Obiettivi Formativi

L'Insegnamento di Fisica Applicata ha l'obiettivo di fornire agli studenti: - le basi scientifiche propedeutiche alla preparazione teorico-pratica necessaria ai sensi della direttiva 75/363/CEE all'esercizio della professione medica, fornendo gli strumenti metodologici e culturali necessari, anche in relazione all'ambiente fisico che ci circonda, per la pratica professionale; - le conoscenze teoriche essenziali che derivano dalle scienze di base, nella prospettiva della loro successiva applicazione professionale; - la capacità di rilevare e valutare criticamente, in una visione unitaria estesa anche alla dimensione socioculturale e di genere, i dati relativi allo stato di salute e di malattia del singolo individuo, interpretandoli alla luce delle conoscenze scientifiche di base; - una approfondita conoscenza dello sviluppo tecnologico e biotecnologico della moderna bio-medicina, comprensivo della conoscenza dei principi della ricerca scientifica applicata all'ambito bio-medico e della capacità di ricercare ed interpretare il dato scientifico; la competenza informatica utile alla gestione dei sistemi informativi dei servizi, ed alla propria autoformazione. Pertanto al termine del Corso gli studenti dovranno avere conoscenze delle nozioni fondamentali e della metodologia della fisica per identificare, comprendere ed interpretare: - i fenomeni biomedici e l'organizzazione biofisica fondamentale e propedeutica ai processi fisiologici degli organismi viventi; - i meccanismi di trasmissione dell'informazione nervosa e di organizzazione strutturale nei vari distretti del corpo umano, con le sue principali applicazioni, dal livello macroscopico a quello microscopico ed i meccanismi attraverso i quali tale organizzazione si realizza; - i fondamenti delle principali metodiche fisiche di laboratorio applicabili allo studio qualitativo e quantitativo dei determinanti patogenetici e dei processi biologici significativi in medicina; - gli aspetti fisici delle modalità di funzionamento dei diversi organi del corpo umano; - i fondamenti fisici delle principali metodologie della diagnostica per immagini e dell'uso delle radiazioni; - i principi delle applicazioni alla medicina delle tecnologie biomediche. Quanto sopra al fine di acquisire le nozioni fisiche coinvolte nelle più frequenti malattie dell'apparato locomotorio, circolatorio, respiratorio, visivo, uditivo, nonchè del sistema nervoso, così come le interrelazioni esistenti tra i contenuti delle scienze di base e quelli delle scienze cliniche, nella dimensione della complessità che è propria dello stato di salute della persona sana o malata, avendo particolare riguardo alla inter-disciplinarietà della medicina, in modo anche da riuscire a proporre, in maniera corretta: - le diverse procedure di diagnostica di laboratorio, valutandone i costi e benefici e la capacità di interpretazione razionale del dato laboratoristico; - le diverse procedure di diagnostica per immagini, valutandone rischi, costi e benefici alla luce delle caratteristiche dell'interazione radiazione-materia; - le indicazioni per l'impiego delle diverse metodologie per l'uso di traccianti radioattivi, ivi incluso l'uso terapeutico delle radiazioni correttamente valutato in base al rapporto rischi/benefici, nel rispetto dei principi di radioprotezione.

Learning Goals

The Teaching of Fisica Applicata aims to provide students with: - The scientific preparation for the theoretical and practical training required pursuant to Directive 75/363/EEC to practice medicine by providing the tools necessary methodological and cultural, also in relation to the physical environment that surrounds us, for professional practice ; - The essential theoretical knowledge derived from the basic sciences, with a view to their subsequent professional application; - The ability to detect and evaluate critically, in a unified vision extended to the socio-cultural and gender, data on health status and health of the individual, interpreting them in the light of the scientific knowledge base; - An in-depth knowledge of the technological development of modern biotechnology and biomedicine, including the knowledge of the principles of applied scientific research scope bio-medical and ability to research and interpret the scientific data, the computer skills useful to the management of information systems services, and its own self-training. Therefore at the end of the course students will have knowledge of the fundamentals and methodology of physics used to identify, understand and interpret: - The biomedical phenomena and organizing fundamental biophysics of preparation for physiological processes of living organisms; - The mechanisms of transmission of nervous and structural organization in the various districts of the human body, with its main applications, from the macroscopic level to the microscopic and the mechanisms through which this organization is achieved; - The fundamentals of the main physical methods applicable to laboratory qualitative and quantitative study of the determinants and pathogenic biological processes important in medicine; - The physical aspects of the mode of operation of the various organs of the human body; - The physical fundamentals of the main methods of diagnostic imaging and the use of radiation; - The principles of medical applications of biomedical technologies. The above in order to acquire the concepts involved in more frequent physical illnesses of the musculoskeletal, circulatory, respiratory, visual, auditory, as well as the nervous system, as well as the inter-relationships among the contents of the basic sciences and the clinical sciences, in the dimension of complexity that is typical of the state of health of the person healthy or sick, having particular regard to the inter-disciplinary approach of medicine, so also to be able to propose, in a correct way: - The different procedures for laboratory diagnostics, assessing the costs and benefits and the ability to rational interpretation of laboratory data; - The different diagnostic imaging procedures, assessing risks, costs and benefits in the light of the characteristics of the interaction of radiation with matter; - The indications for the use of different methodologies for the use of radioactive tracers, including the therapeutic use of radiation properly evaluated based on the risk / benefit ratio, in compliance with the principles of radiation protection.

Metodi didattici

Lezioni frontali con videoproiezione di filmati e di slide show. Risoluzione di problemi ed esercizi per l'applicazione dei concetti di fisica. Esercitazioni in laboratorio virtuale di fisica.

Teaching Methods

Lectures with video projection of movies and slide shows. Resolution of problems and exercises to apply the concepts of physics. Exercises in Virtual Laboratory for Physics.

Prerequisiti

In base ai Programmi Ministeriali di Accesso al Corso di Studi, lo Studente deve essere già in possesso dei sequenti concetti: Misure dirette e indirette, grandezze fondamentali e derivate, dimensioni fisiche delle grandezze, conoscenza del sistema metrico decimale e dei Sistemi di Unità di Misura CGS, Tecnico (o Pratico) (ST) e Internazionale (SI), delle unità di misura (nomi e relazioni tra unità fondamentali e derivate), multipli e sottomultipli (nomi e valori). Grandezze cinematiche, moti vari con particolare riguardo a moto rettilineo uniforme e uniformemente accelerato; moto circolare uniforme; moto armonico (per tutti i moti: definizione e relazioni tra le grandezze cinematiche connesse); vettori e operazioni sui vettori. Forze, momenti delle forze rispetto a un punto. Composizione vettoriale delle forze. Definizioni di massa e peso. Accelerazione di gravità. Legge di gravitazione universale, 1°, 2° e 3° principio della dinamica Lavoro, energia cinetica, energie potenziali. Principio di conservazione dell’energia Cambiamenti di stato e calori latenti. Densità e peso specifico; pressione, e sue unità di misura (non solo nel sistema SI). Principio di Archimede. Principio di Pascal. Legge di Stevino. termometria e calorimetria. Calore specifico, capacità termica. Meccanismi di propagazione del calore. Cambiamenti di stato e calori latenti. Leggi dei gas perfetti. Primo e secondo principio della termodinamica. Legge di Coulomb. Campo e potenziale elettrico. Costante dielettrica. Condensatori. Condensatori in serie e in parallelo. Corrente continua. Legge di Ohm. Resistenza elettrica e resistività, resistenze elettriche in serie e in parallelo. Lavoro, Potenza, effetto Joule. Generatori. Induzione elettromagnetica e correnti alternate. Effetti delle correnti elettriche (termici, chimici e magnetici). Cenni sui fenomeni acustici e ottici elementari (riflessione, rifrazione, dispersione)

Prerequisites

According to the Ministerial Programmes Access to the Course of Study, the student must already be in possession of the following concepts: Direct and indirect measures, fundamental and derived quantities, the physical dimensions of quantities, knowledge of the metric system and the CGS System of Units, Technical (or Practical) (ST) and International (SI) units of measurement (names and relations between fundamental and derived units), and multiples (names and values). Kinematic quantities, various motions with particular regard to uniform and uniformly accelerated rectilinear motion, uniform circular motion, harmonic motion (for all motions: definition and relationship between the kinematic quantities related) vectors and vector operations. Forces, moments of forces about a point. Vector composition of forces. Definitions of mass and weight. Acceleration of gravity. Law of universal gravitation, 1st, 2nd and 3rd law of motion Work, kinetic energy, potential energy. Principle of conservation of energy Change of state and latent heats. Density and specific gravity, pressure, and its units of measurement (not only in the SI system). Archimedes' principle. Pascal's principle. Stevin's law. thermometry and calorimetry. Specific heat, thermal capacity. Mechanisms of heat propagation. Change of state and latent heats. Ideal Gas Laws. First and second law of thermodynamics. Coulomb's law. Electric field and potential. Dielectric constant. Capacitors. Capacitors in series and in parallel. Current. Ohm's law. Electrical resistance and resistivity, electrical resistances in series and in parallel. Work, Power, Joule effect. Generators. Electromagnetic induction and alternating currents. Effects of electric currents (thermal, chemical and magnetic). Outline of Elementary optical and acoustic phenomena (reflection, refraction, dispersion)

Verifiche dell'apprendimento

Ordinariamente l'esame viene svolto come un compito scritto, costituito da domande a risposta multipla.

Assessment

Ordinarily, the examination is conducted as a writing assignment, consisting of questions with multiple choice

Programma del Corso

Grandezze fisiche, eq. dimensionali, unità di misura; campi di forza; lavoro, energia cinetica e potenziale; stati di aggregazione e loro cambiamenti. Statica e dinamica del corpo umano; tipi di equilibrio; leve; modello fisico del sistema muscolare; il corpo umano come macchina; elasticità, elastomeri ed isteresi; fisica delle alterazioni motoria. Modello fisico del sistema circolatorio e circolazione del sangue; V.E.S.; pressione, portata e resistenza vasale; soluzioni elettrolitiche e colloidali; diffusione e permeabilità; pressione osmotica, tonicità ed osmolarità; scambi idrici capillari; lavoro osmotico; emolisi; congelamento cellulare; capillarità; fisica delle alterazioni circolatorie. Modello fisico del sistema respiratorio; diffusione dei gas e diosmosi; soluzione dei gas nei liquidi; tensione superficiale e respirazione; isteresi respiratoria; scambi gassosi alveolari e respirazione; fisica delle alterazioni respiratorie. Meccanismi di propagazione del calore; fisica del sistema di produzione e distribuzione del calore nell'organismo e termoregolazione; l'organismo come sistema termodinamico. Modello elettrico di una cellula e di un tessuto; potenziali elettrici di una carica puntiforme, un dipolo elettrico, una distribuzione di cariche elettriche; potenziali biologici: di doppio strato aperto (potenziale di membrana), doppio strato chiuso (potenziale cellulare); propagazione della corrente elettrica nei tessuti biologici ed effetti correlati; impedenza bioelettrica; misurazione di grandezze elettriche di interesse biomedico. Aspetti fisici del sistema visivo e l'occhio; lenti, loro aberrazioni e meccanismi visivi. Modello fisico del sistema uditivo e l'orecchio; emissione, propagazione, ricezione dei suoni e meccanismi auditivi; gli ultrasuoni. Le onde elettromagnetiche; lo spettro e.m.; radiazioni non ionizzanti e ionizzanti; i raggi X: loro produzione e caratteristiche, implicazioni biomediche e radioprotezione. Il decadimento radioattivo naturale ed artificiale e le sue implicazioni biomediche.

Course Syllabus

Physical quantities, dimensional equations, units, fields of force, work, kinetic and potential energy; aggregation states and their changes. Statics and dynamics of the human body; types of equilibrium; levers; physical model of the muscular system, the human body as a machine; elasticity, elastomers and hysteresis; physical alterations of the motor. Physical model of the circulatory system and blood circulation; VES, pressure, flow and vascular resistance; electrolyte solutions and colloids, diffusion and permeability, osmotic pressure, tonicity and osmolarity, water exchanges capillaries work osmotic hemolysis; freezing cell; capillarity; physical of circulatory changes. Physical model of the respiratory system; diffusion of gases and diosmosi; solution of gases in liquids, surface tension and breathing; hysteresis respiratory alveolar gas exchange and breathing; physics respiratory failure. Propagation mechanisms of the heat; physics of the system of production and distribution of heat in the body and thermoregulation, the body as a thermodynamic system. Electrical model of a cell and a fabric; electric potential of a point charge, an electric dipole, a distribution of electric charges; biological potentials: double layer open (membrane potential), double-layer closed (cell potential); propagation of electric current in biological tissues and related effects; bioelectrical impedance; measurement of electrical quantities of biomedical interest. Physical aspects of the visual system and the eye lenses, their aberrations and visual mechanisms. Physical model of the auditory system and the ear; emission, propagation, reception of sounds and auditory mechanisms; ultrasound. The electromagnetic waves; spectrum em; non-ionizing radiation and ionizing X-rays: their production and characteristics, biomedical implications and radiation protection. The natural and artificial radioactive decay and its biomedical implications.