Біофізика

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук

Біофі́зика — галузь науки, яка вивчає фізичні та фізико-хімічні явища зародження, формування, життєдіяльність, відтворення життя на всіх рівнях, починаючи з молекул, клітин, органів та тканин, закінчуючи організмами та біосфери в цілому.

Історія[ред.ред. код]

Спочатку біофізика розвивалася як частина фізіології, і тільки в XX столітті, завдяки досягненням фізики і фізичної хімії, з одного боку, і фізіології, з іншого, вона виділилась в самостійну науку.

У XVII столітті Михайло Ломоносов, виходячи з уявлень про хімічний зв'язок подразних молекул матерії з молекулярними й ефірними структурами нервів, описав механізм подразнень в чутливих нервах і поширення збудження в нервах, а також пояснив, як виникає відчуття смаку і нюху. Італійський фізіолог Луїджі Гальвані (1791) поклав початок електробіології, довівши, що в живих тканинах є електрика. У XIX столітті німецький фізіолог Герман Гельмгольц визначив швидкість поширення процесів збудження вздовж нерва і заклав основи сучасної фізіологічної оптики і фізіологічної акустики.

Фізіологи І. М. Сєченов, О. Ф. Веріго, О. Ф. Самойлов, М. Є. Введенський, О. О. Ухтомський, Д. С. Воронцов розробили біофізику м'язів і нервів. К. А. Тімірязєв, спираючись на закон збереження енергії, вперше встановив (1875) кількісну залежність між швидкістю фотосинтезу і поглинанням хлорофілом світлових хвиль різної довжини.

Український фізіолог В. Ю. Чаговець, виходячи з теорії електролітичної дисоціації, вперше (1896) висунув фізико-хімічну теорію електричних явищ у живих тканинах, яку він докладно розвинув у своїх наступних працях.

Радянський фізіолог та біофізик П. П. Лазарєв вперше розробив точні фізичні методи обліку поглинутої енергії, встановив зв'язок між поглинанням енергії і фотохімічною дією, розвинув іонну теорію збудження Вальтера Нернста і розробив теорію адаптації щодо всіх органів чуття і центральної нервової системи.

Анохін П. К.(1898–1974), учень Бехтерева та Павлова сформулював у п'ятдесятих теорію функціональних систем, запровадивши поняття системогенезу, як механізм формування живих систем, показавши детермінізм явищ, формування та розвитку систем і критерії іх визначення. Чижевский О. Л.(1897–1964), творець геліобіофізики та поняття космічної погоди. Вперше встановив механізми впливу на біосферу і соціум сонячної активності. Ключовими в роботах були встановлені механізми електричних явищ в гемодінаміці.

В останнє десятиріччя найбільш інтенсивно розвивається радіобіологія — розділ біофізики, що вивчає вплив іонізуючих випромінювань на живий організм. Відкриття Фредеріком та Ірен Жоліо-Кюрі (1932) штучної радіоактивності збагатило біологічну науку новими точними методами дослідження (мічені атоми, авторадіографія, гісторадіографія та ін.), які дали можливість глибоко вивчати обмінні процеси в організмі. Застосування штучних радіоактивних ізотопів у медицині розширило можливості діагностики і лікування окремих хвороб, зокрема деяких форм рака. В наш час, коли людина опанувала ядерну енергію, перед біофізикою постають нові актуальні проблеми: захист від шкідливих ядерних випромінювань, вивчення впливу на організм умов міжпланетних подорожей тощо.

Метод[ред.ред. код]

Біофізичне дослідження характеризує фізична постановка завдання, що стосується живої природи, та застосування фізичних понять і термінів щодо опису біологічних явищ. Біофізика вивчає також дію фізичних факторів навколишнього середовища на живу матерію. Великою перевагою біофізики є можливість використання непрямих, опосередкованих методів дослідження об'єктів пізнання (безпосереднє вивчення яких з певних причин неможливе) шляхом дослідження їх моделей. Для розуміння перебігу фізико-хімічних процесів у клітинах вищих організмів використовуються як моделі простіші організми, ізольовані клітини або культури клітин, де механізми, що вивчаються, влаштовані простіше. Застосовуються також чисто фізико-хімічні моделі, призначення яких полягає у виділенні явища в «чистому» вигляді з метою показу його сутності.

Сучасна біофізика використовує найновіші методи кількісного дослідження, що дає змогу одержувати кількісні залежності між змінами різних фізико-хімічних параметрів живої системи.

Удосконалення й розроблення в цьому напрямку методів з вимірювання електричних потенціалів, іонних струмів, діелектричних властивостей, електропровідності, спектральних характеристик, хемолюмінесценції та інших є важливим джерелом при розв'язанні багатьох проблем сучасної біології. Біофізика з'ясовує важливі практичні завдання і разом з іншими науками є теоретичною основою біології та медицини.

Напрямки досліджень[ред.ред. код]

Основні напрямки досліджень:

Сучасна біофізика поділяється за спеціалізацією за рівнем організації об'єктів чи явищ та методів:

  • Біофізика складних систем досліджує явища та механізми системогенезу (еволюція, індивідуальний розвиток) та функціонування живих організмів чи біоценозів (соціуму), проблеми регулювання й саморегулюванняна рівні клітин, органів, організмів та біоценозів і біосфери вцілому.
  • Прикладна біофізика є цільові дослідження питань прикладного характеру та використання знань, методів, контролю чи керування явищами задля прикладних розробок та їх застосування: медична, екологічна, розвитку, та технічні (біотехнічні) чи технологічні їх напрямки:
  • інформатика, хоч не є грунтовним розділом біофизики, та дуже тісно повязана з нею в сфері біонічного підходу (інженеринг, нейронні мережі, моделювання);
  • біометрія: метрологічна, медична, ергономічна, біотехнічна, екологічна;
  • біомеханіка повязує функції та структуру опорно-рухового апарату з рухом біосистем - протезування, робототехніка, ергономіка, дизайн, архітектура;
  • біофизіка періодичних (циклічних) процесів - біоритмологія та хрономедицина, адаптаційні механізми, періодичні процеси, фізичні умови та стимули для компенсації чи посилення дії періодичних умов природніх чи штучних джерел впливу;
  • екологічна геобіофізика - дослідження, класифікація біофізичних аномалій геофізичного та антропогенного походження, контроль та запобігання і профілактики їх негативного впливу;

Біофізика в Україні[ред.ред. код]

Проблеми біофізики широко опрацьовувалися у СРСР.

В Україні дослідження у галузі біофізики провадяться зокрема в Інституті фізіології ім. О. О. Богомольця Національної академії наук України, Дніпропетровському національному університеті ім. Олеся Гончара, Київському національному університеті ім. Т. Г. Шевченка, Харківському національному університеті ім. В. Н. Каразіна.

Також в Україні створене і діє Українське біофізичне товариство.

Література[ред.ред. код]

  • ВАК України. Паспорт спеціальності.
  • Українська радянська енциклопедія. В 12-ти томах / За ред. М. Бажана. — 2-ге вид. — К.: Гол. редакція УРЕ, 1974-1985.
  • Костюк П. Г., Зима В. Л., Магура І. С., Мірошниченко М. С., Шуба М. Ф. Біофізика. — К.: ВПЦ "Київський університет", 2008. — 567 с.
  • Кравець В. І. Біофізика. — Івано-Франківськ: Прикарпатський національний університет, 2005. — 256 с.
  • Аккерман Ю. Биофизика. — М.: Мир, 1964. — 684 с.
  • Андреев Ю. Н., Дзюбенко М. С. Физика в современной медицине. — Л.: Медгиз, 1953. — 164 с.
  • Волькенштейн М. В. Биофизика. — М.: Наука, 1988. — 592 с.
  • Воронцов Д. С. Раздражительность и возбуждение как общие свойства живых образований // Наукові записки науково-дослідного інституту фізіології тварин КДУ, 2 (1947) (2).
  • Лазарев П. П. Современные проблеми биофизики. — М.Л.: Изд-во АН СССР, 1945. — 152 с.
  • Чаговец В. Ю. Избранные труды. — К.: Изд-во АН УССР, 1957. — 514 с.