Biofyzika

Z Multimediaexpo.cz

Biofyzika je mezioborová disciplína (hraniční obor) zkoumající biologické objekty a problémy fyzikálními metodami. Termín biofyzika se začal objevovat počátkem 20. století, ale už dávno předtím byla provedena řada studií na pomezí biologie a fyziky, které z dnešního pohledu pod toto označení spadají. Biofyzika je jedním z moderních vědních oborů, které vycházejí z fyziologie.

Obsah

Z historie

Výzkum elektřiny v živých organismech započal v 18. století Ital Luigi Galvani. Německý lékař a fyzik Hermann von Helmholtz změřil v 19. století rychlost šíření nervového vzruchu. Významné pro rozvoj biofyziky jsou i jeho studie fyziologie vidění a vnímání zvuků. Při výzkumu mechanismu fungování svalů přispěl k moderní formulaci zákona zachování energie.

Na tyto a řadu dalších prací navázaly výzkumy ve 20. století:

Švédský oftalmolog Allvar Gullstrand popsal na fyzikálních principech fungování oka. Položil tak základ modernímu očnímu lékařství. V roce 1911 obdržel za svoji práci Nobelovu cenu.

Za objasnění fyziologie vnitřního ucha byly vědcům maďarského původu Robertu Báránymu a Georg von Békésymu rovněž uděleny Nobelovy ceny - v letech 1914 a 1961.

Do období okolo roku 1920 spadá vývoj diagnostických metod elektrokardiografie a elektroencefalografie, vycházejících z empirického pozorování souvislostí měřitelných elektrických veličin a stavu fungování srdce a mozku jakožto životně významných orgánů.

Britové Alan Lloyd Hodgkin a Andrew Huxley se zabývali měřením a vysvětlením mechanismu šíření elektrických potenciálů na neuronech, John Carew Eccles prozkoumal a vysvětlil fungování nervových spojů - synapsí. Tyto studie jsou dodnes platným základem pro chápání fungování nervového systému. Jejich autorům byla v roce 1963 udělena Nobelova cena.

Fyzikální zkoumání biologických molekul

Ve fyzice přinesl popis látek na molekulární úrovni - ať již v pevném, kapalném či plynném skupenství - podstatný posun v pochopení jejich vlastností a chování. Předpokládalo se, že stejnou měrou přispěje studium složitých biologických molekul, zejména nukleových kyselin a bílkovin, i k pochopení dosud neodkrytých zákonitostí určujících chování živých systémů.

Rentgenografická difrakční analýza DNA, provedená na britských univerzitách souběžně na dvou pracovištích v Cambridge a v Londýně, vedla k objevení její šroubovicové struktury. James D. Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins a Rosalind Franklinová popsali strukturu molekuly DNA v dubnu 1953 v časopise Nature. Tento objev je jedním z nejvýznamnějších objevů 20. století, jako naprosto klíčový vedl ke vzniku molekulární genetiky jako nového oboru, pro moderní biologii naprosto nepostradatelného. V roce 1962 byla prvním třem jmenovaným autorům udělena Nobelova cena za fyziologii a medicínu.

V téže době, v 50. letech 20. století, byly zakládány vědecké ústavy a společnosti, nesoucí ve svém jménu označení biofyzikální. Za všechny uveďme Biophysical Society v USA nebo brněnský Biofyzikální ústav ČSAV. Jeho zakladatel a první ředitel prof. MUDr. RNDr. Ferdinand Herčík je považován za zakladatele biofyziky v Československu. Vesměs svým zaměřením vycházely a dodnes vycházejí z vymezení pojmu biofyziky jako vědeckého oboru, který zkoumá fyzikálními metodami biologicky významné molekuly a tak vede k vysvětlení a pochopení hlubších zákonitostí biologických jevů. Druhým základním oborem biofyziky je zkoumání účinků fyzikálních faktorů na živé systémy.

Další přístupy

Pojem biofyzika bývá často chápán v podstatně širším smyslu. Uvedeme zde alespoň několik příkladů, co do něj bývá zahrnováno nebo s ním spojováno:

Výzkum reakce živých organismů na široké spektrum elektromagnetického záření. Kromě klasické radiologie sem spadá i léčba světlem - fototerapie.

Studie spadající do biomechaniky představují další velmi rozsáhlou oblast, která zahrnuje např. výzkum letu ptáků nebo hmyzu, plování ryb a vodních savců, nebo popis fungování krevního oběhového systému - hemodynamika.

Nejrůznější diagnostické a terapeutické postupy, využívající fyzikálních metod, např. ultrazvuková tomografie, počítačová tomografie, využití laseru v chirurgii nebo neinvazivní rozbíjení ledvinových a žlučových kamenů akustickými rázovými vlnami - litotripse.

Experimentální metody

Z experimentálních metod lze jmenovat např:

Literatura

  • Prosser V. a kol.: Experimentální metody biofyziky. Academia,Praha 1989.
  • Skála L.: Kvantová teorie molekul (skripta). Karolinum, Praha 1995.
  • Hrazdira I. a kol." Biofyzika. Avicenum, Praha 1990.
  • Hrazdira I., Mornstein V.: Lékařská biofyzika a přístrojová technika. Neptun, Brno 2004.

Externí odkazy


Citováno z „http://www.multimediaexpo.cz/mmecz/index.php/Biofyzika“