Obiettivi Formativi

L'Insegnamento di Fisica Applicata ha l'obiettivo di fornire agli studenti 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. 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 Applied Physics aims to provide students with the necessary methodological and cultural tools, also in relation to the physical environment that surrounds us, for professional practice; - the essential theoretical knowledge deriving from the basic sciences, with a view to their subsequent professional application; - the ability to detect and critically evaluate, in a unitary vision extended also to the socio-cultural and gender dimension, the data relating to the health and illness of the individual, interpreting them in the light of basic scientific knowledge; - an in-depth knowledge of the technological and biotechnological development of modern bio-medicine, including knowledge of the principles of scientific research applied to the bio-medical field and the ability to research and interpret scientific data. Therefore at the end of the course the students will have to have knowledge of the fundamental notions and of the methodology of physics to identify, understand and interpret: - the biomedical phenomena and the fundamental and propaedeutic biophysical organization to the physiological processes of living organisms; - the mechanisms of transmission of nervous information and structural organization in the various districts of the human body, with its main applications, from the macroscopic level to the microscopic level and the mechanisms through which this organization is realized; - the fundamentals of the main physical laboratory methods applicable to the qualitative and quantitative study of pathogenetic determinants and significant biological processes in medicine; - the physical aspects of the functioning of the different organs of the human body; - the physical fundamentals of the main methods of imaging and radiation use; - the principles of applications to biomedical technology medicine. The above in order to acquire the physical notions involved in the most frequent diseases of the locomotor, circulatory, respiratory, visual and auditory apparatus, as well as of the nervous system, as well as the interrelations existing between the contents of the basic sciences and those of the clinical sciences, in the dimension of complexity that is proper to the state of health of the healthy or sick person, having particular regard to the inter-disciplinarity of medicine, so as to be able to propose, correctly: - the different laboratory diagnostic procedures, evaluating the costs and benefits and the capacity for rational interpretation of the laboratory data; - the different diagnostic imaging procedures, assessing risks, costs and benefits in light of the characteristics of the radiation-matter interaction; - the indications for the use of the different methodologies for the use of radioactive tracers, including the therapeutic use of correctly evaluated radiation based on the risk / benefit ratio, in compliance with the principles of radiation protection.

Metodi didattici

Lezioni frontali

Teaching Methods

Frontal lessons

Prerequisiti

Conoscenze di base di matematica

Prerequisites

Basic knowledge of mathematics

Verifiche dell'apprendimento

Prova scritta: quesiti a risposta aperta e a risposta multipla.

Assessment

Written exam: open questions and multiple choice questions.

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 of measurement; force fields; work, kinetic and potential energy; states of aggregation and their changes. Statics and dynamics of the human body; types of balance; levers; physical model of the muscular system; the human body as a machine; elasticity, elastomers and hysteresis; physics of motor alterations. Physical model of the circulatory system and blood circulation; V.E.S .; pressure, flow rate and vessel resistance; electrolytic and colloidal solutions; diffusion and permeability; osmotic pressure, tonicity and osmolarity; capillary water exchanges; osmotic work; hemolysis; cell freezing; capillarity; physics of circulatory changes. Physical model of the respiratory system; gas diffusion and diosmosis; solution of gases in liquids; surface tension and breathing; respiratory hysteresis; alveolar gas exchange and breathing; physics of respiratory alterations. Heat propagation mechanisms; physics of the system of production and distribution of heat in the body and thermoregulation; the organism as a thermodynamic system. Electric model of a cell and a fabric; electrical potentials of a point charge, an electric dipole, a distribution of electric charges; biological potentials: of open double layer (membrane potential), closed double layer (cell potential); propagation of electric current in biological tissues and related effects; bioelectric 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; ultrasounds. Electromagnetic waves; the e.m. spectrum; non-ionizing and ionizing radiation; X-rays: their production and characteristics, biomedical implications and radiation protection. Natural and artificial radioactive decay and its biomedical implications.