Модуль «Вводный». Тесты и контрольные вопросы. Методическое пособие по элементам высшей математики и физики
.pdfчей сравнительной физиологии, перерастающей в наше время в эволюционную физиологию, является изучение закономерностей видового и индивидуального развития функций.
Наряду с обобщающими весь физиологический материал научными дисциплинами – общей физиологией
иэволюционной физиологией существуют специальные, или частные, разделы физиологии. К их числу относятся: физиология отдельных классов и групп животных (например, сельскохозяйственных животных, птиц, насекомых) или физиология отдельных видов (например, овец, коров и т. п.), физиология отдельных органов (например, печени, почек, сердца), тканей (например, нервной или мышечной).
Часто выделяют области физиологии, занимающиеся изучением отдельных функций, и потому говорят о физиологии кровообращения, пищеварения и т. п. как об особых разделах науки. Специальных, или частных, отделов физиологии столько же, сколько существует различных групп живых существ, сколько имеется разных органов
итканей, сколько, наконец, существует различных видов деятельности живого организма. Различия процессов, изучаемых этими разделами физиологии, обусловлены морфологическими особенностями исследуемых объектов, разными условиями их существования и множеством других причин.
Электрические явления в живом организме (биоэлектрические потенциалы) исследует электрофизиология.
Больше других специальных областей физиологии разрабатывается физиология человека и высших животных.
Отраслями физиологии человека, имеющими важное практическое значение, являются физиология труда, физиология физических упражнений и спорта, физиология питания, возрастная физиология.
Особой, специальной физиологической дисциплиной, имеющей свои специфические задачи, является патологическая физиология. В отличие от нормальной физиологии,
изучающей процессы жизнедеятельности в здоровом организме, наука о функциях (механизмах жизнедеятельности) целостного здорового организма и регуляции этих
101
функций в условиях приспособления организма к изменяющейся среде. Патологическая физиология выясняет общие закономерности возникновения, развития и течения патологических процессов в организме, т. е. особых проявлений жизнедеятельности больного организма, отличающих его от здорового.
СВЯЗЬ ФИЗИОЛОГИИ
С ДРУГИМИ НАУКАМИ
(физикой, биологией, биохимией, анатомией, гистологией, патофизиологией, клиническими науками и др.)
Физиология тесно связана с рядом областей знания, базируясь в своих исканиях на данных одних наук и являясь в свою очередь основой для развития других наук.
Физиология постоянно опирается на законы физики и химии, широко используя их методы исследования. Причина этого в том, что при каждом
жизненном процессе происходят превращения вещества и энергии, т. е. физические и химические процессы. Поэтому в физиологии приобрели важное значение два направления физиологического исследования: физическое и химическое. Этими двумя направлениями накоплен очень большой фактический материал, выявлены своеобразные закономерности протекания физических и химических процессов в организме, разработаны специальные методы и технические приемы изучения этих процессов. Поэтому физическое и химическое направления исследования жизненных явлений превратились в самостоятельные научные дисциплины: биологическую физику
и биологическую химию.
Одно из важных ответвлений биофизического направления – электрофизиология, изучающая электрические явления в животном организме, которые сопровождают процессы возбуждения в нервной, мышечной и железистой тканях.
Биофизика и биохимия изучают отдельные – физические или химические – проявления жизнедеятельности
102
организма или его частей, т. е. элементы общего единого целого – физиологической функции. Биофизика и биохимия открывают большие возможности для анализа жизненных явлений. Однако ни одна из них в отдельности не дает полного познания функций, которое достигается только путем физиологического их изучения на основе синтеза физических, химических и биологических данных.
Физиология тесно связана с морфологическими науками – анатомией, гистологией, цитологией. Это обусловлено тем, что морфологические и физиологические явления неразрывно связаны. Форма, структура организма
иего частей и их функции взаимообусловлены, и нельзя глубоко изучить функции организма, его органов, тканей
иклеток, не зная их макроскопического, микроскопического и субмикроскопического строения и его изменений при осуществлении исследуемой функции.
Физиология опирается также на общую биологию, эволюционное учение и эмбриологию, потому что для изучения жизнедеятельности любого организма необходимо знать историю его развития – филогенетического и онтогенетического. Вместе с тем изучение эволюции функций помогает выяснению некоторых вопросов самого эволюционного учения.
Впоследние годы большое значение для физиологии приобретает кибернетика – наука об общих принципах управления и связи в машинах, механизмах и живых организмах. Кибернетика пользуется математическими методами и моделированием, т. е. теоретическим построением упрощенных схем физиологических процессов и созданием искусственных механизмов, воспроизводящих процессы, подобные по некоторым своим свойствам, процессам, протекающим в организме. Искусственные модели биологических явлений всегда их преднамеренно упрощают
исхематизируют. Однако они помогают понять некоторые внутренние связи, существующие между различными процессами, позволяют проверить правильность отдельных теорий, указывают пути такой проверки и нередко подсказывают новые необходимые эксперименты. Кибернетический подход к изучению физиологических про-
103
блем характеризуется широким синтетическим охватом явлений, происходящих в сложных системах (именно такими системами являются живые организмы), и помогает выявить общие принципы регуляции различных функций и взаимодействия, существующие между ними.
Близко связана физиология и со всеми медицинскими дисциплинами (клиническими). Более того, как говорил И. П. Павлов, «Понимаемые в глубоком смысле физиология и медицина неотделимы». Достижения физиологии постоянно используются медициной, где физиология неизменно находит широчайшее поле приложения. Понять нарушения функций, происходящие в организме при различных заболеваниях, наметить правильные пути их лечения и предохранения от них можно только при знании физиологических процессов, протекающих в нормальном, здоровом организме. Можно привести множество примеров, показывающих использование достижений физиологии в медицинской практике. Так, разработка физиологии пищеварения И. П. Павловым дала возможность понять заболевания пищеварительного тракта и явилась основой диететики питания – мощного средства лечения; изучение витаминов позволило успешно бороться с такими заболеваниями, как цинга и рахит; открытие гормона поджелудочной железы инсулина и выяснение способов его получения способствовали сохранению жизни тысяч больных диабетом; исследование групп крови явилось основой такого важного для медицинской практики мероприятия, как переливание крови.
Медицина в свою очередь дает физиологии чрезвычайно много ценного материала. Изучение различных заболеваний человека способствует пониманию механизма многих нормальных физиологических процессов и выяснению функций некоторых органов. Клиника ставит перед физиологическим экспериментом новые задачи и вместе с тем является богатым источником новых физиологических фактов. Поэтому оформляется как особый раздел физиологии клиническая физиология, стремящаяся перенести в клинику теоретические и эксперименталь- но-методические достижения физиологии и использовать клинические наблюдения для объяснения и анализа
104
физиологических процессов, протекающих в организме человека.
Физиология связана также с психологией и педагогикой. Физиология, в особенности созданное И. П. Павловым учение о высшей нервной деятельности, представляет собой естественнонаучную основу современной психологии и педагогики. Конкретное практическое значение физиологии для педагогики связано с тем, что понимание возрастных особенностей физиологических процессов, протекающих в организме детей, необходимо педагогу для правильной организации труда и быта ребенка, для проведения рациональных воспитательных мероприятий.
ФИЗИОЛОГИЯ КАК НАУЧНАЯ ОСНОВА ЗДОРОВОГО ОБРАЗА ЖИЗНИ, ОЦЕНКИ ЗДОРОВЬЯ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ
Здоровье – это состояние полного физического, духовного и социального благополучия, а не только отсутствие болезней (Всемирная организация здравоохранения).
Основные показатели здоровья:
1)нормальные показатели функций организма в состоянии покоя (статическое здоровье);
2)нормальные физиологические резервы организма (динамическое здоровье);
3)достаточный уровень морально-волевых и мотивационных установок личности (психическое здоровье);
4)социальная активность, деятельное отношение к миру (социальное здоровье).
Физиология – теоретическая основа медицины. Это завершающая учебная дисциплина доклинического ме- дико-биологического образования студентов-медиков. Глубокое знание закономерностей функционирования различных органов, систем и механизмов их регулирования обеспечивает успешное изучение других предметов
– патологической физиологии, фармакологии, клинических дисциплин. Физиология является теоретической
105
базой для изучения традиционных и нетрадиционных методов лечения. По мере того как понимание механизмов деятельности органов и систем организма, механизмов их регулирования становилось все более и более глубоким, создавались условия для разработки эффективных научно обоснованных способов лечения заболеваний человека. Врач, знающий механизмы функционирования органов, систем и организма в целом, может поставить более точный диагноз и назначить адекватное лечение, исключающее возможность нарушения физиологического равновесия и надежной работы органов и систем организма.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ВФИЗИОЛОГИИ
1.Наблюдение.
2.Острый и хронический эксперимент.
3.Использование функциональных нагрузок.
4.Клинико-физиологические и лабораторные методы.
5.Кибернетическое (математическое) моделирование.
Наблюдение.
Физиология – экспериментальная наука. Наблюдая и изучая жизненные явления, физиолог стремится, во-пер- вых, дать им качественную и количественную характеристику, т. е. точно описать их и измерить, иначе говоря, выразить их числом и мерой, и, во-вторых, документировать результаты наблюдений. Документация обычно состоит в том, что наблюдатель фиксирует полученные им результаты в виде протоколов наблюдений или кинофильмов и фотографий, или в виде автоматической записи изменений изучаемого процесса во времени (на фотопленке, движущейся бумаге, магнитной ленте и т. п.).
И измерение, и документация требуют специальных инструментов, приборов и аппаратов, соответствующих задаче исследования, и подчас весьма сложных. Это обусловлено тем, что многие процессы столь незначитель-
106
ны и происходят так быстро, что для их наблюдения и исследования, и тем более измерения, необходимы специальные приспособления. Поэтому в обиход физиологических лабораторий вошли многие регистрирующие и измерительные приборы. Особого успеха достигла инструментальная техника, применяемая при физиологических исследованиях в настоящее время, когда широко используются приборы, основанные на достижениях физики, химии, электроники, автоматики и кибернетики.
Использование физиологами физических, химических и технических методов и приборов дало возможность оснастить физиологические лаборатории таким методическим вооружением, которое позволяет собирать всестороннюю информацию о функциях и процессах, происходящих в организме и его органах, тканях и клетках. Точная и высокочувствительная аппаратура, которую применяет современный физиолог, чрезвычайно расширяет познавательные возможности человека, повышает разрешающую способность его органов чувств, делает доступным для наблюдения бесчисленное множество различных физиологических процессов. Однако даже самых изощренных и точных способов наблюдения недостаточно для понимания природы жизненных явлений.
Физиолог не может удовлетвориться только наблюдением, потому что оно отвечает лишь на вопрос, что происходит в организме. Физиолог же стремится выяснить, также, как и почему происходят физиологические процессы. Для этого необходимы опыты, эксперименты, в которых проводятся наблюдения в измененных условиях, создаваемых и варьируемых самим экспериментатором.
Сравнительно медленное развитие экспериментальной физиологии на протяжении двух столетий после работ В. Гарвея объясняется низким уровнем производства и развития естествознания, а также несовершенством исследования физиологических явлений путем их обычного наблюдения. Подобный методический прием был и остается причиной многочисленных ошибок, так как экспериментатор должен проводить опыт, видеть и запоминать множество сложных процессов и явлений, что представляет собой трудную задачу. О трудностях, которые создает методика простого
107
наблюдения физиологических явлений, красноречиво свидетельствуют слова Гарвея: «Скорость сердечного движения не позволяет различить, как происходит систола и диастола, и поэтому нельзя узнать, в какой момент и в которой части совершается расширение и сжатие. Действительно, я не мог отличить систолы от диастолы, так как у многих животных сердце показывается и исчезает в мгновение ока, с быстротой молнии, так что мне казалось один раз здесь систола, а здесь – диастола, другой раз – наоборот. Во всем разность и сбивчивость».
Острый и хронический эксперимент
При экспериментальном исследовании любого процесса в организме физиологи стремятся установить те условия, создавая которые можно вызвать данный процесс, усилить или ослабить его. Таким путем физиологи добиваются познания причин, вызывающих тот или иной процесс, познания его природы и способов управления им.
Формы физиологического эксперимента многообразны и определяются задачей исследования. Так, при выяснении влияния внешней среды на организм его помещают в среду с измененными газовым составом воздуха или температурой, влажностью, освещенностью; меняют питание организма, подвергают его действию ионизирующей радиации; облучают ультрафиолетовыми лучами; действуют на него ультразвуком или какими-либо другими факторами. При этом для точности анализа стараются изменять только один исследуемый фактор, применяют только одно воздействие, проводят исследование, как говорят, (при прочих равных», т. е. при сохранении неизмененными всех условий эксперимента, кроме одного
– изучаемого).
При выяснении функций и изучения в организме того или иного органа физиологи удаляют орган или его часть из организма (метод удаления, или экстирпации) или
пересаживают орган на новое место в организме (метод nересадки, или трансплантации) и наблюдают, какими последствиями для организма это сопровождается. Такие
108
методики оказались особенно полезными для изучения желез внутренней секреции. Чтобы установить зависимость органа от влияния нервной системы, перерезают иннервирующие его нервные волокна (метод денервации). Для нарушения связи органов с сосудистой системой производят перевязку различных кровеносных сосудов (метод наложения лигатур) или соединяют между собой разные сосуды, сшивая центральный конец одного с периферическим концом другого (метод сосудистых анастомозов). Для изучения деятельности некоторых органов, находящихся в глубине тела и потому скрытых от непосредственного наблюдения, применяют фистульную методику. При одном ее варианте в полость органа, например, желудка, кишечника, мочевого пузыря, вводят пластмассовую или металлическую трубку, второй конец которой укрепляют на поверхности кожи; при другом варианте этой методики протоки желез выводят на поверхность кожи. При многих исследованиях в сердце, кровеносные сосуды, протоки желез вводят тонкие трубки
– катетеры, которые соединяют с различными приборами для регистрации функций органов или для введения тех или иных веществ (методика катетеризации). Для искусственного возбуждения деятельности органов физиологи применяют методику раздражения путем электрического, механического, химического или других воздействий.
Большинство указанных выше методик исследования функций органов требует вскрытия живого организма или хирургической операции. Их применяют в острых и хронических опытах.
Аналитические методы исследования.
Задачей аналитического исследования в физиологии является изучение каждого физиологического процесса, протекающего в каком-либо органе, ткани или клетке, изолированно от всех остальных процессов, происходящих в организме. В этом случае может быть получено всестороннее представление лишь о данном процессе, о функционировании лишь отдельного органа, ткани, клетки. Однако для правильного и полного познания жизне-
109
деятельности организма этого недостаточно. Необходимо то направление исследований, которое И. П. Павлов назвал «синтетической физиологией», противопоставляя его «аналитической физиологии», изучающей отдельные органы, ткани и клетки.
Метод острого эксперимента.
Эта группа аналитических методов называется еще живосечением, или вивисекцией. Острый эксперимент осуществляют обычно на наркотизированном животном, у которого выполняется операция, вводятся канюли в сосуды, выделяется нерв или исследуемый орган и выполняются воздействия (рефлекторное или прямое раздражение, введение биологически активных веществ). При этом выясняют, как действует раздражение конкретного нерва или вещества на функцию органа или системы (например, системы поддержания кровяного давления).
К группе аналитических методов относится также метод изолированных органов и тканей, который позволяет наблюдать за деятельностью органа вне организма (например, изолированное сердце). Для этой цели через сосуды вырезанного, иначе говоря, изолированного, органа пропускают определенные растворы, состав которых регулируется экспериментатором (методика перфузии) и создают необходимые для живых тканей и органов условия внешней среды – определенную температуру и пр. и изучают его реакции на различные воздействия.
Синтетические методы исследования
Задача синтетической физиологии, по И. П. Павлову, состоит в изучении организма во всех его связях и взаимоотношениях с внешней средой. При таком исследовании физиолог стремится максимально приблизить условия, в которых находится изучаемый организм, к естественным.
Важной особенностью синтетического исследования является изучение всех отправлений организма животных и человека с точки зрения признания их подчиненности нервной системе. Такое направление исследования получило название принципа нервизма. Этот принцип является
110