تعريف الفيزياء الطبية الحيوية

الفيزياء الطبية الحيوية هي فرع علمي متعدد التخصصات يتكون من دراسة التطبيقات المختلفة للعلوم الفيزيائية والرياضية في مجال الطب الحيوي.

الحاجة الحالية للحصول على نتائج كمية من التجارب البيولوجية ، لتطوير التقنيات المستخدمة في طرق مختلفة تشخبص أو العلاجات ، من بين أمور أخرى ، تتطلب تعاون مختلف التخصصات العلمية والأشخاص الحاصلين على تدريب متعدد التخصصات يسمح بتوغلهم في هذا النوع من المشاريع. تتكون الفيزياء الطبية الحيوية من تطبيقات العلوم الفيزيائية والرياضية في الطب الحيوي ، وتتنوع هذه التطبيقات من تحقيق في العلوم الأساسية في مجال الطب الحيوي إلى العلوم التطبيقية في موضوعات ذات أهمية طبية أو صحية.

كيف ترتبط الفيزياء والطب الحيوي؟

على الرغم من أن الفيزياء والطب الحيوي في البداية يبدو أنهما اثنان جدًا أحدهما بعيدًا عن الآخر ، فالحقيقة هي أنه في كثير من الأحيان يصبح الحاجز الذي يفصل بينهما a منتشر جدا. ربما كان الدليل الأول الذي يشير إلى وجود علاقة بين الفيزياء والبيولوجيا هو التجارب التي أجراها لويجي جالفاني حيث لاحظ ذلك ، من خلال تمرير التيار الكهربائي عند الحبل الشوكي لضفدع ميت ، كانت أرجل الضفدع ترتعش بطريقة مشابهة لما كانت تفعله عندما كان الضفدع على قيد الحياة. نحن نعلم اليوم أن الإشارات العصبية ليست أكثر من نبضات كهربائية يتم إرسالها إليها من خلال محاور الخلايا العصبية ويتم تقلص العضلات بواسطة أ ثابت

النقل الأيوني من خلال أغشية ألياف العضلات.

نظرًا لهذه الأهمية التي تتمتع بها الظواهر الكهربائية في الكائنات الحية ، فقد ساهمت الفيزياء إلى حد كبير في تطوير التقنيات التي تسمح باكتشاف الإشارات الكهربية الحيوية لدراسة الأنظمة البيولوجية أو لتشخيص الأمراض. في هذه الفئة الأخيرة ، تبرز تقنيات التشخيص مثل مخطط كهربية القلب (ECG) ، والذي يتكون من الكشف عن الإشارات الكهربائية للجهاز قلب و مخطط كهربية الدماغ (EEG) الذي يحلل الإشارات الكهربائية للدماغ ، كلا الطريقتين تسمحان بالكشف عن تشوهات في الإشارات الكهربائية للأعضاء المذكورة أعلاه والتي قد تكون مرتبطة بأمراض مختلفة أو شروط.

كان للاكتشافات التي حققتها الفيزياء تأثير كبير على دراسة علم الأحياء. سمح اكتشاف الأشعة السينية بواسطة Röntgen في عام 1895 بتطوير علم البلورات بالأشعة السينية ، وهي تقنية تستخدم الأشعة السينية لاكتشاف التركيب الذري لجزيئات معينة. استخدمت هذه التقنية من قبل روزاليند فرانكلين وجيمس واتسون وفرانسيس كريك لوضع حد للغموض الكبير الذي يكتنف هيكل الحمض النووي وتكشف عن هيكلها الحلزوني المزدوج. أيضًا ، لعبت الفيزياء دورًا مهمًا عند الدراسة الكمية للآليات الجزيئية التي تجعل وجود الحياة ممكنًا وتطور تقنيات مثل مجهر القوة الذرية (AFM) ، ملاقط بصرية وأنظمة ميكروفلويديك التي تسهل دراسة النظم البيولوجية.

في الطب ، هناك بعض تقنيات التشخيص مثل الأشعة السينية والتصوير المقطعي والتصوير المقطعي لا يمكن أن يكون التماسك البصري (OCT) ممكنًا دون فهم الإشعاع الكهرومغناطيسي وتفاعله مع الجسم بشر. طرق التشخيص الأخرى مثل التصوير بالرنين المغناطيسي (MR) والتصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET Scan) إنها تستند إلى ظواهر كمومية بحتة سمح لها فهمها بالعثور على تطبيقات في هذا المجال طبيب. أيضًا العلاجات مثل العلاج الإشعاعي الذي يتكون من تطبيق جرعات كبيرة من الإشعاع عامل مؤين لقتل الخلايا السرطانية بطريقة مستهدفة ، يتطلب مراقبة مستمرة ل ضمان فعالية من العلاج و حماية للمريض. من المهم الإشارة إلى أن تطوير هذه التقنيات التشخيصية والعلاجية وإدارتها هي مهمة فرع آخر أكثر تخصصًا في الفيزياء يسمى "الفيزياء الطبية".

حاليًا ، أحد الفروع التي تكتسب وزنًا كبيرًا في البحوث الطبية الحيوية هو تطوير النماذج الرياضية والحاسوبية للعمليات الفسيولوجية. في هذه النماذج ، تُستخدم الفيزياء والرياضيات لعمل تجريدات عددية للأنظمة البيولوجية ، ويمكن إدخال هذه النماذج في حاسوب لإجراء عمليات المحاكاة وتنفيذ ما يعرف بـ "دراسات في السيليكو". كانت التجارب في Silico مفيدة جدًا لتوجيه وتحفيز التجارب الأخرى يتم إجراؤها في المجال البيولوجي ومن المتوقع أن يلعبوا في المستقبل دورًا أكبر في تخصصات مثل ال البيولوجيا الجزيئية، ال علم العقاقير، من بين أمور أخرى.

تم الحصول على إجابات لألغاز الطبيعة العظيمة بفضل تفاعل التخصصات العلمية المختلفة ، ويبدو أن كل شيء يشير إلى أن هذا سيظل هو الحال في المستقبل.