Глава 1. Предмет и задачи, краткая история физиологии. Методы физиологии. Общие физиологические понятия

Физиология – это наука, предметом которой являются функции живого организма в условиях покоя и при различных видах деятельности, а также механизмы их регуляции.

Задача физиологии – это изучение свойств живой ткани и их проявления во взаимосвязи с окружающей средой.

Относительно деятельности в области физической культуры и спорта задачи физиологии можно сформулировать следующим образом:

• изучить механизмы адаптации организма к физическим нагрузкам для управления тренировочным процессом;

• познать закономерности работы различных органов и систем, чтобы, воздействуя на них различными методами (методами здорового образа жизни), укрепить здоровье человека.

Методы физиологических исследований

В физиологии используют метод наблюдения и экспериментальные методы.

Суть метода наблюдения заключается в длительном отслеживании изменений функций и состояний организма, фиксировании этих наблюдений и по возможности (в остром эксперименте) сопоставлении визуальных наблюдений с изменениями организма после вскрытия. Метод наблюдения широко используется в физиологии (особенно в психофизиологии). В настоящее время метод наблюдения сочетается с методом хронического эксперимента.

Физиологический эксперимент в отличие от простого наблюдения – это целенаправленное вмешательство в текущее отправление организма, рассчитанное на выяснение природы и свойств его функций, их взаимосвязей с другими функциями и с факторами внешней среды.

И. П. Павлов говорил: «Наука движется толчками, в зависимости от успехов, делаемых методикой».

Конкретными методами физиологии являются: метод вивисекции (живосечения – острый опыт); метод хронического опыта; метод воздействия, к которому относятся: а) метод раздражения (адекватные и неадекватные раздражители); б) методы выключения (методы изоляции); в) метод разрушения (экстирпации); г) метод пересадки органов; д) метод катетеризации; е) метод наложения фистул; ж) метод условных рефлексов.

Конечным результатом физиологических наблюдений является регистрация, которая может осуществляться с использованием специальных устройств, в состав которых входят электроды или датчики (устройства преобразования), а также приборы-регистраторы (рис. 1).

Рис. 1.1. Регистрация показателей физиологических систем

Краткая история физиологии

Первые сведения о деятельности разных органов и систем организма были получены врачами Греции и Рима – Гиппократом, Аристотелем, Галеном. Эти сведения основывались на данных о строении тела, полу­ченных при вскрытии трупов. Попытки изучения функций живого орга­низма впервые были предприняты в начале нашей эры Галеном.

Началом современной физиологии как экспериментальной науки счи­тают исследования, проведенные в начале XVII века английским врачом В. Гарвеем. Применив метод количественного изучения функций живого организма, он впервые описал движение крови по замкнутым сосудистым кругам. В 1628 году был опубликован научный труд «Анатомические ис­следования движения сердца и крови у животных». Это первая работа по физиологии.

Большой вклад в понимание сущности реакций организма на раздра­жение внес в первой половине XVIII века физиолог и философ Рене Декарт. Он создал представления о путях, по которым проходит возбуждение в организме, обеспечивая ответные реакции на раздражения. Позднее на осно­ве этих представлений чешский физиолог Иржи Прохазка (1749–1820) ввел сам термин «рефлекс», дал определение понятия «рефлекс» и в своем труде «Трактат о функциях нервной системы» заложил основы современной физиологии нервной системы.

Выдающимся достижением XVIII века явилось открытие биоэлектрических явлений («животного электричества») в 1791 году итальянским анатомом и физиологом Луиджи Гальвани (Galvani, Luigi Aloisio, 1737–1798), что положило начало электрофизиологии.

Среди основоположников физиологии и экспериментальной медицины выдающееся место занимает немецкий естествоиспытатель Иоганнес Мюллер (Muller, Johannes Peter, 1801–1858), член Прусской (1834) и иностранный член-корреспондент Петербургской академий наук. Ему принадлежат фундаментальные исследования и открытия в области физиологии, патологической анатомии, эмбриологии. В 1833 году он сформулировал основные положения рефлекторной теории, которые нашли дальнейшее развитие в трудах И. М. Сеченова и И. П. Павлова. И. Мюллер внес большой вклад в материалистическое познание природы. Он создал научную школу, уникальную по количеству последователей и их вкладу в науку. К ней принадлежат Р. Вирхов, Г. Гельмгольц, Ф. Генле, Э. Дюбуа-Реймон, Э. Пфлюгер, Т. Шванн. В его лаборатории работали многие ученые России: А. М. Филомафитский, И. М. Сеченов и другие.

Значительного расцвета физиология достигла после великих открытий Шванна и Шлейдена (клеточная теория), Дарвина (эволюционное учение). В XIX и особенно XX веках физиология обогатилась новыми открытиями. Клод Бернар создал представление о гомеостазе, изучил роль нервной системы в регуляции тонуса сосудов и углеводного обмена. Дюбуа-Реймон явился основоположником электрофизиологии. Шеррингтон изучил физиологию спинного мозга. Капитальные исследования физиологии вегетативной нервной системы выполнил Кэннон.

Ф изиологические исследования в России впервые были проведены в XVIII веке. Наи­большее значение среда них имеют исследования М. В. Ломоносова. Он сформули­ровал важнейший закон о сохранении вещества и энергии. Большой интерес представляют и его работы по физиологии органов чувств. В частности, он создал представление о механизме цветного зрения.

В России создание основ материалистического направления в физиологии прежде всего связано с деятельностью Алексея Матвеевича Филомафитского (1807–1849) – основоположника московской физиологической школы. В 1833 году он защитил докторскую диссертацию «О дыхании птиц», затем в течение двух лет работал в Германии в лаборатории И. Мюллера. В 1835 году А. М. Филомафитский стал профессором Московского университета, а в 1836 году создал учебник «Физиология, изданная для руководства своих слушателей» (1836) – первый отечественный учебник физиологии. А. М. Филомафитский был одним из первых пропагандистов экспериментального метода в российской физиологии и медицине. Вместе с Н. И. Пироговым он разработал метод внутривенного наркоза, изучал вопросы физиологии дыхания, пищеварения, переливания крови («Трактат о переливании крови», 1848); создал аппараты для переливания крови, маску для эфирного наркоза и другие физиологические приборы.

П озднее, в 60-е годы XIX века, в России наблюдался значительный подъем физиологической мысли. Среди физиологов этого времени следует выделить И. М. Сеченова, которого И. П. Павлов назвал отцом русской физиологии. И. М. Сеченов впервые описал процессы торможения в центральной нервной системе. Особенное значение имеет разработанная им материалистическая теория психической деятельности человека. В своей работе «Рефлексы головного мозга» (1863) он изложил свои взгляды на природу произвольных движений и психических явлений. И. М. Сеченов создал крупную физиологическую школу в России. Его учениками были Б. Ф. Вериго, Н. Е. Введенский, В. В. Пашутин, Г. В. Хлопин, М. Н. Шатерников и многие другие.

О громное значение для развития физиологии имели работы И. П. Павлова и его учеников. И. П. Павлов, используя методы хронических опытов, создал физиологию целостного организма. На первом этапе своей деятельности И. П. Павлов выполнил ряд важнейших исследований по физиологии кровообращения и пищеварения. В 1904 году И. П. Павлову за работы по физиологии пищеварения была присуждена Нобелевская премия. Следующий этап своих исследований И. П. Павлов посвятил изучению механизмов деятельности мозга, им было создано учение о высшей нервной деятельности, которое является естественнонаучной основой материалистического понимания природы сознания как высшей функции мозга человека.

И. П. Павлов был учителем многих видных советских физиологов. Среди них следует назвать Л. А. Орбели – создателя эволюционной физиологии, разработчика многих вопросов, связанных с двигательной деятельностью. Учениками И. П. Павлова были также:

• К. М. Быков – исследовал условнорефлекторную регуляцию деятельности внутренних органов;

• Г. В. Фольборт, внесший вклад в изучение пищеварительных процес­сов и вопросов утомления и восстановления;

• П. С. Купалов, изучавший различные закономерности условнорефлекторных реакций.

П . К. Анохин (1898–1973) выдвинул концепцию о системной деятельности нервной системы, предложил принцип опережающего отражения действительности, как базовый принцип живых организмов, создал представления о функциональной системе, о системогенезе, дал начало многим направлениям современной физиологии, воспитал ряд выдающихся физиологов.

Крупными представителями отечественной физиологии являются Н. Е. Введенский и А. А. Ухтомский. Н. Е. Введенский обнаружил в мышцах явления оптимума и пессимума, сформулировал понятие о лабильности нервов и мышц, создал учение о парабиозе. Дальнейшее развитие идеи Н. Е. Введенского получили в лабораториях его ученика А. А. Ухтомского, открывшего принцип доминанты в деятельности нервной системы.

О дним из крупнейших ученых, занимавшихся исследованием мозга, была Н. П. Бехтерева (1924–2008). Главными направлениями ее деятельности были работы по физиологии психической деятельности, структурно-функциональной организации и биоэлектрической активности головного мозга в норме и патологии.

П. В. Симонов (1926–2002) – советский, российский физиолог, биофизик и психофизиолог. Главной сферой его научной деятельности была физиология высшей нервной деятельности, то есть изучение мозговых основ поведения. Им создан и экспериментально обоснован потребностно-информационный подход к анализу поведения и высших психических функций человека и животных, он внес крупнейший вклад в исследование эмоций человека.

Из советских физиологов также можно назвать ряд выдающихся ученых: Э. А. Асратяна, А. Б. Когана, П. Г. Костюка, М. Е. Маршака, М. В. Сергиевского, В. Н. Черниговского, А. М. Уголева, и мн. др.