Obiettivi formativi
- Chimica
L'insegnamento di Chimica e Propedeutica Biochimica ha l'obiettivo di consentire allo studente di conoscere e comprendere la correlazione tra la struttura elettronica dell’atomo e delle molecole, sia inorganiche che organiche e le loro proprietà chimiche. Particolare attenzione viene dedicata alle macromolecole di interesse biologico. Lo studente dovrà comprendere:
1) la struttura delle molecole
1) come reagiscono le molecole ed il ruolo fondamentale dell'acqua nel definirne la reattività.
2) le funzioni svolte dalle molecole che compongono la cellula, vista come unità elementare della materia vivente,
Lo studente dovrà acquisire le conoscenze e capacità di comprensione che consentano di collegare la nomenclatura chimica alla corrispondente formula delle sostanze, che gli consentano di descrivere le macromolecole di interesse biologico nonché il loro ruolo funzionale nella cellula. Dovrà sapere riconoscere i gruppi funzionali delle molecole responsabili della loro reattività. Dovrà acquisire una visione d'insieme dei meccanismi che regolano le trasformazioni delle molecole e del collegamento tra la loro trasformazione e l'associato consumo e/o produzione di energia. Dovrà capire l'interconnessione tra chimica e biologia.
Lo studente dovrà acquisire la capacità di selezionare ed applicare le conoscenze acquisite non solo a livello teorico ma anche nello svolgimento delle attività di tirocinio.
-Fisica applicata
Il corso di Fisica Applicata si propone di fornire allo studente una preparazione di fisica di base legata alla conoscenza e alla comprensione dei principi fisici fondamentali. Il corso fornirà gli strumenti necessari, matematici e fisici, per affrontare argomenti di crescente complessità propedeutici anche ad altre importanti discipline del Corso di Laurea, quali Chimica, Biologia, Fisiologia, Biochimica. Il corso si ripromette altresì di fornire i rudimenti concettuali necessari per una comprensione, pur sommaria, di alcune importanti tecnologie che sempre più frequentemente accompagnano l'opera del medico e dello specialista quali ad esempio: centrifughe, endoscopi, microscopi, trasduttori per ecografia, sistemi laser, apparati radiologici, NMR, rivelatori di radiazioni, ecc.
In questo senso, il corso si prefigge anche lo scopo di sviluppare l'attitudine dello studente allo studio autonomo e all'aggiornamento continuo sulle nuove tecnologie fisiche che trovano applicazioni nella diagnostica e nella terapia in campo medico e biologico.
Prerequisiti
I prerequisiti consistono nelle conoscenze di chimica e fisica necessarie per il superaramento del test di ingresso ai CLM in Medicina e Chirurgia e Odontoiatria.
Contenuti dell'insegnamento
- Chimica
Nella Prima parte verrà presentata una panoramica degli argomenti che saranno trattati nel Corso spiegando anche le motivazioni che giustificano la sequenza temporale con cui verranno presentati. Di seguito verranno discussi i principi che regolano il flusso di energia associato ad ogni reazione chimica ed il loro significato da un punto di vista biologico.
Nella Seconda parte si tratteranno argomenti che riguardano a) la struttura dell'atomo e le sue proprietà introducendo una serie di formalismi matematici e grafici utili per rappresentare atomi e molecole e per descrivere le reazioni chimiche; b) l'origine della struttura tridimensionale e della reattività delle molecole; c) I principi della cinetica chimica; d) le reazioni dei composti inorganici con particolare attenzione all'equilibrio acido-base.
Nella Terza parte si tratteranno le proprietà chimiche e strutturali dei composti organici.
Nella Quarta parte infine si tratteranno le caratteristiche strutturali e funzionali delle principali macromolecole presenti in una cellula (carboidrati, proteine, lipidi ed acidi nucleici).
- Fisica applicata
Il corso di Fisica Applicata tratterà gli aspetti più importanti della fisica di base partendo dalla definizione delle principali grandezze fisiche e dei sistemi di unità di misura fino ad arrivare ai contenuti più complessi alla base della diagnostica per immagini e della radioterapia.
Verranno affrontati i principi fondamentali della meccanica, della dinamica dei fluidi, dell'elettromagnetismo, della termologia, dei fenomeni ondulatori e dell'ottica.
Verranno di volta in volta sottolineate le principali applicazioni in ambito medico e le implicazioni nella fisiologia del corpo umano. In particolare, verranno approfonditi aspetti relativi alla biomeccanica, alla circolazione del sangue, all'uso delle radiazioni in diagnostica e terapia medica.
Programma esteso
- Chimica
Chimica Generale e Inorganica
Introduzione e struttura dell'atomo.
Materia e sue proprietà. Elementi e composti. Particelle atomiche. Numero atomico, numero di massa, isotopi. Peso atomico, peso molecolare, grammo-atomo, grammo-molecola (mole). Struttura dell'atomo; orbitali atomici e numeri quantici. Struttura elettronica degli elementi.
Periodicità delle proprietà degli elementi.
Tavola periodica degli elementi. Proprietà periodiche degli elementi: dimensioni atomiche, energia di ionizzazione, affinità elettronica, elettronegatività. Struttura elettronica e proprietà chimiche.
Il legame chimico. Legame ionico; legame covalente (puro, polare, dativo) e orbitali molecolari; orbitali ibridi; legame metallico. Interazioni intermolecolari: interazioni dipolo-dipolo, legame a idrogeno, forze di van der Waals.
Sistematica chimica. Idruri, idracidi, ossidi basici e ossidi acidi, perossidi, idrossidi, ossiacidi, sali neutri e sali acidi: reazioni di formazione, bilanciamento, nomenclatura, formule di struttura.
Cinetica chimica. Velocità di una reazione chimica e fattori che la influenzano: natura chimica dei reagenti, concentrazione (ordine di una reazione), temperatura e catalizzatori. Teoria delle collisioni molecolari e dello stato di transizione.
Equilibrio chimico. Concetto di equilibrio dinamico. Legge di azione delle masse e costante di equilibrio. Fattori che influenzano l'equilibrio: variazioni di concentrazione, temperatura, pressione. Principio di azione e reazione (principio di Le Chatelier).
Termodinamica chimica. Primo principio della termodinamica, concetto di entalpia. Secondo principio della termodinamica, concetto di entropia. Terzo principio della termodinamica. Energia libera applicata ad una reazione chimica: energia libera e spontaneità di una reazione, energia libera e costante di equilibrio.
Soluzioni. Modi di esprimere la concentrazione di una soluzione: percentuale p/p, p/v, v/v, molarità, molalità, normalità. Proprietà colligative delle soluzioni: innalzamento ebullioscopio, abbassamento crioscopico; osmosi, pressione osmotica (coefficiente di van't Hoff e osmolarità).
Acidi e basi: teoria di Arrhenius, teoria di Bronsted e Lowry, teoria di Lewis. Equilibri acido-base. La forza degli acidi e delle basi. Dissociazione ionica dell'acqua. Concetto di pH. Calcolo del pH delle soluzioni acquose di acidi e basi (forti e deboli). Proprietà acido-base dei sali: idrolisi. Soluzioni tampone e loro funzionamento; calcolo del pH delle soluzioni tampone. Titolazioni acido-base.
Stechiometria
La chimica attraverso gli esercizi. Calcoli stechiometrici. Rapporti ponderali nelle reazioni chimiche. Numero di ossidazione. Reazioni di ossido-riduzione e loro bilanciamento.
Esercizi sui modi di esprimere la concentrazione di una soluzione. Esercizi sul calcolo del pH di varie soluzioni acquose.
Esercizi sulla pressione osmotica.
Chimica Organica
Introduzione. Orbitali ibridi del carbonio. Formule di struttura. Tipi di reazione: sostituzione, addizione, eliminazione. Reagenti elettrofili e nucleofili. Gruppi funzionali.
Idrocarburi. Classificazione. Alcani: nomenclatura, proprietà fisiche e reazioni caratteristiche. Isomeria conformazionale. Cicloalcani: struttura e nomenclatura. Alcheni e alchini: nomenclatura, proprietà fisiche e reazioni caratteristiche. Isomeria geometrica.
Benzene: concetto di risonanza, proprietà. Reattività del benzene e principali reazioni. Effetto orientante dei sostituenti nelle reazioni di sostituzione: effetto induttivo e mesomero.
Alcoli. Struttura, classificazione e nomenclatura. Proprietà fisiche; acidità e basicità. Reazioni caratteristiche. Formazione degli eteri.
Aldeidi e chetoni. Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Reazioni caratteristiche e meccanismi di reazione: reazioni con l'acqua, gli alcoli, le ammine; condensazione aldolica.
Acidi carbossilici e derivati. Struttura e nomenclatura. Proprietà fisiche. Proprietà acide e variazione dell'acidità in funzione dei sostituenti. Reazioni caratteristiche e meccanismo della reazione di formazione degli esteri. Esteri: nomenclatura e proprietà; meccanismo della reazione di idrolisi basica. Cenni ad altri derivati degli acidi: anidridi, ammidi, alogenuri acilici.
Ammine. Struttura, classificazione e nomenclatura. Proprietà fisiche. Basicità delle ammine in funzione dei sostituenti. Reazioni caratteristiche. Anilina: struttura e proprietà.
Stereoisomeria ed attività ottica. Concetti di simmetria e asimmetria molecolare. La chiralità: enantiomeri ed attività ottica; diastereoisomeri. Molecole contenenti più centri chirali: forme meso.
Propedeutica Biochimica
Carboidrati. Nomenclatura e classificazione. Isomeria ottica dei carboidrati. Struttura, proprietà e funzioni dei principali carboidrati: monosaccaridi, disaccaridi e polisaccaridi.
Lipidi. Acidi grassi, trigliceridi, saponificazione. Fosfolipidi e cerebrosidi: struttura e proprietà. Membrane lipidiche: micelle, bilayers. Membrane biologiche: cenni sulla struttura e loro principali funzioni.
Amminoacidi e proteine. Gli amminoacidi naturali: struttura generale e classificazione. Proprietà acido-base degli amminoacidi; punto isoelettrico. Legame peptidico. Struttura primaria, secondaria, terziaria e quaternaria delle proteine. Principali funzioni delle proteine.
Basi azotate ed acidi nucleici. Basi puriniche e pirimidiniche. Nucleosidi e nucleotidi. Acidi nucleici (RNA e DNA) e loro struttura.
- Fisica Applicata
Introduzione ai fenomeni fisici – Grandezze fisiche e leggi fisiche – Il metodo sperimentale – Unità di misura fondamentali e derivate – Equazioni dimensionali – Sistemi di unità di misura – Sistema internazionale – Rappresentazione delle leggi fisiche. – Incertezze ed errori – propagazione degli errori – Grandezze vettoriali
– Fondamenti della dinamica: Principi della dinamica – Forza, lavoro ed energia – Teorema dell’energia cinetica – Campi di forze conservativi – Energia potenziale – Conservazione dell’energia meccanica – Centro di massa e sue proprietà – Conservazione della quantità di moto – Momento di una forza – Cenni al moto dei corpi rigidi – Le leve e il corpo umano – Fenomeni elastici, legge di Hooke e moduli di elasticità – Flessione e torsione – Elasticità dei vasi sanguigni e delle ossa
– Onde e Acustica: equazione d’onda e parametri caratteristici – Onde stazionarie – Risonanza – Diffrazione e principio di Huygens – Suono e suoi caratteri distintivi – Effetto Doppler – Ultrasuoni e loro applicazione in campo biomedico
– Fluidostatica e Fluidodinamica: La pressione – Legge di Stevino e principio di Archimede – Pressione atmosferica e barometro di Torricelli – La pressione arteriosa e sua misura – Tensione superficiale e formula di Laplace – Capillarità e legge di Jurin – Embolia gassosa – Portata di un condotto – Liquido ideale e teorema di Bernoulli – Implicazioni per la circolazione sanguigna – Liquidi reali e viscosità – Moto laminare e teorema di Poiseuille – Resistenza idraulica – Formula di Stokes e velocità di sedimentazione – Regime turbolento e numero di Reynolds – Cenni sul lavoro cardiaco.
– Termologia e Termodinamica: Dilatazione termica – Temperatura e calore – Leggi dei gas e temperatura assoluta – Equazione di stato dei gas perfetti e approssimazione per i gas reali – Cenni di teoria cinetica dei gas – Calori specifici – Passaggi di stato e calore latente – Meccanismi di propagazione del calore – Primo e secondo principio della termodinamica – Macchine termiche e rendimento – Entropia e disordine
– Ottica: Riflessione e rifrazione – Riflessione totale e fibra ottica – Diottro sferico – Lenti sottili, specchi e costruzione delle immagini – Microscopio composto – Potere risolutivo – L’occhio come sistema diottrico – Principali ametropie dell'occhio e loro correzione mediante lenti – Aspetti ondulatori della luce – Laser
– Elettricità, magnetismo e correnti elettriche: Cariche elettriche e legge di Coulomb – Campo elettrico – Lavoro del campo elettrico e potenziale elettrostatico – Campo dipolare – Cenni su fibra muscolare ed elettrocardiogramma – Teorema di Gauss e sue applicazioni – La gabbia di Faraday – Capacità elettrica e condensatore – Intensità di corrente – Cenni sulla struttura elettronica di isolanti, conduttori metallici e semiconduttori – La legge di Ohm – Resistenze in serie e parallelo – Forza elettromotrice – Effetto termico della corrente – Conduzione elettrica nei liquidi – Passaggio della corrente nel corpo umano – Effetto termoionico e fotoelettrico – Campo magnetico e sua azione su correnti e magneti – Legge di Biot-Savart – Teorema della circuitazione di Ampère – Solenoide – Induzione elettromagnetica – Tensione e corrente alternata – Impedenza – Onde elettromagnetiche.
– Radiazioni: Struttura dell’atomo e del nucleo – Numeri quantici, orbitali elettronici e transizioni – Isotopi instabili e radiazione alfa, beta, gamma – Legge del decadimento radioattivo e vita media – Rivelazione delle radiazioni – Applicazioni biomediche dei radioisotopi - Raggi x (produzione, proprietà e meccanismi di assorbimento nella materia) - L'immagine radiologica - Cenni su TAC e NMR - Cenni di radioprotezione.
Bibliografia
-Chimica
K.J. Denniston, J.J.Topping and R.L. Caret
Italian Edition
McGraw-Hill 2011
Organic Chemistry
H. Hart, L.E. Craine, D.J. Hart, C.M. Hadad
6th Edition Zanichelli
Introduction to General, Organic and Biochemistry
F. A. Bettelheim, W.H. Brown, M.K. Campbell., S.O. Farrell
9th Engl. Ed.
- Fisica applicata
- Dispense del corso
- A. Giambattista, B. McCarthy Richardson, R. Richardson "Fisica Generale. Principi e Applicazioni" Ed. McGraw-Hill
- J.S. Walker : Fondamenti di Fisica - Ed. Pearson
- J. Walker : Halliday- Resnick, Fondamenti di Fisica – Ed. Casa editrice Ambrosiana
- D. Scannicchio : Fisica Biomedica - Ed. Edises
- Bersani, Bettati, Biagi, Capozzi, Feroci, Lepore, Mita, Ortalli, Roberti, Viglino, Vitturi: Fisica biomedica, Ed. Piccin Nuova Libraria (Padova)
Metodi didattici
Le lezioni si svolgeranno in presenza, nel rispetto degli standard di sicurezza, salvo ulteriori disposizioni dovute all’eventuale perdurare dell’emergenza sanitaria. Il materiale didattico sarà depositato sulla specifica piattaforma ad accesso riservato agli studenti (Elly) e comprenderà presentazioni iconografiche, audio-video di supporto o videoregistrazione delle lezioni.
Modalità verifica apprendimento
- Chimica
L'accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dall'Insegnamento prevede un test alla fine del Corso sotto forma di prova scritta sull'intero programma.
La prova mira ad accertare se lo studente ha raggiunto l'obiettivo di acquisire una buona conoscenza e comprensione d'insieme dei principi chimici che stanno alla base dei processi vitali e se è in grado di applicarli per risolvere i quesiti posti.
Qualora, a causa del perdurare dell'emergenza sanitaria fosse necessario adottare la modalità a distanza per gli esami di profitto, si procederà come segue:
prova scritta strutturata condotta a distanza (con Teams o Elly).
- Fisica applicata
L’accertamento del raggiungimento degli obiettivi previsti dal corso prevede un esame scritto. Mediante domande aperte e problemi riguardanti i contenuti del corso verrà accertato se lo studente ha raggiunto l’obiettivo della conoscenza e della comprensione dei contenuti anche riguardanti specifiche applicazioni biomediche.
Qualora a causa del perdurare dell'emergenza sanitaria fosse necessario adottare la modalità a distanza per gli esami di profitto, si procederà con una
prova scritta condotta a distanza (via Teams e Elly) con le stesse modalità della prova in aula. Il candidato si manterrà collegato con microfono e videocamera accesi e svolgerà la prova sotto il controllo della commissione.
La consultazione del materiale didattico sarà consentito.
Per entrambe le prove di Chimica Fisica applicata, gli Studenti con DSA/BSE devono preventivamente contattare Le Eli-che: supporto per studenti con disabilità, D.S.A., B.E.S. (https://sea.unipr.it/it/servizi/le-eli-che-supporto-studenti-con-disabilita-dsa-bes)
Altre informazioni
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