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Biophysique
UE3
Salah Belazreg
Professeur agrégé et docteur en physique, il enseigne
au lycée Camille Guérin à Poitiers. Il a enseigné la biophysique
en classes préparatoires aux concours de Médecine.
Il est aussi interrogateur en classes préparatoires scientifiques.
Rémy Perdrisot
Ancien élève de l’ENS-ULM, professeur de biophysique,
assesseur du Doyen de la faculté de médecine de Poitiers,
responsable du premier cycle.
Jean-Yves Bounaud
Docteur en sciences, docteur en pharmacie
et maître de conférences à la faculté de médecine de Poitiers.
3e édition
© EdiScience, 2006, 2009, 2010, 2014
EdiScience est une marque de
Dunod Éditeur, 5 rue Laromiguière, 75005 Paris
ISBN 978-2-10-071460-5
Table des matières
Avant-propos............................................................ xi
Remerciements.......................................................... xi
Partie 1 - Biophysique des solutions
Chapitre 1. Généralités sur les solutions aqueuses........................ 1
1.1 Étude des solutions............................................ 2
1.2 Électrolytes .................................................. 5
QCM et exercices................................................... 11
Corrigés ........................................................... 14
Chapitre 2. Thermodynamique chimique.................................. 19
2.1 Les équilbres physico-chimiques ............................... 20
2.2 Fonctions thermodynamiques .................................. 21
2.3 Expressions du potentiel chimique.............................. 25
élit QCM et exercices................................................... 25
d
n Corrigés ........................................................... 28
u
st
e
e
é Chapitre 3. Propriétés acido-basiques des solutions ...................... 32
s
ri
o 3.1 Acides et bases en solution aqueuse............................. 32
ut
a
n 3.2 pH d’une solution aqueuse..................................... 35
o
n
n 3.3 Réactions acide-base : courbes de titrages ....................... 41
o
ucti 3.4 Les systèmes tampons......................................... 43
d
o
pr 3.5 Diagramme de Davenport et troubles acido-basiques.............. 44
e
r
e QCM et exercices................................................... 48
ut
o
T Corrigés ........................................................... 52
–
d
o
n
u Chapitre 4. Oxydo-réduction ............................................. 59
D
© 4.1 Définition.................................................... 60
vi Table des matières
4.2 Potentiel d’oxydo-réduction.................................... 62
QCM et exercices................................................... 68
Corrigés ........................................................... 71
Chapitre 5. Transports transmembranaires................................ 74
5.1 Généralités sur les phénomènes de transport ..................... 74
5.2 Propriétés colligatives ......................................... 80
5.3 Phénomènes électriques ....................................... 88
5.4 Ultrafiltration................................................. 92
QCM et exercices................................................... 94
Corrigés ........................................................... 99
Chapitre 6. Propriétés mécaniques des solutions.......................... 107
6.1 Statique des fluides............................................ 107
6.2 Dynamique des fluides ........................................ 110
6.3 Dynamique des fluides réels.................................... 111
6.4 Les phénomènes de surface .................................... 117
QCM et exercices................................................... 122
Corrigés ........................................................... 130
Partie 2 - Biophysique cardiaque
Chapitre 7. Biophysique cardiaque ....................................... 142
7.1 Biomécanique cardiaque....................................... 143
7.2 Contrôle automatique biophysique du débit cardiaque - loi de
starling ...................................................... 146
7.3 La mesure des paramètres hémodynamiques..................... 149
7.4 Les bruits du cœur ............................................ 157
QCM et exercices................................................... 160
Corrigés ........................................................... 162
Chapitre 8. L’activité électrique du cœur - ECG............................ 165
8.1 Cellule myocardique isolée .................................... 165
8.2 Au niveau du cœur entier ...................................... 170
8.3 Les dérivations de l’ECG ...................................... 173
8.4 L’axe électrique du cœur....................................... 178
8.5 L’interprétation de l’ECG...................................... 180
QCM et exercices................................................... 181
Corrigés ........................................................... 185
Table des matières vii
Partie 3 - Les radiations ionisantes
Chapitre 9. Le noyau et les transformations nucléaires.................... 187
9.1 Le noyau atomique............................................ 188
9.2 Stabilité des noyaux........................................... 192
9.3 La radioactivité............................................... 194
9.4 Les réactions nucléaires provoquées ............................ 206
QCM et exercices................................................... 207
Corrigés ........................................................... 216
Chapitre 10. Interactions des rayonnements avec la matière .............. 231
10.1 Les interactions des particules chargées avec la matière ........... 232
10.2 Atténuation des photons x et γ ................................. 237
10.3 Application : la production des rayons x......................... 243
QCM et exercices................................................... 247
Corrigés ........................................................... 250
Chapitre 11. La détection des rayonnements ionisants.................... 260
11.1 Émulsion photographique - autoradiographie .................... 261
11.2 La thermoluminescence ....................................... 261
11.3 La calorimétrie ............................................... 261
11.4 L’effet cerenkov .............................................. 261
11.5 Les compteurs à gaz ou compteurs à décharge ................... 262
11.6 Les compteurs à scintillation ................................... 263
11.7 Les détecteurs à semi-conducteurs.............................. 264
11.8 Principe d’une chaîne de détection.............................. 264
élit 11.9 Le comptage ................................................. 265
n d 11.10 La spectrométrie.............................................. 269
u
st QCM et exercices................................................... 272
e
e
é Corrigés ........................................................... 278
s
ri
o
ut
n a Chapitre 12. Effets biologiques des rayonnements ionisants .............. 286
o
n 12.1 Dosimétrie des faisceaux de photons (x et γ)..................... 287
n
o
cti 12.2 Cas des faisceaux de particules chargées......................... 290
u
d
o 12.3 Doses équivalente et efficace................................... 290
r
p
re 12.4 Effetsbiologiques des rayonnements ionisants ................... 292
e
ut
o 12.5 Les effets déterministes........................................ 294
T
–
d 12.6 Les effets stochastiques........................................ 299
o
n
u QCM et exercices................................................... 299
D
© Corrigés ........................................................... 303
viii Table des matières
Partie 4 - Biophysique sensorielle
Chapitre 13. Ondes sonores et audition .................................. 310
13.1 Propriétés des ondes sonores ................................... 310
13.2 L’audition subjective .......................................... 320
13.3 L’audition objective ........................................... 323
QCM et exercices................................................... 328
Corrigés ........................................................... 334
Chapitre 14. Optique et anomalies de la vision........................... 338
14.1 Les troubles dioptriques des yeux............................... 338
14.2 Méthodes d’examen des caractéristiques oculaires................ 350
14.3 Le rôle de la rétine dans la vision des couleurs ................... 352
QCM et exercices................................................... 355
Corrigés ........................................................... 359
Partie 5 - Imagerie
Chapitre 15. Imagerie par isotopes radioactifs............................ 361
15.1 Radiopharmaceutiques ........................................ 362
15.2 Appareillages de détection..................................... 363
15.3 Réalisation des examens scintigraphiques ....................... 365
15.4 Traitement mathématique des images numériques ................ 367
QCM et exercices................................................... 369
Corrigés ........................................................... 371
Chapitre 16. Bases physiques de l’échographie, applications .............. 373
16.1 Propriétés physiques des ultrasons - physique acoustique.......... 374
16.2 Formation des échos - impédance acoustique .................... 377
16.3 Atténuation du faisceau ultrasonore............................. 381
16.4 Imagerie médicale à l’aide des ultrasons......................... 382
16.5 L’échographie doppler......................................... 384
QCM et exercices................................................... 387
Corrigés ........................................................... 389
Chapitre 17. Résonance magnétique nucléaire Imagerie RMN.............. 391
17.1 Les nombres quantiques ....................................... 392
17.2 Électromagnétisme............................................ 395
17.3 Les bases physiques de la RMN ................................ 396
17.4 Notions d’imagerie RMN...................................... 403
Table des matières ix
QCM et exercices................................................... 407
Corrigés ........................................................... 408
Annales 1. Poitiers - Janvier 2011 ....................................... 411
Corrigés ........................................................... 420
Annales 2. Poitiers - Juin 2011 .......................................... 421
Corrigés ........................................................... 424
Annales 3. Poitiers - Janvier 2012 ....................................... 425
Corrigés ........................................................... 433
Index................................................................... 435
Avant-propos
Cette 3e édition du manuel de biophysique, de la collection Concours PCEM1, paru
en janvier 2006 a été complètement revue et corrigée. Certains chapitres ont été
réhaussés par des paragraphes traitant des applications médicales de la physique.
Cet ouvrage destiné principalement aux étudiants de première année de médecine
et de pharmacie est le complément au manuel de physique de la même collection.
L’ensemble recouvreainsi lamajeure partieduprogramme del’épreuvedePhysique-
Biophysique.
Il intéressera également les étudiants de Licence de 1er cycle.
Chaque chapitre propose :
un cours exposé de façon détaillée,
•
des exemples concrets et quelques applications médicales pour mieux approfondir
•
le cours,
élit des exercices et QCM de difficultés variées,
d
n •
u des corrections détaillées et comprenant de nombreuses illustrations,
st •
e
e enfin, des épreuves issues des concours de PCEM1 et PH1.
é
s •
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o
ut Onespère quecet ouvrage,fruitd’une longueexpérience,rédigé avec beaucoupd’at-
a
n tention, apporteune aide efficace aux étudiants dans la préparationde leurs examens
o
n
n et concours.
o
cti
u
d
o
r
p Remerciements
e
r
e
ut
To Nous remercions tout particulièrement monsieur Marc Violino, ancien professeur
–
d en classes préparatoires aux grandes écoles au lycée Camille Guérin, ainsi que le
o
un Dr Frédérique Belazreg, médecin gériatre, pour leur relecture attentive de la plupart
D
© des chapitres de cet ouvrage et leurs remarques judicieuses.
xii Avant-propos
Nosremerciements vontégalementauPrLaurence Bordenave,dela facultédeméde-
cine de Bordeaux, au Dr Damien Huglo, de la faculté de médecine de Lille, pour
les annales qu’ils nous ont fournies, ainsi qu’au Dr Laurent Vervueren, médecin
nucléaire au CHU de Poitiers, pour l’iconographieIRM.
Que toutesles personnesdes éditions Dunod, etplus particulièrement Monsieur Éric
d’Engenières,quiontcruencetouvrageet apportébeaucoupdesoinsàsaréalisation,
en soient chaleureusement remerciés.
Que les lecteurs, collègues enseignants et étudiants, qui voudront bien nous formu-
ler leurs remarques constructives et critiques, ou nous présenter leurs suggestions
susceptibles d’améliorer cet ouvrage, en soient par avance remerciés.
Poitiers, avril 2014.
