Биофизические основы фототерапии

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского
Физический факультет
УТВЕРЖДАЮ
Проректор СГУ по учебнометодической работе
________________Е.Г. Елина
"__" ________________2011 г.
Рабочая программа дисциплины
БИОФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФОТОТЕРАПИИ
Направление подготовки
011200 Физика
Профиль подготовки
Биофизика
Квалификация (степень) выпускника
Магистр
Форма обучения
очная
Саратов, 2011 г.
Биофизические основы фототерапии
1. Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины «Биофизические основы фототерапии»
являются: расширение и углубление знаний студентов по вопросам действия
света на биологические системы; изучение фундаментальных основ
фотобиологических процессов и механизма фотодинамических и
фототермических реакций в биологических системах и разработанных на их
основе методов фотомедицины; освоение студентами основных навыков
работы с биологическими препаратами, лазерными источниками излучения и
современным спектральным оборудованием высокого класса, и постановки
эксперимента по изучению действия света на биосистемы; получение
высшего профессионально профилированного образования в области
медицинской физики, позволяющего выпускнику успешно работать в
избранной сфере деятельности в РФ и за рубежом, обладать универсальными
и предметно специализированными компетенциями, способствующими его
социальной мобильности, востребованности на рынке труда и успешной
профессиональной карьере.
2.Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Дисциплина «Биофизические основы фототерапии» относится к
профессиональному циклу ФТД, вариативной части ФТД4, читается в 10
семестре. Форма итоговой аттестации — зачет.
Изучение дисциплины «Биофизические основы фототерапии» является
факультативным курсом и следует за дисциплиной «Фототерапия и
бактерицидное действие света», читаемой в 9 семестре, расширяя и углубляя
ее.
При изучении дисциплины «Биофизические основы фототерапии» студенты
должны иметь теоретическую подготовку: по разделам и темам основных
дисциплин «Оптика» и «Атомная физика» базовой (общепрофессиональной)
части профессионального цикла; по специальным курсам: «Фотобиофизика»,
«Введение в биофизику сложных систем», «Введение в оптическую
биофизику», «Введение в биофизическую химию», «Основы физиологии
клетки и организма», «Основы биохимии и биофизики метаболизма».
Студенты должны иметь навыки самостоятельной работы с учебными
пособиями и монографической литературой, в том числе на английском
языке.
Полученные в результате освоения данной дисциплины знания и навыки
могут быть непосредственно использованы обучаемым при выполнении
аттестационной работы магистра и в последующей профессиональной
деятельности.
2
Биофизические основы фототерапии
3 Компетенции обучающегося, формируемые в
освоения дисциплины «Биофизические основы фототерапии»
результате
В результате освоения дисциплины «Биофизические основы фототерапии»
должны формироваться в определенной части следующие компетенции:
общекультурные:
способность демонстрировать углубленные знания в области математики и
естественных наук (ОК-1);
способность самостоятельно приобретать с помощью информационных
технологий и использовать в практической деятельности новые знания и
умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных
со сферой деятельности, расширять и углублять своё научное мировоззрение
(ОК-З);
общепрофессиональные:
способность использовать знания современных проблем физики, новейших
достижений физики в своей научно-исследовательской деятельности (ПК-2);
способность самостоятельно ставить конкретные задачи научных
исследований в области физики (в соответствии с профилем магистерской
программы) и решать их с помощью современной аппаратуры, оборудования,
информационных технологий с использованием новейшего отечественного и
зарубежного опыта (ПК-З).
В результате освоения дисциплины обучающийся должен:
•Знать: фундаментальные основы фотобиологических процессов.
•Уметь: применить интегральный подход к анализу фотобиологических
эффектов на разных уровнях их проявлений;
описывать и критически анализировать основные методы фототерапии.
•Владеть: навыками безопасной работы с научной аппаратурой, в том числе
источниками ультрафиолетового и красного излучения, при постановке
фотобиологических экспериментов.
4. Структура и содержание дисциплины «Биофизические основы
фототерапии»
Общая трудоемкость дисциплины составляет 1 зачетную единицу 36 часов,
включая 16 часов лекций и 16 часов практических занятий студентов.
3
Биофизические основы фототерапии
4.1. Структура дисциплины
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
Раздел
дисциплины
Семестр
Неделя
семестра
Виды учебной работы,
включая
самостоятельную работу
студентов и трудоемкость
(в часах)
Введение.
Взаимодействи
е света с
веществом
Общая
характеристика
фотохимически
х реакций
Действие УФ
света на
биологически
важные
молекулы
Воздействие
света на клетки
и биоткани
Фотодинамиче
ское действие
А
1
Л(2)
ПР
(2)
А
2
Л(2)
ПР
(2)
Отчет по ПР
А
3, 4
Л(4)
ПР
(4)
Отчет по ПР
А
5, 6
Л(4)
ПР
(4)
Отчет по ПР
А
7
Л(2)
Отчет по ПР
Лазерное
излучение:
биологическое
действие и
применение
Итого
А
8
Л(2)
ПР
(2)
ПР
(2)
Л
(16)
Формы текущего
контроля
успеваемости (по
неделям
семестра)
Формы
промежуточной
аттестации (по
семестрам)
Отчет по ПР,
УО-3
ПР
(16)
4.2. Содержание дисциплины
1. Введение. Взаимодействие света с веществом. Введение. Законы
поглощения
света.
Внутренняя
конверсия.
Флуоресценция.
Интеркомбинационная
конверсия,
триплетные
состояния
и
фосфоресценция. Миграция энергии.
2. Общая
характеристика
фотохимических
реакций.
Основные
закономерности фотохимии. Типы фотохимических реакций.
3. Действие УФ света на биологически важные молекулы. Природа и
характеристика электронно-возбужденных состояний пуриновых и
4
Биофизические основы фототерапии
пиримидиновых оснований и белковых хромофоров. Миграция энергии.
Димеризация тимина, урацила, цитозина. Смешанная димеризация
оснований. Пиримидиновый аддукты. Гидратация урацила и цитозина.
Таутомеризация оснований. Разрывы полинуклеотидной цепи. Внутри- и
межмолекулярные поперечные сшивки в ДНК. Сшивки нуклеиновая
кислота-белок. Денатурация нуклеиновых кислот. Роль отдельных
хромофоров в фотоинактивации белков. Миграция энергии в белках.
Триптофановая и цистиновая фотоинактивации. Другие виды повреждений
белка. Особенности фотоинактивации белков в составе биологических
мембран. Фотоактивация белков. Действие УФ света на липиды.
4. Воздействие света на клетки и биоткани. Летальное действие света.
Инактивация фагов и плазмид. Инактивация клеток. Ингибирование
макромолекулярных
синтезов.
Фотореактивация.
Фотопротекция.
Темновая репарация. Мутационные и рекомбинационные процессы.
Лизогения. Загар и фотобиологические реакции в коже. Световые болезни
клеток.
5. Фотодинамическое действие. Общая характеристика. Липиды. Белки.
Нуклеиновые кислоты. Вирусы и клетки. Многоклеточные организмы.
6. Лазерное излучение: биологическое действие и применение. Особенности
взаимодействия лазерного излучения различных длин волн с биотканями.
Лазерный скальпель. Низкоинтенсивное лазерное излучение.
Практические работы
Практическая работа №1 (к разделу 3. Действие УФ света на биологически
важные молекулы)
Исследование спектральных характеристик раствора белка, облученного УФ
светом.
Практическая работа №2 (к разделу 4. Воздействие света на клетки и
биоткани)
Определение индексов эритемы и пигментации кожи.
Практическая работа №3 (к разделу 5. Фотодинамическое действие)
Фотодинамический гемолиз.
5. Образовательные технологии
При реализации дисциплины «Биофизические основы фототерапии»
используются следующие виды учебных занятий: лекции, практические
занятия и консультации.
5
Биофизические основы фототерапии
В рамках лекционных занятий предусмотрено использование
мультимедийных средств, дискуссия и обсуждение задаваемых студентами
вопросов.
В рамках практических занятий предусмотрено выполнение
практических работ, анализ и обсуждение результатов, устный отчет и
консультации.
6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости,
промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины
«Биофизические основы фототерапии»
Самостоятельная работа
студентов
должна
включать:
изучение
теоретического материала по конспектам лекций, рекомендованным учебным
пособиям и монографической литературе, справочным источникам. Контроль
выполнения осуществляется на последнем занятии.
Вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной
аттестации по итогам освоения дисциплины:
Особенности взаимодействия света с биологическими тканями.
В чем состоит понятие фотобиологического процесса?
Что такое внутренняя конверсия?
Что такое интеркомбинационная конверсия?
Типы фотохимических реакций.
Как изменяются свойства молекул в электронно-возбужденном
состоянии?
7. Какие существуют комплексы с переносом заряда?
8. Что такое спектр фотохимического действия?
9. Дать описание первичных фотопродуктов и методов их изучения.
10. Что такое аддукты?
11. Как происходит димеризация нуклеиновых кислот?
12. Что такое денатурация?
13. Как происходит миграция энергии в белках?
14. Типы фотоповреждений белков.
15. Фотоактивация белков.
16. Как происходит взаимодействие УФ света с липидами?
17. В чем выражается летальное действие света?
18. Как происходит инактивация клеток?
19. Что такое фотопротекция?
20. В чем состоят мутационные и рекомбинационные процессы под
действием света?
1.
2.
3.
4.
5.
6.
6
Биофизические основы фототерапии
21. Какие фотобиологические реакции протекают в коже?
22. Каковы причины возникновения пигментации?
23. Что такое фотоканцерогенез?
24. Описать световые болезни клеток.
25. Дать понятие фотосенсибилизатора.
26. В чем состоит роль синглетного кислорода?
27. Как проводится фотодинамическая терапия опухолей?
28. Описать фотодинамическую терапию неопухолевых заболеваний.
29. Каковы особенности взаимодействия лазерного излучения различных
длин волн с биотканями?
30. Как используются низкоинтенсивные и высокоинтенсивные лазеры в
медицине?
7.
Учебно-методическое
и
информационное
дисциплины «Биофизические основы фототерапии»
обеспечение
а) основная литература:
1. Владимиров Ю.А., Потапенко А.Я. Физико-химические основы
фотобиологических процессов - М.: Дрофа, 2006. - 285 с.
2. Красновский (мл) А.А. Фотодинамическое действие и синглетный
кислород // Биофизика, Т. 49, № 2, С. 305-321, 2004
3. Владимиров Ю.А., Клебанов Г.И., Борисенко Г.Г., Осипов А.Н.
Молекулярно-клеточные механизмы действия низкоинтенсивного
лазерного излучения // Биофизика, Т. 49, № 2, С. 339-350, 2004
б) дополнительная литература:
1. Потапенко А.Я., Малахов М.В., Кягова А.А. Фотобиофизика
фурокумаринов // Биофизика, Т. 49, № 2, С. 322-338, 2004.
2. Конев С.В., Волотовский И.Д. Фотобиология / Минск: Изд-во БГУ, 1979,
383 с.
3. Странадко Е.Ф., Иванов А.В. Современное состояние проблемы
фотодинамической терапии рака и неопухолевых заболеваний //
Биофизика, Т. 49, № 2, С. 380-383, 2004
4. Yu H.-S., Wu C.-S., Yu C.-L., Kao Y.-H., Chiou M.-H. Helium-Neon laser
irradiation stimulates migration and proliferation in melanocytes and induces
repigmentation in segmental-type vitiligo // J. Invest. Dermatol., Vol. 120, P.
56-64, 2003
5. Cunliffe W.J., Goulden V. Phototherapy and acne vulgaris // Br. J. Dermatol.,
Vol. 142, P. 855-856, 2000
в) программное обеспечение и Интернет-ресурсы
1.
Большая
библиотека:
http://techbiblio.ru/index.php?option=com_content&task=view&id=2710&Itemid=253
7
Биофизические основы фототерапии
2.
Российское
фотобиологическое
общество
http://www.photobiology.ru/ru/groups/index.htm
3. Кафедра оптики и биофотоники. On-line библиотека. Проблемы
оптической физики и биофотоники http://optics.sgu.ru/_media/library/pop/sfm10.pdf
8.
Материально-техническое
«Биофизические основы фототерапии»:
обеспечение
дисциплины
1. Мультимедиа-проектор
2. Ноутбук
3. Спектрофотометр
4. Микроскоп
5. Цифровая видеокамера
6. He-Ne лазер (633 нм)
7. Ультрафиолетовая лампа
8. Растворы белков (альбумин, интерферон)
9. Образцы эритроцитарной массы
Программа составлена в соответствии с требованиями ФГОС ВПО с учетом
рекомендаций и Примерной ООП ВПО по направлению и профилю
подготовки _Физика, Биофизика.
Автор: доцент кафедры оптики и биофотоники
к.ф.-м.н.
Э.А. Генина
Программа одобрена на заседании кафедры оптики и биофотоники СГУ
от _14 января_2011_года, протокол № _1/11_.
Подписи:
Зав. кафедрой
д.ф.-м.н. проф. В.В. Тучин
Декан факультета
(факультет, где разрабатывалась
программа)
д.ф.-м.н., проф. В.А. Аникин
Декан факультета
(факультет, где реализуется
программа)
д.ф.-м.н., проф. В.А. Аникин
8