Fizica Si Biofizica Pnetru Medicina Veterinara

Introducere

Caracteristica fundamentală a evoluției contemporane a științei este o abordare complexă, din diverse perspective (moleculară, genetică, celulară), cu ajutorul metodelor moderne de evaluare, pe de o parte, combinat cu o abordarea integrativă (sistemul, organul sau organismul), pe de alta parte. Din perspectiva științelor biologice atenția e focusată pe descifrarea mecanismelor „intime” ale proceselor biologice [citeaza], în conexiunea și complexitatea sistemelor biologice. Consecința logică a progresului științei a facilitat apariția unor noi domenii de interfață cu științele tradiționale, în special la interfața dintre biologie pe de o parte și matematică, fizică, chimie, și științe tehnice pe de altă parte [citeaza]. Acest domeniu de frontieră dintre științele fizice și știintele biologice-medicale este cunoscut sub numele de Biofizica.

Definiția Biofizicii

Definiția biofizicii ca disciplina s-a conturat în decursul timpului. Cea mai concisă definiție se bazează pe etimologia cuvântului „biofizică” conform careia, astfel, termenul de biofizică are la origine cuvântul grecesc bios=viață la care s-a adăugat cuvântul fizică, putem trage urmatoarea concluzie biofizica este știința ce studiază ”viața” cu ajutorul cadrului conceptual și a metodelor fizicii. Biofizica are un caracter profund interdisciplinar, datorită interfeței dintre biologie (studiază sistemele vii) și fizică (studiază materia ca structură și mișcare). Prin urmare, biofizica studiază “fenomenele fizice din sistemele biologice” cu ajutorul metodelor fizicii, chimiei și matematicii.

Biofizica se ocupă cu două tipuri fundamentale de probleme:

studiul fenomenelor fizice dn sistemele biologice;

cercetarea aspectelor biologice ale factorilor fizici;

Pentru a descrie structura biofizicii respectând caracterul său interdisciplinar vom desena schema sa de conexinuni cu știintele fundamentale (matematică, fizică, chimie, biologie, informatică, tehnologia, nanoștiință), și cu științele biomedicale (genetică, fiziologie, fiziopatologie, clinica medicală, bioinformatica, biotehnologie, nanomedicina) [citeaza].

Obiectul de studiu al biofizicii include:

principiile, legile și mecanismele fizice ale sistemelor biologice;

interacțiunea sistemelor biologice cu factorii fizici din mediu;

Metodele utilizate de biofizică sunt metode teoretice, fenomenologice și experimentale.

Aplicațiile biofizicii au o scara largă, de la aplicațiile clinice invazive și neinvazive, cercetare (fundamentală, translațonală și clinică) până la domeniul economic (industrie și agricultură). Această schemă de conexinuni e ilustrată în fig. 1:

Figura 1. Structura biofizicii și a conexiunilor sale cu alte stiințe. Diagrama a fost adaptată și actualizată după [x].

Pe baza criteriului de clasificare care se bazează pe nivelul de organizare a materiei, principalele ramuri ale biofizicii [cite] sunt:

biofizica nucleară,

biofizica atomică;

biofizica moleculară;

biofizica celulară;

biofizica sistemelor complexe: țesuturi, organe, organisme, populatii.

Pe de alta parte, ca stiinta aplicată în biologie, biofizica se poate diviza în biomecanică (locomoție, bioacustică, hemodinamică), biotermodinamică, bioelectricitate, biomagnetism, optica fiziologică, etc. Astfel, biofizica utilizează mai toate capitolele fizicii clasice. De exemplu, studiile de biomecanică cuprind o gama larga de aspecte, de la mișcarea în articulații, la locomoție, până la proprietătile mecanice ale componenților celulari și la motilitatea celulară. Includerea în biofizică a unor capitole din fizică clasică (cum ar fi fizica stării lichide, teoria cinetico moleculară a gazelor sau fizica stării solide) a decurs în mod firesc odată cu abordarea noilor fenomene care au loc la nivelul membranelor celulare și intercelulare. Într-un mod asemănător, mecanica cuantică și-a găsit locul și în alte teme, cum ar fi recepția energiei radiante.

Istoricul biofizicii și legătura cu alte discipline

Originea biofizicii datează din antichitate, dar biofizica ca obiect de studiu a apărut la sfârșitul secolului al XIX-lea.

Urmatoarele repere din istoricul biofizicii sunt relevante.

Leonardo da Vinci (1452 – 1519) studiază mecanismul mersului, zborului și hemodinamica.

-descoperă rolul de lentilă a cristalinului și explică formarea imaginii pe retină;

-explică cum funcționează ochiului pe „principiul camerei obscure”;

-explică perceperea reliefului ca efect al vederii binoculare [cite].

William Harvey (1578 – 1657), demonstrează circulația sanguină și studiază rolul inimii.

Giovanni Borelli (1608-1679) consideră procesele fiziologice ca rezultat al principiilor fizice

-descrie natura mecanică si funcția sistemului scheleto – muscular.

Luigi Galvani (1737 – 1798) descoperă natura electrică a impulsurilor nervoase

-a inițiat studiul bioelectricității pe baza observațiilor legate de excitabilitatea mușchiului de broască izolat;

-a arătat că țesuturile biologice produc electricitate

-a evidențiat relația dintre contracția musculară si curentul electric.

Thomas Young (1773-1829) a propus teoria tricromatică a vederii colorate.

-a inițiat studii de hidrodinamică a circulației sanguine.

Antoine Lavoisier (1743–1794) și Adair Crawford (1748–1795) au stabilit relația dintre procesul combustiei și cel al respirației.

Emil du Bois Reymond (1818–1896) a efectuat primele înregistrări ale potențialului de acțiune.

Julius Bernstein (1839-1917) a elaborat prima teorie ionică care explică originea diferențelor de potențial la nivelul membranei biologice.

Hermann von Helmholtz (1821-1894) a adus contribuții semnificative în mai multe domenii ale biofizicii.

-a descoperit că energia se consumă atât în sistemele vii cât și în cele nevii, inițiând astfel termodinamica biologică.

-a masurat viteza de propagare a impulsului nervos in fibra nervoasă;

-a masurat efectul termic al activității musculare;

-a pus bazele fizice ale abordării perceptuale/senzoriale asupra vederii si auzului;

– a explicat timbrul sunetelor prin suprapunerea diferitelor armonice.

Wilhelm Roentgen (1845-1923) a descoperit razele X, ce sunt folosite cu succes în diagnosticul medical.

Henri Bequerel (1852–1908), a descoperit radioactivitatea in 1896.

-descoperirea radioactivității artificiale de către soții Joliot si Irene Curie, a fost aplicată în cartarea metabolismului (în anii 1940-1950);

-utilizarea radioizotopilor în medicină a inceput în 1952.

Dezvoltarea cercetării în medicină, matematică, fizică, chimie și in științele conexe lor, a determinat extinderea spectaculoasă a biofizicii in perioada actuală.

Lars Onsager (1903-1976) a dezvoltat termodinamica proceselor ireversibile care este aplicată la sistemele deschise cum sunt și cele biologice.

Erlanger și Gosse (Premiul Nobel 1944) au identificat diferite tipuri de fibre nervoase pe baza vitezei de conducere a excitatiei;

-au reușit să reconstituie potențialul de acțiune al unui nerv.

Linus Pauling (Premiul Nobel 1954) a arătat că lanțurile de proteine fibrilare pot avea structuri spiralate;

Watson, Crick și Wilkins (Premiul Nobel l962) au descifrat structura spațială de dublă elice a ansamblelor macromoleculare de ADN. Această descoperire a înlesnit înțelegerea modului în care se transmite informația ereditară.

George Wald (Premiul Nobel 1967), a stabilit care sunt etapele principalele ale ciclului fotochimic al vederii.

Garth Nicolson și Seymour Singer au propus in anii (1972–1974) modelul de mozaic fluid pentru membrana celulară.

George Emil Palade (Premiul Nobel 1974) a inițiat aplicarea microscopiei electronice în cercetarea biologică.

Allan Hodgkin (1914–1998) și Andrew Huxley (1917–2012), (Premiul Nobel 1963) au descris matematic potențialul de acțiune în funcție de fluxurile de ioni ce trec prin membrana axonală.

-Hodgkin și Cole au aprofundat studiul sistemului nervos și a transmisiei semnalelor electrice

Willem Eithoven (1860-1927) a pus bazele electrocardiografiei in 1924.

-Denis Noble (1936-) modifică modelul Hodgkin – Huxley in 1960 pentru a putea fi adaptat la generatorul cardiac.

Erwin Neher (1944-) și Bert Sakmann (1942-) (premiul Nobel în 1991) au inventat tehnica “patch clamp” ce permite înregistrarea activității unui singur canal ionic din membrana celulară (au realizat măsurători ale curenților ionici de ordinul picoamperilor).

Anthony Barker si echipa de la Royal Hallamshire Hospital din Sheffield, UK, au realizat in 1985 prima stimulare magnetică transcraniană (TMS).

-au demonstrat propagarea impulsurilor nervoase din cortexul motor la maduva spinării, stimulând contracția musculară în mână.

-utilizarea TMS a fost aprobata de FDA pentru a fi utilizate în migrena, la tratamentul tulburarilor de depresie majoră, la durerea neuropată;

-TMS a deschis o nouă era în biofizică și medicina neinvazivă

În perioada 2002-2005, cercetătorii Gero Miesenböck, Georg Nagel, Ernst Bamberg, Ed Boyden, Karl Deisseroth și Peter Hegemann au adus contribuții la fundamentarea metodei optogenetice.

-Optogenetica este o tehnică nouă de biofizică, care implică utilizarea de lumină pentru a controla celulele din țesuturile vii (de obicei neuroni), care au fost modificate genetic pentru a exprima canale de ioni sensibile la lumină.

– Optogenetica este o metodă folosită pentru a controla și monitoriza activitatea neuronilor individuali în țesuturile vii și pentru a masura cu precizie efectele acestor manipulări în real timp.

– Optogenetica a fost aleasă în 2010 ca "Metoda Anului" în toate domeniile de știința și inginerie de către revista de cercetare interdisciplinară Nature Metods.

Inspirat de conceptul lui Richard Feynman (1959), Eric Drexler a folosit termenul "nanotehnologie" în 1986. Nanotehnologia ("Nanotech") este manipularea materiei la scară atomică, moleculară și supramoleculară pentru fabricarea de produse la macroscară.

-definește nanotehnologia ca manipularea materiei cu dimensiuni de la 1 la 100 nanometri.

-definiția ei reflectă faptul că efectele mecanice cuantice sunt importante la scară nanometrică.

-Nanobiotehnologia a aparut la intersecția dintre biologie și nanotehnologie.

Ramurile biofizicii

Biofizica, o stiinta profund interdisciplinară, studiază structurile din care se compune materia vie precum și fenomenele și mecanismele fizice pe baza cărora aceste structuri funcționează. O sistematizare a preocupărilor din biofizică în continua diversificare, se poate face: i) din punctul de vedere al nivelului de organizare al sistemului biologic (molecular, supramolecular, celular, etc.), ii) din punct de vedere al problematicii investigate (structurală sau fenomenologică și funcțională), sau iii) al domeniului din fizică (biomecanica, biotermodinamica, bioelectromagnetism, etc).

Nivelul de organizare al sistemului biologic investigat, clasifică biofizica în: a) biofizic moleculară – care examinează proprietățile moleculelor și fenomenele ce se derulează în agregatele supramoleculare, b) biofizica celulară – care integrează ansamblul de aspecte biofizice (electrice, mecanice, termice, etc.) la nivel celular și c) biofizica sistemelor complexe, ce ierarhizează procesele de la nivel molecular/celular, la nivel de organ, de organism și de nivel supraindividual. Din perspectiva problematicii abordate, biofizica moleculară este în principal structurală, iar biofizica sistemelor complexe, este mai mult funcțională. Cele două aspecte sunt intrinsec legate într-o multitudine de fenomene, cum ar fi fotosinteza, procesarea informației genetice, motilitatea și altele. Ca disciplina aplicată, biofizica este conectată cu aproape toate ramurile fizicii. De exemplu, studiile de biomecanică formează un spectru larg de aspecte, de la proprietățile mecanice ale constituenților celulari, la locomoția animală; biotermodinamica se ocupă atât de conversiile de energie de la nivel celular și de organism, cât și de aspectele energetice ale ansamblurilor de sisteme biologice de la nivel supraindividual; bioelectricitatea se ocupă de fenomenele electrice implicate in activitatea celulelor și organelor excitabile. Utilizarea în biofizică a unor capitole moderne din mecanica cuantică, fizica stării lichide sau solide, a decurs în mod natural odată cu analizarea unor fenomene precum recepția energiei radiante, conversia energiei din structurile supramoleculare (membrane celulare și intracelulare), etc.

De asemenea, biofizica cunoaște în prezent o extindere impresionantă, în domenii de mare actualitate cum sunt optogenetica, bionanotehnologia, biocibernetica sau medicina neinvazivă. Biofizica modernă se ocupă cu interpretările cibernetice ale structurilor și fenomenelor biofizice, cu analiza informației si a energiei (teoria bioinformației), comunicației și reglării (teoria sistemelor cu reglare automată). Structura internă, legăturile dintre substanța, energie și informație care există între componentele sistemelor biofizice, fac parte din arsenalul de caracteristici ale sisteme dinamice complexe. Acestea au capacitatea de autoreglare prin intermediul mecanismului de feed-back, iar sistemele evoluate, dispun de un element de decizie prin mecanismul feed-forward. Așa se explică faptul că reușesc să-și păstreze stabilitatea.

Caracteristicile sistemelor biofizice

Pentru caracterizarea cantitativă a fenomenului biofizic literatura de specialitate (Flonta, Maria Luiza, ș.a., 1992) apelează la însușirile esențiale ale sistemelor vii. Astfel, se poate mentiona:

toate sistemele biologice sunt sisteme deschise, viața nefiind posibilă fără schimburi de substanță și energie între acestea și mediul înconjurător;

orice sistem viu extrage din exterior energia pe care o utilizează în mod specific și direcționat spre a se menține, a crește și a se reproduce;

sistemele vii sunt structuri disipative, dependente de o continuă disipare de energie din mediu;

în ceea ce privește alcătuirea internă a sistemelor vii, cercetările au pus în evidență profunda neomogenitate și anizotropie a materiei vii;

referitor tot la structura internă a sistemelor vii cea mai importantă caracteristică a lor este compartimentarea mediului lor intern, ceea ce face posibilă desfășurarea simultană a numeroase procese care decurg adesea în sensuri contrare (de exemplu reacții de sinteză și reacții de descompunere);

sistemelor vii le este caracteristică o evoluție ascendentă în timp, atât la scara existenței fiecărui organism cât și a lumii vii în ansamblu;

sistemele biologice au calitatea de a fi sursă și receptor de informație, deci primesc, prelucrează și transmit informație; informația reprezintă un mesaj despre evenimente care au avut, au și vor avea loc într-un sistem; schema generală de circulație a unui flux informațional presupune existența unei surse, a unui canal de transmisie și a unei destinații; pe parcursul circulației informației este posibilă intervenția unor perturbații care pot schimba calitatea informației. Structurarea internă, legăturile substanțial – energetice între diferitele sisteme vii sau între acestea și mediul lor de viață, faptul că la aceste legături se adaugă și cele informaționale, face ca sistemele vii să poată fi tratate ca sisteme cibernetice. Ca urmare organismele vii reușesc să se autoregleze, să-și păstreze stabilitatea în pofida numeroșilor factori perturbatori.

structurile biologice au caracter ierarhizat, nivelul celular fiind fundamental pentru întreaga lume vie.

Materia ce ne înconjoară, vie și nevie, se prezintă sub formă de structuri ierarhizate. Nivelurile de organizare ale materiei pot fi prezentate în următoarea succesiune:

particule (electroni, protoni, neutroni, quarci, etc)

atomi/ioni

molecule

macromolecule

structuri subcelulare (organite celulare, membrane plasmatice, etc)

structuri celulare: celula

structuri supracelulare: țesut, organ, aparat, sistem

organism

populatie/social

ecosistem

Dacă primele 4 niveluri sunt comune atât materiei minerale cât și celei vii, nivelurile care urmează sunt specifice materiei vii, celula fiind considerată, așa cum s-a specificat, ca nivelul fundamental de organizare a materiei vii. Celula este unitatea morfologică și funcțională a materiei vii capabilă să-și ducă viața independent. Activitatea celulelor vii este posibilă la rândul ei datorită unei organizări subcelulare complexe.

Elemente de construcție pentru materia vie

În compoziția celulelor intră aceleași elemente chimice ca și în materia anorganică, dar peste 99% este formată din șase elemente: H, C, O, N, P, S.

În materia vie se găsește o mare proporție de micromolecule (apa – numită și matricea vieții reprezentând componentul major) precum și una mai mică de macromolecule specific biologice (numite și biomolecule). Acestora li se adaugă complexele supramoleculare.

Micromoleculele pot fi neutre din punct de vedere electric (apa, glucoza) sau încărcate (microionii: Na+ , K+, Cl-, …).

Numărul mare de macromolecule care se găsește în materia vie sunt diferite din punct de vedere chimic între ele dar, pe baza asemănărilor de structură, proprietăți și funcții, pot fi grupate în patru clase: proteine, acizi nucleici, lipide și glucide. Ele pot prezenta patru subnivele de organizare structurală: primară, secundară, terțiară și cuaternară (Popescu, A., 1997).

Complexele supramoleculare rezultă din asocierea, pe baza unor interacțiuni de tip Van der Waals, a macromoleculelor din diferite clase. În acest fel rezultă nucleoproteinele (de exemplu ribozomii), lipoproteinele (complexe membranare), glicoproteinele, glicopoproteinele, etc.

1.6. Însușiri fiziologice ale materiei vii

Desi, au aceleași elemente în componență atît materia vie cât și cea minerală, ele au și proprietăți specifice, astfel existența materiei vii depinde de aceste proprietăți caracteristice. Din categoria acestora fac parte urmatoarele proprietăți: de metabolism, de creștere, de dezvoltare, de adaptare, de mișcare, de sensibilitate și excitabilitatea, de îmbătrânire și în final de moarte.

Metabolismul evidențiază proprietatea fundamentală pe care o are materia vie și reprezintă toate schimburile de substanță și de energie ce au loc între materia vie pe o parte și mediul înconjurator pe de altă parte. Acest schimb are la bază două procese simultane, anabolismul/asimilația (unde are loc formarea substanțelor organice pe baz substanțelor anorganice) și catabolismul/dezasimilația (unde o parte din substanțele organice se degradează eliberând energie).

Creșterea reprezintă sporirea în greutate și în volum a organismului viu. Ea se bazează pe procesele de înmulțire și de creștere a celulelor prin extensie.

Dezvoltarea are la bază transformările calitative, ce au loc la nivelul organismului viu. La finalul lanțului de transformări calitative are loc un salt stadial. Dezvoltarea se realizează paralel cu procesul de creștere.

Adaptarea este proprietatea organismului viu , care are capacitatea de a-și regla cerințele metabolice în raport cu variațiile factorilor externi. Ea se poate desfașura doar între anumite granițe.

Sensibilitatea și excitabilitatea reprezintă însușiri fiziologice ale organismului viu de percepere și reacție la stimulul direct sau indirect a unor excitanți.

Mișcarea, sub diverse forme, are loc la toate nivelurile de organizare a organismului viu (de la nivelul curenților citoplasmatici, la nivelul deplasării cromozomilor de-alungul fusului nuclear pe durata diviziunii celulare și până la nivelul deplasării locomotorie).

Îmbătrânirea se declanșează în momentul când activitatea fiziologică se reduce, atunci catabolismul domină anabolismului.

Moartea are loc atunci când activitatea metabolică se oprește în totalitate. La nivel celular moartea înseamnă coagulare/dezagregare a citoplasmei care trece în stare amorfă/ mucilaginoasă.

1.7. Mijloace de investigare utilizate în biofizică

Investigarea structurilor moleculare

Biofizica moleculară are la bază studiul oganizării spațiale a macromoleculelor, relația acestora cu interacțiunile funcționale pe care le realizează în cadrul mediului biologic. În acest domeniu se utilizează metodele fizice care au putere mare atît de rezoluție spațială cât și temporală. Astfel, utilizarea metodelor cristalografice a deschis calea cunoașterii constituenților biologici fundamentali, precum proteinele și acizii nucleici. Un exemplu bun este cum a fost stabilită structura tridimensională a hemoglobinei de către omul de știință Perutz și structura ADN- ului de către oamenii de știință Crick și Watson în anii 50 reprezintă începutul acestui tip de cercetare. Dar cristalografia oferă doar o imagine statică a structurii macromoleculare și nu poate da informații asupra aspectelor funcționale. Doar studierea în soluții care au un grad cât mai apropiat al condițiilor fiziologice poate da informații în legătura cu comportamentul dinamic-funcțional. Pentru realizarea acestui lucru se va apela marea varietate de proprietăți pe care le deține macromoleculelor în soluții, enumerăm următoarea proprietate, respectiv viteza de migrație în cadrul câmpului gravitațional intens (ultracentrifugarea). Acest lucru permite stabilirea dimensiunilor și formelor macromoleculelor având la baza legile hidrodinamicii.

Aceste studii realizate în raport de parametrii fizici și chimici (temperatura, concentrația salină, pH-ul) și în raport de interacțiunile ce pot avea loc cu alte molecule, ne oferă ocazia să studiem schimbările conformaționale ce se pot realiza în asociere cu diverse stări funcționale. Pentru aceste cercetări se folosesc ca bază proprietățile optice, enumerăm următoarea propietate,respectiv proprietatea de difuzie cvasielastică a luminii laser. Metodele spectroscopice generează o informație mai precisă, utilizarea lor are la bază urmatoarea caracteristică, respectiv capacitatea atomiilor sau grupelor de atomi de a absorbi lumina în cadrul domeniilor de lungimi de unde caracteristice.

Aceste grupări sunt înconjurate de un anumit mediu, starea lor este în funcție de alte grupări din cadrul macromoleculei se constată modelarea intensității absorbției și a lungimilor de undă acolo unde are loc fenomenul de absorbție. Studierea spectrelor de absorbție ne furnizeză, de exemplu, obținera informației cu caracter local despre configurația de lanțuri polipeptidice. În cadrul biofizicei moleculare de asemenea utilizarea proprietăților de fosforescență și fluorescență pe care le dețin anumite grupări naturale, precum și ultilizarea și a altor metode, respectiv dispersia optică rotatorie, spectroscopia în lumină polarizată, metoda de rezonanță paramagnetică electronică (RPE), metoda de rezonanță magnetică nucleară (RMN).

Analiza structurilor celulare

Ansamblurile supramoleculare care combină elementele bine definite în arhitecturile cu complexitate ridicată nu sunt doar sediul unde au loc fenomene relativ elementare care întrețin o funcție izolată, cum este activitatea enzimatică. Ele integrează o mulțime de procese fizico- chimice de unde extragem noi proprietăți și funcții, ele nefiind reductibile la o suma a funcțiilor elementare. Problema esențială se referă la legătura ce se creează între organizarea ansamblurilo supramoleculare și secvențele de evenimente ce de desfășoară în timp și spațiu. În măsură ce gradul complexității crește și când se analizează funcțiile vitale esențiale, studiile sunt focusate până la nivel acesta în mod prioritar asupra structurilor, se vor direcționa din cât mai mult spre latura funcțională.

Studierea acestor structuri superioare determină schimbarea scării spațiale unde care are loc cercetarea. Rol important pe care îl joacă aici microscopia electronică permite să se observe, relativ direct, cum sunt organizate aceste structuri. Însă studierea în dinamică a acestor sisteme nu se poate realiza decât prin metodele de congelare ultrarapide. Astfel, se ne permite vizualizarea a unei serii de "instantanee" care ne arată schimbările de structură care au loc în cursul evenimentelor și care au o durată zecimi de milisecunde. Se utilizează de asemenea și metodele de spectroscopie de rezonanță și de fluorescență în lumină polarizată.

Abordarea integrativă a mecanismelor vitale în cadrul unui organism

Biofizica sistemelor integrate la nivel înalt (organul sau organismul luat ca un întreg) cercetările se fac la nivel macroscopic, deseori împletindu-se cu fiziologia cu care are o strânsă legătură. Cercetările au loc în domenii vaste de variate cuprinând studii de reologie și mecanică vasculară, studii de filtrație de la nivel renal, studii de biomecanică folosite în explicarea motricității, studii ale bioreceptorilor, respectiv acei detectori proprii pe baza cărora organismele vii iau contact cu parametrii fizici și chimici ai mediului ambiant, studii asupra percepției senzoriale, studii asupra acțiunilor radiațiilor asupra organismelor, etc., aceste sunt doar câteva exemple.

Biofizicianul utilizeză des modelarea. Modelele teoretice cât și modele experimentale, se bazeză pe cunoașterii aprofundată a sistemelor biologice pentru care au fost concepute și care le permite reconstituirea fenomenelor vitale, pornind de la fenomene elementare. Sub aspectul acestei laturi ale sale , biofizica este sprijinită și de alte discipline științifice, una din ele fiind matematica.