Тема 1. ФИЗИОЛОГИЯ ВОЗБУДИМЫХ ТКАНЕЙ

 

1.1. Физиология – наука о жизнедеятельности организма как единого целого

 

Основные вопросы: Организм и среда обитания. Поняте о физиологии. Физиологическая функция и ее мультипараметрическая характеристика. Гомеостаз, релаксоконстанты и их виды. Методы исследования в физиологии. Острый и хронический эксперименты. Аналитический и системный подходы к изучению физиологических функций. Теория функциональных систем по П.К. Анохину.

 

Организм человека - целостная, саморегулирующаяся живая система, способная чувствовать, мыслить, активно целенаправленно передвигаться, адаптироваться в среде обитания или приспосабливать ее для удовлетворения своих биологических и социальных потребностей.

Биологической средой обитания называют совокупность природных условий, необходимых для нормального существования живых тел.

Различают внешнюю и внутреннюю биологические среды. Внешняя среда – это комплекс природных факторов, находящихся вне организма, но необходимых для поддержания его жизнедеятельности.

Совокупность биологических жидкостей, омывающих клетки организма, составляют внутреннюю среду организма. Жидкости внутренней среды организма – кровь, лимфа, межклеточная жидкость и другие, являются внешней средой для его клеток.

Живая клетка является элементарной структурно-функциональной единицей организма. Объединение клеток, обеспечивающих выполнение определенной специфической задачи, привело в процессе эволюции к образованию живых тканей – покровной (эпителиальной), жировой, костной, соединительной, железистой, мышечной и нервной. Живые ткани составляют органы – сердце, легкие, печень, почки и другие, которые обеспечивают выполнение сложных дифференцированных функций, направленных на поддержание жизнедеятельности организма.

Науку о жизнедеятельности здорового организма во взаимодействии его с внешней средой, изучающую функции клеток, тканей, органов, систем органов и организма в целом, а также механизмы их регуляции, называют физиологией (греч. «physis» – природа, «logos» - наука).

Выделяют три основных задачи физиологии:

1) изучение объективных закономерностей протекания физиологических функций (что происходит?),

2) выяснение механизмов реализации физиологических функций (каким образом?),

3) выявление целевого назначения физиологических функций (зачем?).

Физиологическая функция (лат. «functio» - деятельность) – специфическая форма деятельности организма, которая завершается достижением определенного полезного для него результата, позволяющего приспособиться к условиям окружающей среды.

 

Так, основной функцией сердца является нагнетание крови в сосудистое русло, а желудочно-кишечного тракта – обеспечение поступления питательных веществ в кровь. Большинство органов и систем выполняют несколько функций. Например, основная функция почек - выделение конечных продуктов обмена веществ, однако они также участвуют в регуляции величины артериального давления, осмотического давления и электролитного баланса биологических жидкостей организма.

 

Физиологические функции являются проявлением жизнедеятельности организма и характеризуются определенными признаками - параметрами. Одна и та же физиологическая функция может быть охарактеризована несколькими параметрами, среди которых выделяют:

1) интенсивность физиологической функции,

2) экстенсивность,

3) мощность,

4) коэффициент полезного действия (КПД),

5) временные характеристики,

6) биоритмы.

Интенсивность характеризует уровень напряженности физиологической функции. Эти параметры выражаются в абсолютной величине качественных проявлений физиологических функций - физиологических констант, т.е. показателей внутренней среды организма (величина артериального давления, температура тела, концентрация глюкозы в крови и другие).

Экстенсивность показывает за счет взаимодействия каких процессов достигается интенсивный параметр. Так, интенсивный параметр функции терморегуляции - температура тела человека, предопределяется экстенсивностью двух разнонаправленных процессов - теплопродукции и теплоотдачи.

Мощность - это работа, совершенная организмом за единицу времени.

КПД (коэффициент полезного действия) - это отношение энергии, затраченной организмом на выполнение полезной работы ко всей израсходованной при этом энергии.

Временные характеристики включают в себя скорость протекания физиологических процессов и их ускорение. Наконец, биоритмы - это периодические циклически повторяющиеся изменения физиологических функций. По продолжительности периода различают три основных вида биоритмов:

1) ультрадианные, с периодичностью от долей секунды до 20 часов,

2) циркадианные (околосуточные) – от 20 до 28 часов,

3) инфрадианные, к которым относят недельные, месячные, сезонные и годовые биоритмы.

Параметры физиологической функции могут изменяться под влиянием регулирующих механизмов. Под биологической регуляцией понимают такое управляемое изменение физиологической функции, которое направлено на обеспечение определенной деятельности живой системы или ее устойчивости к действию возмущающих факторов.

Несмотря на то, что организм постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией, любое живое существо способно поддерживать неизменность и стабильность своих внутренних жизненно важных параметров. Относительное постоянство внутренней среды организма и стабильность его физиологических функций называют гомеостазом.

Гомеостаз характеризуется всей совокупностью различных физиологических констант. Такие константы поддерживаются живой системой около уровня, предопределяющего оптимальный клеточный метаболизм - совокупность процессов преобразования веществ и энергии, обеспечивающих жизнедеятельность организма и его взаимосвязь с внешней средой. Поэтому гомеостаз является абсолютно необходимым условием жизни.

Организм является открытой термодинамической системой, которая постоянно обменивается с окружающей средой веществом, энергией и информацией. Поэтому, физиологические показатели не могут быть абсолютно стабильными. Константы, которые изменяются в границах, обеспечивающих биологический оптимум жизнедеятельности и нормальное протекание метаболизма, называются релаксоконстантами.

По амплитуде изменения релаксоконстанты подразделяются на два вида - жесткие и пластичные. Допустимая амплитуда колебания уровня жестких констант невелика. К ним относятся физико-химические показатели внутренней среды, в частности, осмотическое и онкотическое давление плазмы крови, ее кислотно-щелочной баланс. Пластичные константы характеризуются относительно большой допустимой амплитудой колебаний их величины. К ним относятся такие физиологические показатели как, температура тела, артериальное давление, частота сердечных сокращений и дыхания, объем кровотока и множество других.

Для поддержания гомеостаза организм должен:

1) потреблять и расщеплять пищу до питательных веществ, удовлетворяющих энергетические и пластические потребности клеток, тканей и органов,

2) поглощать кислород для окисления питательных веществ, которые являются источником энергии живой системы,

3) выделять в окружающую среду ненужные и вредные продукты обмена веществ,

4) обладать способностью передвигаться, чтобы захватывать пищу, спасаться от врагов.

 

Если показатели гомеостаза выходят за пределы нормальных диапазонов, определяющих оптимальное протекание метаболизма, то это приводит к нарушению физиологических функций, развитию болезни и гибели.

 

Для изучения показателей внутренней среды организма и его физиологических функций используют клинические методы исследования и эксперименты. Клинические исследования проводится на человеке, а эксперименты выполняются на животных.

На ранних этапах развития физиологии особо популярны были хирургические экспериментальные методики: экстирпация – удаление части или всего органа и трансплантация – пересадка изучаемого органа в том же организме на новое место или перенос его в другой организм с последующим наблюдением и регистрацией того, какими последствиями сопровождаются такие вмешательства.

С целью изучения деятельности органов, недоступных непосредственному наблюдению, используют фистульныйметод. Он заключается в оперативном создании сообщения внутреннего органа с внешней средой. Разновидностью этой методики может быть катетеризация – введение специальных синтетических трубок в протоки желез или в кровеносные сосуды.

Для того чтобы установить зависимость функции органа от влияния нервной системы, используют методику денервации. С этой целью перерезают нервные волокна, иннервирующие орган.

С появлением современных технических средств появилась инструментальныеметодики - электрофизиологические, биохимические, рентгенологические и многие другие, дающие возможность регистрировать процессы жизнедеятельности без предварительных хирургических операций, что позволяет изучать физиологические функции не только у животных, но и у человека.

В физиологии различают два вида экспериментов, которые связаны с необходимостью выполнять хирургическое вмешательство: острый (вивисекция) и хронический.

Острый эксперимент характеризуется:

1) отсутствием необходимости соблюдения стерильности в процессе вивисекции,

2) проведением исследования во время или сразу после операции,

3) эвтаназией - умерщвлением животного во время эксперимента или после его завершения.

Острый эксперимент представляет собой достаточно грубое вторжение исследователя в организм. Это необходимо для первоначального накопления данных о функциях органов, тканей и клеток тела. Метод острого эксперимента является методологической основой аналитическогоподхода к изучению функций. Этот подход характеризуется тем, что объектом исследования являются функции отдельных клеток, тканей и органов без учета их взаимосвязи друг с другом и с окружающей средой.

Хронический эксперимент характеризуется:

1) необходимостью соблюдения стерильности во время подготовительной хирургической операции,

2) проведением исследования только после выздоровления животного,

3) многократным изучением физиологических функций органа или организма в целом в условиях максимально приближенных к естественным.

Метод хронического эксперимента является основой системного подхода к исследованию функций организма. Системный методологический подход характеризуется изучением физиологической функции во взаимосвязи с функциональным состоянием организма, как единого целого и с учетом его взаимодействия с внешней средой.

Основоположником системного подхода является русский физиолог, лауреат Нобелевской премии И.П. Павлов. В начале 20-го века он предложил метод физиологической хирургии, позволяющий изучать физиологические функции в условиях естественного поведения, и впервые выдвинул представления о системном характере деятельности организма.

Совокупность органов, выполняющих единую функцию, составляет анатомические системы. У человека имеется девять анатомических систем:

1) опорно-двигательная, образующая остов тела, обеспечивающая движение его частей относительно друг друга и перемещение организма в пространстве;

2) сердечно-сосудистая, обеспечивающая перемещение крови и лимфы по сосудам;

3) дыхательная, необходимая для доставки к тканям кислорода и выведение из организма углекислого газа;

4) пищеварительная, предназначенная для переработки пищи и транспорта образовавшихся питательных веществ в кровь или лимфу;

5) выделительная, обеспечивающая удаление вредных и ненужных для организма продуктов обмена веществ;

6) эндокринная, продуцирующая биологически активные вещества – гормоны, участвующие в регуляции физиологических функций организма;

7) половая, которая выполняет функцию размножения;

8) сенсорная, участвующая в восприятии сигналов из внешнего мира и внутренней среды организма;

9) нервная, объединяющая и регулирующая деятельность всех органов, обеспечивающая взаимодействие организма с внешней средой.

Временное объединение органов, тканей и клеток, связанных единой задачей, которая направлена на получение определенного, полезного для организма результата жизнедеятельности, называют функциональной системой.

Функциональная система (по П.К. Анохину)- это сложный динамический, саморегулирующийся и самообразующийся комплекс, состоящий из центральных и периферических элементов, которые взаимосодействуют друг другу в процессе достижения полезного для организма приспособительного результата, обеспечивающего нормальный метаболизм.

Функциональная система состоит из пяти основных элементов:

1) полезный приспособительный результат (ППР),

2) рецепторы результата,

3) обратная афферентация,

4) нервный центр,

5) исполнительные механизмы.