Ορισμός της Βιοϊατρικής Φυσικής

Η Βιοϊατρική Φυσική είναι ένας διεπιστημονικός επιστημονικός κλάδος που συνίσταται στη μελέτη διαφορετικών εφαρμογών των φυσικομαθηματικών επιστημών στον βιοϊατρικό τομέα.

Η τρέχουσα ανάγκη απόκτησης ποσοτικών αποτελεσμάτων από βιολογικά πειράματα, για την ανάπτυξη τεχνολογιών που χρησιμοποιούνται σε διαφορετικές μεθόδους διάγνωση ή θεραπείες, μεταξύ άλλων, έχει απαιτήσει τη συνεργασία διαφόρων επιστημονικών κλάδων και άτομα με διεπιστημονική κατάρτιση που επιτρέπει την εισβολή τους σε αυτό το είδος Εργα. Η Βιοϊατρική Φυσική αποτελείται από εφαρμογές των φυσικομαθηματικών επιστημών στη βιοϊατρική, οι εφαρμογές αυτές κυμαίνονται από έρευνα στη βασική επιστήμη στον τομέα της βιοϊατρικής έως την εφαρμοσμένη επιστήμη σε θέματα ιατρικού ή υγειονομικού ενδιαφέροντος.

Πώς σχετίζονται η Φυσική και η Βιοϊατρική;

Αν και αρχικά η Φυσική και η Βιοϊατρική φαίνεται να είναι δύο πολύ μακριά το ένα από το άλλο, η αλήθεια είναι ότι πολλές φορές το εμπόδιο που τους χωρίζει γίνεται α τόσο διάχυτη. Ίσως τα πρώτα στοιχεία που υποδήλωναν μια σχέση μεταξύ Φυσικής και Βιολογίας ήταν τα πειράματα που πραγματοποίησε ο Luigi Galvani στα οποία παρατήρησε ότι, περνώντας ένα

ηλεκτρικό ρεύμα από το νωτιαίο μυελό ενός νεκρού βάτραχου, τα πόδια του βατράχου τραντάζονταν με τρόπο παρόμοιο με αυτό που έκαναν όταν ο βάτραχος ήταν ζωντανός. Σήμερα γνωρίζουμε ότι τα νευρικά σήματα δεν είναι τίποτα άλλο από ηλεκτρικές ώσεις που αποστέλλονται μέσω των αξόνων των νευρώνων και ότι η μυϊκή σύσπαση πραγματοποιείται από α συνεχής μεταφορά ιόντων μέσω των μεμβρανών των μυϊκών ινών.

Λόγω αυτής της σημασίας που έχουν τα ηλεκτρικά φαινόμενα στα έμβια όντα, η Φυσική έχει συμβάλει σε μεγάλο βαθμό στην ανάπτυξη τεχνικών που επιτρέπουν την ανίχνευση βιοηλεκτρικών σημάτων για τη μελέτη βιολογικών συστημάτων ή για τη διάγνωση ασθένειες. Σε αυτή την τελευταία κατηγορία ξεχωρίζουν διαγνωστικές τεχνικές όπως το Ηλεκτροκαρδιογράφημα (ΗΚΓ), το οποίο συνίσταται στην ανίχνευση των ηλεκτρικών σημάτων του καρδιά και το Ηλεκτροεγκεφαλογράφημα (EEG) που αναλύει τα ηλεκτρικά σήματα του εγκεφάλου, και οι δύο μέθοδοι επιτρέπουν την ανίχνευση ανωμαλίες στα ηλεκτρικά σήματα των προαναφερθέντων οργάνων που μπορεί να σχετίζονται με διάφορες παθολογίες ή συνθήκες.

Οι ανακαλύψεις που έγιναν από τη Φυσική είχαν επίσης μεγάλο αντίκτυπο στη μελέτη της Βιολογίας. Η ανακάλυψη των ακτίνων Χ από τον Röntgen το 1895 επέτρεψε την ανάπτυξη της κρυσταλλογραφίας ακτίνων Χ, μιας τεχνικής που χρησιμοποιεί ακτίνες Χ για να ανακαλύψει την ατομική δομή ορισμένων μορίων. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιήθηκε από τους Rosalind Franklin, James Watson και Francis Crick για να βάλουν τέλος στο μεγάλο μυστήριο της δομής του dna και αποκαλύπτουν τη δομή της διπλής έλικας. Επίσης, η Φυσική έχει παίξει σημαντικό ρόλο κατά την ποσοτική μελέτη των μοριακών μηχανισμών που καθιστούν δυνατή την ύπαρξη ζωής και την ανάπτυξη τεχνικών όπως π.χ. μικροσκόπιο ατομικής δύναμης (AFM), οπτικά τσιμπιδάκια και μικρορευστικά συστήματα που διευκολύνουν τη μελέτη βιολογικών συστημάτων.

Στην ιατρική, ορισμένες διαγνωστικές τεχνικές όπως η ακτινογραφία, η υπολογιστική τομογραφία (CT) και η απεικονιστική τομογραφία Η οπτική συνοχή (OCT) δεν θα μπορούσε να είναι δυνατή χωρίς την κατανόηση της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας και της αλληλεπίδρασής της με το σώμα ο άνθρωπος. Άλλες διαγνωστικές μέθοδοι όπως ο μαγνητικός συντονισμός (MR) και η τομογραφία εκπομπής ποζιτρονίων (PET Scan) Βασίζονται σε καθαρά κβαντικά φαινόμενα των οποίων η κατανόηση τους επέτρεψε να βρουν εφαρμογή στο πεδίο γιατρός. Επίσης, θεραπείες όπως η Ακτινοθεραπεία που συνίσταται στην εφαρμογή μεγάλων δόσεων ακτινοβολίας παράγοντας ιονισμού για τη θανάτωση καρκινικών κυττάρων με στοχευμένο τρόπο, απαιτεί συνεχή παρακολούθηση για να εξασφαλίσει το αποτελεσματικότητα της θεραπείας και του ασφάλεια του ασθενούς. Είναι σημαντικό να αναφέρουμε ότι η ανάπτυξη και η διαχείριση αυτών των διαγνωστικών και θεραπευτικών τεχνικών είναι καθήκον ενός άλλου πιο εξειδικευμένου κλάδου της φυσικής που ονομάζεται «Ιατρική Φυσική».

Επί του παρόντος, ένας από τους κλάδους που κερδίζει σημαντικό βάρος στη βιοϊατρική έρευνα είναι η ανάπτυξη μαθηματικών και υπολογιστικών μοντέλων φυσιολογικών διεργασιών. Σε αυτά τα μοντέλα, η φυσική και τα μαθηματικά χρησιμοποιούνται για να γίνουν αριθμητικές αφαιρέσεις βιολογικών συστημάτων, αυτά τα μοντέλα μπορούν να εισαχθούν σε ένα υπολογιστή να πραγματοποιήσει προσομοιώσεις και να πραγματοποιήσει αυτό που είναι γνωστό ως «In Silico Studies». Τα πειράματα στο Silico ήταν πολύ χρήσιμα για την καθοδήγηση και την τόνωση άλλων πειραμάτων που είναι πραγματοποιούνται στον βιολογικό χώρο και αναμένεται ότι στο μέλλον θα αναλάβουν μεγαλύτερο ρόλο σε κλάδους όπως π.χ. ο ΜΟΡΙΑΚΗ ΒΙΟΛΟΓΙΑ, ο Φαρμακολογία, μεταξύ άλλων.

Οι απαντήσεις σε μεγάλα αινίγματα της φύσης έχουν ληφθεί χάρη στην αλληλεπίδραση διαφορετικών επιστημονικών κλάδων και όλα δείχνουν ότι αυτό θα συνεχίσει να συμβαίνει και στο μέλλον.