Физиология изучает жизнедеятельность организма и отдельных его частей: клеток, тканей, органов, систем. Предметом изучения физиологии являются функции живого организма, их связь между собой, регуляция и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи.

Физиологическая функция - проявления жизнедеятельности организма и его частей, имеющие приспособительное значение и направленные на достижение полезного результата. В основе функции лежит обмен веществ, энергии и информации.

Аналитические методы исследования.

Метод острого эксперимента, изолированных органов и тканей. Проводят обычно на наркотизированном животном, у которого выполняется операция, вводятся канюли в сосуды, выделяется нерв или исследуемый орган и выполняются различные воздействия. При этом выясняют, как действует раздражение конкретного нерва или вещества на функцию органа или системы.

Синтетические методы исследования.

Метод хронического эксперимента.

И.П. Павлов предложил способ, позволяющий изучать деятельность какого-либо органа, не нарушая целость организма. На наркотизированном животном в условиях стерильности проводят операцию, позволяющую получить доступ к тому или иному внутреннему органу, вживляют в него электрод, фистульную трубку или выводят наружу и подшивают к коже проток железы. Сам опыт ставят много дней спустя, когда рана зажила, животное выздоровело и по характеру течения физиологических процессов практически ничем не отличается от нормального, здорового.

Способы оценки и регистрации физиологических функций. Методы раздражения.

Наблюдение как метод физиологического исследования позволяет установить лишь качественную сторону явлений и лишает возможности исследовать их количественно.

Графическая регистрация физиологических процессов позволяет осуществить объективную запись изучаемого процесса, сводящую к минимуму возможность субъективных ошибок.

Метод графической регистрации дает возможность записывать одновременно (синхронно) не один, а несколько физиологических процессов для изучения связи между ними.

Исследования биоэлектрических явлений.

Объективная графическая регистрация биоэлектрических потенциалов послужила основой важнейшего раздела - электрофизиологии. Это позволило проводить оценку функционального состояния органов и систем.

Методы электрического раздражения органов и тканей.

Электрическое раздражение по своей природе близко к «естественному языку», с помощью которого живые системы обмениваются информацией. В настоящее время для этого используют электронные стимуляторы, позволяющие получить электрические импульсы любой формы, частоты и силы.

Управление в живых организмах.

Это совокупность процессов, обеспечивающих необходимые режимы функционирования, достижение определенных целей или полезных для организма приспособительных результатов. Управление возможно при наличии взаимосвязи органов и систем. Процессы регуляции охватывают все уровни организации: субклеточный, клеточный, органный, системный, организменный, надорганизменный (популяционный, экосистемный, биосферный).

Физиологическая кибернетика изучает процессы управления в живых организмах.

Принципы управления. Управление в живых организмах осуществляется управляющей системой. Она включает в себя датчики, воспринимающие информацию на входе (сенсорные рецепторы) и выходе (рецепторы исполнительных структур) системы, входные и выходные каналы связи (жидкие среды организма, нервные проводники), управляющее устройство (центральная нервная система), частью которого является запоминающее устройство (аппараты памяти). Информация, фиксированная в аппаратах памяти, определяет «настройку» системы управления на переработку определенных сведений, поставляемых через каналы связи.

Управление осуществляется с использованием трех основных принципов:

1) по рассогласованию (отклонение);

2) по возмущению;

3) по прогнозированию.

Управление по рассогласованию предусматривает наличие механизмов, способных определить разность между задаваемым и фактическим значением регулируемой величины или функции. Эта разность используется для выработки регулирующего воздействия на объект регуляции, которое уменьшает величину отклонения.

Управление по возмущению предусматривает использование самого возмущения для выработки компенсирующего воздействия, в результате которого регулируемый показатель возвращается к исходному состоянию.

Управление по прогнозированию предусматривает выработку управляющих воздействий при появлении сообщения о предстоящем изменении внешней или внутренней среды. Такое управление носит опережающий характер, позволяет подготовить организм к предстоящим изменениям среды обитания и, следовательно, повышает его адаптационные возможности.

Способы управления в живом организме предусматривают запуск (инициацию), коррекцию и координацию физиологических процессов.

Запуск представляет собой процесс управления, вызывающий переход функции органа из состояния относительного покоя к деятельному состоянию или от активной деятельности к состоянию покоя.

Коррекция позволяет управлять деятельностью органа, осуществляющего физиологическую функцию в автоматическом режиме или инициированную поступлением управляющих сигналов.

Координация предусматривает согласование работы нескольких органов или систем одновременно для получения полезного приспособительного результата.

Механизмы управления делятся на гуморальный и нервный. Гуморальный механизм предусматривает изменение физиологической активности органов и систем под влиянием химических веществ, доставляемых через жидкие среды организма.

Для гуморального механизма управления характерны относительно медленное распространение и диффузный характер управляющих воздействий.

Нервный механизм управления предусматривает изменение физиологических функций под влиянием управляющих воздействий, передаваемых из ЦНС по нервным волокнам к органам и системам организма. Для него характерна высокая скорость распространения и точная «адресная» передача объекту регулирования управляющих воздействий, высокая надежность осуществления связи.

Нейрогуморальный механизм управления - комбинированная форма, в которой одновременно используются гуморальный и нервный компоненты.

Средства управления.

Управление физиологическими функциями осуществляется посредством передачи информации. Она передается по афферентным (чувствительным) каналам связи. Информация, передаваемая по эфферентным (исполнительным) каналам связи, содержит информацию о том, какие функции и в каком направлении следует изменять.

Гуморальный механизм в качестве средств управления и передачи информации использует химические вещества - продукты обмена веществ.

Нервный механизм в качестве средства управления, передачи информации использует потенциалы возбуждения, которые объединяются в определенные паттерны по частоте, набору в «пачках», характеристикам межимпульсных интервалов и кодируют информацию.

Формы управления.

Гуморальный и нервный механизмы предусматривают использование нескольких форм управления. Аутокринная, паракринная и телекринная формы характерны для более древнего механизма.

Аутокринная форма управления предполагает изменение функции клетки химическими субстратами, выделяемыми в межклеточную среду самой клеткой.

Паракринная форма управления основана на выделении клетками химических средств управления в межтканевую жидкость. Химические субстраты, распространяясь по межтканевым пространствам, управляют функцией клеток, расположенных на некотором удалении от источника управляющих воздействий.

Телекринная форма управления реализуется при выделении биологически активных веществ в кровь. С током крови эти вещества достигают всех органов и тканей.

В основе нервного механизма управления лежит рефлекс - ответная реакция организма на изменения внутренней и внешней среды, осуществляемая при участии ЦНС.

Местные рефлексы осуществляются через ганглии автономной нервной системы, которые рассматривают как нервные центры, вынесенные на периферию.

Центральные рефлексы протекают с обязательным вовлечением различных уровней ЦНС (от спинного мозга до коры большого мозга).

Условные рефлексы вырабатываются в процессе развития и повседневной жизнедеятельности и служат основой для реализации управления по принципу прогнозирования.

Саморегуляция физиологических функций.

Гомеостаз - относительное динамическое постоянство внутренней среды и устойчивость физиологических функций организма. Основным механизмом поддержания гомеостаза является саморегуляция.

Саморегуляция представляет собой вариант управления, при котором отклонение какой-либо физиологической функции или характеристики внутренней среды от уровня, обеспечивающего нормальную жизнедеятельность, является причиной возвращения этой функции к исходному уровню.

Жесткие константы: их незначительные отклонения могут приводить к существенным нарушениям обменных процессов (осмотическое давление, величина водородного показателя (рН)),

содержание глюкозы, кислорода, углекислого газа в крови.

Пластичные константы могут варьировать в довольно широком диапазоне без существенных нарушений физиологических функций (количество и соотношение форменных элементов крови, объем циркулирующей крови, скорость оседания эритроцитов).

Процессы саморегуляции основаны на использовании прямых и обратных связей. Прямая связь предусматривает выработку управляющих воздействий на основании информации об отклонении константы или действии возмущающих факторов.

Обратные связи заключаются в том, что выходной, регулируемый сигнал о состоянии объекта управления передается на вход системы. Различают положительные и отрицательные обратные связи. Положительная обратная связь усиливает управляющее воздействие, позволяет управлять значительными потоками энергии, потребляя незначительные энергетические ресурсы.

Отрицательная обратная связь ослабляет управляющее воздействие, уменьшает влияние возмущающих факторов на работу управляющих объектов, способствует возвращению измененного показателя к стационарному уровню.

В организме обратные связи построены по принципу иерархии и дублирования.