conoscenze di base di matematica, fisica generale, chimica e biologia, con particolare riferimento alle grandezze fisiche, alle unità di misura, ai concetti di forza, pressione, energia, temperatura, onde, corrente elettrica, magnetismo e radiazioni. Sono inoltre richieste competenze logico-matematiche di base, necessarie per comprendere formule, grafici, relazioni tra grandezze fisiche e semplici applicazioni quantitative riferite a fenomeni biologici, fisiologici e clinico-assistenziali. Non sono previste propedeuticità formali, salvo quanto eventualmente stabilito dal regolamento didattico del corso di studio.

L’insegnamento di Fisica Applicata alle Scienze Infermieristiche ed Ostetriche fornisce agli studenti le conoscenze fisiche di base necessarie per comprendere fenomeni fisiologici, procedure cliniche e tecnologie diagnostico-terapeutiche di frequente interesse nell’ambito infermieristico e ostetrico.

Il corso affronta i principi della misura e dell’errore, la meccanica dei fluidi applicata alla circolazione sanguigna, la pressione, la portata, la viscosità, il comportamento dei fluidi biologici, la termodinamica e il metabolismo, la trasmissione del calore, le onde e gli ultrasuoni, l’ottica, le radiazioni, la corrente elettrica, il magnetismo e i principi fisici della risonanza magnetica nucleare. I temi principali indicati nel materiale del corso comprendono circolazione sanguigna e cuore, ottica e radiazioni, termodinamica e metabolismo, corrente elettrica, magnetismo, risonanza magnetica nucleare, onde e suoni alla base della diagnostica ecografica. 

L’insegnamento si colloca nell’ambito della fisica applicata alle scienze della vita e contribuisce alla formazione di base dello studente, fornendo strumenti utili per interpretare parametri clinici, dispositivi tecnologici e fenomeni fisici coinvolti nell’assistenza sanitaria.

Al termine del corso lo studente dovrà aver acquisito conoscenze e competenze coerenti con i Descrittori di Dublino.

Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente dovrà conoscere i concetti fondamentali della fisica applicata ai sistemi biologici: misura, errore, densità, pressione, forza, fluidi, portata, viscosità, energia, calore, temperatura, onde, ultrasuoni, radiazioni, corrente elettrica, magnetismo e risonanza magnetica. Dovrà inoltre comprendere il significato fisico di grandezze e fenomeni utilizzati nella pratica sanitaria, come pressione arteriosa, flusso ematico, viscosità del sangue, scambio di calore, propagazione degli ultrasuoni e formazione dell’immagine ecografica.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente dovrà essere in grado di applicare i principi fisici a situazioni di interesse infermieristico e ostetrico, interpretando fenomeni quali la circolazione sanguigna, la variazione della pressione nei vasi, il ruolo della viscosità e dell’ematocrito, il funzionamento dei trasduttori ecografici, il significato del Doppler, la trasmissione del calore nei tessuti e i principi fisici di alcune tecnologie diagnostiche. Il materiale didattico dedica particolare attenzione alla dinamica dei fluidi, all’equazione di continuità, al principio di Bernoulli, alla legge di Poiseuille e alla viscosità del sangue. 

Autonomia di giudizio
Lo studente dovrà sviluppare la capacità di interpretare in modo critico grandezze fisiche e parametri clinici, riconoscendo i limiti dei modelli ideali quando vengono applicati a sistemi biologici reali. Dovrà inoltre saper distinguere tra descrizione teorica e applicazione pratica, ad esempio nel confronto tra fluidi ideali e fluidi reali, o tra modelli semplificati del circolo sanguigno e complessità fisiologica del sangue come sospensione cellulare.

Abilità comunicative
Lo studente dovrà essere in grado di descrivere con linguaggio scientifico corretto i principali fenomeni fisici trattati nel corso, utilizzando in modo appropriato termini quali pressione, portata, viscosità, energia, calore, frequenza, lunghezza d’onda, attenuazione, riflessione, impedenza acustica, risonanza e campo magnetico.

Capacità di apprendimento
Lo studente dovrà acquisire strumenti concettuali utili per approfondire autonomamente temi di fisica biomedica, tecnologie sanitarie, diagnostica ecografica, sicurezza nell’uso di apparecchiature elettromedicali e principi fisici alla base delle procedure clinico-assistenziali.

Il corso si svolge attraverso lezioni frontali, supportate da slide, immagini, schemi, esempi applicativi e richiami a situazioni cliniche.  

Le lezioni sono organizzate in modo da introdurre progressivamente i concetti teorici e collegarli a esempi tratti dalla fisiologia e dalla pratica sanitaria. Particolare attenzione è riservata alla comprensione intuitiva dei fenomeni fisici e alla loro applicazione nei contesti infermieristici e ostetrici, come la circolazione, la pressione, l’ecografia, la termoregolazione, l’uso di dispositivi diagnostici e la sicurezza in presenza di campi elettromagnetici. Le metodologie didattiche comprendono lezioni frontali, discussione guidata di esempi clinico-assistenziali, problem solving, interpretazione di grafici e immagini, analisi di schemi relativi a fluidodinamica, ecografia e risonanza magnetica, oltre all’utilizzo di strumenti digitali per la condivisione dei materiali. L’approccio didattico mira a favorire la partecipazione attiva degli studenti, il ragionamento critico e la capacità di collegare la fisica ai fenomeni biologici e alle procedure sanitarie.

La verifica dell’apprendimento è finalizzata ad accertare la conoscenza dei contenuti teorici, la capacità di applicare i principi fisici a fenomeni biologici e sanitari, la correttezza nell’uso delle grandezze fisiche e la chiarezza espositiva.

Secondo quanto indicato nel materiale del corso, la modalità d’esame prevede:

• primo appello: prova scritta;
• appelli successivi: prova orale. 

La prova scritta può comprendere domande aperte, quesiti teorici e/o applicativi volti a verificare la comprensione degli argomenti fondamentali del programma. La prova orale, prevista per gli appelli successivi, consiste in un colloquio sugli argomenti del corso e mira a valutare la capacità dello studente di esporre, collegare e applicare i concetti fisici a contesti di interesse sanitario.

La valutazione finale è espressa in trentesimi e tiene conto dei seguenti aspetti: conoscenza dei principi fisici fondamentali, capacità di applicare tali principi a fenomeni biologici e clinico-assistenziali, correttezza nell’uso delle unità di misura e del linguaggio scientifico, autonomia di giudizio nell’interpretazione dei modelli fisici, chiarezza espositiva e capacità di collegamento interdisciplinare.

 

La frequenza è obbligatoria per comprendere in modo efficace gli aspetti applicativi e tecnici del corso. Il docente è disponibile per incontri di supporto e chiarimenti. Il modulo è propedeutico all’uso consapevole delle tecnologie in ambito sanitario 

Misura, grandezze fisiche ed errori
Concetto di misura, grandezze fisiche fondamentali e derivate, Sistema Internazionale di unità di misura. Portata e sensibilità degli strumenti. Errori sistematici e accidentali, accuratezza e precisione, errore assoluto, errore relativo e incertezza di misura.

Stati della materia, densità e peso specifico
Stati di aggregazione della materia: solidi, liquidi e aeriformi. Sostanze pure e miscele. Densità, densità relativa, massa, volume, peso e peso specifico. Applicazioni a materiali e fluidi biologici.

Meccanica e leggi di Newton
Forza come grandezza vettoriale, massa, peso, inerzia e accelerazione. Prima, seconda e terza legge di Newton. Relazione tra forza e moto. Applicazioni a sistemi fisici e biologici di interesse sanitario.

Pressione e fluidi
Definizione di pressione e unità di misura. Pressione nei fluidi in quiete e nei fluidi in movimento. Forze esercitate dai fluidi sulle superfici. Applicazioni alla pressione idrostatica, alla pressione arteriosa e ai fenomeni fisiologici.

Dinamica dei fluidi
Flusso laminare e turbolento. Portata di massa e portata di volume. Equazione di continuità per fluidi comprimibili e incomprimibili. Relazione tra sezione del condotto e velocità del fluido. Il materiale didattico evidenzia che, a portata costante, dove l’area della sezione è maggiore la velocità è minore, mentre dove l’area è minore la velocità aumenta. 

Equazione di Bernoulli e applicazioni biologiche
Principio di conservazione dell’energia nei fluidi ideali. Relazione tra pressione, velocità e quota. Applicazioni del principio di Bernoulli al flusso nei condotti, al tubo di Venturi, alla misura della velocità del sangue e a fenomeni cardiovascolari. Il materiale include anche un’applicazione al caso dell’attacco ischemico transitorio, spiegato attraverso variazioni di velocità e pressione del flusso sanguigno. 

Viscosità e legge di Poiseuille
Fluido reale, attrito interno e coefficiente di viscosità. Gradiente di velocità, unità di misura della viscosità e dipendenza dalla temperatura. Equazione di Poiseuille per il flusso in tubi cilindrici sottili e lunghi. Confronto tra equazione di Bernoulli, applicabile a fluidi ideali, e legge di Poiseuille, applicabile a fluidi reali viscosi. 

Viscosità del sangue e circolazione
Composizione del sangue: plasma e componente cellulare. Ruolo degli eritrociti, dell’ematocrito e della temperatura sulla viscosità. Plasma come liquido viscoso approssimativamente normale e sangue intero come fluido biologico complesso. Accumulo assiale dei globuli rossi, profilo di velocità nei vasi e influenza della deformabilità eritrocitaria sulla microcircolazione. Il materiale sottolinea che il sangue intero normale, con ematocrito circa pari al 40%, presenta una viscosità sensibilmente maggiore rispetto all’acqua. 

Sistema circolatorio come sistema idrodinamico
Sistema circolatorio sistemico e polmonare. Cuore, arterie, arteriole, capillari, venule e vene. Portata media del sangue, velocità nei diversi distretti vascolari e relazione tra area complessiva della rete vascolare e velocità del flusso. 

Termodinamica, metabolismo e trasmissione del calore
Concetti di sistema, ambiente, energia interna, calore, lavoro e temperatura. Principi della termodinamica applicati ai sistemi biologici. Metabolismo, produzione di calore, termoregolazione e scambi termici. Conduzione, convezione e irraggiamento. Cenni alle applicazioni cliniche e terapeutiche del calore.

Onde, suoni e ultrasuoni
Onde meccaniche, frequenza, lunghezza d’onda, ampiezza, velocità di propagazione e attenuazione. Suoni e ultrasuoni. Interazione degli ultrasuoni con i tessuti biologici: riflessione, trasmissione, diffusione, diffrazione e impedenza acustica. 

Principi fisici dell’ecografia
Sonda ecografica e trasduttore. Effetto piezoelettrico diretto e inverso. Emissione degli ultrasuoni e ricezione degli echi di ritorno. Tempo di ritorno dell’eco e calcolo della distanza della superficie riflettente. Modalità A-mode e B-mode, frame rate, scala dei grigi, guadagno, time gain compensation e artefatti. Terminologia ecografica: anecogeno, ipoecogeno, iperecogeno e isoecogeno. Doppler a colori per la rappresentazione del flusso sanguigno. 

Ottica, radiazioni e applicazioni diagnostiche
Onde elettromagnetiche, ottica, microscopia e radiazioni. Utilizzo di raggi X, laser e radiazioni ionizzanti per applicazioni diagnostiche e terapeutiche. Concetti generali di interazione della radiazione con la materia e possibili collegamenti con la sicurezza del paziente e dell’operatore.

Corrente elettrica, magnetismo e dispositivi biomedicali
Concetti di corrente elettrica, differenza di potenziale, resistenza e circuiti. Cenni ai fenomeni magnetici e al ruolo dell’elettromagnetismo nelle apparecchiature sanitarie. Collegamenti con la sicurezza nell’uso di dispositivi elettromedicali.

Risonanza magnetica nucleare
Principi fisici della risonanza magnetica nucleare: spin nucleare, momento magnetico, campo magnetico, frequenza di risonanza, impulsi di radiofrequenza, magnetizzazione, segnale RM, FID, eco e tempi di rilassamento T1 e T2. Cenni ai mezzi di contrasto e alla sicurezza in risonanza magnetica, con particolare riferimento a dispositivi elettronici, pacemaker, protesi metalliche e artefatti di immagine. 

 

 

 

-Slides e altro materiale didattico fornito in aula dal docente

-D. Scannicchio, Fisica Biomedica (Edises); 

-A. Alessandrini, Fisica per le scienze della vita (casa editrice Ambrosiana)