Нормальная физиология
Лекции Патюкова А.Г.
2003-2004г.
II курс. III семестр
ФИЗИОЛОГИЯ, КАК НАУКА
Физиология дословно – это учение о природе.
Физиология – это наука, изучающая процессы жизнедеятельности организма, составляющих его физиологических систем, отдельных органов, тканей, клеток и субклеточных структур, механизмы регуляции этих процессов, а так же действие факторов внешней среды на динамику жизненных процессов.
История развития физиологии
Первоначально представление о функциях организма складывались на основе работ ученых Древней Греции и Рима: Аристотеля, Гиппократа, Галена и других, а так же ученых Китая и Индии.
Физиология стала самостоятельной наукой в XVII веке, когда наряду с методами наблюдения за деятельностью организма началась разработка экспериментальных методов исследования. Этому способствовали работы Гарвея, изучающего механизмы кровообращения; Декарта, описывающего рефлекторный механизм.
В XIX-XX веках физиология интенсивно развивается. Так, исследования возбудимости тканей провели К. Бернард, Лапик. Значительный вклад внесли ученые: Людвиг, Дюбуа-Реймон, Гельмгольц, Пфлюгер, Бэлл, Пенгли, Ходжкин и отечественные ученые Овсяников, Ниславский, Цион, Пашутин, Введенский.
Отцом русской физиологи называют Ивана Михайловича Сеченова. Выдающееся значение имели его труды по изучению функций нервной системы (центральное или сеченовское торможение), дыхания, процессов утомления и другое. В своей работе «Рефлексы головного мозга» (1863г) он развил идею о рефлекторной природе процессов, происходящих в мозге, включая процессы мышления. Сеченов доказал детерминированность психики внешними условиями, т.е. ее зависимость от внешних факторов.
Экспериментальное обоснование положений Сеченова осуществил его ученик Иван Петрович Павлов. Он расширил и развил рефлекторную теорию, исследовал функции органов пищеварения, механизмы регуляции пищеварения, кровообращения, разработал новые подходы в проведении физиологического опыта «методы хронического опыта». За работы по пищеварению в 1904 году ему была присуждена Нобелевская премия. Павлов изучал основные процессы, протекающие в коре больших полушарий. Используя разработанный им метод условных рефлексов, он заложил основы науки о высшей нервной деятельности. В 1935 году на всемирном конгрессе физиологов И. П. Павлов был назван патриархом физиологов мира.
Цель, задачи, предмет физиологии
Опыты на животных дают много сведений для понимания функционирования организма. Однако, физиологические процессы, протекающие в организме человека, имеют значительные отличия. Поэтому в общей физиологии выделяют специальную науку – физиологию человека. Предметом физиологии человека является здоровый человеческий организм.
Основные задачи:
1. Исследование механизмов функционирования клеток, тканей, органов, систем органов, организма в целом.
2. Изучение механизмов регуляции функций органов и систем органов.
3. Выявление реакций организма и его систем на изменение внешней и внутренней среды, а так же исследование механизмов возникающих реакций.
Эксперимент и его роль
Физиология – наука экспериментальная и ее основным методом является эксперимент.
1. Острый опыт или вивисекция («живосечение»). В его процессе под наркозом производят хирургическое вмешательство и исследуют функцию открытого или закрытого органа. После опыта выживания животного не добиваются. Длительность таких опытов – от нескольких минут до нескольких часов. Например, разрушение мозжечка у лягушки. Недостатками острого опыта являются малая продолжительность опыта, побочное влияние наркоза, кровопотери и последующая гибель животного.
2. Хронический опыт осуществляется путем проведения на подготовительном этапе оперативного вмешательства для доступа к органу, а после заживления приступают к исследованию. Например, наложение фистулы слюнного протока у собаки. Эти опыты имеют продолжительность до нескольких лет.
3. Иногда выделяют подострый опыт. Его длительность – недели, месяцы.
Эксперименты на человеке коренным образом отличаются от классических.
1. Большинство исследований проводят неинвазивным путем (ЭКГ, ЭЭГ).
2. Исследования, не наносящие вред здоровью испытуемого.
3. Клинические эксперименты – изучение функций органов и систем при их поражении или патологии в центрах их регуляции.
Регистрация физиологических функций проводится различными методами: простые наблюдения и графическая регистрация.
В 1847 году Людвиг предложил кимограф и ртутный манометр для регистрации кровяного давления. Это позволило свести к минимуму опытные ошибки и облегчить анализ полученных данных. Изобретение струнного гальванометра позволило зарегистрировать ЭКГ.
В настоящее время в физиологии большое значение имеет регистрация биоэлектрической активности тканей и органов и микроэлектронный метод. Механическую активность органов регистрируют с помощью механо-электрических преобразователей. Структуру и функцию внутренних органов изучают с помощью ультразвуковых волн, ядерно-магнитного резонанса, компьютерной томографии.
Все данные, полученные с помощью этих методик, поступают на электрические пишущие устройства и регистрируются на бумаге, фотопленке, в памяти компьютера и в дальнейшем анализируются.
Связь физиологии с другими науками
Физиология – теоретическая основа медицины. Она является фундаментом для решения проблем, связанных с сохранением здоровья и работоспособности человека в разных условиях существования и в разные возрастные периоды.
Чтобы распознать болезнь, нужно знать нормальное состояние функций организма, а чтобы ее лечить, нужно иметь представление о механизмах изменчивости функций организма. Поэтому физиология, являясь основополагающей биологической наукой, тесно связана и с другими науками.
Так, без знания законов физики, невозможно объяснение биоэлектрических явлений в тканях, цвето- и звуковосприятие. Без применения данных химии нельзя описать процессы обмена веществ, пищеварения и дыхания. Поэтому на стыке этих наук с физиологией выделились биохимия, биофизика. Физиология тесно связана с морфологическими науками цитологией и гистологией, анатомией. Физиология связана с кибернетикой, которая изучает процессы управления внутри организма, механизмы обратной связи. Физиология раскрывает материальные основы некоторых высших функций человеческого мозга и тем самым тесно связана с психологией.
Математика, как способ обработки данных и моделирования процессов, широко применяется в физиологии. Физиология тесно связана с клиническими дисциплинами.
Основные разделы физиологии.
1. Общая физиология изучает основные закономерности жизнедеятельности организма и механизмы основных процессов.
2. Частная физиология – функции отдельных клеток, органов и физиологических систем. В ней выделяют физиологию мышечной ткани, физиологию сердца и другие.
3. Разделы, имеющие специфические предметы исследования и использующие особые подходы: эволюционная, сравнительная физиология.
4. В физиологии человека выделяют прикладные разделы: возрастная, клиническая физиология, физиология труда и спорта, авиационная и космическая физиология.
5. Некоторые разделы физиологии являются базой для психологии: физиология высшей нервной деятельности, физиология центральной нервной системы.
Механизм регуляции функций организма
Организм – сложная саморегулирующаяся система, состоящая из клеток, тканей, органов. Они в свою очередь образуют физиологические системы, которые выполняют комплекс однородных функций (например, система дыхания). Физиологические системы являются наследственными. Все органы этих систем имеют единые механизмы регуляции. Они координируют их деятельность и согласовывают работу физиологических систем друг с другом.
В организме выделяют 2 системы регуляции: нервную и гуморальную (физиологически более древняя) – регуляция посредством физиологически активных веществ, циркулирующих в жидкостях организма – крови, лимфы, межклеточной жидкости.
Факторы гуморальной регуляции:
1. Гормоны желез внутренней секреции. Они образуются специальными инкреторными железами. Пример – инсулин, тироксин.
2. Продукты метаболизма и ионов.
3. Местные или тканевые гормоны, образуются группами специальных клеток, находящихся в различных органах. Пример APUD-система желудочно-кишечного тракта. Они транспортируются тканевой жидкостью на небольшие расстояния. Пример – гистамин.
4. Мембранные модуляторы. Действуют на уровне клеточных мембран (простагландины).
Особенности гуморальной регуляции
1. Низкая скорость регулирующего воздействия. Это связано с низкой скоростью протекания соответствующих жидкостей, например, кровь, проходит полный круг за 22 секунды.
2. Медленное нарастание силы гуморального сигнала и медленное его снижение. Это связано с постепенным увеличением концентрации физиологически активных веществ и медленным их разрушением.
3. Отсутствие органа-мишени для действия физиологически активных веществ, т.к. физиологически активные вещества действуют на многие органы и ткани, имеющие соответствующие рецепторы. Пример – тироксин.
Нервная регуляция функций
Животные имеют специальные органы движения и им требуется быстрое и точное согласование сокращения мышц. В результате у животных в процессе эволюции сформировалась нервная регуляция. Нервная регуляция функций – это регуляция деятельности тканей, органов, физиологических систем путем рефлексов. Рефлекс – это ответная реакция организма на изменения внешней или внутренней среды, осуществляемая при участии центральной нервной системы.
Впервые механическое объяснение реакций организма дал в XVII веке Рене Декарт. Он предложил гипотетическую схему формирования непроизвольного движения. Термин «рефлекс» ввел в физиологию в 1771 году Унцер, в Прохазка в 1800 году разработал схему простейшей рефлекторной дуги.