O impacto da Física na Biologia e Medicina



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FISICA E BIOLOGIA
Discutirei os efeitos da física na ciência médica a partir de três perspectivas:

1ª - O corpo humano e seus componentes são objetos físicos que podem ser analisados, medidos e alterados de mesma maneira que um físico pode fazer com qualquer objeto físico.

2º - Lembrarei você de uma enormemente importante fase na história da biologia, na qual físicos transformaram o estudo de seres vivos ajudando a descobrir os princípios da hereditariedade.

3ª - Descreverei alguns problemas contemporâneos nas ciências biomédicas que acredito apresentarem desafios para físicos, iniciantes ou experientes. Explicarei também os meios pelos quais o Instituto Nacional de Saúde está tentando facilitar a passagem de um treinamento formal em física para um ativo, investigativo papel nas ciências biomédicas


Sou somente o último numa longa fila de comentaristas que mostraram ser realmente óbvio que, por pelo menos várias centenas de anos, físicos – e especialmente seus princípios, métodos e máquinas – têm iluminado nossa visão sobre o corpo humano e de todo ser vivo.
Esta noção me foi trazida muito cedo, quando meu pai, um Médico Generalista cujo consultório era diretamente ligado à nossa casa, mostrou-me como o raio-x e a fluorografia podia mostrar os ossos e pulmões de nossos animais domésticos e de seus pacientes e o ajudava a fazer diagnóstico de doenças. Röentgen e Edison foram os pioneiros nisso. O significado de usar as descobertas da física para entender as funções vitais, chamou-me a atenção pela primeira vez na faculdade, quando um dos meus primeiros projetos independentes requeria que eu tentasse explicar os repetitivos picos e vales do meu eletrocardiograma como um registro das variações de tensão elétricas no salgado mar do corpo humano. E na escola de medicina eu fiquei sabendo que os experientes pesquisadores do nosso departamento da bioquímica tornaram-se famosos por serem os primeiros a "marcar" células vermelhas com radioisótopos facilmente detectáveis para saberem quanto tempo essas células sobrevivem no corpo.
Essas poucas lembranças pessoais são somente uma amostra de centenas de métodos e técnicas baseadas em física que têm sido aplicados para ver um corpo vivo sem os danos de uma dissecação anatômica ou para visualizar pequenos componentes dos seres vivos.
Um levantamento mais sistemático desse tópico foi oferecida pelo laureado físico Robert Hosfad ,de Stanford, numa palestra para a Academia Nacional de Ciência em 1983 (veja tabela). É instrutivo observar número de métodos que podem ser classificados como técnicas que nos permitem visualizar o interior do corpo humano com resolução cada vez maior ou nos permite ver elementos cada vez menores componentes do corpo.
O
s métodos de “macro-imagem” incluem a radiologia convencional, tomografia de varredura computadorizada, ultra-som, tomografia de emissão de pósitron (positron-emission tomography-PET) e imagem de ressonância magnética (magnetic resonance Imaging-MRI). O impacto desses procedimentos na prática médica é inquestionável e continua a crescer na medida em que novos métodos e novas aplicações aparecem. Dois recentes exemplos mostram o estimulante potencial tanto para a clínica médica quanto para o trabalho investigativo – o uso combinado da PET da MRI para fornecer imagens do cérebro humano em ação (figura 1) e uso da MRI para analisar as características estrutural e funcional do coração humano doente.
Micro-imagens começaram com o uso dos princípios da óptica na invenção do microscópio ótico, mas tem progredido para níveis muito mais altos de resolução com o microscópio eletrônico, cristalografia de raio-x e ressonância nuclear magnética.



Às vezes é um conjunto de métodos que é importante como no uso combinado de hibridização molecular, química fluorocromica, óptica ondulatória e ciência da computação na obtenção do espectro de cariótipo. Este procedimento permite uma rápida identificação em cada um dos 23 pares de cromossomos humanos normais e também a origem da recombinação cromossômica que às vezes aparece em células cancerosas (figura 2).


O
longamente esperado sucesso no uso de uma técnica conhecida há muito tempo, raio-x em cristalografia, para resolver a estrutura de proteínas imersas em membranas, recentemente transformou o estudo da função celular e doenças. Eu usei um importante exemplo deste progresso - a análise de Rod Mckinnon e colaboradores da Universidade de Rockfeller ,Nova York,(veja Doyle et al.) das proteínas canal de potássio para entender como os canais podem ser tão eficientes e ainda tão seletivos(figura 3) - quando justificava mais investimentos em pesquisa no Congresso deste ano.
A despeito da importância de algumas contribuições da física para a moderna biologia e medicina, reconheço os perigos de que minha ênfase possa ser interpretada como limitada e talvez até insultante, porque (alguém pode dizer) retratei os físicos como meramente o "desenvolvedores" de ferramentas de medida que permitem cientistas biomédicos fazer o trabalho realmente importante. Existem razões para minha sensibilidade nesses assuntos: em um comentário feito em 1967 sobre a função da física em biologia e medicina, por exemplo, Sergei Feitelberg, um físico do hospital do Monte Sinai em Nova York, declarou que enquanto tal “espetacular desenvolvimento criou uma clara e inequívoca necessidade dos físicos e de suas contribuições, a função do físico era a de um glorificado técnico empenhado na metodologia e instrumentação, dignificada somente pela estranheza dos seus feitos e mistérios de suas ferramentas”.
Eu não aceito esta interpretação. De fato eu diria que nós precisamos mostrar nossa apreciação sobre tecnologias baseadas em física investindo os fundos do NIH mais agressivamente no desenvolvimento dessas tecnologias. Começamos a fazer isso através de um novo Consórcio de Bioengenharia e uma reunião das divisões do NIH que dão ênfase em desenvolvimento tecnológico. Gostaria ainda de mencionar um conjunto de contribuições mais profundas que a física fez para a biologia através dos esforços de físicos que buscaram, eles mesmos, entender as regras dos sistemas da vida.
Correlação ente a Física e a Medicina




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