Corso di laurea in Ostetricia - Torino

Fisica medica

Anno accademico 2010/2011

• B2 C.I. STRUTTURA, FUNZIONE E MORFOLOGIA DEL CORPO UMANO II

Sommario insegnamento

• Obiettivi formativi
• Programma
• Testi consigliati e bibliografia
• Note
• Strumenti didattici

Obiettivi formativi

Far acquisire allo studente le conoscenze di base dei principi della Fisica necessari per la comprensione del funzionamento dei principali sistemi che costituiscono il corpo umano e per l’utilizzo della strumentazione biomedica, con particolare attenzione alle applicazioni di interesse per il corso di laurea.

Programma

-        Richiami di matematica; grandezze fisiche e unità di misura: Proprietà delle potenze ed uso delle potenze di 10. Percentuali, variazione assoluta e relativa di una grandezza. Proporzionalità diretta ed inversa. Rappresentazione grafica di una relazione tra grandezze. Grandezze scalari e vettoriali. Operazioni coi vettori. Definizione di grandezza fisica. Grandezze fondamentali e derivate. Il Sistema Internazionale di unità di misura. Multipli e sottomultipli. Errori di misura sistematici e casuali.

-        Biomeccanica ed elasticità: Cenni di cinematica del punto: moto rettilineo uniforme, moto uniformemente accelerato e moto circolare uniforme. Principi della dinamica e esempi di forze: forza peso e accelerazione di gravità; forza centripeta; forza d’attrito. Baricentro di un corpo. Momento di una forza e condizioni di equilibrio di un corpo rigido. Leve ed esempi di articolazioni del corpo umano. Lavoro ed energia. Potenza meccanica e rendimento. Energia cinetica e potenziale di un corpo. Legge di Hooke; elasticità delle ossa e dei vasi sanguigni.

-     Fenomeni elettrici e fisiologia dei tessuti eccitabili: Il modello atomico e la carica elettrica. Legge di Coulomb e campo elettrico. Energia potenziale elettrica e differenza di potenziale elettrico; esempio del campo elettrico uniforme e del dipolo elettrico. Capacità elettrica e condensatori; esempio della membrana cellulare. Intensità di corrente. Materiali conduttori ed isolanti. Resistenza elettrica e legge di Ohm. Potenza elettrica ed  effetto Joule. Cenno sulle correnti alternate e sugli effetti del passaggio della corrente elettrica nel corpo umano.

-        Meccanica del fluidi e apparato cardio-circolatorio: Fluidi ideali e reali. Densità e pressione. Pressione idrostatica e legge di Stevino. Esperimento di Torricelli e unità di misura della pressione (Pa e mmHg). Applicazioni biomediche della pressione idrostatica: effetti della gravità sulla pressione nei vasi sanguigni; la fleboclisi. Definizione di portata e portata del cuore. Equazione di continuità di un condotto e velocità del sangue nei vari distretti del circolo sistemico. Teorema di Bernoulli e applicazioni (aneurisma e stenosi). Lavoro motore del cuore. Attrito viscoso nei liquidi reali. Viscosità del sangue e velocità critica nei vasi. Legge di Hagen-Poiseuille e resistenza idrodinamica del circolo sistemico. Pressione nei vari distretti dell’albero circolatorio; azione del sistema simpatico sul letto vascolare; onda pulsatoria e polso arterioso; variazioni di pressione legate alla postura. Misura della pressione arteriosa: lo sfigmomanometro e il manometro a liquido. Concentrazione. Diffusione e leggi di Fick. Membrane semipermeabili e osmosi. Leggi di Van’t Hoff. Soluzioni fisiologiche. Principio di Archimede e galleggiamento dei corpi. Velocita` di sedimentazione e centrifugazione; esempio della VES.

-        Gas, fenomeni molecolari di superficie e apparato respiratorio: Sistemi termodinamici. La temperatura assoluta e le diverse scale termometriche. Tavola periodica degli elementi, massa atomica, mole e numero di Avogadro. Equazione di stato dei gas perfetti; trasformazioni isoterme, isocore e isobare rappresentate sul piano pV. Frazioni molari, pressioni parziali e legge di Dalton. I gas reali. Tensione di vapore e umidità assoluta e relativa. Composizione dell’aria libera e dell’aria alveolare. Tensione di vapor saturo dell’acqua e pressioni parziali dei gas presenti nell’aria alveolare. Lamine liquide e tensione superficiale; effetto dei tensioattivi. Legge di Laplace. Solubilità dei gas nei liquidi. Embolia gassosa.

-        Calorimetria, termoregolazione, metabolismo e apparato digerente: Dilatazione termica e termometro clinico. Il calore come forma di energia e la caloria. Il calore specifico e le condizioni di equilibrio termico. Trasformazioni di fase e calori latenti. Meccanismi di propagazione del calore (conduzione, convezione e irraggiamento). Termoregolazione corporea: meccanismi di produzione e di dispersione del calore nell’organismo umano. Metabolismo e energia fisiologica minima.

-        Onde. Elementi di acustica e ottica: Caratteristiche delle onde: frequenza, periodo, lunghezza d’onda, ampiezza e velocità di propagazione. Onde trasversali e longitudinali. Principio di linearita` e interferenza. Caratteristiche e formazione di onde stazionarie. Intensità sonora e legge del quadrato della distanza. L’orecchio umano. Curva di udibilita` e sensazione sonora. Cenni sull’effetto Doppler, gli ultrasuoni e le applicazioni ecografiche. Onde elettromagnetiche e loro spettro. Il fotone e la costante di Planck. La luce visibile. Velocità della luce, indice di rifrazione di un mezzo e dispersione della luce. Riflessione e rifrazione. Angolo limite e riflessione totale; le fibre ottiche. Lenti sottili e costruzione delle immagini. Potere diottrico. L’occhio umano e le anomalie visive.

-        Raggi X e radioattivita`: Radiazioni ionizzanti e loro interazione con la materia. Produzione dei raggi X e impiego in diagnostica e radioterapia. Radionuclidi e legge del decadimento radioattivo; utilizzo in medicina nucleare. Effetti biologici delle radiazioni e elementi di dosimetria. 

V. MONACO, R. SACCHI e A. SOLANO, Elementi di Fisica, McGraw-Hill (Milano), 2007 A. BOSSI, L. CONTE, I. CORTINOVIS, C. MORDACCHINI, Fisica medica, statistica e informatica, MASSON (Milano), 2000. C. GUIOT, Appunti di fisica applicata ai sistemi biologici, CLU (Torino), 1998 M. FAZIO, G. TOSI, G. EULISSE e M. PERTOSA, Fondamenti di fisica e biofisica, Ed. Sorbona (Milano) F. BORSA, G.L. INTROZZI e D. SCANNICCHIO, Elementi di Fisica per Diplomi Universitari di indirizzo medico e biologico, Ed. Unicopli (Milano) L. FOLLINI, Fisica e Biofosica, Piccin (Padova) E. RAGOZZINO, Elementi di Fisica, EdiSES (Napoli)

Note

- Il corso e' svolto in modalita' tradizionale con lezioni frontali ed eventuale utilizzo di supporti informatici. - A supporto della didattica e in particolare per la preparazione della prova scritta, gli studenti possono usufruire di eventuali esercitazioni facoltative su richiesta, tenute dai collaboratori dalla didattica. - Il programma d'esame coincide con il programma del corso. - La valutazione avviene con una prova scritta ed una prova orale opzionale.

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