Модуль «Вводный». Тесты и контрольные вопросы. Методическое пособие по элементам высшей математики и физики

неотъемлемой частью синтетического исследования организма потому, что нервная система с ее высшим отделом

– корой больших полушарий головного мозга – является той системой организма, которая объединяет все его части и определяет соотношение организма с окружающей средой. Отсюда понятно, что синтетическое познание организма, обладающего нервной системой, возможно лишь при учете роли нервной регуляции.

Метод хронического эксперимента.

И.П.Павлов предложил способ, позволяющий изучать деятельность какого-либо органа, не нарушая целость организма. Это метод хронического эксперимента, проводимого на основе «физиологической хирургии».

На наркотизированном животном в условиях стерильности проводят операцию, позволяющую получить доступ к тому или иному внутреннему органу, вживляют в него 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. Благодаря наложенной фистуле можно длительно изучать течение тех или иных физиологических процессов в естественных условиях. На таком же хирургическом принципе осуществляют доступ к другим органам, вживляют катетеры в сосуды, электроды в различные органы для их раздражения или отведения электрических потенциалов.

Преимущественным объектом физиологических экспериментов являются различные животные. Возможности экспериментирования на организме человека весьма ограничены, тан как в этом случае нельзя применять воздействия, которые могут оказать на него вредное влияние. Кроме того, возможности и наблюдения, и регистрации многих процессов в организме человека до недавнего времени были сравнительно невелики. Арсенал способов исследования, которые применял в прошлом физиолог в опытах на животном, не мог быть использован при изучении человеческого организма. Поэтому сведения о

111

функциях многих органов ограничивались данными, полученными в опытах над животными. В настоящее время положение изменилось.

Большую помощь в изучении функций здорового и больного организма человека оказало в последние десятилетия использование физиологами и медиками современных достижений физики, радиотехники, электроники

икибернетики. Разработаны новые и усовершенствованы старые методы исследования функций и приобретена возможность изучать многие явления в организме человека без нанесения ему каких-либо повреждений. Так, прикладывая к поверхности тела электроды и применяя электроизмерительную аппаратуру, изучают электрические процессы, происходящие в органах, и на основе этих данных получают представление о состоянии и деятельности нервной системы, скелетной мускулатуры, сердца

идругих органов. Электрические методы позволяют изучать также механические, звуковые, температурные и другие процессы, происходящие в организме.

Комплексный подход к оценке жизнедеятельности.

Всестороннее интегральное представление о жизнедеятельности организма как целостной системы возможно лишь при сочетании различных методов и подходов. Выяснение базовых закономерностей жизнедеятельности на мембранном и молекулярном уровнях подразумевает необходимость использования аналитических подходов. С другой стороны, понимание механизмов формирования приспособительных реакций органов, систем и организма как целостной системы становится возможным лишь при системном синтетическом подходе. Все это диктует необходимость разумного сочетания подходов и методов для достижения конечной цели – познания механизмов жизнедеятельности организма человека.

При этом часть представлений о механизмах жизнедеятельности может основываться на результатах экспериментов, выполненных на животных или их тканях, позволяющих выявить общебиологические закономерности. Например, все фундаментальные представления

112

об электрогенезе и о функциях мембран были созданы в результате исследований на тканях и клетках животных и, лишь, потом подтверждены у человека.

Вопрос о непосредственном исследовании функций у человека не может не учитывать основного принципа медицины «не навреди». Это явилось побуждающим фактором для создания большого ряда достаточно информативных методов, позволяющих получать сведения о функционировании организма на основании изменения физико-химических параметров, регистрацию которых современная техника позволяет проводить, не причиняя вреда организму (конкретные методы будут приведены в соответствующих главах учебника). При самом щадящем подходе к человеку некоторые методы все-таки требуют внедрения (инвазия) в его организм (например, взятие крови из вены для анализа). Такие методы объединяются понятием инвазивные в отличие от неинвазивных, не требующих внедрения в организм.

Способы оценки и регистрации физиологических функций.

Методы раздражения.

1. Наблюдение как метод физиологического исследования. Сравнительно медленное развитие экспериментальной физиологии на протяжении двух столетий после работ Гарвея объясняется несовершенством методов исследования физиологических явлений путем их наблюдения. Обычно наблюдение позволяет установить лишь качественную сторону явлений и лишает возможности исследовать их количественно.

Важной вехой в развитии экспериментальной физиологии было изобретение кимографа и введение метода графической регистрации артериального давления немецким ученым Карлом Людвигом в 1847 г.

2. Графическая регистрация физиологических процессов

позволяет осуществить объективную запись изучаемого процесса, сводящую к минимуму возможность субъективных ошибок. При этом эксперимент и анализ изучаемого явления можно проводить в два этапа. Во время са-

113

мого опыта задача экспериментатора заключается в том, чтобы получить высококачественные записи – кривые

– кимограммы. Анализ полученных данных можно производить позже, когда внимание экспериментатора уже не отвлекается на проведение опыта. Метод графической регистрации дает возможность записывать одновременно (синхронно) не один, а несколько физиологических процессов для изучения связи между ними.

3. Исследования биоэлектрических явлений. Чрезвычайно важное направление развития физиологии было ознаменовано открытием «животного электричества». Л.Гальвани показал, что живые ткани являются источником электрических потенциалов, способных воздействовать на нервы и мышцы другого организма и вызывать сокращение мышц. С тех пор на протяжении почти целого столетия единственным индикатором потенциалов, генерируемых живыми тканями (биоэлектрические потенциалы), был нервно-мышечный препарат лягушки.

Одним из первых приборов, позволивших устанавливать наличие биотоков, был простой телефон. Российский физиолог Н.Е. Введенский при помощи телефона открыл ряд важнейших физиологических свойств нервов и мышц. Значительным шагом вперед было изобретение методики объективной графической регистрации биоэлектрических явлений. Нидерландский физиолог Эйнтховен изобрел струнный гальванометр – прибор, позволивший регистрировать на фотопленке электрические потенциалы, возникающие при деятельности сердца, – электрокардиограмму (ЭКГ). В нашей стране пионером этого метода был крупнейший физиолог, ученик И.М. Сеченова и ИЛ. Павлова А.Ф. Самойлов.

Объективная графическая регистрация биоэлектрических потенциалов послужила основой важнейшего раздела физиологии – электрофuзиологиu. Крупным шагом вперед было предложение английского физиолога Эдриана использовать для записи биоэлектрических явлений электронные усилители. В.Я. Данилевский и В.В. Прав- дич-Неминский впервые зарегистрировали биотоки головного мозга. Этот метод позже был усовершенствован немецким ученым Бергером. В настоящее время электро-

114

энцефалография широко используется в клинике, так же как и графическая запись электрических потенциалов мышц (электромиография), нервов и других возбудимых тканей и органов. Это позволило проводить оценку функционального состояния органов и систем.

Важной вехой в развитии электрофизиологии было изобретение микроэлектродов, т. е. тончайших электродов, диаметр кончика которых равен долям микрона. Эти электроды при помощи микроманипуляторов, можно вводить непосредственно в клетку и регистрировать биоэлектрические потенциалы внутриклеточно. Микроэлектродная техника дала возможность расшифровать механизмы генерации биопотенциалов – процессов, протекающих в мембранах клетки. Мембраны являются важнейшими образованиями, так как через них осуществляются процессы взаимодействия клеток в организме и отдельных элементов клетки между собой. Наука о функциях биологических мембран – мембранология – стала важным разделом физиологии.

Методы электрического раздражения органов и тканей.

Существенной вехой в развитии физиологии было введение метода электрического раздражения органов и тканей. Живые органы и ткани способны реагировать на любые воздействия: тепловые, механические, химические и др. Электрическое раздражение по своей природе близко к «естественному языку», с помощью которого живые системы обмениваются информацией. Основоположником этого метода был немецкий физиолог Дюбуа-Реймон, предложивший свой знаменитый «санный аппарат» (индукционная катушка) для дозированного электрического раздражения живых тканей.

В настоящее время для этого используют электронные стимуляторы, позволяющие получить электрические импульсы любой фор мы, частоты и силы. Электрическая стимуляция стала важным методом исследования функций органов и тканей. Указанный метод широко применяется и в клинике. Разработаны конструкции раз личных электронных стимуляторов, которые можно вживлять в организм. Электрическая стимуляция сердца стала на-

115

дежным способом восстановления нормального ритма и функций этого жизненно важного органа и возвратила к труду сотни тысяч людей. Успешно применяется электростимуляция скелетных мышц, разрабатываются методы электрической стимуляции участков головного мозга при помощи вживленных электродов. Последние при помощи специальных стереотаксических приборов вводят в строго определенные нервные центры (с точностью до долей миллиметра). Этот метод, перенесенный из физиологии в клинику, позволил излечить тысячи неврологических больных и получить большое количество важных данных о механизмах работы человеческого мозга (Н. П. Бехтерева).

Диалектико-материалистические основы физиологии

1.Материалистическая и диалектическая позиции. Позиция материалиста в физиологии и медицине связана

сдвумя главными положениями: во-первых, с признанием объективного характера изучаемых функций, т. е. существованием их вне нашего сознания; во-вторых, с признанием познаваемости всех, в том числе психофизиологических, функций. Диалектическая позиция предусматривает познание функций организма в движении, развитии, взаимосвязи друг с другом, их соподчинении.

2.Методологические принципы в физиологии.

1) Принцип целостности: организм во взаимодействии со средой выступает как единый целостный объект. Организм характеризуется большой активностью целого по отношению к частям, подчинением частей целому; при этом часть может существовать только в составе целостного организма «Нельзя познать части, не познав целого» Б. Паскаль Целостность организма формируется деятельностью ряда физиологических систем: нервной, эндокринной, иммунной, кровообращением. Ведущую роль при этом играет нервная система.

а) Н е р в и з м – направление в физиологии и медицине, которое признает за нервной системой главную роль в регуляции процессов жизнедеятельности организма в норме и патологии.

116

б) Единство организма и внешней среды – научная разработка этой проблемы началась в теории дарвинизма, в частности, в ее положении о преобразующей роли внешней среды в происхождении и развитии видов. И. М. Сеченов не только подчеркивал важную роль внешней среды (например, психическое содержание человека, он на 999/1000 связывал с социальной средой и только 1/1000 – с индивидуальностью), но и был первым, кто ввел категорию «внешняя среда» (условия существования организма) в категорию жизни.

«Внешнее» (условия существования), ассимилируясь организмом, становится «внутренним», непрерывно воспроизводит организм, обусловливает его свойства.

2)Принципы эволюции функций – закономерности изменения функций в эволюционном процессе. Отметим некоторые из этих принципов (по Ю. В. Наточину, 1984):

а) принцип мультифункциональности. В процессе эволюции увеличивается количество функций разных органов. Например, у миксин почки выполняют функцию регуляции объема жидкости, у миног добавляется функция осморегуляции, у высших позвоночных – инкреторная и метаболическая функции;

б) принцип интенсификации функций. Например, функции фильтрации и реабсорбции на 1 г почек у млекопитающих в 10–100 раз выше, чем у низших позвоночных; в) принцип смены функций. Например, кроветворная функция почек у рыб сменяется функцией регуляции

кроветворения у высших позвоночных; г) принцип надстройки функций. Новые функции не

заменяются, а наслаиваются на старые, подчиняя их. Например, помимо осморазведения мочи у млекопитающих

иптиц развивается (и становится доминирующей) функция осмоконцентрации мочи. Это связано с надстройкой новой структуры – мозгового вещества почек.

3)Детерминизм – учение о всеобщей связи и обусловленности объективных явлений.

а) Выделены разные связи: жесткие причинно-след- ственные (цепные, разветвленные, сетчатые), обратные

117

(отрицательные и положительные), связи-отражения с образованием памяти, связи-взаимодействия, связи-су- бординации и др.

б) Принцип причинности является ядром детерминизма и лежит в основе всех форм детерминирования.

в) Введено понятие «полная причина», состоящее из специализирующей причины (фактора, который вызывает специфические свойства следствия), внешних и внутренних условий, которые способствуют реализации причинного фактора, пускового фактора (повода, т. е. внyтpeннeгo или внешнего фактора, который определяет время возникновения следствия под влиянием совокупных условий).

г) Сложный характер полной причины (например, ее вариабельность в связи с условиями и пусковыми факторами) создает вероятностный характер причинно-след- ственных отношений (вероятностный детерминизм).

4)Системный подход в физиологии (И. П. Павлов, 1927;

П.К.Анохин, 1935; К. В. Судаков, 2000) – системность является всеобщим и неотъемлемым свойством материи (Л. Берталанффи, 1962). Она характеризует преобладание организованности над хаотичностью. Организм человека относится к сложным, целостным, открытым системам, способным к антиэнтропийности и самоорганизации. Система – это комплекс взаимодействующих элементов. Свойства и функции системы не являются суммой свойств и функций ее элементов. При деятельности системы всегда возникают системные свойства, которые отсутствуют у элементов системы. С другой стороны, включаясь в новую систему, элемент (исполнительный орган) приобретает новые свойства, отсутствующие у него в изолированном состоянии или при функционировании в старой сиcтeмe. Совокупность устойчивых отношений и связей между элементами называется структурой системы. Качество системы определяется, во-первых, элементами (их природой, свойствами, количеством), во-вторых, структурой, т.е. связью, взаимодействием элементов.

118

Физиологическая функция

1.Функция. Специфическая жизнедеятельность клеток, тканей, органов, организма в целом, проявляющаяся как физиологический процесс или совокупность процессов, называется функцией. Функциональные изменения направлены на сохранение живой системы и ее адаптацию к условиям среды.

2.Параметры и норма функции.

1)Норма функции является объективной категорией. Ее механизмы генетически детерминированы, и по наследству передается определенная норма физиологических реакций. Но генотип определяет норму реакций лишь как возможность ее проявления. Генотип реализуется в определенных условиях внешней среды – так возникает конкретная индивидуальная (фенотипическая) норма.

2)Параметры нормы (нормативы) представляют собой количественную характеристику функции. В физиологии и медицине нормативы должны, с одной стороны, наиболее полно отражает многообразие индивидуальной нормы (иначе отдельные здоровые индивидуумы попадут

взону патологии), с другой стороны, при полном охвате индивидуальных различий часть больных попадет в зону нормы. Поэтому обычно выбирается интервал нормы (норматив), в который укладываются показатели 95 % здоровых людей. Кроме того, нормативы разрабатываются для как можно более однородной совокупности людей (по полу, возрасту и т.д.), что уменьшает разброс индивидуальных показателей.

3. Взаимоотношение функции и структуры, их единство.

1)Под структурой в медицине обычно понимают строение, пространственное расположение, последовательность в живых объектах, что соответствует философской категории «внешняя форма». Современная биология рассматривает структуру как совокупность устойчивых связей элементов системы, обеспечивaющeй ее целостность при разных внешних и внутренних изменениях. Это соответствует категории «внутренняя форма».

2)Функциональные изменения при этом можно рассматривать как выражение внутренних перестроек структуры

119

живого. Структура и функция составляют динамическое единство.

Физиологические функции – это про явления жизнедеятельности, имеющие приспособительное значение. Осуществляя различные функции, организм приспособляется к внешней среде или же приспособляет среду к своим потребностям.

Всякая физиологическая функция клетки, ткани, органа или организма в целом является результатом всей истории видового и индивидуального развития живых существ – их фило- и онтогенеза. В процессе этого развития возникают определенные функции живых структур, и происходит качественное и количественное их изменение. Поэтому важной задачей физиологии является изучение функциогенеза, т. е., возникновения и развития каждой отдельной функции.

Основной функцией живого организма является обмен веществ и энергии. Этот процесс состоит в совокупности химических и физических изменений, в превращениях веществ и энергии, постоянно и непрерывно происходящих в организме и во всех его структурах.

Обмен веществ, или метаболизм, является необходимым условием жизни. Он отличает живое от неживого, мир живых существ от неорганического мира. Изменения вещества и превращения энергии происходят и в неорганическом мире; однако имеется принципиальное различие этих процессов в живом организме и в неживой природе.

С обменом веществ связаны все остальные физиологические функции, будь то рост, развитие, размножение, питание и пищеварение, дыхание, секреция и выделение продуктов жизнедеятельности, движение и реакции на изменения внешней среды и т. п. Основу любой физиологической функции составляет определенная совокупность превращений веществ и энергии. Это равным образом относится к функциям отдельной клетки, ткани, органа или организма в целом.

При выполнении всякой функции в результате физи- ко-химических процессов и химических превращений в

120