Біофізика складних систем
Структура за темами
-
Дисципліна «Біофізика складних систем» є базовою нормативною дисципліною для спеціальності “Молекулярна фізіологія та біофізика”, що читається в 1 та 2 семестрах в обсязі 6 кредитів (за Європейською Кредитно-Трансферною Системою ЕСТS), обсягом 180 годин.
Мета дисципліни – сформувати загальні знання про закономірності організації та функціонування складних біологічних систем.
Курс присвячений вивченню біофізичних механізмів діяльності декількох систем в організмі людини. Серцево-судинна, шлунково-кишкова та нервова системи розглядаються на всіх рівнях їх функціонування від їх ролі в організмі, через функціонування різних спеціалізованих клітин, що складають їх тканини до молекулярних механізмів, що лежать в основі роботи клітин. Курс зосереджений на загальному розумінні схожості та відмінностей у молекулярних сигнальних шляхах, важливих для роботи цих різних систем. Паралельно курс надає детальні відомості про найсучасніші біофізичні, молекулярно-біологічні та генетичні методи та підходи, що використовуються в сучасних наукових дослідженнях для вивчення клітинних та молекулярних механізмів, що опосередковують функціонуванням складних біофізичних систем.
-
Лекція 1. Біофізичні основи функціонування серцево-судинної системи.
1. Навіщо потрібно серце в складі організму?
2. Штучне серце.
3. Навіщо потрібна і як організована судинна система?
4. Концентрація О2 і СО2 в повітрі, артеріальної крові і тканинах організму.
Практика. Ознайомлення з принципами роботи з живими тканинами, що вилучені з організму.
Лекція 2. Сучасні біофізичні методи візуалізації і досліджень судинної системи.
1. Звичайна рентгенівська ангіографія.
2. Методи, засновані на магнітно-резонансній томографії та позитронно-емісійній томографії.
3. Лазерно-доплерівська флоуметрія.
4. Конфокальна мікроскопія.
5. Оптична мікро-ангіографія (OMAG).
Завдання
Контрольна робота: диктант по англійській термінології у галузі нейронаук.
Лекція 3. Газообмін в організмі і його порушення.
1. Газообмін в легенях і тканинах організму.
2. Закони Дальтона і Генрі.
3. Газообмін азоту.
4. Газообмін кисню.
5. Газообмін вуглекислого газу.
6. Причини розвитку та способи боротьби з кесонної хворобою.
Практика. Ознайомлення з принципами молекулярних досліджень у живих клітинах.
Лекція 4. Газообмін в організмі і його порушення (продовження).
1. Гірська хвороба.
2. Тиск газів в порожнинах організму.
3. Фізіологічні порушення при швидких зменшенні зовнішнього тиску.
4. Дихання та рН регуляція в крові та тканинах організму.
Завдання
Опрацювання розділів 5-6 книги Brain Facts.
Лекція 5. Судинна система та розвиток злоякісних новоутворень.
1. Необхідність судинної системи для розвитку злоякісних новоутворень.
2. Голодування.
3. Ангіогенезис та розвиток злоякісних новоутворень.
4. Кисень-залежний механізм активації/деградації HIF-1α та ріст судин.
5. Підходи до лікування за рахунок «управління» судинами.
Завдання
1. Оцінити об’єм, що перекачує серце в день.
2. Яка кількість азоту (мг) виводиться у хвилину з організму людини при правильному спливанні з глибини.
3. Чи можемо ми оцінити споживання енергії людиною, маючи на увазі, що вона витрачає 200 мг О2 на хвилину?
4. Оцініть різними способами (за диханням і добовою дієтою) потреби людини в О2 та кількість виведення СО2 в хвилину.
5. Чому артеріальна кров рожева, а венозна темна?
6. Використовуючи закони Дальтона та Генрі розрахувати концентрацію О2 і СО2 у крові людини (грам/літр).
7. Чому виникає гірна хвороба і що «робить» організм для боротьби з нею?