Львівський державний медичний коледж ім.Андрея крупинського Лекція № 1 з фізіології на тему: «Фізіологія як наука. Основні принципи регуляції фізіологічних функцій.»

для І АК

Тип лекції: засвоєння нових знань.

Мета лекції: ознайомити з метою та завданнями фізіології, основними етапами розвитку науки; пояснити суть основних методів та понять фізіології людини; сформувати поняття про основні фізіологічні функції та рівні їх регуляції ; розкрити рефлекторний принцип регуляції функцій та шляхи його забезпечення;

розкрити суть понять подразливість, збудливість; дати поняття про МПС та ПД та іонні механізми їх походження; розкрити механізми роботи м’язів, а також принципи оцінки їх діяльності;

Актуальність: знання функцій людського організму, особливостей його реагування на дію чинників зовнішнього середовища дозволить активно впливати на ці функції для запобігання захворюванням або їх найшвидшого усунення.. Знання основних закономірностей регуляції фізіологічних функцій допомагає медичному працівнику не лише вибрати максимально ефективну лікувальну тактику, але й зберегти організм в процесі життєдіяльності, збільшити його працездатність і тривалість життя. Враховуючи те, що збудливі тканини в цілісному організмі забезпечують його здатність реагувати на дію зовнішніх та внутрішніх подразників, знання властивостей збудливих тканин дає можливість майбутньому медичному працівнику обґрунтовано і цілеспрямовано впливати на перебіг цих процесів та корегувати їх порушення за допомогою фармакологічних засобів.

План лекції:

1. Предмет фізіології, історія розвитку, Методи фізіологічних досліджень. Основні поняття фізіології.

2. Рівні регуляції організму. Рефлекс і рефлекторна дуга.

3. Будова та функції клітинних мембран. Фізіологічна характеристика збудливості.

4. Фізіологічні властивості та будова скелетних м’язів.

5. Фізіологічні властивості гладеньких м’язів.

1. Предмет фізіолог, історія розвитку. Методи фізіологічних досліджень. Основні поняття фізіології.

Фізіологія (від грец.physis – природа і logos-вчення) в буквальному розумінні цього терміну – наука, що вивчає природу. Стародавні греки фізіологією називали науку про всю природу. Фізіологія сьогодні – це наука про функції клітин, тканин, органів, систем органів і організму в цілому.

Функцція в фізіології означає прояв життєдіяльності цілісного організму. Дихання, травлення, кровообіг, виділення, скорочення м’язів, рух, мислення – усе це функції. Фізіологія вивчає також особливості реагування організму, його органів і систем на дію чинників зовнішнього середовища. Кінцевою мето фізіології як науки є таке глибоке і всебічне пізнання функцій, яке б дозволили активно впливати на них в бажаному напрямку.

Завданнями фізіології як науки є:

1. Вивчити механізми здійснення функцій живого організму, їх зв’язок між собою, їх регуляцію та пристосування до довкілля, їх роль в еволюційному та індивідуальному розвитку.

2. Здійснити системний підхід для дослідження організму та всіх його елементів.

3. Вияснити та дослідити причини, умови та характер порушень фізіологічних механізмів під час хвороби.

4. Визначити шляхи і методи впливу на організм, за допомогою яких можна відновити здоров’я.

5. Допомогти знайти шляхи збереження здоров’я з метою продовження тривалості життя, ефективного здійснення різних видів діяльності від моменту зачаття до старості.

6. Науково обгрунтувати шляхи дотримання здорового способу життя.

7. Розробити основу для наукової організації праці у сучасному виробництві, різних режимів індивідуальних тренувань у спорті, альпінізмі, в екстремальних умовах (у космосі, в пустелі тощо).

Визначаючи мету, що стоїть перед фізіологічною наукою, І.П.Павлов (1935 р.) писав: «Людина дуже складна і тонка система. Але для того, щоб насолоджуватись скарбами природи, людина повинна бути здоровою, сильною, розумною. І фізіолог зобов’язаний навчити не лише тому, як правильно, тобто корисно і приємно працювати, харчуватись і т.д., але й як правильно думати, почувати, бажати».

Отже, фізіологія є теоретичною основою медицини і є невіддільною від неї, хоча вивчає життєдіяльність організму в нормі. Завдяки фізіологічним методам оцінюється важкість захворювання по ступені функціональних порушень, тобто по величині відхилення від норми ряду фізіологічних функцій.

Фізіологію умовно поділяють на окремі наукові дисципліни. В найбільш узагальненому виді розрізняють фізіологію рослин і фізіологію тварин та лдини. Фізіологія тварин та людини в свою чергу поділяється на загальну, порівняльну та спеціальну.

Загальна фізіологія вівчає природу основних життєвих процесів і загальні закономірності реагування організму і його структур на вплив чинників зовнішнього середовища, розкриває основні процеси життєдіяльності, характерні для будь-якого організму.

Предметом порівняльної фізіології є вивчення особливостей функціонуванняорганів і систем органів різних видів, а також представників одного і того ж виду на різних етапах їх індивідуального розвитку.

Спеціальна фізіологія включає в себе фізіологію окремих класів та груп тварин (наприклад, сільськогосподарських тварин, птахів, комах), фізіологію окремих видів (наприклад, овець, великої рогатої худоби), фізіологію окремих тканин, органів та систем (фізіологія опорно-рухового апарату, фізіологія серці тощо). Таким чином, спеціальних розділів фізіології існує стільки, скільки є різних тканин, органів, систем органів і функцій у живому організмі. Всебічне і глибоке вивчення фізіології лдини зумовлене важливим практичним значенням таких її розділів, як фізіологія праці, фізіологія спорту, фізіологія харчування, космічна фізіологія, вікова фізіологія, психофізіологія.

Фізіологія служить науковою осново для розвитку інших галузей знань. Так, дані вікової фізіології враховуються при вирішенні питань фізіологічного обгрунтування розумових і фізичних навантажень дітей та підлітків. Підбір оптимальних норм рухової та інтелектуальної активності повинен проводитись перш за все з врахуванням необхідності збереження і зміцнення здоров’я школярів.

Фізіологія, зокрема її розділ про вищу нервову діяльність, становить природничо-наукову основу сучасної психології та педагогіки

Зміст закономірностей, які розкриває сучасна фізіологія стає яснішим,якщо його розкривати в історичному плані. Уявлення про функції окремих органів і систем організму, про механізми різних видів його діяльності формувались протягом багатьох сторіч. Перші уявлення про роботу органів і всього організму людини і тварини виникли у давнину в зв’язку з потребами медицини. Розвиток фізіології, як частини медицини, тісно пов’язаний з діяльністю таких класиків античної медицини і філософії як Гіпократ, Арістотель, Гален.

Фізіологія, як наука, що вивчає процеси життєдіяльності організму і об’єднує їх на підставі спостережень та експериментів,сформувалась переважно у другій половині XVII - на початку XVIII ст. , коли англійський лікар Уїльям Гарвей опублікував свою працю, в якій виклав основи свого видатного відкриття – існування кровообігу по замкнених колах. Це відкриття стало основою фізіології як експериментальної науки.

Особливе значення для розвитку фізіології мало відкриття рефлексу французьким вченим Р.Декартом.

Наприкінці XVIII ст. Л.Гальвані довів існування в тканинах «тваринної електрики». Ці роботи, а також роботи К.Маттеучі і фізика А.Вольта заклали фундамент для вивчення природи основного фізіологічного явища – процесу збудження.

Приблизно в середині ХІХ ст. фізіологія остаточно відокремилась від анатомії. Саме в цей час для її розвитку багато зробили російські вчені. У 1862 р. російський фізіолог Іван Михайлович Сєченов встановив, що у ЦНС поряд з процесвми збудження є другий активний нервовий процес – гальмування. Він також розвинув теорію про рефлекторну природу процесів, що відбуваються у головному мозку, включаючи найбільш складні з них – процеси людського мислення.

На межі ХІХ ст розгорнулась наукова діяльність Івана Петровича Павлова. Він провів видатні дослідження в галузі регуляції кровообігу, поставив на наукову основу фізіологію травлення. За роботи з фізіології травлення І.П.Павлову у 1904 р. було присуджено Нобелівську премію. Проте найбільшу славу він здобув, створивши новий розділ фізіології – вчення про вищу нервову діяльність. Завдяки своєму методу вироблення умовних рефлексів І.П.Павлов зміг висловити сміливі припущення про основні фізіологічні закономірності діяльності мозку.

Учень і наступник І.М.Сєченова М.Є.Введенський провів глибоке і всебічне вивчення основного життєвого процесу – збудження. Розвиваючі ці ідеї його учень О.О.Ухтомський створив вчення про домінанту як один з основних принципів роботи мозку.

На початку ХХ ст. У.Кеннон, спираючись на вчення К.Бернара про сталість внутрішнього середовища організму, розвинув вчення про гомеостаз.

Важливу роль у розвитку фізіологічних знань про механізми рефлекторної діяльності організму відіграли дослідження видатного британського фізіолога Чарльза Шеррінгтона, який встановив основні принципи інтегративної діяльності мозку. Ним було введено поняття про синапс.

Учні й послідовники І.П.Павлова плідно працювали для розвитку фізіології. Е.А.Асратян вивчав механізми компенсації порушених функцій. Л.Г.Воронін фактично створив порівняльну фізіологію вищої нервової діяльності.

П.К.Анохін розробив вчення про функціональну систему – універсальну схему регуляції фізіологічних процесів і поведінкових реакцій організму.

За майже 360 років свого існувння фізіологія як експериментальна наука досягла значних успіхів, що позитивно вплинуло на розвиток медицини психічне здоров’я людини, раціональне використання трудових ресурсів. Усі досягнення фізіології нерозривно пов’язані з удосконаленням методів дослідження життєвих процесів.

Природничі науки використовують два основних методи: спостереження та експеримент. Останнім часом досить успішно використовується також метод моделювання.

Спостереження – це найпростіший метод фізіологічного дослідження, при якому дослідник не втручаєтья в перебіг життєвих процесів.Цей метод не позбавлений числених помилок, оскільки дослідник має бачити і суб’єктивно оцінювати велику кількість складних процесів і явищ. Крім того, фізіологічні процеси розвиваються у часі, змінюються і взаємодіють між собою. Тому безпосередньо вдається спостерігати лише за частиною процесів. Цей метод дає змогу, як правило, встановити лише якісний бік явища, а не кількісні закономірності. Зрозуміло, що фото-, кіно- та відеореєстрація значно підвищують вірогідність висновків у результаті спостережень.

Основним методом фізіологічних досліджень є експеримент. Експеримент – це метод дослідження функцій організму та його с труктур з втручанням у їх діяльність. Експеримент полягає у тому, що дослідник штучно викликає досліджуваний процес і, впливаючи на нього різними засобами, вивчає його перебіг. За допомогою експерименту будь-яке явище вивчається шляхом активного впливу на живі об’єкти при створенні спеціальних умов, які відповідають меті дослідження, або через зміну перебігу процесу в потрібному напрямку.

Основним завданням експериментальних досліджень на практичних заняттях є підтвердження наукових положень, викладених в теоретичному курсі.

Процес відтворення будь-якого експерименту відбувається по визначених етапах:

1. Теоретичне обгрунтування досліду, мета, гіпотеза.

2. Вибір методики.

3. Вибір об’єкту.

4. Підготовлення апаратури, інструментарію, приладів тощо.

5. Планування експерименту.

6. Проведення самого експерименту.

7. Фіксація результатів, їх статистична відробка.

8. Висновки.

Експерименти бувають гострі (короткотривалі) і хронічні (довготривалі). Крім того, вони бувають фізіологічні (завершуються зі збереженням функцій і структур) та патологічні (завершуються летально або з залишковими структурними чи функціональними змінами в організмі досліджуваного).

Дослід, метою якого є пошук доказів причини відтворюваного явища, процесу чи їх характеристик, особливостей перебігу, реагування, унікальності чи типовості, називається основним, а дослід, який своїми результатами виключає можливість помилкового висновку з основного досліду, називається контрольним. Контрольний дослід відрізняється від основного лише однією умовою. Наприклад, групі мишок одного віку і статі треба дом‘язово ввести по 1,0 мл досліджуваного препарату. Контрольній групі також потрібно зробити ін‘єкцію і ввести аналогічну кількість індиферентної речовини (1 мл фізрозчину). Якщо різниця складатиме 2 умови – експеримент у більшості випадків буде невірним. Різниця в 3 умови недопустима.

Об’єктом експериментального дослідження найчастіше є тварини (мавпи, коти, собаки, щурі тощо), ізольовані тканини, клітини, органи, рідше – люди.

Моделювання – це метод дослідження функцій за допомогою програм, що описують діяльність систем організму або пристроїв, які імітують діяльність систем и, бо мають однакові вхідні та вихідні показники.

Основні поняття фізіології.

Функція - специфічна діяльність систем або органів (функція шлунково-кишкового тракту - моторна, секреторна, всмоктувальна; функція системи кровообігу - рух крові по судинах; функція системи дихання - забезпечення постачання організму киснем і виведення СО₂ з нього; функція міокарду - розслаблення і скорочення; функція нейрона - збудження і гальмування).

Процес - послідовна зміна явищ або станів у розвитку якої-небудь дії або сукупність послідовних дій, скерованих на досягнення певного результату.

Система - сукупність органів або тканин, які забезпечують виконання однієї функції. Системи володіють такою властивістю, як надійність біологічних систем, тобто здатністю клітин, органів, систем організму виконувати специфічні функції, забезпечуючи характерні для них величини протягом певного часу. Головною характеристикою надійності систем є вірогідність безвідмовної роботи. Організм підвищує свою надійність різними способами:

1. Шляхом посилення регенеративних процесів, які відновлюють клітини, що загинули.

2. Парністю органів.

3. Використанням клітин і капілярів у працюючому і непрацюючому станах (при збільшенні функції можуть бути задіяні непрацюючі структури та функції).

4. Використанням охоронного гальмування.

5. Досягненням одного і того ж результату різними поведінковими діями.

Об’єктом науки фізіології є живий організм, складові частини якого взаємодіють не механічно.

Норма - це межі оптимального функціонування живої системи. Її можна уявляти наступним чином:

1. як середню величину, яка характеризує сукупність подій, явищ, процесів;

2. як середньостатистичну величину;

3. як загальноприйняте правило, взірець.

Фізіологічна норма - це біологічна оптимальність життєдіяльності. Нормальний організм- оптимально функціонуюча система. Під оптимальним функціонуванням живої системи треба розуміти найбільш узгоджене і ефективне сполучення всіх її процесів, кращий із можливих станів, який відповідає певним умовам діяльності цієї системи.

Механізм - спосіб регулювання процесу або функції. У фізіології існують місцеві механізми (розтягнення судин при підвищенні артеріального тиску), гуморальні (вплив гормонів або гуморальних агентів на функції і процеси), нервовий (посилення або послаблення процесів при збудженні або гальмуванні імпульсної активності нейронів), центральний нервовий (командні посилки з центральної нервової системи).

Реакція - зміни (посилення або послаблення) діяльності організму або його частин у відповідь на зовнішнє або внутрішнє подразнення. Реакції можуть бути простими (скорочення м'язів, виділення секрету) або складними (добування їжі). Вони можуть бути пасивними (виникати в результаті зовнішніх механічних зусиль) або активними (у вигляді скерованої дії, яка здійснюється внаслідок нервових та гуморальних впливів або під контролем свідомості і волі).

Подразнення - дія на живу тканину зовнішніх або внутрішніх подразників. Чим сильніший подразник, тим, до певної межі, більша відповідь тканини; чим триваліше подразнення, тим, до певної межі, більша відповідь тканини.

Подразники - фактори зовнішнього або внутрішнього середовища або їх зміни, що справляють на органи і тканини впливи, які проявляються у змінах активності цих органів і тканин. У відповідності з фізичною природою подразники можуть бути механічними, електричними, температурними, звуковими, оптичними і т. п. Подразники по силі дії також можуть бути пороговими ( найменшої сили, який викликає мінімальну реакцію-відповідь), максимальними (при збільшенні сили подразника ефект не змінюється), надсильними (дія такого подразника може викликати руйнівний або больовий ефект чи неадекватні реакції), підпороговими (відповідь не виникає, але змінюються властивості тканин).

Компенсаторні механізми - це адаптивні реакції, скеровані на послаблення функціональних зсувів в організмі, які викликані неадекватними факторами середовища, тобто, це динамічні, швидко виникаючі фізіологічні засоби аварійного забезпечення організму. Вони мобілізуються, коли організм попадає у неадекватні умови і поступово згасають при розвитку адаптаційного процесу.

Адаптація - процес пристосування організму до змін зовнішнього середовища, що означає можливість пристосування людини до природних, виробничих і соціальних умов. Вона забезпечує працездатність, максимальну життєдіяльність і репродуктивність у неадекватних умовах середовища. Вважливим проявом адаптивної реакції організму виступає стрес-синдром - сума неспецифічних реакцій, при яких активізується гіпоталамо-гіпофізарно-наднирникова система, збільшується поступлення в кров і міжтканинну рідину адаптивних гормонів ( кортикостероїдів, катехоламінів), які забезпечують відновлення цілісності гомеостатичних систем.

Адаптивна роль неспецифічних механізмів, на відміну від специфічних, полягає в їх здатності підвищувати резистентність (опір) організму до різних факторів зовнішнього середовища

Організм – це будь-яке живе тіло з певною організацією його структур. Схема структурної організації організму: клітина, тканина, орган, система органів, організм. Діяльність структур організму узгоджена – підсистеми нижчих рівнів підпорядковані підсистемам і системам вищих рівнів.

Орган – це частина тіла, яка займає в ньому постійне положення, має певну будову, форму і виконує одну або кілька функцій. Органи – це мозок, серце, нирки, м’язи і т. ін.

Кілька органів, які спільно виконують певний складний акт діяльності, утворюють систему органів. Наприклад, травна система, нервова система, серцево-судинна та ін. Ці структурно-функціональні об’днання (системи органів) називаються фізіологічними системами.

Для виконання своїх біологічних функцій структури будь-якого рівня складності, починаючи від молекул і аж до цілісного організму, потребують систем регуляції. Ці системи забезпечують взаємодію різних структур вже у стані фізіологічного спокою. Але особливе їх значення виявляється в активному стані при вхаємодії організму із змінним зовнішнім середовищем, оскільки будь-які його зміни вимагають адекватної відповіді організму. При цьому однією з обов’язкових умов самоорганізації та саморегуляції є збереження властивих організму постійних умов внутрішнього середовища, що об’єднуються в поняття гомеостаз. Гомеостаз - це сукупність фізіологічних механізмів, які підтримують біологічні константи організму на оптимальному рівні. Такими константами є температура тіла, осмотичний тиск крові і міжклітинної рідини, концентрація водневих іонів, вміст іонів у рідинах внутрішнього середовища. Ця постійність складу, фізико-хімічних і біологічних властивостей внутрішнього середовища не є абсолютною, а відносною і динамічною, вона постійно корелюється залежно від змін зовнішнього середовища і в результаті життєдіяльності організму.

Внутрішнє середовище - сукупність рідин (кров, лімфа, тканинна рідина), які приймають безпосередню участь у процесах обміну речовин і підтриманні гомеостазу в організмі.

Обмін речовин і енергії складається з поступлення в організм із зовнішнього середовища різних речовин, з їх змін і засвоєння та наступного виділення з нього продуктів розщеплення, що утворюються при цьому.

Обмін речовин (метаболізм) являє собою сукупність хімічних перетворень у живих організмах, які забезпечують їх ріст, життєдіяльність, відтворення, постійний контакт і обмін із зовнішнім середовищем. Потенціальна прихована енергія хімічних сполук при їх розщепленні вивільняється і перетворюється у теплову, механічну й електричну. При цьому в організмі звільняється теплова та механічна енергія. Утворювана електрична енергія незначна, але цей вид енергії має дуже велике фізіологічне значення у підтриманні зв'язку з зовнішнім середовищем і механізмах регуляції.

Процеси обміну поділяються на дві групи: асиміляторні та дисиміляторні.

Процеси асиміляції - засвоєння речовин, що поступають в організм із довкілля, утворення з них складних сполук, властивих для організму та синтез живої протоплазми. Дисиміляція - руйнування, розщеплення речовин протоплазми з метою отримання енергії.

Нормальна життєдіяльність організму як єдиного цілого досягається за рахунок регуляції та саморегуляції різних систем, які підтримують необхідний рівень обміну речовин та гомеостазу з метою пристосування до змінених умов довкілля. Самоорганізація організму полягає у тому, що він сам вибирає та підтримує показники параметрів його функцій, змінює їх в залежності від потреб.

З цього приводу ще в 1932 р. І.П.Павлов писав: «Людина є, звичайно, система, як і всяка інша в природі, підкоряється її законам, але система, яка саморегулюється, яка сама себе підтримує і відновлює, а часом навіть і вдосконалює».

Регуляція процесів життєдіяльності та взаємодії організму з довкіллям здійснюється на основі принципів, спільних для процесів регулювання в машинах, які вивчаються кібернетикою, що дало можливість використовувати математичне моделювання у фізіології. З точки зору кібернетики – науки про управління, принцип саморегуляції полягає в тому, що відхилення результату діяльності системи від рівня, який забезпечує нормальну життєдіяльність, само є стимулом до повернення цього результату до вихідного рівня.

Отже, фізіологічною регуляцією називається активне керування функцією організму і його поведінкою для забезпечення необхідного рівня обміну речовин, гомеостазу з метою пристосування до змінних умов зовнішнього середовища.

Основою фізіологічної регуляції є передача і переробка інформації, яка містить в собі відбиття фактів або подій, що відбулися або будуть відбуватися. Матеріальним носієм інформації є сигнал, яким і переноситься інформація. Це можуть бути як фізичні (електричні, теплові), так і хімічні (форма і концентрація молекули) сигнали. Можуть бути інші способи керування – генетичний код структури ДНК, антигенне кодування чужорідності білкових молекул.