2 курс / Нормальная физиология / Физиология как наука
.docВВЕДЕНИЕ. ФИЗИОЛОГИЯ КАК НАУКА.
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ
Физиология – (от греч. рhysis – природа, logos – наука) – дословно обозначает «наука о природе» или естествознание. Именно в этом смысле употребляется этот термин, начиная с XVI века, для обозначения науки о животном и растительном мире. По мере накопления знаний естествознание разделилось на самостоятельные биологические дисциплины: ботанику, зоологию, анатомию. При этом первоначально в содержание анатомии входило описание строения организма и отдельных его органов, а также изучение его функций. И только в XIX веке от анатомии отделяется как самостоятельная дисциплина физиология как наука о функциях организма. С этого периода физиология рассматривается как наука о процессах, протекающих живых организмах, о функциях (специфических проявлениях жизнедеятельности) организма.
«Физиология есть наука, исследующая явление жизненной силы и законы, по которым она обнаруживает свою деятельность в здоровом организме», писал русский врач А.М.Филомафитский.
В современном понимании физиология изучает функционирование целостного организма, всех его органов и систем на молекулярном, клеточном, тканевом, органном, системном, организменном и популяционном уровнях. Поскольку организм неразрывно связан со средой обитания, можно определить ее как науку о процессах жизнедеятельности организма на всех уровнях его организации и механизмах их регуляции для оптимального приспособления к меняющимся условиям внешней среды.
В настоящее время физиология относится к биологическим наукам и разделяется на физиологию растений, животных и человека. Физиология животных и человека разделяется на ряд отдельных, в значительной мере самостоятельных, но тесно связанных между собой научных дисциплин. Это общая, частная, специальная и сравнительная физиология.
Общая физиология – изучает общие закономерности функционирования клеток, органов, систем и целостного организма (физиологический покой, возбуждение, торможение, регуляция, т.д.).
Частная физиология – изучает процессы, протекающие в различных органах и системах, выполняющих определенную функцию (пищеварение, дыхание, кровообращение, выделение, т.д.).
Специальная физиология – изучает функционирование организма и его систем при различных видах и условиях жизнедеятельности (труда, спорта, космическая, т.д.)
Сравнительная физиология – исследует специфические особенности функций организмов различных видов и организмов одного и того же вида, находящихся на разных этапах индивидуального развития (эволюционная, возрастная, экологическая, т.д.).
При этом необходимо иметь в виду, что физиология человека значительно отличается от физиологии животных, поэтому данные, полученные в эксперименте на животных, нельзя слепо переносить на человека. В свою очередь, физиология человека включает: нормальную, патологическую и клиническую физиологии.
Нормальная физиология - изучает функции здорового организма.
Патологическая физиология – изучает функциональные изменения в больном организме, общие закономерности возникновения, течения и исхода патологических процессов.
Клиническая физиология – изучает механизмы компенсации нарушенных функций в организме человека, т.е. адаптивные компенсаторно-приспособительные реакции, направленные на устранение или ослабление функциональных сдвигов в организме, вызванных влиянием на него неадекватных факторов среды.
Физиологию, как и всякую науку, характеризует её предмет, задачи и методы. Предметом физиологии, ее содержанием является изучение общих и частных механизмов деятельности целостного организма и всех его органов и систем. Конечной задачей физиологии является такое глубокое познание функций организма, которое обеспечило бы возможность активного воздействия на них в желаемом направлении. «Медицина, – писал И.П.Павлов, – лишь обогащаясь постоянно, изо дня в день, новыми физиологическими фактами, станет, наконец, когда-нибудь тем, чем она должна быть в идеале, т.е. умением чинить испортившийся механизм человеческого организма на основании точного его знания, быть прикладным знанием физиологии». Не случайно, физиология в первую очередь начала развиваться как медицинская наука. «Физиология - это научный стержень, на котором держатся все науки. В сущности, в медицине имеется лишь одна наука: наука о жизни, или физиология» (Клод Бернар).
На современном этапе физиология ставит следующие задачи:
Изучение функций:
здорового организма в целом;
различных систем, органов, тканей, клеток
Изучение механизмов:
взаимодействия различных органов и систем в целостном организме;
регуляции функционирования органов и систем;
взаимодействия организма с окружающей средой.
«Задача физиологии состоит в том, чтобы понять работу человеческого организма, определить значение каждой его части, понять, как эти части связаны, как взаимодействуют и как вследствие их взаимодействия получается валовой результат – общая работа организма» (И.П.Павлов).
Методы, применяемые в физиологии. Самыми первыми методами, используемыми в физиологии, были наблюдение и умозаключение, которые, однако, не утратили своего значения и на современном этапе. Но физиолог не может удовлетвориться только наблюдением, так как оно отвечает лишь на вопрос, что происходит в организме. Важно выяснить так же, как и почему происходят физиологические процессы. Для этого необходимы опыты, эксперименты, т.е. воздействия, которые создаются искусственно самим исследователем.
Все эксперименты делятся на 2 группы:
Острый (вивисекция, или живосечение).
Хронический.
Основные достоинства и недостатки острого и хронического эксперимента представлены в табл. 1.1.
Таблица 1.1
Сравнение острого и хронического эксперимента
Вид эксперимента |
Преимущества
|
Недостатки |
Острый
|
Глубокий анализ работы отдельных органов
|
Наркоз; травма; изолированный орган; отсутствие целостности |
Хронический |
Обычные условия жизни; целостный организм; взаимосвязь с другими системами; длительный период исследования; влияние внешних факторов
|
Невозможность исследования на клеточном и органном уровне |
Исследования, выполняемые на человеке, как правило, проводятся в трех вариантах, позволяющих оценить различные стороны функционирования организма:
В состоянии физиологического покоя – норма функционирования;
Реакция на оптимальные нагрузки – норма реакции;
Реакции на максимальные нагрузки – оценка резервных возможностей.
При этом, физиологической нормой считается биологический оптимум процессов жизнедеятельности.
Основные этапы развития физиологии как науки связаны с изменением применяемых методов.
До экспериментальный период (древние и средние века), когда основными методами были наблюдения и умозаключения, что нередко приводило к ошибочным выводам (сердце – орган души, по артериям перемещается дух, а по венам – кровь).
2. 1628 г. У.Гарвей «Учение о движении сердца и крови в организме» - внедрение острых экспериментов в физиологические исследования.
1883 г. И.П.Павлов «Центробежные нервы сердца» – внедрение методики хронического эксперимента.
Современный этап – интеграция исследований на молекулярно-клеточном и системном (организменном) уровне, что позволяет объединить представления о клеточных процессах и их регуляции на уровне целого организма.
Основные принципы физиологии:
Организм - единая система, объединяющая различные органы в их сложном взаимодействии между собой;
Принцип структурности (целостности) – физиологические процессы могут осуществляться при анатомической и функциональной целостности всех элементов, обеспечивающих эти процессы.
«Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен. Поэтому в научное определение организма должна входить и среда, влияющая на него» (И.М.Сеченов, 1861).
«Все физиологические механизмы, сколь бы различны они ни были, имеют только одну цель – сохранение постоянства условий жизни во внутренней фазе» (К.Бернар, 1878) – или гомеостаз (по Кэннону).
Принцип детерминизма – любая деятельность организма и его органов и систем причинно обусловлена.
Адаптация – совокупность механизмов, обеспечивающих приспособление организма к постоянно меняющимся условиям внешней среды.
Целостность организма и его связь с внешней средой обеспечивается нейро-гуморальными механизмами.
Гомеостаз и адаптация – основные механизмы обеспечения жизни.
Принцип надежности биологических систем: организм и его системы имеют резерв прочности, который обеспечивается следующими компонентами:
избыточностью элементов функционирования (напр., 25% легочной ткани вполне достаточно для осуществления внешнего дыхания);
резервированием функции (из 1 млн. нефронов, имеющихся в почке, одновременно функционирует только часть из них, остальные остаются в резерве);
периодичностью функционирования всех элементов (напр., открытие и закрытие, т.е. мерцание капилляров);
дублированием функций (сердечный насос имеет помощников в виде периферических сердец – скелетных мышц, сокращение которых проталкивает кровь по венозным сосудам).
Общие закономерности функционирования организма. Живой организм представляет собой чрезвычайно сложную систему, функционирующую как единое целое в постоянно меняющейся внешней среде. И.П.Павлов писал: «Человек есть система… единственная по высочайшему саморегулированию… сама себя поддерживающая, восстанавливающая, поправляющая и даже совершенствующая».
Взаимосвязь организма со средой осуществляется через его функции. Функции – это проявления жизнедеятельности клетки, органа, системы органов или целостного организма, имеющие приспособительное значение (приспособление к среде обитания и/или удовлетворение своих потребностей). Организм может существовать и выполнять свои задачи, если его функции взаимосвязаны и взаимообусловлены, что обеспечивается постоянной их интеграцией. Это достигается деятельностью регуляторных механизмов, которые формируются в процессе эволюционного и индивидуального развития. Под регуляцией понимается совокупность физиологических механизмов, обеспечивающих функционирование организма как единого целого и согласованность его функций в процессе взаимодействия с внешней средой.
Физиологическая регуляция – активное управление функциями организма, всех его органов и систем для обеспечения гомеостаза и оптимального уровня жизнедеятельности с целью приспособления (адаптации) к меняющимся условиям внешней среды.
Регуляция обеспечивает оптимальный уровень функционирования организма и его систем в комфортных условиях среды, поддерживает относительное постоянство внутренней среды организма (гомеостаз) и переключает деятельность органов и систем на новые уровни функционирования в соответствии с условиями среды и потребностями организма.
Физиологический покой – оптимальный уровень жизнедеятельности – физиологическая норма (оптимум).
Физиологическое напряжение – изменение функционального состояния организма и его систем под влиянием умеренных нагрузок (в условиях обычной жизнедеятельности).
Физиологические резервы – резервные возможности организма и его систем, выявляемые при действии максимальных по величине и длительности нагрузок.
Регуляция функций осуществляется посредством трех механизмов: местного, гуморального и нервного, между которыми существует постоянное взаимодействие. Местный механизм регуляции состоит в том, что изменение состояния органа, возникшее в процессе его деятельности, а также продукты обмена и биологически активные вещества, вырабатываемые в тканях и органах, могут служить основой и оказывать влияние на функции самого органа. Гуморальный механизм регуляции осуществляется через жидкие среды организма путем транспорта биологически активных веществ и гормонов от места их образования к органам-мишеням, расположенным во всем организме. Гуморальная регуляция осуществляется относительно медленно, так как зависит от скорости движения крови и лимфы, но действие продолжается длительно, охватывая многие органы и ткани. Выделяют три варианта гуморального регулирования (рис. 1.1.).
Рис. 1.1. Виды гуморальных регуляций.
Нервная регуляция, которая осуществляется с помощью нервной системы на основе рефлекторного принципа, обеспечивает быстрое и избирательное включение в реакцию определенных органов и систем организма и их строгое взаимодействие. В организме нервные и гуморальные механизмы регуляции, как правило, сопряжены в единую нейро-гуморальную систему.
Принципиальная модель регуляции физиологических функций представлена на рис. 1.2.
Железы
внутренней
секреции
Обратная связь
Результат
регуляторных
воздействий
Рис. 1.2. Общая модель регуляции физиологических процессов