Биофизика и биохимия человека

УТВЕРЖДАЮ
Директор ФТИ
___________ О.Ю. Долматов
«___»_____________2015 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА ДИСЦИПЛИНЫ
Биофизика и биохимия человека
Направление ООП 14.04.02 «Ядерные физика и технологии»
Профиль подготовки Медицинская физика
Квалификация (степень)
магистр
Базовый учебный план приема
2015 г.
Курс 2 семестр 3
Количество кредитов 3
Код дисциплины М1.ВМ4.4.1
Виды учебной деятельности
Лекции, ч
Практические занятия, ч
Лабораторные занятия, ч
Аудиторные занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
ИТОГО, ч
Временной ресурс
по очной форме обучения
16
16
16
48
60
108
Вид промежуточной аттестации зачет в 3 семестре
Обеспечивающее подразделение кафедра прикладной физики ФТИ
Заведующий кафедрой___________________
А.Р. Вагнер
Руководитель ООП ____________________
В.С. Яковлева
Преподаватель
А.В. Носарев
____________________
2015г.
1. Цели освоения дисциплины
Целью дисциплины является ознакомление студентов направления
14.04.02, профиль «медицинская физика «с основами биохимии и биофизики
человека, функционированием клеток и тканей организма и методов
изучения систем организма.
2. Место модуля (дисциплины) в структуре ООП
Для успешного освоения дисциплины студенты должны иметь знания (в
частности, знать биологию, химию) в объеме средней школы и физику в
объеме начальных курсов вуза.
До освоения данной дисциплины изучение предметов по программе
высшего профессионального образования не требуется. Параллельно с
данной дисциплиной могут изучаться следующие циклы: Общие
гуманитарные
и
социально-экономические
дисциплины;
Общие
математические
и
естественнонаучные
дисциплины;
Общие
профессиональные дисциплины
3. Результаты освоения модуля (дисциплины)
В соответствии с требованиями ООП освоение дисциплины (модуля)
направлено на формирование у студентов следующих компетенций
(результатов обучения), в т.ч. в соответствии с ФГОС:
Таблица 1
Составляющие результатов обучения, которые будут получены при изучении данной
дисциплины
Результаты
Составляющие результатов обучения
обучения
Владение
(компетенци Код
Знания
Код
Умения
Код
опытом
и из ФГОС)
Р1
Р3
З1.13
основ биохимии,
физиологии и
анатомии человека
З3.2
основных принципов
построения
теоретических,
физических
и
математических
моделей,
описывающих
процессы биохимии,
физиологии
и
анатомии
человека
при
воздействии
ионизирующих
У1.13
применять знания о
биохимии,
физиологии и
анатомии человека
в профессиональной
деятельности.
У3.2
создавать
теоретические,
физические
и
математические
модели, описывающие
процессы биохимии,
физиологии
и
анатомии
человека
при
воздействии
ионизирующих
излучений
В1.13
навыками
применения
основных знаний о
биохимии,
физиологии
и
анатомии человека в
профессиональной
деятельности
В3.2
основными
принципами
построения
теоретических,
физических
и
математических
моделей,
описывающих
процессы биохимии,
физиологии
и
анатомии
человека
при
воздействии
излучений
ионизирующих
излучений
В результате освоения дисциплины (модуля) студентом должны быть
достигнуты следующие результаты:
Таблица 2
Планируемые результаты освоения дисциплины (модуля)
Формируемые
компетенции в
Результаты освоения дисциплины
соответствии с
ООП*
Р1
Р2
Бережное отношение к экологии и защите населения от вредных факторов
Умение применять необходимые биофизические методы в исследовательских
целях.
4. Структура и содержание дисциплины
4.1 Содержание дисциплины
Дисциплина содержит 18 модулей.
1. Предмет изучения биофизики, понятия о простых и сложных
системах.
2. Структура клетки, основные внутриклеточные компоненты и
функции.
3. Биофизика и биохимия мембран. Виды и свойства липидов.
4. Мембранные белки, виды белков и их функции.
5. Транспорт в клетках и тканях. Виды транспорта. Ионные каналы.
Белки-переносчики, АТФазы.
6. Биохимия транспорта. Кинетика биохимических реакций и
биофизических процессов. Уравнение Михаэлиса-Мэнтен.
7. Квантовая биофизика. Основы взаимодействия электромагнитного
излучения с веществом и клеткой.
8. Биофизические и биохимические аспекты радиационного повреждения
клеток и тканей.
9. Электрические свойства клеточной мембраны. Электрические
процессы в клетке. Пассивные и активные электрические свойства
мембран клеток.
10.Потенциал действия, фазы потенциала действия, распространение по
мембране клетки.
11.Распространение нервного импульса. Биофизика и биохимия синапсов.
12.Внутриклеточная и межклеточная сигнализация: биохимические
аспекты.
13.Внутриклеточные сигнальные системы. Передача информации между
клетками.
14.Биофизические основы электрокардиографии, проводящая система
сердца. Электрофизиологические изменения при патологических
изменениях.
15.Основы гемодинамики, реографические методы исследования
сердечно-сосудистой
системы.
Особенности
мозгового
кровообращения.
16.Биофизические и биохимические процессы головного мозга. Методы
исследования элетрофизиологических процессов в мозге человека. ЭЭГ
и ВП головного мозга.
17.Методы исследования нервно-мышечной системы человека.
18.Биофизика дыхания. Легочные объемы и ёмкости, скоростные
показатели дыхания, основное уравнение дыхания.
4.2 Структура модуля (дисциплины)
Таблица 1.
Структура модуля (дисциплины)
по разделам и формам организации обучения
Название раздела/темы
Аудиторная работа (час)
Лекци Практ./сем.
Лаб. зан.
и
Занятия
1.
Предмет
изучения 0.5
1.0
биофизики, понятия о
простых
и
сложных
системах.
2. Структура клетки, 0.5
1.0
основные
внутриклеточные
компоненты и функции.
3. Биофизика и биохимия 1.0
1.0
мембран. Виды и свойства
липидов.
4. Мембранные белки, 1.0
1.0
1.0
виды белков и их функции.
5. Транспорт в клетках и 1.0
2.0
тканях.
Виды
транспорта.
Ионные
каналы.
Белкипереносчики, АТФазы.
6. Биохимия транспорта. 1.0
2.0
Кинетика биохимических
реакций и биофизических
процессов.
Уравнение
Михаэлиса-Мэнтен.
7. Квантовая биофизика. 1.0
1.0
2.0
СРС
СРС(
час)
2.0
Итого
3.5
3.0
3.5
3.0
5.0
4.0
7.0
4.0
7.0
4.0
7.0
4.0
8.0
Основы взаимодействия
электромагнитного
излучения с веществом и
клеткой.
8.
Биофизические
и
биохимические аспекты
радиационного
повреждения клеток и
тканей.
9. Электрические
свойства клеточной
мембраны. Электрические
процессы в клетке.
Пассивные и активные
электрические свойства
мембран клеток.
10. Потенциал действия,
фазы
потенциала
действия,
распространение
по
мембране клетки.
11.
Распространение
нервного
импульса.
Биофизика и биохимия
синапсов.
12. Внутриклеточная и
межклеточная
сигнализация:
биохимические аспекты.
13. Внутриклеточные
сигнальные системы.
Передача информации
между клетками.
14. Биофизические основы
электрокардиографии,
проводящая
система
сердца.
Электрофизиологические
изменения
при
патологических
изменениях.
15. Основы гемодинамики,
реографические методы
исследования
сердечнососудистой
системы.
Особенности
мозгового
кровообращения.
16.
Биофизические
и
биохимические процессы
головного мозга. Методы
исследования
элетрофизиологических
1.0
1.0
4.0
6.0
1.0
1.0
4.0
6.0
2.0
4.0
7.0
2.0
2.0
6.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
4.0
6.0
1.0
1.0
2.0
4.0
1.0
1.0
1.0
4.0
7.0
1.0
1.0
1.0
2.0
5.0
1.0
1.0
2.0
4.0
8.0
процессов
в
мозге
человека. ЭЭГ и ВП
головного мозга.
17. Методы исследования 1.0
нервно-мышечной
системы человека.
18. Биофизика дыхания. 1.0
Легочные
объемы
и
ёмкости,
скоростные
показатели
дыхания,
основное
уравнение
дыхания.
Итого
16.0
1.0
4.0
6.0
1.0
2.0
4.0
8.0
16.0
16.0
60.0
108.0
5. Образовательные технологии
Обеспечение достижения планируемых результатов освоения
дисциплины обеспечивается:
 повышением качества образования путем его фундаментализации,
информирования обучаемого о современных достижениях науки в
большем объеме и с большей скоростью;
 нацеленностью обучения на новые, в первую очередь на информационнокоммуникационные технологии;
 повышение творческого начала в образовании.
Таблица 2.
Методы и формы организации обучения (ФОО)
ФОО
Лекц.
Методы
IT-методы
Работа в команде
Case-study
Игра
Методы
проблемного
обучения.
Обучение
на основе опыта
Опережающая
самостоятельная
работа
Проектный метод
Поисковый метод
Пр. зан./
Сем.,
+
Лаб.
работы
СРС
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Исследовательский
метод
Другие методы
+
+
+
6. Организация и учебно-методическое обеспечение самостоятельной
работы студентов
Приводится характеристика всех видов и форм самостоятельной
работы студентов, включая текущую и творческую/исследовательскую
деятельность студентов:
6.1 Текущая СРС, направленная на углубление и закрепление знаний
студента, развитие практических умений.
- работа с лекционным материалом, поиск и обзор литературы и
электронных источников информации в сети ИНТЕРНЕТ по
индивидуально заданной проблеме курса,
- опережающая самостоятельная работа по проблеме курса,
- перевод текстов с иностранных языков по проблеме курса,
- изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку,
- подготовка к семинарским занятиям;
- подготовка к экзамену.
6.2
Творческая проблемно-ориентированная самостоятельная работа
(ТСР), ориентированная на развитие интеллектуальных умений,
комплекса универсальных (общекультурных) и профессиональных
компетенций, повышение творческого потенциала студентов.
- поиск, анализ, структурирование и презентация информации по
основным проблемам курса,
- выполнение расчетно-графических работ;
- исследовательская работа и участие в научных студенческих
конференциях, семинарах и олимпиадах по основным проблемам курса;
- анализ научных публикаций по заранее определенной преподавателем
теме;
- анализ статистических и фактических материалов по заданной теме,
проведение расчетов, составление схем и моделей на основе
статистических материалов.
6.3.
Содержание самостоятельной
(дисциплине)
работы
студентов
по
модулю
1. Перечень научных проблем и направлений научных исследований
Методы исследования мышечного напряжения сосудов и
висцеральных органов.
Механизмы повреждающего действия ионизирующих излучений на
организм.
Применение оптических методов для качественного и
количественного исследования сред организма.
Применение электрофизиологических методов для неинвазивного
исследования функций организма человека.
Поиск различных маркеров заболеваний человека.
Биофизические основы применения ионизирующего излучения для
лечения заболеваний человека.
Механизмы функционирования ионных каналов мембраны клетки.
2. Темы индивидуальных заданий.
3. Темы, выносимые на самостоятельную проработку.
1.Структура и функции мембранных белков.
2.Значение различных видов транспорта в жизни клетки.
3.Применение флюоресценции
исследованиях.
в
биохимических
и
биофизических
4.Применение исследования импеданса тканей в медицине.
5.Возможные нарушения внутриклеточной и межклеточной сигнализации
при радиационном поражении.
6.Изменения в ЭКГ и ЭЭГ человека при электромагнитных воздействиях.
7.Применение индикаторных газов в исследовании внешнего дыхания
человека.
6.4
Контроль самостоятельной работы
Оценка результатов самостоятельной работы организуется как
единство двух форм: самоконтроль и контроль со стороны преподавателей.
оценка домашних контрольных работ;
● оценка при защите специальных заданий с теоретическими вопросами
и задачами;
●
Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов
Для дополнительного самостоятельного изучения дисциплины могут
быть использованы следующие электронные ресурсы:
http://window.edu.ru/
http://rndc.ippe.obninsk.ru
6.5
7. Средства (ФОС) текущей и итоговой оценки качества освоения
модуля (дисциплины)
Средства оценки текущей успеваемости и промежуточной аттестации
студентов по итогам освоения дисциплины - перечень вопросов, ответы на
которые позволяют оценить степень усвоения теоретических знаний;
проблем, позволяющих оценить профессиональные и универсальные
(общекультурные) компетенции студентов.
Предмет изучения биофизики человека.
Структура клетки.
Основные внутриклеточные компоненты и функции.
Биофизика и биохимия мембран.
Виды и свойства липидов.
Мембранные белки, виды белков и их функции.
Транспорт в клетках и тканях. Виды транспорта.
Ионные каналы. Белки-переносчики, АТФазы.
Биохимия транспорта. Кинетика биохимических реакций и биофизических
процессов. Уравнение Михаэлиса-Мэнтен.
10. Квантовая биофизика. Основы взаимодействия электромагнитного излучения с
веществом и клеткой.
11. Биофизические и биохимические аспекты радиационного повреждения клеток и
тканей.
12. Электрические свойства клеточной мембраны.
13. Электрические процессы в клетке.
14. Пассивные и активные электрические свойства мембран клеток.
15. Потенциал действия, фазы потенциала действия, распространение по мембране
клетки.
16. Распространение нервного импульса.
17. Биофизика и биохимия синапсов.
18. Внутриклеточная и межклеточная сигнализация: биохимические аспекты.
19. Внутриклеточные сигнальные системы.
20. Передача информации между клетками.
21. Биофизические основы электрокардиографии, проводящая система сердца.
22. Электрофизиологические изменения при патологических изменениях.
23. Основы гемодинамики, реографические методы исследования сердечно-сосудистой
системы.
24. Особенности мозгового кровообращения.
25. Биофизические и биохимические процессы головного мозга.
26. Методы исследования элетрофизиологических процессов в мозге человека.
27. ЭЭГ и вызванные потенциалы головного мозга.
28. Методы исследования нервно-мышечной системы человека.
29. Биофизика дыхания, основное уравнение дыхания.
30. Легочные объемы и ёмкости, скоростные показатели дыхания.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
8. Рейтинг качества освоения дисциплины
Оценка качества освоения дисциплины в ходе текущей и
промежуточной аттестации обучающихся осуществляется в соответствии с
«Руководящими материалами по текущему контролю успеваемости,
промежуточной
и
итоговой
аттестации
студентов
Томского
политехнического университета», утвержденными приказом ректора № 77/од
от 29.11.2011 г.
В соответствии с «Календарным планом изучения дисциплины»:
 текущая аттестация (оценка качества усвоения теоретического
материала (ответы на вопросы и др.) и результаты практической
деятельности (решение задач, выполнение заданий, решение проблем и
др.) производится в течение семестра (оценивается в баллах
(максимально 60 баллов), к моменту завершения семестра студент
должен набрать не менее 33 баллов);
 промежуточная аттестация (экзамен, зачет) производится в конце
семестра (оценивается в баллах (максимально 40 баллов), на экзамене
(зачете) студент должен набрать не менее 22 баллов).
Итоговый рейтинг по дисциплине определяется суммированием баллов,
полученных в ходе текущей и промежуточной аттестаций. Максимальный
итоговый рейтинг соответствует 100 баллам.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение модуля
(дисциплины)
Основная
1. Анатомия и физиология человека : учебное пособие / Н. Ф. Лысова, Г. А.
Корощенко, С. Р. Савина; Новосибирский государственный педагогический
университет (НГПУ); Московский педагогический государственный
университет (МПГУ). — Новосибирск; Москва: АРТА, 2011. — 272 с.: ил.. —
Безопасность жизнедеятельности. — Библиогр.: с. 186.. — ISBN 978-5902700-23-4.
2. Физиология : учебное пособие для вузов / В. Н. Васильев, Л. В. Капилевич;
Национальный исследовательский Томский политехнический университет
(ТПУ). — Томск: Изд-во ТПУ, 2010. — 184 с.: ил.. — Библиогр.: с. 180.. —
ISBN 978-5-98298-615-3.
3. Биохимия : учебник для академического бакалавриата / В. П. Комов, В. Н.
Шведова; Санкт-Петербургская государственная химико-фармацевтическая
академия (СПХФА) ; под ред. В. П. Комова. — 4-е изд., испр. и доп.. —
Москва: Юрайт, 2014. — 640 с.: ил.. — Бакалавр. Академический курс. —
Предметный указатель: с. 620-630. — Библиография: с. 631.. — ISBN 978-59916-3929-3.
Дополнительная
1. Физиология человека для инженеров : учебник / Б. Н. Чумаков. — Москва:
Педагогическое общество России, 2006. — 256 с.: ил.. — Библиогр.: с. 255.. —
ISBN 5-93134-341-5.
2. Биохимия : учебное пособие / А. Д. Димитриев, Е. Д. Амбросьева. —
Москва: Дашков и К, 2010. — 166 с.: ил.. — Библиогр.: с. 165.. — ISBN
978-5-394-00288-5.
3. Медицинская физика. Основы морфологии человека и общей патологии клетки
[Электронный ресурс] : учебное пособие / М. Б. Баскаков; Национальный
исследовательский Томский политехнический университет (ТПУ), Физикотехнический институт (ФТИ), Кафедра прикладной физики (№ 12) (ПФ) ;
Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ). — 1
компьютерный файл (pdf; 11.1 MB). — Томск: Изд-во ТПУ, 2013.
Схема доступа: http://www.lib.tpu.ru/fulltext2/m/2014/m112.pdf
Internet-ресурсы:
1.http://www.iccd.com/
2 .http://www.iucr.org/
.http://www/comar.bam.de/
.http://www.chemport.ru/.
.http://www. nmr.phys.spbu.ru/
.http://www.molbiol.ru./
.http://www.ebiblioteka.lt/
.http://www.classes.ru/
10. Материально-техническое обеспечение модуля (дисциплины)
При проведении практических (семинарских) занятий и чтении лекций
используются компьютеры, мультимедиа проигрыватели, корпоративная
компьютерная сеть и ИНТЕРНЕТ.
Программа составлена на основе Стандарта ООП ТПУ в соответствии с
требованиями ФГОС по направлению 14.04.02 Ядерные физика и технологии
профиль «Медицинская физика».
Программа одобрена на заседании кафедры «Прикладной физики»
(протокол № _____ от «__» ______ 2015 г.).
Автор
____________________ /А.В. Носарев/
Рецензент _______________________ /
/