Предмет и задачи физиологии

Предмет и задачи физиологии

План:
1. Предмет и задачи физиологии.
2. Методы физиологических исследований.
3. Основные физиологические понятия.
4. Краткая история развития физиологии.
5. Общие закономерности регуляции жизнедеятельности организма.

Предмет и задачи физиологии.

Физиология как наука появилась относительно давно. Тем, как функционируют живые системы, первым заинтересовался Гиппократ. Сегодня механизмы и особенности организма изучаются учеными с помощью различных методов. Главной целью исследований в области физиологии является определение механизма существования живого и его саморегуляция.
Объектом изучения физиологии выступают живые организмы. Предметом изучения выступают структурные компоненты организма. Физиология (от греч. phуsis – природа, logos – учение) – наука, изучающая закономерности функционирования живых организмов, их отдельных систем, органов, тканей и клеток. Рассмотрение частных функций подчиняется при этом задаче целостного понимания причин, механизмов, закономерностей взаимодействия организма с окружающей средой, его поведения в различных условиях существования, происхождения и становления в процессе эволюции, а также индивидуального развития. Осмысление физиологических механизмов непременно основывается на данных анатомии, гистологии, цитологии, бионики и других направлений биологических наук, объединяя их в единую систему знаний. В физиологии широко используют также методы физики, химии, кибернетики, математический аппарат. Будучи основанными на физических и химических закономерностях, физиологические явления, тем не менее, характеризуются собственными качественными особенностями. Они подчиняются возникающими в процессе эволюции закономерностям.
Одна из основных задач современной физиологии – выяснение механизмов психической деятельности животных и человека с целью разработки действенных мероприятий против нервно-психических болезней. Решению этих вопросов способствуют исследования функциональных различий правого и левого полушарий мозга, выяснение тончайших нейронных механизмов условного рефлекса, изучение функций мозга у человека посредством вживленных электродов, искусственного моделирования психопатологических синдромов у животных.
Физиологические исследования молекулярных механизмов нервного возбуждения и мышечного сокращения помогут раскрыть природу избирательной проницаемости клеточных мембран, создать их модели, понять механизм транспорта веществ через клеточные мембраны, выяснить роль нейронов, их популяций и глиальных элементов в интегративной деятельности мозга, и в частности в процессах памяти. Изучение различных уровней центральной нервной системы позволит выяснить их роль в формировании и регуляции эмоциональных состояний. Дальнейшее изучение проблем восприятия, передачи и переработки информации различными сенсорными системами позволит понять механизмы формирования и восприятия речи, распознавания зрительных образов, звуковых, тактильных и других сигналов.
Интенсивно изучаются эволюционные особенности морфо-функциональной организации нервной системы и различных сомато-вегетативных функций организма, а также эколого-физиологические изменения организма человека и животных. В связи с научно-техническим прогрессом назрела настоятельная необходимость изучения адаптации человека к условиям труда и быта, а также к действию различных экстремальных факторов (эмоциональных стрессов, воздействия различных климатических условий и т. д.). Актуальная задача современной физиологии состоит в выяснении механизмов устойчивости человека к стрессорным воздействиям. С целью исследования функций человека в космических и подводных условиях проводятся работы по моделированию физиологических функций, созданию искусственных роботов и т. п. В этом направлении широкое развитие приобретают самоуправляемые эксперименты, в которых с помощью ЭВМ удерживаются в определѐнных границах различные физиологические показатели экспериментального объекта, несмотря на различные воздействия на него. Необходимо усовершенствовать и создать новые системы защиты человека от неблагоприятного воздействия загрязнѐнной среды, электромагнитных полей, барометрического давления, гравитационных перегрузок и других физических факторов.Методы физиологических исследований.
Физиология – экспериментальная наука, основным методом познания механизмов и закономерностей в ней является эксперимент, позволяющий не только ответить на вопрос, что происходит в организме, но и выяснить также, как и почему происходит тот или иной физиологический процесс, как он возникает, какими механизмами поддерживается и управляется. При изучении любого процесса или явления обычно создают условия, в которых можно их вызвать и в последующем ими управлять. В зависимости от того, какую цель преследует эксперимент, ему соответствует и определѐнный характер методических приемов. Для глубокого проникновения в природу протекающих в организме процессов, доведения анализа до молекулярного уровня нервной системы, мышечной или секреторной клетки (изолированных от всех процессов, которые происходят в организме) используют так называемые аналитические исследования. Значение их трудно переоценить, так как только в этих исследованиях может быть получено исчерпывающее представление об отдельной клетке, ее органеллах, возможностях и особенностях мембранных процессов и т. д
На ранних этапах развития физиологической науки при изучении функций и значения того или иного органа особой популярностью пользовались методики удаления либо части, либо всего органа (метод экстирпации) с последующим наблюдением и регистрацией того, какими последствиями сопровождается вмешательство. В иных случаях изучаемый орган не удаляют, а пересаживают в том же организме на новое место или переносят в другой организм (метод трансплантации). Такой подход оказался особенно результативным при изучении функций эндокринных желез.
Для рассмотрения деятельности органов, расположенных в глубине тела и недоступных непосредственному наблюдению, используют фистульный метод. Суть его состоит в том, что один конец металлической или пластмассовой трубки вводят в полный орган (желудок, кишку, желчный пузырь), второй – закрепляют на поверхности кожи.
Вариантом подобного подхода может служить и методика катетеризации. В этом случае вводят тонкие синтетические трубки – катетеры, которые используют и для регистрации происходящих в изучаемых органах процессов, и для введения различных фармакологических веществ и препаратов.Для того чтобы установить зависимость функции органа от влияния нервной системы, прибегают к методике денервации. При этом либо перерезают нервные волокна, иннервирующие орган, либо (для возбуждения деятельности органа) используют электрический или химический вид раздражения.
В последние десятилетия широкое применение нашли различные инструментальные методики в сочетании со стимуляцией мозговых или периферических структур у бодрствующих ненаркотизированных животных и регистрацией у них электрической активности посредством вживления макро- и микроэлектродов.
Функции отдельных органов изучают как в целостном организме, так и после их извлечения. В последнем случае извлеченному органу прежде всего создают необходимые условия: температуру, влажность или подачу специальных питательных растворов через сосуды изолированного органа (метод перфузии). Подобные условия необходимы по преимуществу для микрофизиологических экспериментов, когда в качестве объекта используют отдельную мышечную, нервную или другую клетку.

Основные физиологические понятия.

Каждая научная дисциплина имеет собственный понятийный аппарат. Естественно, что и в физиологии, науке сформировавшейся еще в XIX веке, существуют собственные понятия и термины. Ниже приведены наиболее общие из них. Другие, термины и понятия, имеющие более узкое значение, будут рассмотрены в ходе изложения соответствующих разделов физиологии на последующих лекциях.
Основные физиологические понятия:
Функция - специфическая деятельность системы или органа. Например, функциями желудочно-кишечного тракта являются моторная, секреторная, всасывательная; функцией системы дыхания - обмен СО2 и кислорода; функцией системы кровообращения - движение крови по сосудам; функцией миокарда - сокращение и расслабление, и т.д.
Процесс - совокупность последовательных действий или состояний, направленных на достижение определенного результата.
Механизм - способ регулирования процесса или функции. ‚ физиологии принято выделять нервный и гуморальный (т.е. посредством выделения гормонов или других химических биологически активных веществ) механизмы регуляции.
Регуляция - изменение интенсивности и направленности функции (процесса) с целью обеспечения оптимальной деятельности органов и систем.
Система в физиологии это совокупность органов, тканей или других структурных образований, связанных общей функцией. Например, сердечно-сосудистая система обеспечивает с помощью сердца и сосудов доставку тканям питательных, регуляторных, защитных веществ и кислорода, а также отвод продуктов обмена; экспортная (секреторная) система клетки обеспечивает с помощью эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи синтез и транспортировку из клеток гормонов, липопротеидов и других секретов.
Секрет - специфический продукт жизнедеятельности клетки, выполняющий определенную функцию и выделяющийся во внутреннюю среду организма. Процесс выработки и выделения секрета называется секрецией. По составу секрет делят на белковый (серозный), слизистый (мукоидный), смешанный и липидный.
Раздражитель - факторы внешней и внутренней среды или их изменение, которые оказывают на органы и ткани влияния, приводящие к изменению активности последних. Различают раздражители механические, электрические, химические, температурные, звуковые и т.д. Раздражитель может быть по величине пороговым, т.е. оказывать минимальное эффективное воздействие; максимальным, дальнейшее увеличение силы которого не приводит к увеличению соответствующей реакции; сверхсильным, действие которого может оказывать повреждающий или болевой эффект или приводить к неадекватным ощущениям.
Раздражение - воздействие на живую ткань внешних и внутренних раздражителей.Реакция - изменение (усиление или ослабление) деятельности организма или его составляющих в ответ на раздражение.
Рефлекторная реакция - ответное действие (или процесс) в организме (системе, органе, ткани, клетке), вызванное рефлексом.
Рефлекс - возникновение или изменение функциональной активности органов, тканей или целостного организма, осуществляемое при участии центральной нервной системы в ответ на раздражение нервных окончаний (рецепторов).
Возбудимость - способность живых клеток воспринимать изменения внешней среды и отвечать на эти изменения реакцией возбуждения. Чем ниже пороговая сила раздражителя, тем выше возбудимость, и наоборот.
Возбуждение - активный физиологический процесс, которым некоторые живые клетки (нервные, мышечные, железистые) отвечают на внешнее воздействие.Возбудимые ткани - ткани, способные в ответ на внешнее воздействие, превышающее порог возбуждения, переходить из состояния физиологического покоя в состояние возбуждения. ‚ принципе, все живые клетки обладают той или иной степенью возбудимости, но в физиологии к этим тканям принято относить нервную, мышечную, железистую.

Краткая история развития физиологии.

История развития физиологии, как и других биологических наук, берет свое начало в глубокой древности. Человек всегда интересовался строением и функциями организма, первые сведения об этом были обобщены и изложены в сочинениях «отца медицины» Гиппократа. Строение органов пищеварения, кровеносных сосудов описал древне–римский врач анатом Гален (II век н.э.). Важную роль в изучении благотворного влияния гигиенических факторов (питания, солнечного света, воздуха) и нервной системы на организм человека сыграл ученый (XI век н.э.) Абу–Али–Ибн–Сина (Авиценна).
Основоположником экспериментальной физиологии и эмбриологии считается английский анатом и физиолог В. Гарвей (1578–1657), который предложил методику исследований путем рассечения тканей (вивисекцию). Это позволило сделать важные открытия в функциях сердечно-сосудистой системы. На основании своих многочисленных наблюдений Гарвей дал обоснованное представление о кровообращении. Именно он впервые высказал мысль, что «все живое происходит из яйца».В. Гарвей
В дальнейшем учение о кровообращении было существенно дополнено итальянским биологом и врачом М. Мальпиги, который в 1966 г. открыл наличие капилляров.Основоположником экспериментальной физиологии в России является профессор Московского университета А.М. Филомафитский (1807–1849), автор первого учебника по физиологии.А.М. Филомафитский
Советские физиологи В.Ю. Чаговец (1873–1941) и А.Ф. Самойлов (1867–1930) впервые высказали мысль о химическом механизме передачи возбуждения в синапсах и что в основе возникновения токов в тканях лежит изменение проницаемости клеточных мембран для разных ионов. В 40–50-х годах ХХ ст. эта идея послужила основанием для выдающегося обоснования мембранной теории возникновения биоэлектрических потенциалов в тканях (А. Ходжкин, А.Ф. Хаксли и Б. Катц).В.Ю. Чаговец
Значительный интерес представляют работы английского нейрофизиолога Ч.С. Шеррингстона (1859–1952). Советский физиолог И.С. Бериташвили (1885–1974) обосновал положение о дендритном торможении и психонервной деятельности человека.
Всемирную известность получили работы И.М. Сеченова (1829–1905). Ему принадлежит честь открытия торможения в центральной нервной системе, что дало возможность по-новому рассматривать регулирующее влияние нервной системы на различные функции организма. Он установил, что в основе деятельности коры головного мозга лежит рефлекторный механизм.Велика роль и заслуга в развитии физиологии вообще и, в частности, физиологии пищеварения академика И.П. Павлова (1849–1936). Именно под его руководством были усовершенствованы и разработаны новые оригинальные методики ряда хирургических операций по наложению фистул. Павловская методика хронического (фистульного) эксперимента позволила создать принципиально новое направление в изучении физиологии целостного организма и во взаимосвязи его с внешней средой.
Работы И.П. Павлова легли в основу и физиологии сельскохозяйственных животных. И.П. Павлова отличали глубина и многосторонность исследований. Он посвятил свой пытливый и наблюдательный ум изучению физиологии сердечно-сосудистой системы, пищеварения, центральной нервной системы и высшей нервной деятельности, предложил совершенно новый в физиологии аналитико-синтетический подход к познанию сущности физиологических процессов.
Недаром в 1904 г. И.П. Павлов был удостоен Нобелевской премии, а в 1935 г., за год до смерти, Международный физиологический конгресс присвоил ему почетное звание «старейшины физиологов мира».Для развития физиологии пищеварения большое значение имеют работы профессора В.Ф. Лемеша, который многие годы возглавлял Витебский ветеринарный институт. В своих многосторонних исследованиях он изучал эффективность использования животными различных кормов и кормовых смесей. В этом же институте профессор Ф.Я. Бернштейн и его ученики занимались изучением роли минеральных веществ в обменных процессах у животных.
Ученые нашей республики внесли существенный вклад в изучение физиологии пищеварения, разработали оригинальные методики получения пищеварительных соков, предложили новые корма и добавки, улучшающие пищеварительные процессы. Большое количество их работ посвящено изучению резистентности животных и птиц в онтогенезе, изысканию наиболее эффективных методов ее стимуляции.

Общие закономерности регуляции жизнедеятельности организма.
Организм - это самостоятельно существующая единица органического мира, представляющая собою саморегулирующуюся систему, которая на различные изменения внешней среды реагирует как единое целое, способная существовать лишь при постоянном взаимодействии с окружающей внешней средой и само- возобновляться в результате такого взаимодействия.
Физиологические функции - это проявления жизнедеятельности, имеющие приспособительное значение и направленные на достижение определенного полезного для организма результата. Осуществляя различные функции, организм приспосабливается к внешней среде или же приспосабливает среду к своим потребностям.
Основной функцией живого организма является обмен веществ и энергии (метаболизм). Этот процесс состоит в совокупности химических и физических изменений, в превращении веществ и энергии, постоянно и непрерывно происходящих в организме и во всех его структурах. Метаболизм является необходимым условием жизни. Именно он отличает живое от неживого. Жизнь возможна лишь до тех пор, пока происходит обмен веществ, который поддерживает существование живой протоплазмы и ее самообновление. Прекращение обмена веществ приводит к разрушению протоплазмы и смерти организма.
С обменом веществ связаны все остальные физиологические функции, будь то рост, развитие, размножение, питание, пищеварение, дыхание, выделение, движение или реакции на изменение внешней среды. Деятельность их направлена прежде всего на сохранение оптимальных условий метаболизма. (Обеспечение нормальной работы т.н. метаболического котла). В то же время основу любой функции составляет определенная совокупность превращений веществ и энергии. Это равным образом относится к функциям отдельной клетки, ткани, органа или организма в целом.
Всякий организм, одноклеточный или многоклеточный, нуждается в определенных условиях существования, предоставляемых ему той средой обитания, (т.н. внешней средой) к которой данный вид живых существ приспособился на протяжении всего пути своего эволюционного развития. Функции организма нормально обеспечиваются только при условии, что внешняя среда дает ему возможность получения пищи, при определенной температуре, барометрическом давлении, интенсивности и спектре света и т.п.При этом следует иметь в виду, что пределы колебаний внешней среды, переносимые организмом высших животных, значительно шире, чем те, которые необходимы для нормального функционирования большинства его клеток. Причина этого состоит в том, что средой обитания для клеток организма является его внутренняя среда, которая изменяется значительно меньше чем внешняя. Внутренней средой организма являются кровь, лимфа и тканевая жидкость, в которых живут клетки.
Функции клеток организма нормальны лишь при относительном постоянстве осмотического давления, электролитного состава, определенной концентрации водородных ионов, питательных и энергетических ресурсов. Постоянство химического состава и физико-химических свойств внутренней среды является важной особенностью организмов высших животных. Для обозначения этого постоянства Кеннон предложил термин гомеостаз. Выражением гомеостаза является наличие ряда биологических констант, т.е. устойчивых количественных показателей, характеризующих нормальное состояние организма. В зависимости от их значения бывают жесткие и мягкие (пластичные) константы. Отмечая постоянство состава, физико-химических и биологических свойств внутренней среды, следует подчеркнуть, что оно является не абсолютным, а относительным и динамическим. Это постоянство достигается непрерывной работой ряда органов и систем, в результате которой выравниваются происходящие под влиянием изменений внешней среды и жизнедеятельности организма сдвиги в составе и физико-химических свойствах внутренней среды.
Как уже было сказано, характерной особенностью всякого живого организма является то, что он представляет собой саморегулирующуюся систему, которая реагирует на различные воздействия как единое целое. Принцип саморегуляции заключается в том, что отклонение любой константы от нормального уровня само по себе является сигналом исправления этих сдвигов. Саморегуляция достигается взаимодействием всех клеток организма, его тканей и органов. Это взаимодействие органов особенно отчетливо выражено в работе т.н. функциональных систем. Такую систему образуют органы, совместная деятельность которых обеспечивает приспособление к определенным условиям среды, обеспечивающее удовлетворение любой внутренней потребности.
Под внутренними потребностями мы впредь будем пронимать всякое более или менее длительное отклонение той или иной константы его внутренней среды от уровня, обеспечивающего нормальную его жизнедеятельность. Именно биологические потребности являются первым толчком в цепи процессов саморегуляции различных функций организма.
Потребностей у живого организма может быть бесчисленное множество. Однако все они объединяются в большие группы - биологические, социальные, половые, пищевые, оборонительные и т.п. Удовлетворение той или иной потребности и представляет для каждого живого организма определенный полезный результат его приспособительной деятельности, т.е. функции.
Таким образом, можно выделить два общих принципа регуляции всех функций в организме:Все функции в организме регулируются с помощью нервной или (и) гуморальной системы.Регуляция функций осуществляется по принципу саморегуляции.
Оба эти принципа наиболее ярко и полно проявляются в деятельности так называемых функциональных систем (ФС), которые постоянно образуются при возникновении в организме какой-то потребности и обеспечивают оптимальное ее удовлетворение.