’єктивними;

— описати механізм сприйняття і поширення звукового сигналу в слуховому аналізаторі;

— назвати і пояснити сутність звукових методів діагностики;

— навести приклади використання ультразвуку в діагностиці, терапії, хірургії;

— пояснити механізм біологічної дії інфразвуку й ультразвуку;

— охарактеризувати і пояснити структури біомембрани та її функції;

— назвати основні реологічні характеристики рідин, сформулювати їхній фізичний зміст і назвати одиниці вимірювання;

— описати реологічні властивості крові;

— назвати і охарактеризувати основні геодинамічні показники;

— описати біофізичні особливості вимірювання кров’яного тиску і швидкості кровоплину;

— трактувати енергетику біологічних процесів з точки зору термодинаміки;

— описати особливості проходження постійного та змінного струмів через живі об’єкти;

— пояснити суть реографії;

— описати і пояснити механізм електричної активності органів і тканин під час їх функціонування ( на прикладі серцевого м’яза);

— пояснити закономірності, які лежать в основі вектор-електрокардіографії;

— назвати основні характеристики магнітного поля, сформулювати їхній фізичний зміст та одиниці вимірювання;

— назвати первинні фізичні та фізико-хімічні процеси, які відбуваються за впливу магнітних полів на біооб’єкти;

— пояснити вплив поля ультрависокої частоти на діелектрики та електроліти;

— користуватися медичною апаратурою, що застосовується в діагностиці і фізіотерапії, інтерпретувати інформацію на виході медичного приладу;

— визначати діагностичні показники: реологічні, гемодинамічні, механічні, електричні, оптичні тощо;

— користуватися приладами, що базуються на квантово-механічних закономірностях;

— назвати основні структурні складові лазера та пояснити їх функціональне призначення;

— охарактеризувати процеси, які відбуваються в живих тканинах під впливом лазерного випромінювання;

— назвати і пояснити основні напрями використання лазерного випромінювання у медичній практиці;

— описати механізм теплового випромінювання та температурну топографію тіла людини;

— охарактеризувати умови, за яких може відбуватися електронний парамагнітний резонанс (ЕПР) та ядерний магнітний резонанс (ЯМР);

— обґрунтувати методику використання волоконної оптики в практичній медицині;

— визначати роздільну здатність та корисне збільшення мікроскопа;

— назвати методи рентгенівської діагностики і терапії та пояснити їх суть;

— пояснити процеси радіоактивного розпаду, назвати його види та особливості; пояснити біологічну дію іонізуючого випромінювання;

— охарактеризувати основні методи фізичного та хімічного захисту від радіації;

— пояснити основні методи радіоізотопної медицини;

— проводити радіометричний та дозиметричний контроль.

Студенти мають бути поінформовані про:

— синергетичні інтеграційні процеси в науці та освіті;

— фізичні основи методу електронного парамагнітного резонансу (ЕПР);

— фізичні основи методу ЯМР;

— основні типи електронних мікроскопів, їхню будову та принципи дії; застосування сучасних електронних мікроскопів у медицині;

— сучасні напрями застосування лазерів у медицині;

— фізичні основи оптичної когерентної томографії тощо.

ТЕМАТИЧНИЙ ПЛАН

Примітка. Години для самостійної роботи студентів розподіляють за темами предметні (циклові) методичні комісії навчальних закладів.

ЗМІСТ

ЛЕКЦІЯ

Вступ. Основи біомеханіки та біоакустики

Предмет і методи біофізики, зв’язок з іншими науками. Основні розділи біофізики. Основні поняття механіки поступального та обертального рухів. Рівняння руху, закони збереження. Елементи біомеханіки. Опорно-руховий апарат людини. Динамічна та статистична робота людини під час різних видів її діяльності. Ергометрія. Методи та прилади для вимірювання біомеханічних характеристик. Незгасаючі та згасаючі та вимушені коливання. Диференційні рівняння гармонічних, згасаючих, вимушених коливань та їх розв’язання. Декремент і логарифмічний декремент згасання. Резонанс. Автоколивання. Релаксаційні коливання.

Хвильові процеси та їхні характеристика. Рівняння хвилі. Диференційне хвильове рівняння. Потік енергії. Вектор Умова. Ефект Допплера. Фізичні характеристики звуку. Поріг чутності і больового відчуття. Закон Вебера—Фехнера. Біофізичні основи слухового відчуття. Фізичні основи аудіометрії. Аудіограма та криві однакової гучності.

Ультразвук та інфразвук. Джерела та уловлювачі ультразвуку й інфразвуку. Особливості поширення та біофізичні основи дії ультразвуку й інфразвуку на біологічні тканини. Використання ультразвуку в медицині.

Практичне заняття

Визначення порога чутності аудіометричним методом

Вивчити фізичні та суб’єктивні характеристики звуку та ознайомитися з основами аудіометрії. Одержати практичні навички визначення спектральної характеристики вуха на межі чутності. Побудувати аудіограму.

Розв’язування задач.

Практичні навички:

— трактувати основні фізичні поняття біоакустики;

— пояснювати фізичні основи аудіометрії як методу дослідження слуху;

— оволодіти навичками роботи з аудіометром;

— трактувати біофізичні механізми дії ультразвуку та інфразвуку на організм людини;

— пояснювати механізми, що лежать в основі використання ультразвуку в медицині.

ЛЕКЦІЯ