lektsii по физиологии. Физиология, как наука
 Скачать 1.21 Mb.
|
|
Физиология, как наука Физиология дословно - это учение о природе. 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 представления о функциях организма складывались на основе работ ученых Древней Греции и Рима: Аристотеля, Гиппократа, Галлена и др., а так же ученых Китая и Индии. Физиология стала самостоятельной наукой в 17 веке, когда наряду с методом наблюдения за деятельностью организма началась разработка экспериментальных методов исследования. Этому способствовали работы Гарвея, изучившего механизмы кровообращения; Декарта, описавшего рефлекторный механизм. В 19-20 вв. физиология интенсивно развивается. Так, исследования возбудимости тканей провели К. Бернард, Лапик. Значительный вклад внесли ученые: Людвиг, Дюбуа-Реймон, Гельмгольц, Пфлюгер, Бэлл, Ленгли, Ходжкин и отечественные ученые: Овсяников, Ниславский, Цион, Пашутин, Введенский. Отцом русской физиологии называют Ивана Михайловича Сеченова. Выдающееся значение имели его труды по изучению функций нервной системы (центральное или сеченовское торможение), дыхания, процессов утомления и др. В своей работе «Рефлексы головного мозга» (1863 г.) 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 г. 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 г. 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 также 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 исследованиям. 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: 1. простые наблюдения; 2. графическая регистрация. В 1847 г. 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 звуковосприятия. 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 др.; 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 наследуемыми. 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, лимфе, межклеточной жидкости. Факторы гуморальной регуляции: 1. гормоны желез внутренней секреции. Они образуются специальными инкреторными железами. Пример- инсулин, тироксин; 2. продукты метаболизма и ионы; 3. местные или тканевые гормоны, образуются группами специальных клеток, находящихся в различных органах. Пример - APUD-система ЖКТ. 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 ФАВ и медленным их разрушением; 3. отсутствие органа-мишени для действия ФАВ, т.к. ФАВ 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 ЦНС. Впервые механистическое объяснение реакций организма дал в 17 веке Рене Декарт. Он предложил гипотетическую схему формирования непроизвольного движения. Термин «рефлекс» ввел в физиологию в 1771 г. Унцер, а Прохазка в 1800 г. разработал схему простейшей рефлекторной дуги. И.М. Сеченов распространил рефлекторный принцип действия нервной системы на любую, в том числе и высшую нервную деятельность организма. Он показал, что рефлекс отражает сложные, но материальные процессы, протекающие в ЦНС во взаимодействии с внешней средой. И.М. Сеченовым предложены следующие положения: 1. всякая деятельность организма в конечном итоге сводится к движению; 2. всякое движение по своему происхождению есть рефлекс. И.П. Павлов развил и экспериментально обосновал рефлекторную теорию. Он разделил все рефлексы по механизму образования на безусловные (врожденные) и условные (приобретенные). Основные положения рефлекторной теории Павлов сформировал в работе «Ответ физиолога психологам»: 1. принцип детерминизма, взаимообусловленности. Нет действия без причины, т.е. всякий рефлекторный акт является результатом действия раздражителя на организм; 2. принцип анализа и синтеза. В ЦНС постоянно происходит анализ сигнала, а так же синтез с формированием ответной реакции; 3. принцип структурности. Любой процесс в НС имеет определенную структурную организацию. Морфологической основой любого рефлекса является рефлекторная дуга - это путь прохождения рефлекторной реакции (нервных импульсов). Рефлекторная дуга соматического (двигательного) рефлекса состоит из следующих звеньев: 1. рецептор - воспринимает раздражение; 2. афферентное нервное волокно; 3. нервный центр; 4. эфферентное нервное волокно; 5. эффекторный или рабочий орган. В ряде рефлекторных дуг имеется 6 звено - это нейрон обратной связи (обратная афферентация). Он реагирует на рефлекторный ответ и контролирует его. В соматической дуге выделяют нейроны, выполняющие определенные функции. В простейшей моносинаптической рефлекторной дуге 2 нейрона - чувствительный и двигательный. В простой полисинаптической дуге выделяют: чувствительный нейрон, вставочный нейрон, исполнительный эфферентный нейрон. [рис. дуги с подписями] В дуге вегетативного рефлекса имеются следующие звенья: 1. рецептор; 2. афферентное нервное волокно; 3. нервный центр - в боковых рогах спинного мозга; 4. преганглионарное нервное волокно; 5. вегетативный ганглий; 6. постганглионарное нервное волокно; 7. исполнительный орган. Нервные центры разных уровней ЦНС связаны между собой. Особенности нервной регуляции: 1. большая скорость регулирующего воздействия, импульсы по рефлекторной дуге распространяются быстро; 2. нервное волокно, идущее от нервного центра, заканчивается строго на определенном органе или эффекторе. Возможен быстрый самоконтроль и саморегуляция за счет нейрона обратной связи. В организме нервная и гуморальная регуляции тесно связаны, образуют единую систему нейро- гуморальной регуляции. Это обусловлено следующим: 1. ЖВС имеют вегетативную иннервацию; 2. в гипоталамусе вырабатываются нейрогормоны, они регулируют деятельность гипофиза, поэтому в гипоталамо-гипофизарной системе происходит переключение нервных влияний на гуморальные; 3. ряд гормонов ЖВС оказывают влияние на НС - адреналин, норадреналин, тироксин; 4. ряд местных гормонов – нейромедиаторы – играют роль передатчиков сигнала от одного нейрона к другому, изменяют протекание рефлексов. Биологические и функциональные системы Развитие физиологии в 19-20 вв. позволило осуществить глубинные механизмы, субмолекулярные процессы в организме. Было накоплено огромное количество аналитических данных о функциях клеток, тканей, органов и такой аналитический подход был оправдан и необходим. Однако созрела необходимость объединить и систематизировать полученные данные для описания функций организма в целом. В 50-60 гг. Берталанфи, используя кибернетические подходы, разработал общую теорию биологических систем: 1 принцип целостности. Невозможно свести свойства системы к простой сумме ее частей; 2. принцип структурности. Любую биологическую систему можно описать через ее структуру; 3. принцип иерархичности. Элементы системы подчинены друг другу сверху вниз, то есть вышележащие компоненты управляют нижележащими; 4. взаимосвязь системы со средой. Организм является открытой системой. Берталанфи не выявил главного системообразующего фактора. Основные же системные закономерности живых организмов разработал П.К. Анохин. В физиологии давно существует понятие физиологических систем – это комплекс морфологически и функционально объединенных органов, имеющих общие механизмы регуляции и выполняющих однообразные функции. Анохин установил, что в организме есть и другие системы, обеспечивающие поддержание параметров гомеостаза. Он назвал их функциональными системами. Функциональная система - это совокупность органов и тканей, которые обеспечивают достижение цели в определенном виде жизнедеятельности. Эту цель он назвал полезно-приспособительным результатом (ППР). Им может быть тот или иной параметр гомеостаза, или результат поведения, удовлетворяющий биологической потребности, положительный результат социальной деятельности человека. ППР является тем фактором, который объединяет различные органы и ткани организма в единое целое - функциональную систему, причем, не по морфологическому признаку, а по функциональному. Поэтому в функциональную систему могут входить органы и ткани из разных функциональных систем. Функциональные системы могут быть как наследуемыми, так и формирующимися в процессе жизнедеятельности. Общая схема функциональной системы для поддержания гомеостаза включает следующие элементы: [рис. схемы] Если параметры ППР отклоняются от нормальных, возбуждаются рецепторы ППР. Импульсы от них по афферентным путям идут в нервный центр, регулирующий данный параметр. От нервного центра импульс поступает к исполнительным органам, обеспечивающим поддержание этого параметра, включается вегетативная и гуморальная регуляция. Если при этом ППР не приходит к норме, то импульсы от нервного центра поступают в кору больших полушарий. Возбуждаются определенные нейроны и включается поведенческая регуляция. Изменяется целенаправленное поведение организма. В результате ППР приходит к исходному уровню. Кроме того на ППР влияет обмен веществ, а с другой стороны и ППР воздействует на метаболические процессы. Возрастные особенности формирования и регуляции физиологических функций В процессе развития организма происходят как количественные, так и качественные его изменения. В результате усложнения структуры появляются новые функции, например мозг ребенка приобретает способность к абстрактоному мышлению. В основе возрастных изменений лежат: 1. гетерохронность или неравномерность созревания систем и органов; 2. этапные возрастные скачки; 3. акселерация, т.е. ускорение темпов биологического развития в определенные периоды. Это обусловлено влиянием внешней среды, социальными факторами, урбанизацией жизни. На основе наблюдений за формированием функциональных систем в онтогенезе Анохин создал учение о системогенезе. Гетерохронность развития органов и систем хорошо видна на примере двигательного аппарата ребенка. Первоначально формируется рефлекс и двигательные единицы, обеспечивающие держание головы, затем обуславливающие способность сидеть, стоять, ходить. Программа индивидуального развития выполняется за счет генетического аппарата. На определенных возрастных этапах происходит активация определенных генов, в результате включаются определенные функции организма и формируются новые функциональные системы. Это проявляется возрастным скачком или критическим периодом. Например, скачкообразное изменение структуры и функции органов, систем, которые наблюдаются в период полового созревания. Акселерация – ускорение роста скелета, мышц, ускоренное половое созревание. Она связана с воздействием природной среды и социальных факторов на организм. Формирование и развитие организма заканчивается к 20-ти годам. 20-55 (60) лет – зрелый возраст. В этот период функциональная активность органов и систем находится на одном уровне. С 65-70 лет - пожилой возраст - выраженные инволюционные перестройки: снижается основной обмен, нарушается метаболизм в клетках, что и определяет продолжительность жизни человека. После 75 лет наступает старость, резко снижается активность процессов, появляются старческие болезни, например атеросклероз. Возраст более 90 лет называется периодом долгожительства. Механизмы нейро-гуморальной регуляции с возрастом изменяются. У новорожденных ограничено количество сложных безусловных рефлексов и нет условных. Нервная регуляция несовершенна, но клетки и органы высоко чувствительны к влиянию ФАВ. По мере роста совершенствуется рефлекторная деятельность ЦНС. К первому году жизни формируются сложные рефлексы, обеспечивающие речь. Одновременно снижается чувствительность к ФАВ. У зрелого человека нейро-гуморальная регуляция высоко организована. В старости отмечается деструктивные изменения нервных окончаний, снижается количество рецепторов в клетках, снижается их восприимчивость к действию ФАВ. В детском возрасте по В. Аршавскому выделяют следующие периоды: 1. новорожденный – 7-8 дней; 2. грудного вскармливания – 5-6 месяцев; 3. смешанного питания – 6-12 месяцев; 4. ясельного возраста – 1-3 года; 5. дошкольного возраста – 3-7 лет; 6. младшего школьного возраста – 7-12 лет; 7. стершего школьного возраста – 12-17 лет; 8. юношеского возраста – 17-20 лет. Принципы саморегуляции организма. Понятие о гомеостазе, гомеокинезе Основным свойством живых систем является способность к саморегуляции, к созданию оптимальных условий для взаимодействия всех элементов организма и обеспечения его целостности. |