Videoconferenze on-line: Novembre 2021
Astronomia: Cosmologia ( dai quasars ai pianeti)
AstronomiaCosmologia.Destinodell’Universo.Tipidi galassie.
Per Cosmologia si intende la scienza che studia l’Universo nel suo complesso al fine di spiegarne origine ed evoluzione; essa ha radici storiche nelle cosmogonie, nei sistemi filosofici e poi nell’astronomia coi sistemi geocentrico e eliocentrico.
Attualmente l’Universo è pensato come un immenso spazio vuoto a eccezione di pochissimi e piccolissimi punti in cui si trova materia, a sua volta costituita per la maggior parte da vuoto…
Oggi si sa anche che l’infinitamente piccolo ha fortissime somiglianze con l’infinitamente grande e così la comprensione dell’uno aiuta quella dell’altro. Gli scienziati sono concordi sul fatto che l’Universo sia attualmente in espansione: viene fatto il paragone con una specie di pandolce che sta lievitando, in tal modo ciascun acino di uvetta si allontana dall’altro , ma se uno di noi immagina di stare su un acino può avere l’erronea sensazione di essere l’unico punto fermo e che gli altri si allontanino da lui: ecco spiegata la radice errata delle cosmogonie antiche che vedevano l’ideatore sempre al centro del modello. Sul destino dell’Universo invece ci sono essenzialmente due posizioni opposte. O l’Universo continuerà ad espandersi (Universo aperto), o alla fase attuale di espansione seguirà, ma non prima di cinquanta miliardi di anni dal big bang, una contrazione che avrà come atto finale il big crunch (Universo chiuso). Si parla anche di Universo inflazionario, che non è altro che un Universo aperto con velocità di espansione via via decrescente. Quali sono gli oggetti stellari più lontani da noi? Si chiamano quasars, i più lontani distano 13 miliardi di anni luce e quindi la loro luce è partita in tempi molto prossimi alla nascita dell’Universo. Sono considerati come gli oggetti più vecchi a noi noti, anche se la loro scoperta risale a tempi recenti (1990)
Una quasar (contrazione di QUASi-stellAR radio source, cioè "radiosorgente quasi stellare") è un nucleo galattico attivo estremamente luminoso. Il nome deriva dal fatto che questi oggetti, la cui natura è stata controversa fino ai primi anni ottanta, furono inizialmente scoperti come potenti sorgenti radio, la cui controparte ottica risultava puntiforme come una stella.Si ritiene comunemente che tale grande luminosità sia originata dall'attrito causato da gas e polveri che cadono in un buco nero supermassiccio. Quando un buco nero attivo ingoia materia, le nubi di gas all’intorno si scaldano e si illuminano emettendo una incredibilmente grande quantità di luce, più di quella generata da 1000 galassie. I quasar sono considerati tra gli oggetti più luminosi dell'Universo osservabile e una loro caratteristica è di emettere la stessa quantità di radiazione in quasi tutto lo spettro elettromagnetico, dalle onde radio ai raggi X e gamma.
Dopo aver insistito sul fatto della grande prevalenza di vuoto nello spazio, possiamo dare il nome ai punti di materia o alle uvette del nostro pandolce: sono le galassie. Una galassia è infatti definita come un’ isola di materia nello spazio, costituita da milioni o miliardi di stelle con i loro possibili pianeti (ricordiamo che grazie ai radiotelescopi si continuano a scoprire nuovi pianeti) e nebulose di gas e polveri. In effetti le galassie non sono uniformemente distribuite nell’Universo, ma sono raggruppate in Gruppi, questi a loro volta in Ammassi o Clusters di galassie, e infine in Superammassi o Superclusters. Tra i Superclusters finalmente c’è solo il grande vuoto (la cosiddetta materia oscura?).
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La nostra galassia, con una ventina di altre relativamente vicine, costituisce il Gruppo Locale. La più vicina è la galassia di Andromeda con distanza pari a 2 milioni di anni luce. Ciò significa che se noi scorgiamo in cielo la galassia di Andromeda veniamo raggiunti da un segnale luminoso che viaggiando alla velocità della luce ha impiegato 2 milioni di anni per raggiungerci; è partito quando sulla terra non era ancora apparso l’Homo sapiens ed è arrivato solo ora. Il Gruppo Locale appartiene ad un Cluster noto come Cluster della Vergine, il cui centro dista da noi 65 milioni di anni luce (la luce che ci raggiunge oggi è partita mentre sulla Terra si estinguevano i dinosauri).
Concentriamoci sulla Via Lattea interessandoci agli “ingredienti” della nostra galassia.
La Galassia è costituita da
-stelle, con o senza pianeti (es. Sole coi pianeti; stelle come Sirio, Vega, Rigel, Antares…)
-ammassi aperti (gruppi di stelle giovani es. Pleiadi)
-ammassi globulari (gruppi di stelle vecchie, senza polveri)
-nebulose (luoghi di possibili formazione di stelle es. grande nebulosa della spada di Orione)
-tanto spazio interstellare.
La Galassia è suddivisa in regioni denominate attraverso riferimenti alle costellazioni più cospicue per area occupata: aldilà del centro che non ha un nome specifico, si individuano i bracci di Orione, del Sagittario, di Perseo. Il sistema solare appartiene al braccio di Orione.
Osservando il cielo in inverno, guardiamo nella direzione del braccio di Orione verso la periferia della galassia.
Il cielo estivo è caratterizzato da una tipica nebulosità che lo attraversa come un meridiano, determinata dalla densità massima di stelle, si guarda infatti verso il braccio del Sagittario e verso il centro della galassia. Il fatto che la Via Lattea divida il cielo notturno estivo in due parti più o meno uguali indica che il sistema solare si trova vicino al piano galattico.
In autunno e primavera poi, guardiamo verso il braccio di Perseo, verso la periferia e fuori della galassia.
L’osservazione ad occhio nudo rivela
-la nostra stella, il Sole,visibile anche di giorno tenendo conto di dimensioni e distanza (8’luce)
-il nostro satellite, la Luna, anch’esso visibile anche di giorno vista la piccola distanza (2”luce)
-alcuni pianeti del sistema solare
-alcune stelle (4000 su 109 ) suddivisibili in circumpolari, stagionali, zodiacali
-alcuni ammassi aperti
-alcune nebulose
-comete, stelle cadenti (possibili).
Quello che noi vediamo di un corpo celeste è la luminosità o magnitudine apparente (m) e dipende dalla magnitudine reale e dalla distanza dalla Terra. E’espressa in numeri: 0 e1 per stelle di prima grandezza, fino a stelle con magnitudine 6 che sono al limite di visibilità ad occhio nudo. Per stelle eccezionali come Sirio si utilizzano i numeri negativi, infatti la sua m è -1.5. La Polare ha m=2.
Non visibili ad occhio nudo, ma con ausilio di strumenti ottici
-appartenenti alla Galassia
le altre stelle
altri ammassi aperti e globulari
altre nebulose (lucide solo H, oscure H e polveri, planetarie con stellina al centro)
altre comete, asteroidi, meteoriti (possibili)
-fuori della Galassia
le altre galassie, stadi visibili dell’evoluzione stellare e quasars.
Grazie ai radiotelescopi è possibile completare il rilevamento di quasi tutti gli oggetti di cui si è parlato finora .
-Distanze da noi a oggetti celesti in tempo luce
Luna 1”
Sole 8’
Saturno 1h
Plutone 5,4h
Proxima Centauri 4,2 AL*
Sirio 8.6 AL
Procione 11.5 AL
Capella 45AL
Betelgeuse 500AL
Deneb 1400AL
Galassia Andromeda 2.5 milioni AL
IL Quasar più vicino 3.109 AL
Raggio Universo 13 .109 AL
*AL: quasi10.000 miliardi di Km, precisamente 9 454 254 955 488 km, numero ottenuto moltiplicando la velocità della luce espressa in Km/h per il tempo impiegato ad arrivare a noi dall’oggetto stellare espresso in ore.
Astronomia Lettura del Cielo
A meno di non avere nuvole che localmente ne impediscano la visione, il cielo sopra le nostre teste cambia con il tempo e con il luogo di osservazione.
Se il cielo di giorno sembra cambiare poco per la presenza del sole che da solo offusca la visione di tutto il resto, di notte è possibile apprezzare le differenze.
Iniziamo con la lettura del nostro cielo: è quello settentrionale o boreale perché ci troviamo in latitudine nord, a 45° circa a partire dall'equatore.
Ciò significa che se pensiamo il cielo stellato come l'interno di una sfera, ogni volta sarà possibile a seconda della latitudine vedere solo l'interno di una mezza sfera dato che la visione dell'altra mezza ci sarà impedita dalla terra stessa.
Se la terra fosse una sfera che gira su un asse perpendicolare all'equatore la separazione tra i due emisferi sarebbe ben netta e avverrebbe a livello dell'equatore celeste e del meridiano celeste (ampliamento dei corrispondenti terrestri) permettendoci ogni notte di vedere un quarto del cielo visibile.
Ma il fatto che l'asse terrestre è inclinato di 23,5° pur complicando un po' le cose permette agli abitanti dei due emisferi di sbirciare nell'emisfero opposto e di avere alcune costellazioni sempre presenti nel cielo notturno.
Grazie all'angolazione dell'asse per ogni emisfero ci sono costellazioni fisse visibili in tutte le stagioni e costellazioni stagionali ed è tra queste ultime che avremo la possibilità di sbirciare nell'emisfero opposto.
A PROPOSITO DI EMISFERO OPPOSTO: Gli astri nascono a Est e tramontano a Ovest, tutti in tutto il pianeta. Ma se vivi nell’emisfero Sud e non vuoi morire di freddo in inverno (da fine maggio a metà agosto) cerca di trovarti una casa che guarda a …Nord!
Iniziamo con le costellazioni boreali visibili tutto l'anno.
Se guardiamo verso l'interno di un ombrello aperto e lo ruotiamo, la punta dell'ombrello gira su se stessa e non si muove, i disegni vicino alla punta descrivono circonferenze di raggio più piccolo, mentre hi disegni più esterni descrivono le circonferenze più grandi.
Passando al cielo la punta dell'ombrello sarà la nostra stella polare che occupa sempre la stessa posizione, i disegni vicino alla punta sono le costellazioni presenti tutto l'anno e per la loro posizione vengono dette circumpolari. I disegni verso il bordo dell'ombrello che descrivono i cerchi più grandi saranno le costellazioni stagionali ed è proprio tra queste che potremmo trovarne alcune dell'emisfero opposto.
Abbiamo visto che se la terra fosse una sfera e girasse su un’asse perpendicolare al piano dell’equatore in una notte di equinozio noi dovremmo vedere la metà del cielo teoricamente disponibile in quell’emisfero.
Noi sulla terra con mezza sfera australe non visibile e con asse inclinato di 23,5° ci troviamo nella situazione di avere nei pressi del perno di rotazione costellazioni sempre presenti e via via che ci allontaniamo dal perno costellazioni suddivise in quattro sezioni temporali proprio come quattro sono le stagioni. La diversa lunghezza delle notti rispetto al giorno indurrà altre differenze.
Eccoci pronti ora a familiarizzare con le costellazioni le circumpolari, presenti sempre, e le stagionali caratteristiche di periodi dell’anno.
Per trovare le circumpolari dovremo ovviamente volgerci verso nord dove sappiamo essere la stella polare.
Per orientarci tra le costellazioni stagionali volgiamoci verso il lato opposto a prima, il sud (come faremmo con l'ombrello guardando il lato opposto al perno); teniamoci pronte le quattro mappe stagionali ognuna rappresentante circa un quarto del visibile del cielo di appartenenza, ricordiamo anche di tenere d'occhio est e ovest.
Da est le costellazioni stagionali sorgono, attraversano il cielo, e tramontano a ovest proprio come fa il sole di giorno. E le costellazioni che accompagnano il sole di giorno ci sono ma noi non possiamo vederle ( sono quelle delle stagioni più lontane). Con la situazione teorica di sfera basterebbero due mappe stagionali ma la differenziazione in stagioni con durate diverse di notte e giorno ha indotto all'uso di quattro mappe con enfasi sulle costellazioni caratteristiche. Dobbiamo quindi essere pronti a trovare costellazioni ripetute in mappe limitrofe ma con localizzazioni diverse.
Ricordiamo anche che il cielo sopra le nostre teste è in continuo movimento da est verso ovest. C'è poi tra le stagionali una fascia privilegiata con 16° di spessore intorno all’eclittica, su questa si muovono le costellazioni zodiacali e tutti i corpi celesti del sistema solare in primis i pianeti.
Se per le costellazioni zodiacali basterà consultare le mappe stagionali, per i pianeti ci sarà bisogno di specifiche “effemeridi” perché come dice il nome vagano a differenza delle stelle fisse.
HANNO GLI STESSI NOMI DI QUELLE DEGLI OROSCOPI DELL’ASTROLOGIA. SI MUOVONO LUNGO L’ECLITTICA PROPRIO COME IL SOLE E I PIANETI
Mappe stagionali.
In natura esiste un equilibrio delicatissimo tra tutte le parti che per poter essere rispettato deve essere innanzitutto conosciuto e capito.
Il mondo naturale può essere distinto in tre componenti:
Non vivente (rocce, minerali, aria, acqua, terra)
Vivente vegetale
Vivente animale
Tra le tre componenti c'è una continua trasformazione, la si studia nei cicli naturali della materia e dell’energia e nelle catene alimentari.
In qual modo è possibile questa trasformazione? Non ci stupiamo che attraverso la morte il materiale vivente diventi non vivente, ma ci siamo mai soffermati a pensare chi opera il miracolo opposto? E proprio di miracolo si tratta perché si tratta di trasformare la materia non vivente in vivente. Quale delle componenti viventi è capace di questa trasformazione? Gli animali no, le piante verdi sì.
Perché il miracolo avvenga c'è bisogno di connessione tra ciclo dell'energia e ciclo della materia.
Iniziamo con il ciclo dell’energia. Figura Flusso dell’energia. L’ energia è la forza che fa muovere ogni cosa sulla terra, qualsiasi attività di un uomo, di un animale o di una macchina consuma energia. Esistono diverse forme di energia che si trasformano l’una nell’altra, tutte derivano dal sole. Il sole trasforma di continuo la materia di cui è fatto in una enorme quantità di energia. una parte dell'energia prodotta dal sole arriva sulla terra e:
-riscalda la terra creando le giuste condizioni per la vita
-riscalda l'acqua che evapora come vapore acqueo e forma le nubi
-riscalda l'aria che sale verso l'alto si raffredda e scende di nuovo, questi movimenti dell'aria generano venti e correnti
-alimenta le piante che producono sostanze ricche di energia con la fotosintesi, gli alberi che cadono se vengono ricoperti da terra si trasformano lentamente in carbone
-alimenta gli animali piccoli e grandi che si nutrono di piante, quando essi muoiono se ricoperti da terra si trasformano lentamente in gas metano o in petrolio liquido.
Flusso dell’energia nei viventi. Figura. L'energia irradiata dal sole viene catturata dalle piante, le foglie verdi delle piante concentrano e immagazzinano l'energia del sole che è necessaria ad ogni vivente per svolgere qualsiasi attività; l'energia dopo essere stata utilizzata dagli esseri viventi, si disperde come calore nell'ambiente o nell’atmosfera. Il percorso dell'energia negli esseri viventi è un percorso aperto. Il sole invia l'energia dei suoi raggi alle piante che sono i soli esseri viventi in grado di concentrarla e immagazzinarla attraverso la fotosintesi.
L’energia accumulata nelle piante
-in parte viene consumata dalle piante stesse per vivere e per crescere,
-in parte passa agli erbivori attraverso i vegetali di cui si nutrono
-in parte viene catturata dai carnivori di primo ordine che si nutrono di erbivori
-in parte bassa ai carnivori di secondo ordine che predano gli altri animali e così via.
Ogni essere vivente ha bisogno di energia per crescere, muoversi e riscaldarsi; per far questo l'energia contenuta nel cibo viene bruciata (combustione) e viene utilizzata per costruire nuove sostanze o trasformata in movimento e calore per il corpo. L'energia una volta utilizzata dagli esseri viventi per muoversi o riscaldarsi, si disperde nell'ambiente come calore che non è più riciclabile ( ecco perchè il ciclo viene detto aperto).
Ciclo della materia nei viventi. Figura. Il ciclo della materia è un ciclo chiuso. I componenti del ciclo sono: il sole, la terra, le piante e gli animali. Il sole dà l'energia necessaria per mettere insieme i mattoni di base e costruire nuove sostanze. La terra e l'aria danno la materia costituita da piccoli mattoni come acqua e anidride carbonica. Le piante utilizzando queste sostanze semplici prese dall'aria e dal terreno riescono a costruire sostanze complesse in cui immagazzinano l'energia del sole. Gli animali consumano ciò che le piante producono utilizzano l’energia per la loro sopravvivenza e poi rimandano all'ambiente le sostanze semplici con cui le piante ricominceranno il ciclo (l’appannamento dello specchietto che indica la presenza di vita non è altro che prova di emissione di acqua e anidride carbonica, i mattoni elementari).
Le piante verdi sono gli unici esseri viventi in grado di cucire insieme i mattoni elementari e costruire sostanze organiche. I mattoni come si è visto sono acqua e anidride carbonica e la sostanza organica base prodotta è lo zucchero (il primo palazzetto di partenza per costruire tutta la restante materia organica).
6 CO2 +6 H2O = C6 H12 O6 +6O2 questo è il miracolo!
Come si vede l’ossigeno prodotto, per cui le piante sono note, è un prodotto secondario, quasi un prodotto di rifiuto della reazione di formazione degli zuccheri.
Noi animali per produrre materia ( nuove cellule) ed energia (per le funzioni vitali) abbiamo necessità di palazzetti e solo di quelli ci nutriamo. I nostri palazzetti si chiamano zuccheri o carboidrati formati da C,O,H (ma solo se legati in macromolecole organiche) , proteine formate da C,O,H+ N, grassi. Anche i sali minerali svolgono importanti funzioni, ma non potremmo nutrirci con essi per mantenerci in vita, infatti essendo sostanze inorganiche non possiedono energia di legame*.
Gli animali con i processi vitali di nutrizione e respirazione utilizzano i palazzetti per inviare carburante a tutte le cellule del corpo e bruciarlo fino alla sua trasformazione in anidride carbonica e acqua da restituire all’ambiente per ricominciare il ciclo.
Anche le piante per crescere e nutrirsi consumano ossigeno e zucchero ma ne producono in quantità assai superiore di quanto ne consumano e così riescono a nutrire tutti gli esseri viventi legati alla catena alimentare.
Ricordiamo anche che la distribuzione della biomassa del pianeta è 99.7% vegetali e 0.3% animali.
energia di legame*: i composti organici bruciano lentamente e mantengono la combustione, i combustibili sono tutti organici.
Il glucosio è uno degli zuccheri più importanti ed è usato come fonte di energia sia dagli animali che dalle piante.
Il glucosio è il principale prodotto della fotosintesi ed è il combustibile della respirazione. Formula di struttura del glucosio, lineare e ciclica.
E’ vero che gran parte di ciò che i vegetali verdi producono si trasforma in acqua e anidride carbonica attraverso la respirazione, ma esiste il problema della trasformazione della materia residua.
Sia piante che animali muoiono e devono anch'essi rientrare nel ciclo chiuso della materia, è a questo punto che introduciamo il concetto di decompositori. Il ruolo dei decompositori è quello di trasformare il materiale organico (deiezioni e corpi ormai privi di vita) in humus e poi materiale inorganico ( mattoni semplici): tale ruolo è svolto da batteri e funghi. Figura. Riflessione sui numeri della figura.
Le trasformazioni di energia e di materia negli esseri viventi passano attraverso le catene alimentari.
Ad ogni passaggio della catena si hanno grandissime dispersioni di energia.
Gli elementi di una catena alimentare sono
vegetali produttori
erbivori consumatori
carnivori di primo e di secondo ordine… consumatori e
decompositori
Questi ultimi chiudono la catena trasformando i resti in sostanze semplici che le piante possono usare di nuovo. Solo una parte su 10 di energia passa al successivo anello della catena: in parte vengono utilizzati dagli esseri viventi, in parte si trasformano in calore che si disperde nell’ambiente.
Come si vede dalla figura 100 kg di vegetali si trasformano in solo 10 kg di erbivori che producono solo 1 kg di carnivori. Risulta ovvia la riflessione sulla opportunità di ridurre il più possibile il consumo di carni (merce che dal punto di vista dell’energia globale ha un costo altissimo).
I principi alimentari introdotti vengono distinti in due grandi categorie:
cibi energetici a base di zuccheri e grassi e cibi plastici a base di proteine.
C'è una terza categoria quella dei bíoregolatori o protettori come sali minerali ,vitamine e acqua che sono direttamente assimilabili e non appartengono al nostro discorso che cura gli scambi di materia e di energia.
Per schematizzare al massimo: gli alimenti energetici daranno energia, quella proveniente dal sole e intrappolata nei legami tra carbonio idrogeno e ossigeno. Gli atomi carbonio idrogeno e ossigeno verranno restituiti all'ambiente esterno e se ne sarà introdotto più del fabbisogno una parte verrà immagazzinata come zucchero o grasso di riserva. Dal punto di vista della composizione chimica zuccheri e grassi verranno chiamati sostanze ternarie perché sono fondamentalmente costituiti solo dai tre elementi carbonio idrogeno e ossigeno, ripetuti tante volte per formare i palazzetti organici. Dalla loro distruzione otterremo sempre anidride carbonica e acqua, gli stessi mattoni elementari di partenza.
Gli alimenti plastici hanno un elemento fisso in più rispetto agli altri è l'azoto per questo vengono chiamati quaternari. Si tratta delle proteine. L’azoto viene in buona parte trattenuto per costruire nuove cellule, per rimpiazzare le vecchie o per sintetizzare sostanze fondamentali come DNA e RNA. L’azoto in eccesso verrà eliminato attraverso le urine.
Le sostanze introdotte verranno utilizzate e scomposte a fini energetici o plastici e questo accadrà sia nelle cellule dei vegetali che in quelle degli animali. Per procedere alla combustione c'è però bisogno per tutti della presenza dell’ossigeno (il comburente universale). Qual è la differenza tra combustibile e comburente?
Il Combustibile e' la materia che viene bruciata es la benzina, il legno, il carbone,i nostri alimenti costituiti da sostanze ternarie …
Il Comburente e' la materia che si usa per bruciare il combustibile. L'ossigeno è il comburente per eccellenza, infatti consente e favorisce la combustione, che di fatto è una reazione di ossidazione. Ecco l’asso nella manica dei vegetali anche dal punto di vista del consumo dei gas!!! E ricordiamo: Se le piante scomparissero, la vita dell’uomo durerebbe poche settimane, se scomparissimo noi, in pochi anni le piante riprenderebbero possesso del pianeta.
Ecco perché tutti i viventi, indipendentemente dal fatto di essere animali o vegetali, devono immettere ossigeno e restituire anidride carbonica, componenti fisse del processo di respirazione. Se per gli animali la funzione connessa con i gas ossigeno e anidride carbonica è solo la respirazione con consumo di ossigeno e produzione di anidride carbonica, per i vegetali le funzioni connesse agli stessi gas sono due: respirazione con consumo di ossigeno e produzione di anidride carbonica e fotosintesi clorofilliana con consumo di anidride carbonica e produzione di ossigeno. Ecco l’asso nella manica dei vegetali anche dal punto di vista del consumo dei gas!!!Perché in generale a proposito delle piante si fa solo riferimento alla produzione di ossigeno? E’ perché il bilancio tra consumo e produzione è a favore della produzione.
E ricordiamo: Se le piante scomparissero, la vita dell’uomo durerebbe poche settimane, se scomparissimo noi, in pochi anni le piante riprenderebbero possesso del pianeta. Ecco perchè parlo di miracolo vegetale. RICORDIAMOLO.
Medicina : La fisica al servizio della Medicina
METODI FISICI AL SERVIZIO DELLA MEDICINA
Ci interesseremo questa volta della Medicina senza Chimica cioè senza farmaci e in particolare ai contributi della Fisica alla Medicina.
La Fisica Medica è la scienza che studia l’applicazione di principi fisici alla Medicina, avendo come obiettivi la Prevenzione, la Diagnosi e la Terapia.
Guardando indietro nella storia, il cammino comune a Fisica e Medicina è stato lungo.
Il primo fisico-medico al mondo è stato Leonardo da Vinci che nel secolo XVI studiò la biomeccanica della locomozione umana e i movimenti del cuore e del sangue.
Fondamentale fu l’invenzione del microscopio nel secolo XVII e in quello successivo Galvani stupì il mondo scientifico scoprendo che muscoli e cellule nervose generano elettricità. A cavallo tra XIX e XX secolo, sfruttando l’attività elettrica neuronale e del tessuto cardiaco, fu possibile fare i primi tracciati elettrocardiografici, mentre il primo elettroencefalogramma umano data 1924. Nel secolo XX vennero assegnati premi Nobel a Rontgen e ai coniugi Curie rispettivamente per la scoperta dei raggi X e della radioattività.
Senza scomodare i geni, la cultura popolare inconsapevolmente faceva uso da sempre di rudimentali quanto efficaci metodi fisici. Ad esempio usava le proprietà del caldo e del freddo con impiastri caldi per le affezioni polmonari o bende fresche sulla fronte contro la febbre. Ricordiamo anche che il medico condotto arrivava alla diagnosi attraverso auscultazioni, palpazioni, percussioni.
Per capire dove la Fisica e la Medicina s’incontrano, vediamo quali sono le branche della Fisica che possono applicarsi alla Medicina.
FISICA
Meccanica (studio delle interazioni tra i corpi fermi o in movimento)
Esempi di applicazioni: dalle palpazioni e percussioni come strategie diagnostiche all’uso delle trazioni su muscoli, articolazioni, ossa; uso del catetere a palloncino in angioplastica coronarica
Termodinamica (studio della risposta dei corpi alle variazioni di temperatura)
Esempi di applicazioni: uso del caldo e del freddo, crioterapia, diatermia
Ottica (studio dei fenomeni luminosi e altri fenomeni legati all’organo della vista)
Esempi di applicazioni: uso di lenti e poi del microscopio (per esami del sangue, Pap-test, esami istologici sulle biopsie), fino agli strumenti endoscopici a fibre ottiche; fototerapia
Acustica (studio dei fenomeni acustici in senso lato e altri fenomeni legati all’organo dell’udito)
Esempi di applicazioni: dalle auscultazioni con e senza strumenti, agli audiogrammi, all’utilizzazione degli ultrasuoni a fini diagnostici (Ecografie, Doppler) o terapeutici (litotripsia)
Elettricità e magnetismo (studio dei fenomeni elettrici e/o magnetici)
Esempi di applicazioni: ECG, EEG, ionoforesi, uso dei magneti, utilizzo delle onde elettromagnetiche: RF (radiofrequenze), Laser, UV, RX, R gamma
Fisica Atomica o Nucleare (studio dei fenomeni legati alla struttura dell’atomo, in particolare radioattività)
Esempi di applicazioni: Medicina Nucleare (PET), Radioattività.
NB Alcune applicazioni possono essere attribuite a più campi, perché applicano principi derivanti da più campi della Fisica che insieme collaborano alla soluzione dei problemi medici da affrontare. Un esempio è l’interazione di Ottica, Acustica ed Elettromagnetismo per Fototerapia, Ecografie con ultrasuoni (US).
La Medicina utilizza la Fisica per:
1) DIAGNOSI
2) TERAPIA
DIAGNOSI
a) SEMEIOTICA MEDICA disciplina medica che studia i sintomi e i segni clinici, elementi indispensabili per giungere a una diagnosi, è l’esame che si fa al letto del paziente. Si avvale di metodi fisici. Ad esempio “dica 33” è il metodo fisico diagnostico per eccellenza e il più immediato per esaminare l’apparato respiratorio. Si chiama studio del “fremito vocale tattile” derivante dalla propagazione di vibrazioni sonore originate a livello delle corde vocali e trasmesse dall'albero bronchiale alla parete toracica. Le vibrazioni si ottengono facendo pronunciare al paziente la parola “trentatrè” o anche altre parole ricche di consonanti (curiosità: in Inghilterra dicono ninety-nine e in Olanda 88).
b) TECNICHE DI INDAGINE FISIOLOGICHE: EEG (registrazione dell’attività elettrica del cervello, per lo studio del sonno e dell’epilessia), ECG, Sfigmomanometro per misurare la pressione sanguigna, Termometro per misurare la temperatura corporea, Saturatori da dito…
c) DIAGNOSTICA PER IMMAGINI: in passato si chiamava RADIOLOGIA in quanto usava solo raggi X, oggi si avvale di diverse tecniche:
- ECOGRAFIA: utilizza ultrasuoni e la formazione dell’immagine sullo schermo dipende da come si propagano gli ultrasuoni nei tessuti (non utilizza radiazioni ionizzanti)
-RISONANZA MAGNETICA: utilizza campo magnetico e radiofrequenze
-TERMOGRAFIA: utilizza emissioni nell’infrarosso grazie all’uso di termocamere di contatto
Le 5 tecniche seguenti usano raggi X che sono radiazioni ionizzanti potenzialmente dannose.
- RADIOGRAFIA
- MOC (Mineralometria Ossea Computerizzata)
- MAMMOGRAFIA
- TAC (Tomografia Assiale Computerizzata)
- FLUOROSCOPIA
d) MEDICINA NUCLEARE: utilizza radioisotopi che vengono iniettanti endovena e decadendo emettono radiazioni gamma che sono registrate per la formazione dell’immagine.
-SCINTIGRAFIA (frequente uso di Tecnezio con emivita 6h, conveniente per i tempi di esame e per il limitato tempo di radioattività per il paziente e la popolazione)
-PET (Positron Emission Tomografy o Tomografia a Emissione di Positroni)
La differenza principale tra la radiologia e la medicina nucleare è che nella prima la fonte di radiazioni è posta all’esterno del paziente (es tubo a raggi X) mentre nella seconda è posta all’interno (mediante l’iniezione e.v. di isotopi radioattivi che vengono variabilmente captati dai tessuti e poi decadono emettendo radiazioni gamma che vengono registrate per la formazione dell’immagine). Altra differenza fondamentale è che nella radiologia le immagini sono per lo più strutturali anatomiche, mentre nella medicina nucleare le informazioni sono più funzionali. (Cioè per esempio la TAC mi dice con accuratezza quanto è grande e che forma ha una massa e che tipo di rapporti ha con gli organi limitrofi, la PET mi dice quanto radiofarmaco capta e quindi se è metabolicamente attiva).
Oggi esistono sistemi integrati TAC-PET e RM-PET che mettono insieme le due informazioni.
TERAPIA
a) DEFIBRILLAZIONE (oggi usata anche a fini diagnostici, cioè le piastre dei defibrillatori automatici sono anche in grado di fare un tracciato elettrocardiografico ECG)
b) FOTOTERAPIA con uso di UVB nella psoriasi e di luce visibile blu nell’ittero neonatale
c) LASERTERAPIA si può intervenire su occhi, tonsille, calcoli ai reni e alla colecisti litotripsia)
d) RADIOLOGIA INTERVENTISTICA utilizzando per esempio la tecnica dell’angiografia permet-te al medico di navigare attraverso il sistema vascolare del paziente per trattare con farmaci in loco ma anche con sistemi meccanici come palloncini e stent, patologie di tipo occlusioni arteriose, aneurismi, malformazioni vascolari, tumori.
e) RADIOTERAPIA
f)TECNICHE FISIOTERAPICHE come Tens, Onde d’urto, radioterapia, marconiterapia, radarterapia, tecarterapia , tutte terapie analgesiche atte a stimolare il metabolismo e i processi rigenerativi.
La Fisica presta i suoi servizi anche all’Estetica in campi limitrofi alla Medicina Estetica con trattamenti quali Linfodrenaggi, Massoterapia, Radiofrequenze…
Attualmente nell’elaborazione dei dati la Medicina, oltre alla Fisica, chiede sempre più aiuto alla Matematica e all’Informatica. L’Imaging diagnostico (ricostruzione di immagini) è il passo fondamentale per elaborare le informazioni che i sofisticati strumenti sopracitati raccolgono. Programmi di matematica molto avanzata e software informatico danno risultati sempre più sorprendenti. Il Post Processing IMGS permette di creare ricostruzioni sui tre piani (TAC non più assiale) e 3D e immagini dei vasi come le Angio-TC.
Nascono nuovi corsi di laurea come quello di Ingegneria Biomedica che ha visto un boom di 150 iscritti al primo anno solo a Genova.
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