Le strutture microscopiche chiamate cellule costituiscono le unità fondamentali di tutti i sistemi biologici. Negli esseri viventi, un insieme organizzato di cellule forma organi e sistemi macroscopici con funzioni estremamente diversificate. Queste includono, ad esempio:
- l’approvvigionamento e la distribuzione di sostanze per la produzione di energia;
- le funzioni di controllo e percezione (sistema nervoso e sensoriale);
- la mobilità e l’interazione con l’ambiente esterno.
Per comprendere il funzionamento di questi organi e sistemi, e quindi interpretare correttamente l’enorme varietà dei fenomeni biologici, è necessario ricorrere alle leggi fondamentali della Natura, in particolare a quelle proprie della Fisica e della Chimica.
L’analisi avviene su scale multiple: spaziale, temporale e strutturale. Ciascuno di questi livelli è descritto attraverso modelli specifici, adeguati alla sua complessità e funzione.
Tra un livello e quello successivo, più dettagliato, ma limitato nelle dimensioni spaziali e temporali,è necessario stabilire relazioni coerenti, in grado di spiegare gli effetti osservabili in ambito clinico e di orientare le strategie terapeutiche.
Fonte: Fisica biomedica.
Il ruolo della fisica in medicina e biologia
La Fisica è uno strumento essenziale per comprendere i fenomeni biologici e per sviluppare le tecnologie che costituiscono la base della medicina moderna. Le sue leggi e i suoi modelli consentono di interpretare con rigore i processi naturali e di intervenire in modo efficace sia nella diagnosi sia nella terapia.
Nel corpo umano, molti processi vitali sono regolati da principi fisici. La diffusione di ossigeno e nutrienti attraverso le membrane cellulari, ad esempio, segue la legge di Fick; il trasporto del sangue nei vasi risponde alle leggi dell’idrodinamica; l’attività elettrica del cuore e del cervello dipende da fenomeni elettrochimici modellabili con l’elettromagnetismo; la meccanica muscolo-scheletrica può essere descritta con le leggi della dinamica classica. La Fisica permette di passare da una descrizione qualitativa di questi eventi a una rappresentazione quantitativa, necessaria per formulare diagnosi precise e per pianificare interventi terapeutici mirati.
Questa disciplina è anche alla base delle tecnologie mediche più avanzate. Tecniche di imaging come la risonanza magnetica (MRI), la tomografia computerizzata (TAC) e l’ecografia si fondano su fenomeni fisici ben noti: rispettivamente, la risonanza magnetica nucleare, l’interazione dei raggi X con i tessuti e la riflessione delle onde sonore. Allo stesso modo, la medicina nucleare utilizza isotopi radioattivi per esaminare processi metabolici interni, mentre la radioterapia sfrutta le radiazioni ionizzanti per colpire selettivamente i tumori. Anche dispositivi chirurgici ad alta precisione, come i laser, nascono dall’applicazione dell’ottica e della fisica quantistica.
Accanto alla comprensione e all’impiego delle tecnologie esistenti, la Fisica contribuisce in modo determinante anche alla loro progettazione e innovazione. Fisici e ingegneri collaborano con medici e biologi per sviluppare nuovi sensori, apparecchiature diagnostiche più sensibili, e sistemi di simulazione che riproducono in modo realistico il comportamento dei tessuti, dei fluidi biologici o dei segnali fisiologici. Questo dialogo interdisciplinare è il motore del progresso nella biomedicina contemporanea.
La Fisica fornisce inoltre strumenti di misura estremamente precisi, indispensabili nella pratica clinica e nella ricerca. Grandezze come la pressione arteriosa, la temperatura corporea, il potenziale elettrico neuronale, il flusso sanguigno o la dose assorbita da un tessuto, sono descritte in termini fisici e richiedono strumenti calibrati secondo standard scientifici. L’analisi quantitativa dei dati fisiologici, come l’elettrocardiogramma o l’elettroencefalogramma, si basa su metodi di analisi del segnale e modellizzazione matematica, anch’essi ereditati dalla Fisica. Anche la comprensione della variabilità biologica e dei sistemi complessi si avvale degli strumenti della fisica statistica.
In sintesi, la Fisica non solo aiuta a comprendere il funzionamento del corpo umano, ma consente anche di intervenire in modo diretto sulla salute e sul benessere delle persone. Essa rappresenta un ponte tra la teoria e la pratica clinica, tra la ricerca di base e l’innovazione tecnologica, tra il laboratorio e la corsia d’ospedale. La sua integrazione con la Medicina e la Biologia è sempre più profonda e imprescindibile.
Fonte: Fisica biomedica.
