Cours de Biophysique
1ère année Electronique Médicale
Cours de Biophysique
Email (Campus numĂŠrique) abdellah.djelaili@cnldb.be
Cours de Biophysique Examens écrits / oraux : 1ère session (janvier 50%/ juin 50%) : Examen écrit (janvier et juin "examen de janvier - sem1 - écrit (50%)"). 2ème session : examen écrit+oral (100%). Examen écrit (50%) & oral (50%).
Cours de Biophysique Remarque Ces diapositives constituent un deuxième support de cours. Elles seront complétées par des démonstrations et explications en classe. Suivi des exercices en cours! La présence en cours est donc fortement conseillée ! Se présenter à la classe avant le début de la séance de cours.
Cours de Biophysique Table des matières I. Les unités de mesure en pratique médicale ; II. L’équipement électrique en pratique médicale ; III. Sécurité des appareils médicaux et la chirurgie HF ; III.1. Sécurité des appareils médicaux. III.2..Chirurgie HF.
IV. Mesure de la tension artérielle ; V. Mesure du débit cardiaque ; VI. Pratique de la stérilisation des instruments ; VII. Les rayons X ; VIII. Le laser.
Cours de Biophysique Table des matières I. Les unités de mesure en pratique médicale ; II. L’équipement électrique en pratique médicale ; III. Sécurité des appareils médicaux et la chirurgie HF ; IV. Mesure de la tension artérielle ; V. Mesure du débit cardiaque ; VI. Pratique de la stérilisation des instruments ; VII. Les rayons X ; VIII. Le laser.
Cours de Biophysique Table des matières I. Les unités de mesure en pratique médicale ; II. L’équipement électrique en pratique médicale ; III. Sécurité des appareils médicaux et la chirurgie HF ; IV. Mesure de la tension artérielle ; V. Mesure du débit cardiaque ; VI. Pratique de la stérilisation des instruments ; VII. Les rayons X ; VIII. Le laser.
Cours de Biophysique I. Unité de mesure en pratique médicale I.1. Introduction I.2. Le Système S.I. I.2.1. Les unités de bases. - Le mètre, la seconde, l’ampère, le Kelvin, le Candela, la mole et le Kilogramme.
I.2.2. Le système SI dans la pratique médicale - Le pH, rH et la résistivité électrique.
Unité de mesure en pratique médicale Mesurer, C'est se Tromper Lorsqu'on enseigne à un enfant la faculté d'observer une chose, il est confronté à une question de mesure. C'est ainsi qu'il discerne d’abord : le plus petit du plus grand, le plus rapide du plus lent, le plus brillant du moins brillant etc. Ces mesures qualitatives sont assez rapidement suivies de mesures quantitatives , qui consistent à faire correspondre un nombre à une grandeur (ce nombre en fait, désigne le rapport qui existe entre la grandeur en cause et l'unité arbitrairement choisie).
Unité de mesure en pratique médicale Mesurer, C'est se Tromper
On ne dira plus maintenant ” tel son est plus aigu que tel autre " mais bien, tel son a une fréquence de 900 Hz et tel autre une Séquence de 450 Hz. Ceci nous montre que les grandeurs physiques sont mesurées par des unités conventionnelles. Les noms et les symboles de ces unités ont été normalisés, pour faciliter notamment la communication internationale des connaissances !!!! Mesurer une grandeur, c'est la comparer à une autre grandeur de même espèce choisie comme unité. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale 1.UNITE DE MESURE ET PRATIQUE MEDICALE I.I. Introduction Les symboles sont un langage facilitant le dialogue entre personnes de disciplines et de langues différentes. Ils possèdent un contenu informatif précis, inégalé, et l'on comprend que leur choix ait nécessité de nombreuses réunions internationales et interdisciplinaires. Le symbole qualifie une unité et la médecine, comme les sciences techniques, emploient de nombreuses unités. Malheureusement ce ne sont pas toujours les mêmes, pour des domaines identiques. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale 1.UNITE DE MESURE ET PRATIQUE MEDICALE I.I. Introduction Devant ce désir et cette nécessité du dialogue interdisciplinaire, il est intéressant de faire le point sur un certain nombre d'unités et de symboles internationaux utiles aux bio-techniciens. Un peu d'humour avant de commencer à traiter un sujet parfois ardu... Une pinte, ça va ; un quart... Bonjour les dégâts! Surtout si, après la dégustation apéritive, il vous faut tirer une lieue à pied pour livrer un bushel de sel, une truss de paille, un keg de fruits, ou un tub de thé. Quant au marchand de coton, il se souviendra qu'un last vaut 12 sacks, ou 24 weys , 156 tods , 312 stones, 624 doves .... ou 4368 livres britanniques !. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale 1.UNITE DE MESURE ET PRATIQUE MEDICALE I.I. Introduction Par contre, comble d'ironie, le bushel de grain vaut tantôt 168 , tantôt 488 livres. Le gallon, unité de capacité pour les grains et les liquides, vaut 4,54 litres au CANADA et en GRANDE-BRETAGNE (c'est l’impérial gallon), et 3,78litres aux ETATS-UNIS; à WINCHESTER, en revanche, ce même gallon est, au millilitre près, égal au gallon américain, soit les cinq sixièmes du gallon impérial. On y perd son latin!... C'est pourtant par rappel définitions et des unités employées pour les grandeurs physiques que débutera la présente étude. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale 1.UNITE DE MESURE ET PRATIQUE MEDICALE LE SYSTEME S.I.
Le système SI comporte les unités de base, les unités supplémentaires et les unités dérivées. A celles-ci s'ajoute une série de préfixes permettant de former des multiples et des sous-multiples décimaux de ces unités. Les unités de bases sont au nombre de sept :
A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale 1.UNITE DE MESURE ET PRATIQUE MEDICALE LE SYSTEME S.I. Les unités de bases sont au nombre de sept :
A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale Le mètre C'est une longueur égale à 1 650 763,73 la longueur d'onde dans le vide de la radiation correspondant à la transmission entre les niveaux 2pl0 et 5d5 de l'atome de KRYPTON 86. Le mètre avait été primitivement défini comme une longueur égale à la dix millionième partie du quart du méridien terrestre (1799). Un étalon fut construit, d’après cette donnée, par comparaison avec la TOISE , dite TOISE DE PEROU, utilisée en dernier lieu par DELAMBRE et MECHAIN dans la mesure de la méridienne de Paris, qui venait d'être exécutée. Le mètre légal fut ensuite (loi du 11 juillet 1903) représenté par la distance moyenne, à la température de 0°C, des axes de deux traits parallèles tracés sur le prototype international en platine iridié à 10%, sanctionné par la Conférence internationale des poids et mesures tenues à Paris en 1889, et déposé au pavillon de BRETEUIL, à SEVRES. 1 toise =1,9490366 m
Unité de mesure en pratique médicale La seconde
C'est la durée de 9 192 631 770 périodes de la radiation correspondant à la transmission entre les deux niveaux hyper fins de l'état fondamental de l'atome de CESIUM 133 (1967). Anciennement l'unité de mesure du temps était définie par la fraction 1/31 556 925,9747 de l'année tropique 1900 janvier 0, à 12 heures de temps des éphémérides. Les mesure de temps et de fréquence sont les plus précis de toute la physique, car la seule manière pour choisir le temps, c'est l'idée de la périodicité.
Unité de mesure en pratique médicale L’ampère
Unité de mesure d'intensité du courant électrique. L'ampère est équivalant à l'intensité d'un courant constant qui maintenu dans deux conducteurs parallèles, rectilignes, de longueur infinie, de section circulaire négligeable et placés à une distance de 1 mètre l'un de l'autre, dans le vide, produit entre ces conducteurs une force égale à 2. 10-7 newton par mètre de longueur.
Unité de mesure en pratique médicale Le Kelvin
C'est l'unité de base de température, degré de l'échelle thermodynamique des températures absolues. Le kelvin est la fraction 1/273, 16 de la température thermodynamique du point triple de l'eau (1967).
Le candela
Unité de mesure d'intensité lumineuse équivalant à l'intensité lumineuse, dans la direction perpendiculaire, d'une surface de l/600 000 mètre carré d'un corps noir à la température de congélation du platine sous la pression de 101 325 pascals (1967).
Unité de mesure en pratique médicale La mole
C'est la quantité de matière d'un système contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a d'atomes dans 0,012 kg de carbone 12; lorsqu'on emploie la mole, les entités élémentaires doivent être spécifiées et peuvent être des atomes, molécules, ions, électrons, d'autres particules ou des groupements spécifiés de telles particules (1971). Le Kilogramme
C'est la masse du prototype en platine iridié qui a été sanctionné par la Conférence générale des poids et mesures tenue à Paris en 1889, et qui est déposé au pavillon de BRETEUIL à SEVRES.
Unité de mesure en pratique médicale Système SI dans la pratique médicale
L'emploi des unités du système SI a soulevé quelques problèmes. L'usage de l'unité de quantité de matière (la mole) est préféré aux unités de masse pour toutes les substances dont on connaît la masse moléculaire relative (appelé antérieurement poids moléculaire ). Les unités de quantité de matière (la mole ou ses sousmultiples) remplaceront chaque fois que possible les unités de masse telles que le gramme et le milligramme.
Unité de mesure en pratique médicale Système SI dans la pratique médicale
Unité de mesure en pratique médicale Système SI dans la pratique médicale LE pH Le pH est une notation permettant de caractériser le degré d'acidité ou d'alcalinité d'une solution. La notation de pH évoque les réactions acide-base survenant non seulement en phase aqueuse, mais aussi dans d'autres solvants. Ce qui nous intéresse, dans le cas des êtres vivants essentiellement constitués par de l'eau, ce sont les solutions en phase aqueuse. L'eau est à la fois acide et base, elle est amphotère. Elle est faiblement conductrice, dissociée en ions H+ et OH- selon l'équation réversible suivante :
(molécule) A.DJELAILI
(ions)
Unité de mesure en pratique médicale Système SI dans la pratique médicale
LE pH La thermodynamique démontre, que la quantité (H+)(OH-), appelée produit ionique est, à température donnée, une constante. A 23°C, le produit ionique est de 10-14 et où les concentrations H+ et OH- sont exprimées en ion-gramme par litre. Comme la dissociation d'une molécule d'eau fournit un ion H+ et un ion OH-, il en résulte que : (H+)=(OH-) = 10-7 Ceci veut dire qu'un litre d'eau, qui contient environ 55,5 moles d'eau, il n'y a qu'une molécule dissociée pour 555 millions de molécules non dissociées; l'eau est un composé covalent. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale Système SI dans la pratique médicale
LE pH Si l'on ajoute un acide à l'eau pure, on introduit des ions H+ supplémentaires qui vont perturber l'équilibre dans le sens disparition partielle des ions H+ ajoutés selon la réaction : ainsi la réaction va consommer des ions OH- et aboutir à un nouvel équilibre caractérisé par le fait que : OH- < 10-7 donc H+ > 10-7 puisque le produit est une constante (à température constante). Pour exprimer l'acidité d'une solution on mesure sa concentration en ion H+. Comme nous l'avons vu, elle est exprimée en ion-gramme par litre et sa valeur très faible s'écrit sous la forme d'une puissance négative. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale Système SI dans la pratique médicale
LE pH Il est plus commode de caractériser l'acidité par la valeur de l'exposant, c'est-à-dire par l'opposé du logarithme décimal (ou cologarithme ) de la concentration en ion H+. La neutralité correspond à un pH = 7 puisque : l’acidité correspond à pH < 7 la basicité correspond à un pH > 7 Un acide est un électrolyte qui libère des ions H+; Une base est un électrolyte qui libère des ions OHUn corps est dit monoacide, diacide ou triacide selon qu'il libère un, deux ou trois ions H+ par molécule. Cette définition ionique explique la réaction d'un acide sur une base ( ou d'une base sur un acide ). L'eau du membre de droite est fournie par l'ion H+ de l'acide et de l’ion OH- de la base. Acide + Base Sel + eau A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale Remarques : Le pH exprime le cologarithme de la concentration en ions (H+), ou en protons par litre d'eau. Il représente en fait, une valeur magnétique puisque le proton, élément de masse de l'hydrogène, joue le rôle de micro magnéto, créatrice de champ magnétique. Si le pH est acide (inférieur à 7), donc prédominant magnétique est positif et correspond à celui d'un pôle S.
en protons, le champ
Si le pH est alcalin (supérieur à 7), donc déficient en protons, le champ magnétique est négatif et correspond à celui d'un pôle N. Lorsqu'on fait réagir deux acide (de même pH) avec respectivement deux bases (de même pH) on constate que les deux réactions sont différentes, qu'elles ne se déroulent pas avec la même vitesse, avec la même énergie. Les acides, ainsi que les bases, ne possèdent pas le même potentiel d'oxydoréduction. Plus la différence est importante, et plus vive est la réaction. Par conséquent, au pH , il faut associer une autre mesure, celle du potentiel d'oxydoréduction (potentiel redox rH).
Unité de mesure en pratique médicale LE rH Ensemble des phénomènes qui, au niveau cellulaire, régissent le transport de l'oxygène entre les molécules organiques, le plus souvent par action enzymatique (protéines agissant comme catalyseur au niveau des réactions biochimiques qu'elles rendent possibles). L'oxydoréduction est le couplage de l'oxydation d'une molécule à la réduction d'une autre qui fournit l'oxygène ou reçoit l'hydrogène ou les électrons transférés de l'une à l'autre.
Potentiel d'oxydoréduction : Noté souvent par le symbole d'hydrogène d'un milieu. Par définition,
rH, il caractérise la concentration en molécule
rH = log 1/(H) ; (H) : représente la concentration en molécules d'hydrogène. Le maintien du rH à une valeur constante est une nécessité pour les organismes vivants qui assurent, par l'oxydoréduction, la respiration cellulaire. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale LE rH L'oxydoréduction consiste donc en un transfert d'électrons. Ainsi, une molécule d'hydrogène peut se dissocier selon l'équation suivante : H2 = 2(H+) + 2e forme forme Réduite oxydée + n électrons C'est le couple redox, constitué par la forme réduite et par la forme oxydée d'un même élément. Il lui correspond la demi-équation ci avant. En résumé, on peut dire qu’une oxydation correspond à une perte d'électrons et par conséquent une perte d'électricité négative (ou gain d'électricité positive ). Inversement, une réduction correspond à un gain d'électrons. Les phénomènes d'oxydoréduction ne sont donc plus ramenés à de simples échanges d'oxygène, mais à des gains ou des pertes d'électrons.
A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale LE rH
On mesure le potentiel d'oxydoréduction au moyen d'un ensemble d'électrodes à hydrogène (ou calomel-platine) et la puissance oxydante (ou réductrice) est étonnée par une formule de NERST. La formule de NERST, qui est basé sur le deuxième principe de la thermodynamique, suppose que les réactions sont réversibles et que la loi des gaz parfaite est applicable. Cette formule est la suivante :
E=(RT/2F). log 2H+/H2 E = potentiel mesuré par rapport à l'électrode à hydrogène prise comme potentiel de référence ; R = constante des gaz parfaits ; T = température absolue ; F = charge d'un ion-gramme monovalent = 96500 coulombs, le facteur 2 au dénominateur indiquant que le système met en jeu 2 protons 2H+ et 2 électrons e-. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale LE rH
Cette formule peut s'écrire également en considérant que la concentration en ions d'hydrogène (H+) peut s'exprimer par le logarithme de l'inverse de cette concentration (cologarithme pH); de même, on peut considérer le logarithme de l’inverse de la concentration en molécule d'hydrogène (H2) en introduisant un nouveau terme qui, d'après un certain CLARK, est par définition : rH=colog pH la même formule s'écrit parfois par : rH2 = colog pH2 Ainsi : E= (RT/2F).( rH - 2 pH ) = 0,03 ( rH - 2 pH ) Avec : R/F = 0,000198 T = 273 + t t =30°C On voit ainsi l'indépendance des trois termes pH, rH et E, et l'impossibilité de considérer l'un des termes sans les autres. En valeur absolue, l'échelle du rH varie de 0 à 42, la neutralité, correspondant à l'égalité des pressions H2 et O2, étant égal à 28. Les chiffres croissants de 28 à 42 correspondent à des états de plus en plus oxydés par déférence d'électrons. Les chiffres décroissants de 28 à 0 correspondent à des états de plus en plus réduits et chargés d'électrons. A.DJELAILI
Unité de mesure en pratique médicale La résistivité électrique
La résistivité électrique mesure la concentration moléculaire dans le milieu électrolytique ; elle permet de définir la mobilité des ions (les molécules non dissociées étant sans influence électrique) et ainsi, la valeur de la pression osmotique (pression développée par certaines substances - ions - urée - glucose protéines lorsqu'elles sont en solution et tendent à retenir ou étirer l'eau ). Une forte concentration donne une faible résistivité ; c'est l'une des caractéristiques du vieillissement normal, ou prématuré dans les cas pathologiques. A.DJELAILI