Что такое физиология в биологии. Основные методы физиологии

ПО ФИЗИОЛОГИИ ЧЕЛОВЕКА

Физиология как наука. Предмет, задачи, методы, история физиологии

Физиология (физис - природа) - это наука о нормальных процессах жизнедеятельности организма, составляющих его физиологических систем, отдельных органов, тканей, клеток и субклеточных структур, механизмах регуляции этих процессов и влиянии на функции организма естественных факторов внешней среды.

Исходя из этого, в целом предметом физиологии является здоровый организм. Задачи физиологии включены в ее определение. Основным методом физиологии является эксперимент на животных. Выделено 2 основных разновидности экспериментов или опытов:

1.Острый опыт или вивисекция (живосечение). В процесс него производится хирургическое вмешательство, исследуются функции открытого или изолированного органа. После этого не добиваются выживания животного. Продолжительность острого эксперимента от нескольких десятков минут до нескольких часов (пример).

2.Хронический опыт. В процессе хронических опытов производят оперативное вмешательство для получения доступности к органу. Затем добиваются заживления операционных ран и лишь после этого приступают к исследованиям. Продолжительность хронических экспериментов может составлять многие годы (пример).

Иногда выделяют подострый эксперимент (пример).

Вместе с тем, для медицины требуются сведения о механизмах функционирования человеческого организма. Поэтому И.П. Павлов писал:” Экспериментальные данные, можно применять к человеку только с осторожностью, постоянно проверяя фактичность сходства с деятельностью этих органов у че­ловека и животных". Следовательно, без постановки специальных наблюдений и опытов на человеке изучение его физиологии бессмысленно. Поэтому выделяют специальную физиологическую науку - физиологию человека, Физиология человека имеет предмет, задачи, методы и историю. Предметом физиологии человека является здоровый человеческий организм.

Её задачи:

1.Исследование механизмов функционирования клеток, тканей, органов, систем организма человека в целом

2. Изучение механизмов регуляции функций органов и систем организма.

3. Выяв­ление реакций человеческого организма и его систем на изменение внешней и внутренней среды.

Так как физиология в целом экспериментальная наука, основным методом физиологии человека также является эксперимент. Однако эксперименты на человеке коренным образом отличаются от опытов на животных. Во-первых, подавляющее большинство исследований на человеке производится с помощью неинвазивных методов, т.е. без вмешательства в органы и ткани (пример ЭКГ, ЭЭГ, ЭМГ, анализы крови и т.д.). Во-вторых, эксперименты на человеке проводят только тогда, когда они не наносят вреда здоровью и с согласия испытуемого. Иногда острые опыты проводятся на человеке в клинике, когда этого требуют задачи диагностики (пример). Однако следует отметить, что без данных классической физиологии возникновение и развитие физиологии человека было бы невозможно (памятники лягушке и собаке). Еще И.П. Павлов, оценивая роль физиоло­гии для медицины, писал: "Понимаемые в грубом смысле слова физиоло­гия и медицина не отделимы, знание физиологии необходимо врачу любой специальности". А также, что "Медицина лишь обогащаясь постоянно изо дня в день, новыми физиологическими фактами, станет, наконец тем, чем она должна быть в идеале, т.е. умением чинить испортившийся механизм человека и быть прикладным знанием физио­логии" (примеры из клиники). Другой известнейший русский физио­лог проф. В.Я. Данилевский отмечал: "Чем точнее и полнее будут определены признаки нормы для телесной и душевной жизни человека, тем правильнее будет диагноз врача для ее патологических отклонений”.

Физиология, являясь основополагающей биологической наукой, тесно связана с другими фундаментальными и биологическими науками. В частности, без знания законов физики невозможно объяснение биоэлектрических явлений, механизмов свето- и звуковосприятия. Без применения данных химии невозможно описание процессов обмена веществ, пище­варения, дыхания и т.д., Поэтому на границах этих наук с физиологией выделились дочерние науки биофизика и биохимия.

Так как структура и функция неразделимы, причем именно функция определяет формирование структуры, физиология тесно связана с морфологическими науками: цитологией, гистологией, анатомией.

В результате исследования действия различных химических веществ на организм из физиологии выделилась в самостоятельные науки фармакология и токсикология. Накопление данных о нарушениях механизмов функционирования организма при различных заболеваниях послужило основой возникновения патологической физиологии.

Выделяют общую и частную физиологию. Общая физиология изучает основные закономерности жизнедеятельности организма, механизмы таких базисных процессов как обмен веществ и энергии, размножение, процессы возбуждения и т.д. Частная физиология исследует функции конкретных клеток, тканей, органов и физиологических систем. Поэтому в ней выделяются такие разделы, как физиология мышечной ткани, сердца, почек, пищеварения, дыхания и т.д. Кроме того, в физиологии выделяют разделы имеющие специфический предмет исследования или особые подходы в исследовании функций. К ним относятся эволюционная физиология (объяснение), сравнительная физиология, возрастная физиология.

В физиологии имеется целый ряд прикладных разделов. Это, например, физиология сельскохозяйственных животных. В физиологии человека выделяют следующие прикладные разделы:

1.Возрастня физиология. Изучает возрастные особенности функций организма.

2.Физиология труда.

3.Клиническая физиология. Это наука, использующая физиологические методики и подходы для диагностики и анализа патологических отклонений.

4.Авиационная и космическая физиология.

5.Физиология спорта.

Физиология человека теснейшим образом связана с такими клиническими дисциплинами, как терапия, хирургия, акушерство, эндокринология, психиатрия, офтальмология и т.д. Например, эти науки используют для диагностики многочисленные методики разработанные физиологами. Отклонения нормальных параметров организма являются основой выявления патологии.

Некоторые разделы физиологии человека являются базой для психологии. Это физиология центральной нервной системы, высшей нервной деятельности, сенсорных систем, психофизиология.

История физиологии подробно описана в учебнике под ред. Ткаченко

^ МЕХАНИЗМЫ РЕГУЛЯЦИИ ФУНКЦИЙ ОРГАНИЗМА

Гуморальная и нервная регуляция. Рефлекс. Рефлекторная дуга. Основные принципы рефлекторной теории

Все функции организма регулируются с помощью двух систем регуляции: гуморальной и нервной. Филогенетически более древняя гуморальная регуляция это регуляция посредством физиологически активных веществ (ФАВ) циркулирующих в жидкостях организма - крови, лимфе, межклеточной жидкости. Факторами гуморальной регуляции являются:

1.Неорганические метаболиты и ионы. Например, катионы кальция, водорода, углекислый газ.

2.Гормоны желез внутренней секреции. Вырабатываются специализированными инкреторными железами. Это инсулин, тироксин и др..

3.Местные или тканевые гормоны. Это гормоны вырабатываются специальными клетками, называемыми паракринными, транспортируются тканевой жидкостью и действуют только на небольшом расстоянии от секретирующих клеток. К ним относятся такие вещества, как гистамин, серотонин, гормоны желудочно-кишечного тракта и другие.

4.Биологически активные вещества, обеспечивающие креаторные связи между клетками ткани. Это белковые макромолекулы, выделяемые ими. Они регулируют дифференцировку, рост и развитие всех клеток составляющих ткань и обеспечивают функциональное объединение клеток в ткань. Такими белками являются, например кейлоны, которые тормозят синтез ДНК и деление клеток.

Основные особенности гуморальной регуляции:

1.Низкая скорость регулирующего воздействия, связанная с невысокой скоростью токов соответствующих жидкостей организма.

2.Медленое нарастание силы гуморального сигнала и медленное снижение. Это связано с постепенным увеличением концентрации ФАВ и постепенным их разрушением.

3.Отсутствие конкретной ткани или органа-мишени для действия гуморальных факторов. Они действуют на все ткани и органы по ходу тока жидкости, в клетках которых имеются соответствующие рецепторы.

Нервная регуляция - это регуляция функций организма посредством рефлексов, осуществляемых нервной системой.

Понятие о рефлекторном принципе деятельности нервной системы впервые разработано в 17 веке французским естествоиспытателем Рене Декартом. Он предложил гипотетическую схему формирования непроизвольного движения (механистическое представление). Термин "рефлекс" (отражательное действие) ввел в физиологию в 1771 году Унзер. Й. Прохаска в 1800 году разработал схему простейшей рефлекторной дуги. И.М. Сеченов распространил понятие "рефлекс" на любую, в том числе и высшую нервную деятельность (ВНД). При этом он исходил из 2-х положений: 1. всякая деятельность организма сводится в конечном итоге к движению. 2. все движения по своему происхождению рефлексы. И.П. Павлов экспериментально обосновал взгляд на рефлекс, как основной акт любой нервной деятельности. Он же разделил все рефлексы, по механизму образования, на безусловные и условные. Основные черты рефлекторной теории И.П. Павлов сформулировал в работе "Ответ физиолога психологам”. Она включает три основополагающих принципа:

1. Принцип детерминизма. Он гласит "нет действия без причины". Т.е. всякий рефлекторный акт является следствием действия раздражителя на организм.

2. Принцип анализа и синтеза. В мозге постоянно происходит анализ, т.е. различение сигналов, а также синтез, т.е. их взаимодействие и целостное восприятие.

3. Принцип структурности. В нервной системе нет процессов, не имеющих определенной структурной локализации.

Морфологической основой любого рефлекса является рефлекторная дуга или рефлекторный путь. Рефлекторная дуга (РД) это путь прохождения рефлекторной реакции, т.е. нервных сигналов. Рефлекторная дуга соматического (двигательного) рефлекса состоит из следующих основных звеньев:

1. Рецептор, воспринимающий раздражение

2. Афферентное или восходящее или чувствительное нервное волокно

3. Нервный центр в Ц.Н.С.

4.Эфферентное или нисходящее, двигательное нервное волокно

5. Исполнительный орган “эффектор”

В ряде рефлекторных дуг имеется нейрон обратной связи (6), или нейрон обратной афферентации, реагирующий на рефлекторный ответ и контролирующий его.

В соматической рефлекторной дуге можно выделить нейроны, выполняющие определенные функции. В частности, в простейшей моносинаптической рефлекторной имеется всего 2 нейрона: чувствительный и двигательный. В рассматриваемой нами простейшей полисинаптической рефлекторной дуге выделяют: а) чувствительный нейрон, б) вставочный нейрон, в) исполнительный нейрон. Рис. В сложных полисинаптических рефлекторных дугах имеется сотни и тысячи нейронов.

В дуге вегетативного рефлекса имеются следующие звенья:

1. Рецептор

2.Афферентное нервное волокно.

3.Нервный центр (например) для симпатических рефлексов в боковых рогах спинного мозга)

4. Преганглионарное нервное волокно

5. Вегетативный ганглий

6.Постганглионарнсе нервное волокно

7.Исполнительный орган. Рис.

Биологические и функциональные системы

В 50-60-х годах канадский биолог Людвиг Берталанфи, используя математические и кибернетические подходы, разработал основные принципы деятельности биологических систем. Они включают:

1. Целостность, т.е. не сводимость свойств системы к простой сумме свойств ее частей. Т.е. невозможно описать свойства биологической системы через функции ее отдельных элементов (пример).

2. Структурность. Возможность объяснения функций системы через ее структуру (пример).

3. Иерархичность, подчиненность элементов системы друг другу сверху вниз. Т.е. вышележащие компоненты системы управляют нижележащими (пример).

4. Взаимосвязь системы и Среды (пример).

Однако Берталанфи не выявил самого главного - системообразующего фактора. Поэтому основная роль в выявлении системных закономерностей, присущих живым организмам принадлежит академику П.К. Анохину. В физиологии давно существовало понятие физиологических систем. Это комплекс морфологически и функционально объединенных органов, имеющих общие механизмы регуляции и выполняющих однородные функции (пример). Однако П.К. Анохин установил, что в организме имеются и другие системы, Например обеспечивающие поддержание жизненно важных параметров организма. Он назвал их функциональными системами (ФУС). По П.К. Анохину ФУС это совокупность органов и тканей, которые обеспечивают достижение цели в определенном виде жизнедеятельности. Эта цель называется полезным приспособительным результатом (ППР). Им может быть какой- либо параметр внутренней среды, например температура тела, нормальное содержание кислорода в крови и т.д., результат поведения, удовлетворяющий биологическую, например пищевую потребность, результат социальной деятельности человека. Для врача важно понимание ФУС, обеспечивающих гомеостаз.

Именно ППР является тем фактором, который объединяет различные органы и системы организма в единое целое - ФУС. Объединение органов в ФУС происходит не по морфологическому, а по функциональному признаку. Поэтому в ФУС могут входить органы и ткани из самых различных физиологических систем. Причем одни и те же органы могут входить сразу в несколько ФУС. Кроме того, в отличие от физиологических систем, ФУС могут быть как наследуемыми, так и формироваться в процессе индивидуальной жизни. Общая схема ФУС для поддержания параметров гомеостаза включает следующие элементы:

2.Рецепторы ППР

3.Афферентный путь

4.Нервный центр

5.Вегетативная регуляция

6.Гуморальная регуляция

7. Поведенческая регуляция

8.Метаболизм (рис.)

Если под влиянием каких-либо причин ППР выходит за границы физиологической нормы, возбуждаются рецепторы ППР. Нервные импульсы от них поступают в нервный центр, регулирующий данную функцию. От него они идут к исполнительным органам, обеспечивающим поддержание соответствующего параметра гомеостаза. Одновременно запускаются гуморальные механизмы регуляции. Когда несмотря на это ППР не приходит к исходному уровню, нервные импульсы от нервного центра начинают поступать в кору больших полушарий. В результате возбуждения ее нейронов включается внешнее звено саморегуляции организма, т.е. поведенческая регуляция. Это целенаправленное изменение поведения живого существа. В результате этих регули­рующих воздействий ППР приходит к исходному уровню, т.е. физиологической норме. На ППР непосредственно влияет метаболизм. С другой стороны и сам ППР оказывает прямое воздействие на метаболические процессы. Примеры функционирования различных ФУС.

^ Принципы саморегуляции организма. Понятие о гомеостазе

и гомеокинезе

Способность к саморегуляции - это основное свойство живых систем Оно необходимо для создания оптимальных условий взаимодействия всех элементов, составляющих организм, обеспечения его целостности. Выделяют четыре основных принципа саморегуляции:

1. Принцип неравновесности или градиента. Биологическая сущность жизни заключается в способности живых организмов поддерживать динамическое неравновесное состояние, относительно окружающей среды. Например, температура тела теплокровных выше или ниже окружающей среды. В клетке больше катионов калия, а вне ее натрия и т.д. Поддержание необходимого уровня асимметрии относительно среды обеспечивают процессы регуляции.

2.Принцип замкнутости контура регулирования. Каждая живая система не просто отвечает на раздражение, но и оценивает соответствие ответной реакции действующему раздражению. Т.е. чем сильнее раздражение, тем больше ответная реакция и наоборот. Эта саморегуляция осуществляется за счет обратных положительных и отрицательных обратных связей в нервной и гуморальной системах регуляции. Т.е. контур регуляции замкнут в кольцо. Пример такой связи - нейрон обратной афферентации в двигательных рефлекторных дугах.

3.Принцип прогнозирования. Биологические системы способны предвидеть результаты ответных реакций на основе прошлого опыта. Пример - избегание болевых раздражений после предыдущих.

4. Принцип целостности. Для нормального функционирования живой системы требуется ее структурная целостность.

Учение о гомеостазе было разработано К. Бернаром. В 1878 г. он сформулировал гипотезу об относительном постоянстве внутренней среды живых организмов. В 1929 г. В. Кэннон показал, что способность организма к поддержанию гомеостаза является следствием систем регуляции в организме. Он же предложил термин “гомеостаз”. Постоянство внутренней среды организма (крови, лимфы, тканевой жидкости, цитоплазмы) и устойчивость физиологических функций является результатом действия гомеостатических механизмов. При нарушении гомеостаза, например клеточного, происходит перерождение или гибель клеток. Клеточный, тканевой, органный и другие формы гомеостаза регулируются и координируются гуморальной, нервной регуляцией, а также уровнем метаболизма.

Параметры гомеостаза являются динамическими и в определенных пределах изменяются под влиянием факторов внешней среды (например, рН крови, содержание дыхательных газов и глюкозы в ней и т.д.). Это связано с тем, что живые системы не просто уравновешивают внешние воздействия, а активно противодействуют им. Способность поддерживать постоянство внутренней среды при изменениях внешней, главное свойство отличающее живые организмы от неживой природы. Поэтому они весьма независимы от внешней среды. Чем выше организация живого существа, тем более оно независимо внешней среды (пример).

Комплекс процессов, которые обеспечивают гомеостаз, называется гомеокинезом. Он осуществляется всеми тканями, органами и системами организма. Однако наибольшее значение имеют функциональные системы.

^ Возрастные особенности физиологических функций

и нейрогуморальной регуляции

В процессе развития организма происходят как количественные, так и качественные изменения. Например, увеличивается количество многих клеток и их размеры. Одновременно, в результате усложнения структуры организма, появляются новые функции. Например, развивающийся мозг ребенка приобретает способ­ность к абстрактному мышлению.

В основе возрастных изменений функций систем организма лежат следующие явления:

1. Неравномерное или гетерохронное созревание органов и систем организма. 2. Этапные возрастные скачки.

3. Акселерация. Т.е. ускорение темпов биологического развития в определенный период.

Созревание отдельных органов и систем происходит не одновременно (гетерохронно). У новорождённого в первую очередь развиваются те физиологические и функциональные систе­мы, которые обеспечивают выживание организма в период перехода от внутриутробного к внеутробному существованию. На основе наблюдений за формированием функциональных систем в процессе онтогенеза, академик П.К. Анохин создал учение о системогенезе. Гетерохронность развития органов и систем можно проиллюстрировать на примере двигательного аппарата ребенка. Первоначально формируются рефлексы обеспечивающие держание головы, затем способность сидеть, затем стоять и, наконец ходить. Программа индивидуального развития выполняется за счет генетического аппарата. На определенных возрастных этапах происходит экспрессия, т.е. активация строго определенных генов. В ре­зультате ускоряется созревание той или иной системы, функции организма. Это проявляется возрастным скачком или критическим периодом. На­пример, скачкообразное изменение структуры и функции органов, систем наблюдается в период полового созревания.

Акселерация связана с воздействием среды и социальных факто­ров на организм. Она сопровождается 6ыстрым ростом скелета, мышц, внутренних органов, половым созреванием.

Формирование и развитие организма заканчивается примерно к 20 годам. Люди возрасте от 20 до 55-60 лет относят к зрелому возрасту, В этот период все функции организма полностью сформированы, функциональная активность органов и систем находится примерно на одном уровне. Для людей пожилого возраста 65-75 лет характерно возникновение инволюционных перестроек. Одним из основных признаков старения является снижение основного обмена, в результате чего нарушаются метаболические процессы в клетках. Основной обмен уменьшается в результате снижения количества митохондрий в клетках. Считают, что величина основного обмена один из важнейших факторов определяющих продолжительность жизни человека. После 75 лет наступает старость. Резко уменьшается активность всех физиологических процессов. В результате возникают многие старческие болезни, например атеросклероз.

Механизмы нейрогуморальной регуляции с возрастом также изменяются. У новорожденного имеется ограниченное количество сложных безусловных рефлексов, и нет условных. Одновременно клетки высоко чувствительны к гуморальным факторам. По мере роста совершенствуется рефлекторная деятельность ЦНС. В частности уже к году формируются очень сложные рефлексы, обеспечивающие речь. Од­новременно снижается первоначальная чувствительность клеток к гуморальным факторам, У зрелого человека имеются высокоорганизованные механизмы нейрогуморальной регуляции. В старческом возрасте скорость и выраженность рефлекторных реакций снижается. Ослабление нервных влияний на органы и ткани обусловлено деструктивными изменениями нервных окончаний и синапсов в ЦНС и на периферии. Одновременно, из-за изменений рецепторного аппарата клеток уменьшается их восприимчивость к ря­ду гуморальных факторов.

Для педиатрического факультета важно знание периодов детского возраста. Выделяют (по Аршавскому):

1. Период новорожденности 7- 8 дней.

2. Период грудного вскармливания - 5-6 мес.

3. Период смешанного питания с 6 по 12 мес.

4. Период ясельного возраста 1 год - 3 года

5. Период дошкольного возраста 3 - 7 лет.

6. Период младшего школьного возраста 7-12 лет

7. Период старшего школьного возраста 12-17 лет

8, Период юношеского возраста 17-20 лет

Ф И З И О Л О Г И Я И Б И О Ф И З И К А В О З Б У Д И М Ы Х

К Л Е Т О К

^ Понятие о раздражимости, возбудимости и возбуждении. Классификация раздражителей

Раздражимость - это способность клеток, тканей, организма в целом переходить под воздействием факторов внешней или внутренней среды из состояния физиологического покоя в состояние активности. Состояние активности проявляется изменением физиологических параметров клетки, ткани, организма, например изменением метаболизма.

Возбудимость - это способность живой ткани отвечать на раздражение активной специфической реакцией - возбуждением, т.е. генерацией нервного импульса, сокращением, секрецией. Т.е. возбудимость характеризует специализированные ткани - нервную, мышечные, железистые, которые называются возбудимыми. Возбуждение - это комплекс процессов реагирования возбудимой ткани на действие раздражителя, проявляющийся изменением мембранного потенциала, метаболизма и т.д. Возбудимые ткани обладают проводимостью. Это способность ткани проводить возбуждение. Наибольшей проводимостью обладают нервы и скелетные мышцы.

Раздражитель - это фактор внешней или внутренней среды действующий на живую ткань.

Процесс воздействия раздражителя на клетку, ткань, организм называется раздражением.

Все раздражители делятся на следующие группы:

1.По природе

А) физические (электричество, свет, звук, механические воздействия и т.д.)

Б) химические (кислоты, щелочи, гормоны и т.д.)

В) физико-химические (осмотическое давление, парциальное давление газов и т.д.)

Г) биологические (пища для животного, особь другого пола)

Д) социальные (слово для человека).

2.По месту воздействия:

А) внешние (экзогенные)

Б) внутренние (эндогенные)

3.По силе:

А) подпороговые (не вызывающие ответной реакции)

Б) пороговые (раздражители минимальной силы, при которой возникает возбуждение)

В) сверхпороговые (силой выше пороговой)

4.По физиологическому характеру:

А) адекватные (физиологичные для данной клетки или рецептора, которые приспособились к нему в процессе эволюции, например, свет для фото­рецепторов глаза).

Б) неадекватные

Если реакция на раздражитель является рефлекторной, то выделяют также:

А) безусловно-рефлекторные раздражители

Б) условно-рефлекторные

^ Законы раздражения. Параметры возбудимости.

Реакция клеток, тканей на раздражитель определяется законами раздражения

1.Закон "все или ничего": При допороговых раздражениях клетки, ткани ответной реакции не возникает. При пороговой силе раздражителя развивается максимальная ответная реакция, поэтому увеличение силы раздражения выше пороговой не сопровождается ее усилением. В соответствии с этим законом реагирует на раздражения одиночное нервное и мышечное волокно, сердечная мышца.

2. 2. Закон силы: Чем больше сила раздражителя, тем сильнее ответная реакция. Однако выраженность ответной реакции растет лишь до определенного максимума. Закону силы подчиняется целостная скелетная, гладкая мышца, так как они состоят из многочисленных мышечных клеток, имеющих различную возбудимость.

А) Порог раздражения - это минимальная сила раздражителя, при которой возникает возбуждение.

Б) Реобаза - это минимальная сила раздражителя, вызывающая возбуждение при его действии в течение неограниченно долгого времени. На прак­тике порог и реобаза имеют одинаковый смысл. Чем ниже порог раздражения или меньше реобаза, тем выше возбудимость ткани.

В) Полезное время - это минимальное время действия раздражителя силой в одну реобазу за которое возникает возбуждение.

Г) Хронаксия - это минимальное время действия раздражителя силой в две реобазы, необходимое для возникновения возбуждения. Этот параметр предложил рассчитывать Л. Лапик, для более точного определения показателя времени на кривой силы-длительности. Чем короче полезное время или хронаксия, тем выше возбудимость и наоборот.

В клинической практике реобазу и хронаксию определяют с помощью метода хронаксиметрии для исследования возбудимости нервных стволов.

4. Закон градиента или аккомодации. Реакция ткани на раздражение зависит от его градиента, Т.е. чем быстрее нарастает сила раздражителя во времени тем быстрее возникает ответная реакция. При низкой скорости нарастания силы раздражителя растет порог раздражения. Поэтому если сила раздражителя возрастает очень медленно возбуждения не будет. Это явление называется аккомодацией.

Физиологическая лабильность (подвижность) - это большая или меньшая частота реакций, которыми может отвечать ткань на ритмическое раздражение. Чем быстрее восстанавливается ее возбудимость после очередного раздражения, тем выше ее лабильность. Определение лабильности предложено Н.Е. Введенским. Наибольшая лабильность у нервов, наименьшая у сердечной мышцы.

^ Действие постоянного тока на возбудимые ткани

Впервые закономерности действия постоянного тока на нерв нервно-мышечного препарата исследовал в 19 веке Пфлюгер. Он установил, что при замыкании цепи постоянного тока, под отрицательным электродом, т.е. катодом возбудимость повышается, а под положительным - анодом снижается. Это называется законом действия постоянного тока. Изменение возбудимости ткани (например нерва) под действием постоянного тока в области анода или катода называется физиологическим электротоном. В настоящее время установлено, что под действием отрицательного электрода - катода потенциал мембраны клеток снижается. Это явление называется физическим катэлектротоном. Под положительным - анодом, он возрастает. Возникает физический анэлектртон. Так как, под катодом мембранный потенциал приближается к критическому уровню деполяризации, возбудимость клеток и тканей повышается. Под анодом мембранный потенциал возрастает и удаляется от критического уровня деполяризации, поэтому возбудимость клетки, ткани падает. Следует отметить, что при очень кратковременном действии постоянного тока (1 мсек и менее)МП не успевает измениться, поэтому не изменяется и возбудимость ткани под электродами.

Постоянный ток широко используется в клинике для лечения и диагностики. Например, с помощью него производится электростимуляция нервов и мышц, физиопроцедуры: ионофорез и гальванизация.

^ Строение и функции цитоплазматической мембраны клеток.

Цитоплазматическая клеточная мембрана состоит из трех слоев: наружного белкового, среднего бимолекулярного слоя липидов и внутреннего белкового. Толщина мембраны 7,5-10 нМ. Бимолекулярный слой липидов является матриксом мембраны. Липидные молекулы его обоих слоев взаимодействуют с белковыми молекулами, погруженными в них. От 60 до 75% липидов мембраны составляют фосфолипиды, 15-30% холестерин. Белки представлены в основном гликопротеинами. Различают интегральные белки, пронизывающие всю мембрану и периферические, находящиеся на наружной или внутренней поверхности. Интегральные белки образуют ионные каналы, обеспечивающие обмен определенных ионов между вне- и внутриклеточной жидкостью. Они, также являются ферментами, осуществляющими противоградиентный перенос ионов через мембрану. Периферическими белками являются хеморецепторы наружной поверхности мембраны, которые могут взаимодействовать с различными ФАВ.

Функции мембраны:

1. 
   Обеспечивает целостность клетки, как структурной единицы ткани.
2. 
   Осуществляет обмен ионов между цитоплазмой и внеклеточной жидкостью.

4. Производит восприятие и переработку информации поступающей к клетке в виде химических и электрических сигналов.

^ Механизмы возбудимости клеток. Ионные каналы мембраны.

Механизмы возникновения мембранного потенциала (МП) и потенциалов действия (ПД)

В основном, передаваемая в организме информация имеет вид электрических сигналов (например нервные импульсы). Впервые наличие животного электричества установил физиолог Л Гальвани в 1786 г. С целью исследования атмосферного электричества он подвешивал нервно-мышечные препараты лапок лягушек на медном крючке. Когда эти лапки касались железных перил балкона, происходило сокращение мышц. Это свидетельствовало о действии какого-то электричества на нерв нервно-мышечного препарата. Гальвани посчитал, что это обусловлено наличием электричества в самих живых тканях. Однако, А. Вольта установил, что источником электричества является место контакта двух разнородных металлов - меди и железа. В физиологии первым классическим опытом Гальвани считается прикосновение к нерву нервно-мышечного препарата биметаллическим пинцетом, сделанным из меди и железа. Чтобы доказать свою правоту, Гальвани произвел второй опыт. Он набрасывал конец нерва, иннервирующего нервно-мышечный препарат, на разрез его мышцы. В результате возникало ее сокращение. Однако и этот опыт не убедил современников Гальвани. Поэтому другой итальянец Маттеучи произвел следующий эксперимент. Он накладывал нерв одного нервно-мышечного препарата лягушки на мышцу второго, которая сокращалась под действием раздражающего тока. В результате первый препарат тоже начинал сокращаться. Это свидетельствовало о передаче электричества (ПД) от одной мышце к другой. Наличие разности потенциалов между поврежденным и неповрежденным участками мышцы впервые точно установил в 19 веке с помощью струнного гальванометра (амперметра) Маттеучи. Причем разрез имел отрицательный заряд, а поверхность мышцы положительный.

^ Классификация и структура ионных каналов цитоплазматической

мембраны. Механизмы возникновения мембранного потенциала

и потенциалов действия.

Первый шаг в изучении причин возбудимости клеток сделал в своей работе "Теория мембранного равновесия" в 1924 г. английский физиолог Донанн. Он теоретически установил, что разность потенциалов внутри клетки и вне ее, т.е. потенциала покоя или МП, близка к калиевому равновесному потенциалу. Это потенциал, образующийся на полупроницаемой мембране разделяющий растворы с разной концентрацией ионов калия, один из которых содержит крупные непроникающие анионы. Его расчеты уточнил Нернст. Он вывел уравнение диффузионного потенциала. Для калия он будет равен:

Ек=58 lg -------- = 58 lg ----- = - 75 мВ,

Такова теоретически рассчитанная величина мП.

Экспериментально механизмы возникновения разности потенциалов между внеклеточной жидкостью и цитоплазмой, а также возбуждения клеток установили в 1939 году в Кембридже Ходжкин и Хаксли. Они исследовали гигантское нервное волокно (аксон) кальмара и обнаружили, что внутриклеточная жидкость нейрона содержит 400 мМ калия, 50 мМ натрия, 100 мМ хлора и очень мало кальция. Во внеклеточной жидкости содержалось всего 10 мМ калия, 440 мМ натрия, 560 мМ хлора и 10 мМ кальция. Таким образом, внутри клеток имеется избыток калия, а вне их натрия и кальция. Это обусловлено тем, что в клеточную мембрану встроены ионные каналы, регулирующие проницаемость мембраны для ионов натрия, калия, кальция и хлора.

Все ионные каналы подразделяются на следующие группы:

1.По избирательности:

А)Селективные, т.е. специфические. Эти каналы проницаемы для строго определенных ионов.

Б).Малоселективные, неспецифические, не имеющие определенной ионной избирательности. Их в мембране небольшое количество.

2.По характеру пропускаемых ионов:

А) калиевые

Б) натриевые

В) кальциевые

Г) хлорные

3.По скорости инактивации, т.е. закрывания:

А) быстроинактивирующиеся, т.е. быстро переходящие в закрытое состояние. Они обеспечивают быстро нарастающее снижение МП и такое же быстрое восстановление.

Б) медленноинактирующиеся. Их открывание вызывает медленное снижение МП и медленное его восстановление.

1. 
   По механизмам открывания:

Б) хемозависимые, открывающиеся при воздействии на хеморецепторы мембраны клетки физиологически активных веществ (нейромедиаторов, гормонов и т. д).

В настоящее время установлено, что ионные каналы имеют следующее строение:

1.Селективный фильтр, расположенный в устье канала. Он обеспечивает прохождение через канал строго определенных ионов.

2.Активационные ворота, которые открываются при определенном уровне мембранного потенциала или действии соответствующего ФАВ. Активационные ворота потенциалзависимых каналов имеется сенсор, который открывает их на определенном уровне МП.

3.Инактивационные ворота, обеспечивающие закрывание канала и прекращение проведения ионов по каналу на определенном уровне МП.(Рис).

Неспецифические ионные каналы не имеют ворот.

Селективные ионные каналы могут находиться в трех состояниях, которые определяются положением активационных (м) и инактивационных (h) ворот (рис):

1.Закрытом, когда активационные закрыты, а инактивационные открыты.

2.Активированном, и те и другие ворота открыты.

3.Инактивированном, активационные ворота открыты, а инактивационные закрыты.

Суммарная проводимость для того или иного иона определяется числом одновременно открытых соответствующих каналов. В состоянии покоя открыты только калиевые каналы, обеспечивающие поддержание определенного мембранного потенциала и закрыты натриевые. Поэтому мембрана избирательно проницаема для калия и очень мало для ионов натрия и кальция, за счет имеющихся неспецифических каналов. Соотношение проницаемости мембраны для калия и натрия в состоянии покоя составляет 1:0,04. Ионы калия поступают в цитоплазму и накапливаются в ней. Когда их количество достигает определенного предела, они по градиенту концентрации начинают выходить через открытые калиевые каналы из клетки. Однако уйти от наружной поверхности клеточной мембраны они не могут. Там их удерживает электрическое поле отрицательно заряженных анионов, находящихся на внутренней поверхности. Это сульфат, фосфат и нитрат анионы, анионные группы аминокислот, для которых мембрана не проницаема. Поэтому на наружной поверхности мембраны скапливаются положительно заряженные катионы калия, а на внутренней отрицательно заряженные анионы. Возникает трансмембранная разность потенциалов. Рис.

Выход ионов калия из клетки происходит до тех пор, пока возникший потенциал с положительным знаком снаружи не уравновесит концентрационный градиент калия, направленный из клетки. Т.е. накопившиеся на наружной стороне мембраны ионы калия не будут отталкивать внутрь такие же ионы. Возникает определенный потенциал мембраны, уровень которого определяется проводимостью мембраны для ионов калия и натрия в состоянии покоя. В среднем, величина потенциала покоя близка к калиевому равновесному потенциалу Нернста. Например, МП нервных клеток составляет 55-70 мВ, поперечно-полосатых - 90-100 мВ, гладких мышц - 40-60 мВ, железистых клеток - 20-45 мВ. Меньшая реальная величина МП клеток, объясняется тем, что его величину уменьшают ионы натрия, для которых мембрана незначительно проницаема и они могут входить в цитоплазму. С другой стороны, отрицательные ионы хлора, поступающие в клетку, несколько увеличивают МП.

Так как мембрана в состоянии покоя незначительно проницаема для ионов натрия, необходим механизм выведения этих ионов из клетки. Это связано с тем, что постепенное накопление натрия в клетке привело бы к нейтрализации мембранного потенциала и исчезновению возбудимости. Этот механизм называется натрий-калиевым насосом. Он обеспечивает поддержание разности концентраций калия и натрия по обе стороны мембраны. Натрий-калиевый насос - это фермент натрий-калиевая АТФ-аза. Его белковые молекулы встроены в мембрану. Он расщепляет АТФ и использует высвобождающуюся энергию для противоградиентного выведения натрия из клетки и закачивания калия в неё. За один цикл каждая молекула натрий-калиевой АТФ-азы выводит 3 иона натрия и вносит 2 иона калия. Так как в клетку поступает меньше положительно заряженных ионов, чем выводится из неё, натрий-калиевая АТФ-аза на 5-10 мВ увеличивает мембранный потенциал.

В мембране имеются следующие механизмы трансмембранного транспорта ионов и других веществ:

1.Активный транспорт. Он осуществляется с помощью энергии АТФ. К этой группе транспортных систем относятся натрий-калиевый насос, кальциевый насос, хлорный насос.

2.Пассивный транспорт. Передвижение ионов осуществляется по градиенту концентрации без затрат энергии. Например, вход калия в клетку и выход из неё по калиевым каналам.

3.Сопряженный транспорт. Противоградиентный перенос ионов без затрат энергии. Например таким образом происходит натрий-натриевый, натрий-кальциевый, калий -калиевый обмен ионов. Он происходит за счет разности концентрации других ионов.

Мембранный потенциал регистрируется с помощью микроэлектродного метода. Для этого через мембрану, в цитоплазму клетки вводится тонкий, диаметром менее 1 мкМ стеклянный микроэлектрод. Он заполняется солевым раствором. Второй электрод помещается в жидкость, омывающую клетки. От электродов сигнал поступает на усилитель биопотенциалов, а от него на осциллограф и самописец (рис).

Дальнейшие исследования Ходжкина и Хаксли показали, что при возбуждении аксона кальмара возникает быстрое колебание мембранного потенциала, которое на экране осциллографа имело форму пика (spike). Они назвали это колебание потенциалом действия (ПД). Так как электрический ток для возбудимых мембран является адекватным раздражителем, ПД можно вызвать, поместив на наружную поверхность мембраны отрицательный электрод - катод, а внутреннюю положительный- анод. Это приведет к снижению величины заряда мембраны - ее деполяризации. При действии слабого допорогового тока происходит пассивная деполяризация, т.е. возникает катэлектротон (рис). Если силу тока увеличить до определенного предела, то в конце периода его воздействия на плато катэлектротона появится небольшой самопроизвольный подъём - местный или локальный ответ. Он является следствием открывания небольшой части натриевых каналов, находящихся под катодом. При токе пороговой силы МП снижается до критического уровня деполяризации (КУД), при котором начинается генерация потенциала действия. Он находится для нейронов примерно на уровне - 50 мВ.

На кривой потенциала действия выделяют следующие фазы:

1.Локальный ответ (местная деполяризация), предшествующий развитию ПД.

2.Фаза деполяризации. Во время этой фазы МП быстро уменьшается и достигает нулевого уровня. Уровень деполяризации растет выше 0. Поэтому мембрана приобретает противоположный заряд - внутри она становится положительной, а снаружи отрицательной. Явление смены заряда мембраны называется реверсией мембранного потенциала. Продолжительность этой фазы у нервных и мышечных клеток 1-2 мсек.

3.Фаза реполяризации. Она начинается при достижении определенного уровня МП (примерно +20 мВ). Мембранный потенциал начинает быстро возвращаться к потенциалу покоя. Длительность фазы 3-5 мсек.

4.Фаза следовой деполяризации или следового отрицательного потенциала. Период, когда возвращение МП к потенциалу покоя временно задерживается. Он длится 15-30 мсек.

5.Фаза следовой гиперполяризации или следового положительного потенциала. В эту фазу, МП на некоторое время становится выше исходного уровня ПП. Ее длительность 250-300 мсек.

Амплитуда потенциала действия скелетных мышц в среднем 120-130 мВ, нейронов 80-90 мВ, гладкомышечных клеток 40-50 мВ. При возбуждении нейронов ПД возникает в начальном сегменте аксона - аксонном холмике.

Возникновение ПД обусловлено изменением ионной проницаемости мембраны при возбуждении. В период локального ответа открываются медленные натриевые каналы, а быстрые остаются закрытыми, возникает временная самопроизвольная деполяризация. Когда МП достигает критического уровня, закрытые активационные ворота натриевых каналов открываются и ионы натрия лавинообразно устремляются в клетку, вызывая нарастающую деполяризацию. В эту фазу открываются и быстрые и медленные натриевые каналы. Т.е. натриевая проницаемость мембраны резко возрастает. Причем от чувствительности активационных зависит величина критического уровня деполяризации, чем она выше, тем ниже КУД и наоборот.

Когда величина деполяризация приближается к равновесному потенциалу для ионов натрия (+20 мВ). сила концентрационного градиента натрия значительно уменьшается. Одновременно начинается процесс инактивации быстрых натриевых каналов и снижения натриевой проводимости мембраны. Деполяризация прекращается. Резко усиливается выход ионов калия, т.е. калиевый выходящий ток. В некоторых клетках это происходит из-за активации специальных каналов калиевого выходящего тока. Этот ток, направленный из клетки, служит для быстрого смещения МП к уровню потенциала покоя. Т.е. начинается фаза реполяризации. Возрастание МП приводит к закрыванию и активационных ворот натриевых каналов, что еще больше снижает натриевую проницаемость мембраны и ускоряет реполяризацию.

Возникновение фазы следовой деполяризации объясняется тем, что небольшая часть медленных натриевых каналов остается открытой.

Следовая гиперполяризация связана с повышенной, после ПД, калиевой проводимостью мембраны и тем, что более активно работает натрий-калиевый насос, выносящий вошедшие в клетку во время ПД ионы натрия.

Изменяя проводимость быстрых натриевых и калиевых каналов можно влиять на генерацию ПД, а следовательно на возбуждение клеток. При полной блокаде натриевых каналов, например ядом рыбы тетродонта - тетродотоксином, клетка становится невозбудимой. Это используется в клинике. Такие местные анестетики, как новокаин, дикаин, лидокаин тормозят переход натриевых каналов нервных волокон в открытое состояние. Поэтому проведение нервных импульсов по чувствительным нервам прекращается, наступает обезболивание (анестезия) органа. При блокаде калиевых каналов затрудняется выход ионов калия из цитоплазмы на наружную поверхность мембраны, т.е. восстановление МП. Поэтому удлиняется фаза реполяризации. Этот эффект блокаторов калиевых каналов также используется в клинической практике. Например, один из них хинидин, удлиняя фазу реполяризации кардиомиоцитов, урежает сердечные сокращения и нормализует сердечный ритм.

Также следует отметить, что чем выше скорость распространения ПД по мембране клетки, ткани, тем выше ее проводимость.

^ Соотношение фаз потенциала действия и возбудимости

Уровень возбудимости клетки зависит от фазы ПД. В фазу локального ответа возбудимость возрастает. Это фазу возбудимости называют латентным дополнением.

В фазу реполяризации ПД, когда открываются все натриевые каналы и ионы натрия лавинообразно устремляются в клетку, никакой даже сверхсильный раздражитель не может стимулировать этот процесс. Поэтому фазе деполяризации соответствует фаза полной невозбудимости или абсолютной рефрактерности.

В фазе реполяризации все большая часть натриевых каналов закрывается. Однако они могут вновь открываться при действии сверхпорогового раздражителя. Т.е. возбудимость начинает вновь повышаться. Этому соответствует фаза относительной невозбудимости или относительной рефрактерности.

Во время следовой деполяризации МП находится у критического уровня, поэтому даже допороговые стимулы могут вызвать возбуждение клетки. Следовательно в этот момент ее возбудимость повышена. Эта фаза называется фазой экзальтации или супернормальной возбудимости.

В момент следовой гиперполяризации МП выше исходного уровня, т.е. дальше КУД и ее возбудимость снижена. Она находится в фазе субнормальной возбудимости. Рис. Следует отметить, что явление аккомодации также связано с изменением проводимости ионных каналов. Если деполяризующий ток нарастает медленно, то это приводит к частичной инактивации натриевых, и активации калиевых каналов. Поэтому развития ПД не происходит.

^ ФИЗИОЛОГИЯ МЫШЦ

В организме имеются 3 типа мышц: скелетные или поперечно-полосатые, гладкие и сердечная. Скелетные мышцы обеспечивают перемещение тела в пространстве, поддержание позы тела за счет тонуса мышц конечностей и тела. Гладкие мышцы необходимы для перистальтики органов желудочно-кишечного тракта, мочевыводящей системы, регуляции тонуса сосудов, бронхов и т.д. Сердечная мышца служит для сокращения сердца и перекачивания крови. Все мышцы обладают возбудимостью, проводимостью и сократимостью, а сердечная и многие гладкие мышцы автоматией - способностью к самопроизвольным сокращениям.

^ Ультраструктура скелетного мышечного волокна.

Двигательные единицы Основным морфо-функциональным элементом нервно-мышечного аппарата скелетных мышц является двигательная единица. Она включает мотонейрон спинного мозга с иннервируемыми его аксоном мышечными волокнами. Внутри мышцы этот аксон образует несколько концевых веточек. Каждая такая веточка образует контакт - нервно-мышечный синапс на отдельном мышечном волокне. Нервные импульсы, идущие от мотонейрона, вызывают сокращения определенной группы мышечных волокон.

Скелетные мышцы состоят из мышечных пучков, образованных большим количеством мышечных волокон. Каждое волокно -это клетка цилиндрической формы диаметром 10-100 мкм и длиной от 5 до 400 мкм. Оно имеет клеточную мембрану - сарколемму. В саркоплазме находится несколько ядер, митохондрии, образования саркоплазматического ретикулума (СР) и сократительные элементы - миофибриллы. Саркоплазматический ретикулум имеет своеобразное строение. Он состоит из системы поперечных, продольных трубочек и цистерн. Поперечные трубочки это впячивания саркоплазмы внутрь клетки. К ним примыкают продольные трубочки с цистернами. Благодаря этому, потенциал действия может распространятся от сарколеммы на систему саркоплазматического ретикулума. В мышечном волокне содержится более 1000 миофибрилл, расположенных вдоль него. Каждая миофибрилла состоит из 2500 протофибрилл или миофиламентов. Это нити сократительных белков актина и миозина. Миозиновые протофибриллы толстые, актиновые тонкие.

На миозиновых нитях расположены отходящие под углом поперечные отростки с головками. У скелетного мышечного волокна при световой микроскопии видна поперечная исчерченность, т.е. чередование светлых и темных полос. Темные полосы называют А-дисками или анизотропными, светлые I-дисками (изотропными). В А-дисках сосредоточены нити миозина, обладающие анизотропией и поэтому имеющие темный цвет. I-диски образованы нитями актина. В центре I-дисков видна тонкая Z-пластинка. К ней прикрепляются актиновые протофибриллы. Участок миофибриллы между двумя Z-пластинками называется саркомером. Это структурный элемент миофибрилл. В покое толстые миозиновые нити лишь на небольшое расстояние входят в промежутки между актиновыми. Поэтому в средней части А-диска имеется более светлая Н-зона, где нет актиновых нитей. При электронной микроскопии в ее центре видна очень тонкая М-линия. Она образована цепями опорных белков, к которым крепятся миозиновые протофибриллы (рис).

^ Механизмы мышечного сокращения

При световой микроскопии было замечено, что в момент сокращения ширина А-диска не уменьшается, а I-диски и Н-зоны саркомеров суживаются. С помощью электронной микроскопии установлено, что длина нитей актина и миозина в момент сокращения не изменяется. Поэтому Хаксли и Хэнсон разработали теорию скольжения нитей. Согласно ей мышца укорачивается в результате движения тонких актиновых нитей в промежутки между миозиновыми. Это приводит к укорочению каждого саркомера, образующего миофибриллы. Скольжение же нитей обусловлено тем, что при переходе в активное состояние головки отростков миозина связываются с центрами актиновых нитей и вызывают их движение относительно себя (гребковые движения). Но это последний этап всего сократительного механизма. Сокращение начинается с того, что в области концевой пластинки двигательного нерва возникает ПД. Он с большой скоростью распространяется по сарколемме и переходит с неё по системе поперечных трубочек СР, на продольные трубочки и цистерны. Возникает деполяризация мембраны цистерн и из них в саркоплазму высвобождаются ионы кальция. На нитях актина расположены молекулы еще двух белков -тропонина и тропомиозина. При низкой (менее 10 -8 М) концентрации кальция, т.е. в состоянии покоя, тропомиозин блокирует присоединение мостиков миозина к нитям актина. Когда ионы кальция начинают выходить из СР, молекула тропонина изменяет свою форму таким образом, что освобождает активные центры актина от тропомиозина. К этим центрам присоединяются головки миозина и начинается скольжение за счет ритмического прикрепления и разъединения поперечных мостиков с нитями актина. При этом головки ритмически продвигаются по нитям актина к Z-мембранам. Для полного сокращения мышцы необходимо 50 таких циклов. Передача сигнала от возбужденной мембраны к миофибриллам называется электромеханическим сопряжением. Когда генерация ПД прекращается и мембранный потенциал возвращается к исходному уровню, начинает работать Са-насос (фермент Са-АТФаза). Ионы кальция вновь закачиваются в цистерны саркоплазматического ретикулума и их концентрация падает ниже 10 -8 М. Молекулы тропонина приобретают исходную форму и тропомиозин вновь начинает блокировать активные центры актина. Головки миозина отсоединяются от них и мышца за счет эластичности приходит в исходное расслабленное состояние.

^ Энергетика мышечного сокращения

Источником энергии для сокращения и расслабления служит АТФ. На головках миозина есть каталитические центры, расщепляющие АТФ до АДФ и неорганического фосфата. Т.е. миозин является одновременно ферментом АТФ-азой. Активность миозина как АТФазы значительно возрастает при его взаимодействии с актином. При каждом цикле взаимодействия актина с головкой миозином расщепляется 1 молекула АТФ. Следовательно, чем больше мостиков переходят в активное состояние, тем больше расщепляется АТФ, тем сильнее сокращение. Для стимуляции АТФ-азной активности миозина требуются ионы кальция, выделяющиеся из СР, которые способствуют освобождению активных центров актина от тропомиозина. Однако запасы АТФ в клетке ограничены. Поэтому для восполнения запасов АТФ происходит его восстановление - ресинтез. Он осуществляется анаэробным и аэробным путем. Процесс анаэробного ресинтеза осуществляется фосфагенной и гликолитической системами. Первая использует для восстановления АТФ запасы креатинфосфата. Он расщепляется на креатин и фосфат, который с помощью ферментов переносится на АДФ (АДФ+Ф=АТФ).Фосфагенная система ресинтеза обеспечивает наибольшую мощность сокращения, но в связи с малым количеством креатинфосфата в клетке, она функционирует лишь 5-6 секунд сокращения. Гликолитическая система использует для ресинтеза АТФ анаэробное расщепление глюкозы (гликогена) до молочной кислоты. Каждая молекула глюкозы обеспечивает восстановление трех молекул АТФ. Энергетические возможности этой системы выше, чем фосфагенной, но и она может служить источником энергии сокращения лишь 0,5 - 2 мин. При этом работа гликолитической системы сопровождается накоплением в мышцах молочной кислоты и снижением содержания кислорода. При продолжительной работе, с усилением кровообращения, ресинтез АТФ начинает осуществляться с помощью окислительного фософрилирования, т.е. аэробным путем. Энергетические возможности окислительной системы значительно больше остальных. Процесс происходит за счет окисления углеводов и жиров. При интенсивной работе в основном окисляются углеводы, при умеренной жиры. Для расслабления также нужна энергия АТФ. После смерти содержание АТФ в клетках быстро снижается и когда становится ниже критического, поперечные мостики миозина не могут отсоединиться от актиновых нитей (до ферментативного аутолиза этих белков). Возникает трупное окоченение. АТФ необходима для расслабления потому, что обеспечивает работу Са-насоса.

^ Биомеханика мышечных сокращений.

Одиночное сокращение, суммация, тетанус.

При нанесении на двигательный нерв или мышцу одиночного порогового или сверхпорогового раздражения, возникает одиночное сокращение. При его графической регистрации, на полученной кривой можно выделить три последовательных периода:

1.Латентный период. Это время от момента нанесения раздражения до начала сокращения. Его длительность около 1-2 мсек. Во время латентного периода генерируется и распространяется ПД, происходит высвобождения кальция из СР, взаимодействие актина с миозином и т.д.

2.Период укорочения. В зависимости от типа мышцы (быстрая или медленная) его продолжительность от 10 до 100 мсек.,

3.Период расслабления. Его длительность несколько больше, чем укорочения. Рис.

В режиме одиночного сокращения мышца способна работать длительное время без утомления, но его сила незначительна. Поэтому в организме такие сокращения встречаются редко, например так могут сокращаться быстрые глазодвигательные мышцы. Чаще одиночные сокращения суммируются.

Суммация это сложение 2-х последовательных сокращений при нанесении на нее 2-х пороговых или сверхпороговых раздражений, интервал между которыми меньше длительности одиночного сокращения, но больше продолжительности рефрактерного периода. Различают 2 вида суммации: полную и неполную суммацию. Неполная суммация возникает в том случае, если повторное раздражение наносится на мышцу, когда он уже начала расслабляться. Полная возникает тогда, когда повторное раздражение действует на мышцу до начала периода расслабления, т.е. в конце периода укорочения.(рис 1,2). Амплитуда сокращения при полной суммации выше, чем неполной. Если интервал между двумя раздражениями еще больше уменьшить. Например, нанести второе в середине периода укорочения, то суммации не будет, потому что мышца находится в состоянии рефрактерности.

Тетанус - это длительное сокращение мышцы, возникающее в результате суммации нескольких одиночных сокращений, развивающихся при нанесении на нее ряда последовательных раздражений. Различают 2 формы тетануса: зубчатый и гладкий. Зубчатый тетанус наблюдается в том случае, если каждое последующее раздражение действует на мышцу, когда она уже начала расслабляться. Т.е. наблюдается неполная суммация (рис). Гладкий тетанус возникает тогда, когда каждое последующее раздражение наносится в конце периода укорочения. Т.е. имеет место полная суммация отдельных сокращений и (рис). Амплитуда гладкого тетануса больше, чем зубчатого. В норме мышцы человека сокращаются в режиме гладкого тетануса. Зубчатый возникает при патологии, например тремор рук при алкогольной интоксикации и болезни Паркинсона.

^ Влияние частоты и силы раздражения на амплитуду сокращения

Если постепенно увеличивать частоту раздражения, то амплитуда тетанического сокращения растет. При определенной частоте она станет максимальной. Эта частота называется оптимальной. Дальнейшее увеличение частоты раздражения сопровождается снижением силы

Тетанического сокращения. Частота, при которой начинается снижение амплитуды сокращения, называется пессимальной. При очень высокой частоте раздражения мышца не сокращается (рис.). Понятие оптимальной и пессимальной частот предложил Н.Е.Введенский. Он установил, что каждое раздражение пороговой или сверхпороговой силы, вызывая сокращение, одновременно изменяет возбудимость мышцы. Поэтому при постепенном увеличении частоты раздражения, действие импульсов все больше сдвигаются к началу периода расслабления, т.е. фазе экзальтации. При оптимальной частоте все импульсы действуют на мышцу в фазе экзальтации, т.е. повышенной возбудимости. Поэтому амплитуда тетануса максимальна. При дальнейшем увеличении частоты раздражения, все большее количество импульсов воздействуют на мышцу, находящуюся в фазе рефрактерности. Амплитуда тетануса уменьшается.

Одиночное мышечное волокно, как и любая возбудимая клетка, реагирует на раздражение по закону "все или ничего". Мышца подчиняется закону силы. При увеличении силы раздражения, амплитуда сокращения ее растет. При определенной (оптимальной) силе амплитуда становится максимальной. Если же и дальше повышать силу раздражения, амплитуда сокращения не увеличивается и даже уменьшается за счет катодической депрессии. Такая сила будет пессимальной. Подобная реакция мышцы объясняется тем, что она состоит из волокон разной возбудимости, поэтому увеличение силы раздражения сопровождается возбуждением все большего их числа. При оптимальной силе все волокна вовлекаются в сокращение. Катодическая депрессия - это снижение возбудимости под действием деполяризующего тока - катода, большой силы или длительности.

^ Режимы сокращения. Сила и работа мышц.

Различают следующие режимы мышечного сокращения:

1.Изотонические сокращения. Длина мышцы уменьшается, а тонус не изменяется. В двигательных функциях организма не участвуют.

2.Изометрическое сокращения. Длина мышцы не изменяется, но тонус возрастает. Лежат в основе статической работы, например при поддержании позы тела.

3.Ауксотонические сокращения. Изменяются и длина и тонус мышцы. С помощью их происходит передвижение тела, другие двигательные акты.

Максимальная сила мышц - это величина максимального напряжения, которое может развить мышца. Она зависит от строения мышцы, ее функционального состояния, исходной длины, пола, возраста, степени тренированности человека.

В зависимости от строения, выделяют мышцы с параллельными волокнами (например портняжная), веретенообразные (двуглавая мышца плеча), перистые (икроножная). У этих типов мышц различная площадь поперечного физиологического сечения. Это сумма площадей поперечного сечения всех мышечных волокон, образующих мышцу. Наибольшая площадь поперечного физиологического сечения, а следовательно сила, у перистых мышц. Наименьшая у мышц с параллельным расположением волокон (рис.).

При умеренном растяжение мышцы сила ее сокращения возрастает, но при перерастяжении уменьшается. При умеренном нагревании она также увеличивается, а охлаждении снижается. Сила мышц снижается при утомлении, нарушениях метаболизма и т.д. .Максимальная сила различных мышечных групп определяется динамометрами, кистевым, становым и т.д.

Для сравнения силы различных мышц определяют их удельную или абсолютную силу. Она равна максимальной, деленной на кв. см. площади поперечного сечения мышцы. Удельная сила икроножной мышцы человека составляет 6,2 кг/см2, трехглавой - 16,8 кг/см2, жевательных - 10 кг/см 2.

Работу мышц делят на динамическую и статическую Динамическая выполняется при перемещении груза. При динамической работе изменяется длина мышцы и ее напряжение. Следовательно мышца работает в ауксотоническом режиме. При статической работе перемещения груза не происходит, т.е. мышца работает в изометрическом режиме. Динамическая работа равна произведению веса груза на высоту его подъема или величину укорочения мышцы (А = Р * h). Работа измеряется в кГ.М, джоулях. Зависимость величины работы от нагрузки подчиняется закону средних нагрузок. При увеличении нагрузки работа мышц первоначально растет. При средних нагрузках она становится максимальной. Если увеличение нагрузки продолжается, то работа снижается (рис.). Такое же влияние на величину работы оказывает ее ритм. Максимальная работа мышцы осуществляется при среднем ритме. Особое значение в расчете величины рабочей нагрузки имеет определение мощности мышцы. Это работа выполняемая в единицу времени (Р = А * Т). Вт

^ Утомление мышц

Утомление - это временное снижение работоспособности мышц в результате работы. Утомление изолированной мышцы можно вызвать ее ритмическим раздражением. В результате этого сила сокращений прогрессирующе уменьшается (рис). Чем выше частота, сила раздражения, величина нагрузки тем быстрее развивается утомление. При утомлении значительно изменяется кривая одиночного сокращения. Увеличивается продолжительность латентного периода, периода укорочения и особенно периода расслабления, но снижается амплитуда (рис.). Чем сильнее утомление мышцы, тем больше продолжительность этих периодов. В некоторых случаях полного расслабления не наступает. Развивается контрактура. Это состояние длительного непроизвольного сокращения мышцы. Работа и утомление мышц исследуются с помощью эргографии.

В прошлом веке, на основании опытов с изолированными мышцами, было предложено 3 теории мышечного утомления.

1.Теория Шиффа: утомление является следствием истощения энергетических запасов в мышце.

2.Теория Пфлюгера: утомление обусловлено накоплением в мышце продуктов обмена.

3.Теория Ферворна: утомление объясняется недостатком кислорода в мышце.

Действительно эти факторы способствуют утомлению в экспериментах на изолированных мышцах. В них нарушается ресинтез АТФ, накапливается молочная и пировиноградная кислоты, недостаточно содержание кислорода. Однако в организме, интенсивно работающие мышцы, получают необходимый кислород, питательные вещества, освобождаются от метаболитов за счет усиления общего и регионального кровообращения. Поэтому были предложены другие теории утомления. В частности, определенную роль в утомлении принадлежит нервно-мышечным синапсам. Утомление в синапсе развивается из-за истощения запасов нейромедиатора. Однако главная роль в утомлении двигательного аппарата принадлежит моторным центрам ЦНС. В прошлом веке И.М.Сеченов установил, что если наступает утомление мышц одной руки, то их работоспособность восстанавливается быстрее при работе другой рукой или ногами. Он считал, что это связано с переключением процессов возбуждения с одних двигательных центров на другие. Отдых с включением других мышечных групп он назвал активным. В настоящее время установлено, что двигательное утомление связано с торможением соответствующих нервных центров, в результате метаболических процессов в нейронах, ухудшением синтеза нейромедиаторов, и угнетением синаптической передачи.

^ Двигательные единицы

Основным морфо-функциональным элементом нервно-мышечного аппарата скелетных мышц является двигательная единица (ДЕ). Она включает мотонейрон спинного мозга с иннервируемыми его аксоном мышечными волокнами. Внутри мышцы этот аксон образует несколько концевых веточек. Каждая такая веточка образует контакт - нервно-мышечный синапс на отдельном мышечном волокне. Нервные импульсы, идущие от мотонейрона, вызывают сокращения определенной группы мышечных волокон. Двигательные единицы мелких мышц, осуществляющих тонкие движения (мышцы глаза, кисти), содержат небольшое количество мышечных волокон. В крупных их в сотни раз больше. Все ДЕ в зависимости от функциональных особенностей делятся на 3 группы:

I. Медленные неутомляемые. Они образованы "красными" мышечными волокнами, в которых меньше миофибрилл. Скорость сокращения и сила этих волокон относительно небольшие, но они мало утомляемы. Поэтому их относят к тоническим. Регуляция сокращений таких волокон осуществляется небольшим количеством мотонейронов, аксоны которых имеют мало концевых веточек. Пример - камбаловидная мышца.

IIВ. Быстрые, легко утомляемые. Мышечные волокна содержат много миофибрилл и называются "белыми". Быстро сокращаются и развивают большую силу, но быстро утомляются. Поэтому их называют фазными. Мотонейроны этих ДЕ самые крупные, имеют толстый аксон с многочисленными концевыми веточками. Они генерируют нервные импульсы большой частоты. Мышцы глаза.

IIA. Быстрые, устойчивые к утомлению. Занимают промежуточное положение.

^ Физиология гладких мышц

Гладкие мышцы имеются в стенках большинства органов пищеварения, сосудов, выводных протоков различных желез, мочевыводящей системы. Они являются непроизвольными и обеспечивают перистальтику органов пищеварения и мочевыводящей системы, поддержание тонуса сосудов. В отличие от скелетных, гладкие мышцы образованы клетками чаще веретенообразной формы и небольших размеров, не имеющими поперечной исчерченности. Последнее связано с тем, что сократительный аппарат не обладает упорядоченным строением. Миофибриллы состоят из тонких нитей актина, которые идут в различных направлениях и прикрепляющихся к разным участкам сарколеммы. Миозиновые протофибриллы расположен рядом с актиновыми. Элементы саркоплазматического ретикулума не образуют систему трубочек. Отдельные мышечные клетки соединяются между собой контактами с низким электрическим сопротивлением - нексусами, что обеспечивает распространение возбуждения по всей гладкомышечной структуре. Возбудимость и проводимость гладких мышц ниже, чем скелетных.

Мембранный потенциал составляет 40-60 мВ, так как мембрана ГМК имеет относительно высокую проницаемость для ионов натрия. Причем у многих гладких мышц МП не постоянен. Он периодически уменьшается и вновь возвращается к исходному уровню. Такие колебания называют медленными волнами (МВ). Когда вершина медленные волны достигает критического уровня деполяризации, на ней начинают генерироваться потенциалы действия, сопровождающиеся сокращениями (рис). МВ и ПД проводятся по гладким мышцам со скоростью всего от 5 до 50 см/сек. Такие гладкие мышцы называют спонтанно активными, т.е. они обладают автоматией. Например за счет такой активности происходит перистальтика кишечника. Водители ритма кишечной перистальтики расположены в начальных отделах соответствующих кишок.

Генерация ПД в ГМК обусловлена входом в них ионов кальция. Механизмы электромеханического сопряжения также отличаются. Сокращение развивается за счет кальция, входящего в клетку во время ПД, Опосредует связь кальция с укорочением миофибрилл важнейший клеточный белок - кальмодулин.

Кривая сокращения также отличается. Латентный период, период укорочения, а особенно расслабления значительно продолжительнее, чем у скелетных мышц. Сокращение длится несколько секунд. Гладким мышцам, в отличие от скелетных свойственно явление пластического тонуса. Это способность длительное время находится в состоянии сокращения без значительных энергозатрат и утомления. Благодаря этому свойству поддерживается форма внутренних органов и тонус сосудов. Кроме того гладкомышечные клетки сами являются рецепторами растяжения. При их натяжении начинают генерироваться ПД, что приводит к сокращению ГМК. Это явление называется миогенным механизмом регуляции сократительной активности.

Дата публикации

На современном этапе развития всего человечества очень важно для каждого из нас знать основы функционирования и развития нашего собственного организма, особое значение это имеет для тех, кто регулярно занимается спортом. Все это обусловлено тем, что наш организм являет собой целостную и замкнутую систему, которая беспрерывно работает и обозначается совокупностью взаимосвязанных органов, каждый из которых исполняет определенные функции, чем и обеспечивает стабильную работу всего организма. Но стоит всего одному звену отлаженной и, казалось бы, идеальной системы выйти из строя, как вся цепочка терпит крушение, а именно — переживает болезнь.

Физиология человека — это биологическая наука, которая призвана изучать жизнедельность и функционирование здорового организма человека, а также его частей, то есть клеток, тканей и систем органов. Всю науку можно поделить на два вида: общую и частную. При этом задание общей физиологии — это изучение закономерностей деятельности и развития тканей, законов их возбуждения и раздражения. Частная наука занимается изучением жизнедеятельности каждого из органов, а также разновидности их взаимодействия во всех системах нашего организма. Стоит отметить, что нормальная физиология человека включает в себя также разделы:

Сравнительная физиология: изучение какого-либо сходства или, наоборот, различия функций и жизнедеятельности между представителями животного мира. Этот аспект изучается с целью определения общих закономерностей и причин эволюции функций организма. Особое внимание в этом случае уделяется трактовке механизмов физиологических процессов.

Эволюционная физиология: исследование общих закономерностей, а также механизмов становленяе и развития функций человеческого организма.

Прикладная наука: определение законов и закономерностей, в результате которых были изменены функции организма, практические задачи его функционирования, условия обитания. Данный раздел можно разделить на несколько других:

Физиология труда . В рамках данного раздела изучаются общие закономерности протекания самых простых физиологических процессов в организме человека, а также особенности их регуляции непосредственно во время трудовой деятельности.

В результате таких исследований решается две основные задачи: определение оптимальных рабочих характеристик, разработка планов мероприятий, которые направлены на снижение влияния неблагоприятных факторов на человеческий организм.

Авиационная физиология человека занимается изучением особенностей организма в условиях полета, при резком изменении давления, которое связано со сменой высоты, ускорении и вибрации.

Космический аспект тесно связан с особенностями механизмов регуляции жизнедеятельности человека в условиях космического полета.

Клинические исследования призваны изучать организм, который нужно вылечить, а именно причины, особенности протекания и лечения болезни.

Патологическая физиология занимается исследованием причины возникновения нетрадиционного развития организма, отклонения от нормы.

Исходя из этого, физиология определяется как наука, которая занимается исследованиями в области биохимических, механических, а также физических функций живых организмов. Традиционная наука разделяет физиологию животных и растений, но при этом основы каждой из наук носят универсальный характер вне зависимости от предмета изучения. То есть, определенные принципы функционирования дрожжевых клеток можно применить и к человеческому организму.

Анатомия и физиология человека способна помочь нам понять свой организм, причины болезней, особенности функционирования и много других аспектов, которые сделают нашу жизнь проще. Ведь жить в неведении очень сложно!

Слово физиология

Слово физиология английскими буквами(транслитом) — fiziologiya

Слово физиология состоит из 10 букв: г з и и и л о о ф я

Значения слова физиология.

Что такое физиология?

Физиология

Физиоло́гия (от греч. φύσις - природа и греч. λόγος - знание) - наука о сущности живого, жизни в норме и при патологиях, то есть о закономерностях функционирования и регуляции биологических систем разного уровня организации…

ru.wikipedia.org

Физиология (от греч. phýsis – природа и …логия) животных и человека, наука о жизнедеятельности организмов, их отдельных систем, органов и тканей и регуляции физиологических функций.

БСЭ. - 1969-1978

Физиология I Физиоло́гия (греч. physis природа + logos учение) наука, изучающая жизнедеятельность целостного организма и его частей - систем, органов, тканей и клеток.

Медицинская эциклопедия

Физиология труда

Физиология труда, раздел физиологии, изучающий закономерности протекания физиологических процессов и особенности их регуляции при трудовой деятельности человека, т. е. трудовой процесс в его физиологических проявлениях.

БСЭ. - 1969-1978

ФИЗИОЛОГИЯ ТРУДА - специальный раздел физиологии, посвященный изучению изменений функционального состояния организма человека под влиянием его трудовой деятельности и физиологическому обоснованию средств организации трудового процесса…

Охрана труда. - 2007

Физиология труда – это наука, изучающая функционирование человеческого организма во время трудовой деятельности. Её задача – выработка принципов и норм, способствующих улучшению и оздоровлению условий труда, а также нормирование труда.

ru.wikipedia.org

Физиология растений

Физиология растений, биологическая наука, изучающая общие закономерности жизнедеятельности растительных организмов. Ф. р. изучает процессы поглощения растительными организмами минеральных веществ и воды, процессы роста и развития…

БСЭ. - 1969-1978

Физиоло́гия расте́ний (от греч. φύσις - природа, греч. λόγος - учение) - это наука о функциональной активности растительных организмов.

ru.wikipedia.org

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, наука о жизнедеятельности р-ний, организации их функциональных систем и их взаимодействии в целостном организме. Методология Ф. р. основана на представлении о р-нии как о сложной биол. системе, все функции к-рой взаимосвязаны.

Физиология активности

ФИЗИОЛО́ГИЯ АКТИВНОСТИ - концепция сов. ученого Н. А. Бернштейна (1896–1966), рассматривающая активность как коренное свойство организма и дающая ее теоретич. объяснение как принципа…

Философская энциклопедия

ФИЗИОЛОГИЯ АКТИВНОСТИ — концепция, трактующая поведение организма как активное отношение к среде, определяемое потребной организму моделью будущего — искомого результата.

Головин С. Словарь практического психолога

Физиология активности направление психофизиологии, рассматривающее поведение организма как активное отношение к среде, определяемое необходимой организму моделью будущего (нужным результатом).

Гриценко В.В. Словарь дрессировщика

Возрастная физиология

Возрастная физиология, раздел физиологии человека и животных, изучающий закономерности становления и развития физиологических функций организма на протяжении онтогенеза - от оплодотворения яйцеклетки до конца жизни.

ВОЗРАСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ раздел физиологии, изучающий закономерности становления и возрастные изменения функций целостного организма, его органов и систем в процессе онтогенеза (от оплодотворения яйцеклетки до прекращения индивидуального существования).

Российская педагогическая энциклопедия / Под ред. В.Г. Панова. — 1993

ВОЗРАСТНАЯ ФИЗИОЛОГИЯ - наука, изучающая особенности жизнедеятельности организма на разных этапах онтогенеза. Задачи В.ф.: изучение особенностей функционирования различных органов, систем и организма в целом…

Педагогический словарь бибилотекаря. — Спб: РНБ, 2005-2007.

Экологическая физиология

Экологическая физиология, раздел физиологии, изучающий зависимость функций животных и человека от условий жизни и деятельности в различных физико-географических зонах, в разные периоды года, суток, фазы лунного и приливного ритмов…

БСЭ. - 1969-1978

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ — англ. physiology, ecologic(al); нем. Physiologie, okologische. Раздел физиологии, изучающий зависимость функций животных и человека от условий жизни и деятельности в различных физико-геогр. зонах, в разные периоды года…

Большой словарь по социологии

ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ

ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ, область медицины, изучающая закономерности возникновения, течения и исхода болезненных процессов и компенсаторно-приспособительных реакций в больном организме.

Современная энциклопедия. — 2000

ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ — область медицины, изучающая закономерности возникновения, течения и исходов болезненных процессов и компенсаторно-приспособительных реакций в больном организме.

Большой энциклопедический словарь

Патологическая физиология

Патологическая физиология, медицинская научная дисциплина, изучающая закономерности возникновения и течения болезненных процессов и компенсаторно-приспособительных реакций в больном организме.

Анатомия и физиология человека, базовые знания

Патологическая физиология - раздел медицины и биологии, изучающий закономерности возникновения, развития и исхода патологических процессов; особенности и характер динамического изменения физиологических функций при различных патологических…

ru.wikipedia.org

ПАТОЛОГИЧЕСКАЯ ФИЗИОЛОГИЯ, наука, изучающая жизненные процессы в больном организме, закономерности возникновения, развития, течения и исхода болезней.

Русский язык

Физи/о/ло́г/и/я [й/а].

Морфемно-орфографический словарь. - 2002

Физиологии институт

Физиологии институт - имени И. П. Павлова (ИФ) АН СССР (набережная Макарова, 6; поселок Павлово Всеволжского района), научно-исследовательское учреждение и координационный центр исследования по физиологии животных и человека.

Энциклопедия Санкт-Петербурга. — 1992

Институт физиологии им. И. П. Павлова - один из институтов Отделения биологических наук Российской академии наук. В настоящее время расположен по адресу г. Санкт-Петербург, наб. Макарова, 6 ИФ РАН ведет фундаментальные и прикладные исследования…

ru.wikipedia.org

Физиологии институт имени И. П. Павлова АН СССР, научно-исследовательское учреждение, изучающее физиологические функции животных и человека. Организован в 1925 в Ленинграде по инициативе И. П. Павлова (имя которого было присвоено институту в 1936).

БСЭ. - 1969-1978

Примеры употребления слова физиология

В России метод проверен научно и подтвержден, учтены все физиологические и биохимические аспекты, продумана физиология дыхания.

У каждого человека своя физиология.

Предмет, содержание и задачи физиологии человека и животных

Рассматриваемые вопросы:

1. Основные задачи физиологии.

2. Экспериментальные методы.

3. Моделирование функций.

Физиология животных – биологическая наука, изучающая процессы жизнедеятельности животного организма и составляющих его частей (клеток и субклеточных структур, тканей, органов, систем органов) в их единстве и взаимосвязи с окружающей средой.

Первоначально термином физиология (от греч. physis и logos, буквально — природоведение) обозначалась наука о животном и растительном мире вообще.

ФИЗИОЛОГИЯ

По мере накопления знаний (XVI – XVIII вв.) из физиологии выделились самостоятельные биологические дисциплины – зоология, ботаника, анатомия. В задачу последней входило не только описание строения тела животных, но и изучение его функций. Лишь в XIX в. раздел анатомии, изучающий процессы жизнедеятельности, был выделен в самостоятельную науку, за которой сохранилось прежнее название – физиология.

Основными задачами физиологии животных являются:

— изучение закономерностей жизненных процессов (обмена веществ, дыхания, питания, движения и др.) на разных структурных уровнях;

— выяснение механизмов, обеспечивающих взаимодействие отдельных частей организма и организма как целого с внешней средой;

— выявление качественных различий физиологических функций у животных, находящихся на неодинаковых уровнях эволюционного развития или обитающих в разных экологических условиях;

— изучение становления физиологических функций, их формирования на разных этапах индивидуального развития.

Соответственно этим задачам в физиологии животных выделяют ряд самостоятельных разделов, или дисциплин.

Общая физиология – изучает закономерности жизненных процессов, свойственных всем живым организмам (термодинамические основы обмена веществ и энергии, природу раздражимости и движения, электрохимические проявления жизнедеятельности клетки, сущность роста и старения).

Частная (специальная) физиология – исследует особенности физиологических функций у отдельных зоологических подтипов, групп, классов животных (например, насекомых, рыб, птиц, домашних или диких млекопитающих).

Эволюционная и экологическая физиология – рассматривает возникновение и развитие функций в процессе эволюции животного мира, а также механизмы адаптации животных к специфическим (иногда необычным) условиям обитания.

Возрастная физиология – изучает динамику развития и угасания физиологических функций в процессе онтогенеза. Применительно к домашним животным наибольший интерес представляют периоды роста, полового созревания и продуктивной деятельности.

Такое деление физиологии условно, оно отражает лишь сложившиеся тенденции в развитии научных исследований. В учебном же курсе (который, естественно, не может целиком копировать ту или иную науку) даются сведения из всех перечисленных разделов в той мере, в какой они необходимы для конкретной специальности или специализации (зооинженера, ветеринарного врача, педагога-биолога и т.д.).

Физиология животных тесно связана с другими биологическими дисциплинами – анатомией, гистологией, эмбриологией, биохимией, биофизикой, биотехнологией, использует их методы и достижения. В свою очередь, физиология животных способствует развитию перечисленных наук.

Объединяя, интегрируя все добытые биологические знания, физиология обеспечивает системный подход к изучению жизнедеятельности организма, рассматривая его как сложную, целостную и динамическую систему, активно взаимодействующую с окружающей средой.

Цель физиологии сельскохозяйственных животных – изучать и изменять в нужном человеку направлении функции животных для увеличения их продуктивности и плодовитости, повышения качества продукции и поддержания хорошего состояния здоровья.

Интенсивная технология предъявляет более высокие требования к самим животным, физиологическая нагрузка на которых значительно возрастает. Они должны обладать высоким генетическим потенциалом и естественной резис-тентностью, способностью быстро адаптироваться к новым условиям без снижения продуктивности, высокой эффективностью превращения энергии и питательных веществ кормов в продукты животноводства, хорошими воспроизводительными качествами.

Естественно, что вся работа по совершенствованию хозяйственно полезных признаков и улучшению состояния здоровья скота должна вестись с помощью новых, ускоренных методов селекции и биотехнологических приёмов, основанных на достижениях физиологии, биохимии и других биологических наук.

Физиология животных – наука экспериментальная, основной её метод – эксперимент (опыт) . Именно последний служит источником знаний о процессах жизнедеятельности, которые затем обобщаются в виде гипотез или теорий.

Эксперименты на лабораторных и сельскохозяйственных животных требуют использования специальных приборов и установок для воздействия на организм (с целью стимуляции или, наоборот, подавления функции), а также для регистрации ответной реакции (запись механической работы, секреторной деятельности и особенно электрической активности органов). Поэтому в физиологическом эксперименте широко применяются приборы, основанные на достижениях физики, химии, электроники и автоматики. Благодаря прогрессу экспериментальной техники стало возможным изучение процессов не только в целом организме и его органах, но и в отдельных клетках (например, нейроне, мышечном волокне) и даже в субклеточных структурах.

Экспериментальный метод может быть применён в трёх вариантах: в форме острого опыта, хронического опыта и в форме моделирования функций.

При остром опыте (вивисекции) животное подвергают наркозу и проводят операцию, цель которой – получить временный доступ к внутренним органам, а затем воздействовать на них (электрическое раздражение нервов или мышц, перевязка сосудов, применение фармакологических препаратов целевого назначения и т.п.).

Эффект при необходимости регистрируется.

Разновидностью острых опытов является методика изолированных органов. Жизнедеятельность последних поддерживают специальными приёмами, обеспечивающими близкий к нормальному обмен веществ (перфузия сердца, печени, молочной железы) или просто помещением органов в питательные среды, растворы изотоничные крови.

Иногда не полностью орган (опыты in vivo или in situ, т.е. в месте их обычного расположения). В этом случае перекрывают систему кровоснабжения, и орган подключают к аппарату искусственного кровообращения.

Путём исследования химического состава крови и органа или введения в кровоток биологически активных веществ, при необходимости меченных радиоизотопами, изучают особенности обмена веществ и регуляцию функций органа. За последние годы этим методом получено немало новых ценных сведений о функциях печени, молочной железы, рубца жвачных животных.

В целом же метод острых опытов в физиологии применяют мало, его чаще используют в учебных целях.

Хронические (длительные) опыты проводят обычно на животных, специально подготовленных, т.е. заранее оперированных в асептических условиях и оправившихся от последствий операции. Целью последней может быть наложение фистул на желудок или кишечник, выведение наружу протоков пищеварительных желез или мочеточников, вживление электродов для раздражения органа или отведения биопотенциалов, удаление отдельных органов или их частей (например, щитовидной железы, участков головного мозга), наложение катетеров на сосуды внутренних органов для регулярного получения проб крови и др.

Хронические опыты проводят и на интактных животных. Для этого используют специальную аппаратуру. Так, для изучения затрат энергии или влияния на организм газового состава и температуры воздуха, а также для исследования высшей нервной деятельности животных помещают на определённый срок в специальные камеры, снабжённые соответствующим оборудованием (датчиками, источниками раздражений, приспособлениями для сбора выдыхаемого воздуха, мочи и фекалий).

Получает распространение метод регистрации физиологических функций, преобразованных в электрические сигналы, на расстоянии. При этом используют миниатюрные радиопередатчики, вводимые внутрь организма («радиопилюли») или укрепляемые снаружи, а также системы телеметрии и видеозаписи. Этот метод позволяет регистрировать физиологические функции (дыхание, сердечную деятельность и др.) при свободном поведении животных или при выполнении определённой работы, например при движении под седлом.

В перспективе предварительное операционное воздействие на животных при хронических экспериментах вообще будет сведено к минимуму.

Моделирование функций в физиологии основывается на рассмотрении организма как биокибернетической системы.

Физиологические модели разнообразны по форме. К теоретическим моделям можно отнести, в частности, умозрительные гипотезы и схемы, основанные на логических построениях, а также математические формулы и уравнения, описывающие закономерности протекания процесса (например, кривая роста животных или линейная динамическая модель молочной продуктивности).

Физические модели – это аппараты, имитирующие ту или иную функцию и построенные на основании экспериментально полученных количественных параметров (электронная модель нервной клетки, модель «искусственного рубца» у жвачных и др.).

Метод моделирования позволяет, с одной стороны, проверить вне организма правильность физиологических гипотез, а с другой – воспроизвести на модели элементы тех или иных функций или разработать устройства, временно заменяющие некоторые органы.

Вместе с тем необходимо помнить, что любая физическая или математическая модель не могут полностью охватить биологической закономерности, представляющей собой результат сложной цепи взаимодействий. Поэтому физиологическое моделирование предполагает упрощение задачи сложной функции и имеет границы применимости.

В заключение следует отметить, что в физиологии животных широко и плодотворно применяются физико-химические методы исследования: колориметрия, спектрофотометрия, рентгенография, электронная микроскопия, метод радиоактивных индикаторов.

В качестве подопытных используют лабораторных (собак, кроликов, морских свинок, лягушек) или сельскохозяйственных животных (птицу, овец, коз, свиней, крупный рогатый скот, лошадей). Подопытных животных содержат в условиях, соответствующих критериям гуманного обращения с ними. Эти критерии объединяют ветеринарно-санитарную обстановку, предотвращение повреждений, исключение стрессовых воздействий, удовлетворение основных физиологических потребностей животных. Из научной и учебной работы должны быть исключены эксперименты, болезненные (без наркоза) или мучительные для животных.

Экспериментальные данные, полученные в опытах на лабораторных и сельскохозяйственных животных, могут быть использованы для объяснения соответствующих функций у человека. Однако полной аналогии здесь проводить нельзя. Физиологические процессы у человека, особенно связанные с высшими формами поведения, качественно своеобразны, что обусловлено единым влиянием на него биологических и социальных факторов. Поэтому особенности физиологических функций у людей изучаются особыми методическими приёмами и являются предметом специального раздела физиологии – физиологии человека.

Контрольные вопросы:

1.Основные задачи и разделы физиологии.

2.Экспериментальные методы изучение физиологи человека и животных.

3.Моделирование функций организма человека и животных.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Дата публикования: 2014-12-30; Прочитано: 257 | Нарушение авторского права страницы

Studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.003 с)…

Органы выделения

Строение почки: 1 — корковый слой, 2 — мозговой слой, 3 — почечная лоханка Строение почек и их значение.

Что изучают анатомия и физиология человека

В процессе диссимиляции в организме образуются продукты распада, которые подлежат выведению:…

Орган зрения (Таблица)

Орган зрения (Таблица) Строение глаза: 1- белочная оболочка, 2- сосудистая оболочка. 3-стекловидное тело, 4 — сетчатка, 5 — зрительный нерв, 6 — слепое пятно, 7 — роговица, 8 — хрусталик, 9 — зрачок,…

Нервная система (Таблица)

Нервная система (Таблица) Большое полушарие головного мозга человека — вид сбоку Центральная нервная система Нервная система головной мозг Спинной мозг большие…

Обмен веществ

Обмен веществ Обмен веществ и энергии — основное свойство живого. В цитоплазме клеток органов и тканей постоянно идет процесс синтеза сложных высокомолекулярных соединений и одновременно…

Нервная система

Нервная система В организме человека работа всех его органов тесно связана между собой, и поэтому организм функционирует как единое целое. Согласованность функций внутренних органов обеспечивает нервная…

Мышцы (Таблица)

Часть тела: Голова Название мышц Прикрепление мышц Тип мышечной ткани Характер работы Функции Жевательные Одним концом к височной кости черепа, другим к челюсти Поперечно-полосатая Произ-вольный Движение…

Мышцы, их строение и значение

Мышцы, их строение и значение Сокращение мышц обеспечивает движение тела и удержание его в вертикальном положении. Вместе со скелетом мышцы придают телу форму. С деятельностью мышц связана…

Мочевыделительная система (Таблица)

Мочевыделительная система (Таблица) Схема строения мочевыделительной системы: 1 — надпочечник, 2 — ворота почки, 3 — аорта, 4 — вена, 5 — мочеточник, 6 — мочевой пузырь, 7 — мочеиспускательный…

Кровь

Кровь Внутренняя среда организма. Обмен веществ между организмом и внешней средой заключается в поступлении в организм кислорода и питательных веществ и последующем выделении из него образующихся…

Кожа (Таблица)

Кожа (Таблица) Схема строения кожи1 — эпидермис, 2 — дерма, 3 -подкожная жировая клетчатка, 4 — волос, 5 — сальная железа, 6 — волосяная сумка, 7 — корень волоса, 8 — потовая железа, 9 — кожная артерия,…

Кожа Кожа состоит из двух слоев: надкожицы, или наружного слоя, и собственно кожи — внутреннего слоя. Надкожица, или эпидермис, — поверхностный слой кожи эктодермального происхождения,…

Иммунитет

Иммунитет Общее значение иммунитета Под иммунитетом понимают защитные системы организма, работающие против всего чужеродного, объединяемого под общим названием «антигена». В роли антигена…

Железы внутренней секреции (Таблица)

Железы внутренней секреции (Таблица) Желе- зы Рас- поло- жение Строение Горм- оны Воздействие на организм норма гиперфункция (избыточное действие) гипофункция…

Зрительный анализатор

Зрительный анализатор Зрительный анализатор. Представлен воспринимающим отделом — рецепторами сетчатой оболочки глаза, зрительными нервами, проводящей системой и соответствующими участками…

Железы внутренней секреции

Железы внутренней секреции Важное значение в жизнедеятельности человека и животных имеют биологически активные вещества — гормоны. Они вырабатываются особыми железами, которые богато…

Дыхательная сискема (Таблица)

Дыхательная сискема (Таблица) Схема строения дыхательных путей: 1 — носовая полость, 2 — носоглотка, 3 — гортань, 4 — трахея, 5 — бронх, 6 — бронхиола, 7 — альвеолы, 8 — диафрагма,…

Дыхательная система

Дыхательная система Дыханием называется процесс газообмена между организмом и окружающей, средой. Жизнедеятельность человека тесно связана с реакциями биологического окисления…

Внутренняя среда организма (Таблица)

Внутренняя среда организма (Таблица) Внутренняя среда Состав Местонахождение Источник и место образования Функции Кровь Плазма (50-60% объема крови): вода…

Введение. Понятия рост и развитие организма. Возрастная физиология изучает возрастные особенности функций организма, их становление, сохранение, угасание

Возрастная физиология изучает возрастные особенности функций организма, их становление, сохранение, угасание, утрату, компенсацию и восстановление на протяжении всего жизненного цикла. Иными словами, возрастная физиология - это физиология онтогенеза. При изучении онтогенеза челове­ка прежде всего используются показатели роста и развития.

Слово физиология

Последние два понятия - основные для возрастной физиоло­гии, между ними имеются существенные различия. Ростом обычно называют либо в точном смысле процесс увеличения размеров и массы организма (или его частей) за счет увеличе­ния числа и размеров клеток и неклеточных структур в резуль­тате преобладания процессов анаболизма в обмене веществ и энергии, либо, упрощенно говоря, - показатель длины тела от макушки головы до подошвенной опоры стопы. Таким об­разом, рост — это количественная характеристика воз­растных изменений.

Развитие организма представляет собой необратимый, за­кономерно направленный, непрерывно протекающий процесс не только количественных, но и качественных изменений в организме, выражающийся в усложнении структуры, функцио­нальной специализации, совершенствовании и появлении но­вых функций, имеющий в своей морфологической основе три составляющих: рост тела, дифференцировку клеток, тканей и органов, формообразование (морфогенез). Индивидуальное раз­витие организма имеет вначале прогрессивное (эмбриональное и постэмбриональное развитие до достижения зрелого возрас­та), а затем регрессивное течение (старение). Следовательно, развитие включает в себя преимущественно качественные изменения организма на протяжении жизненного цикла.

Процессы роста и развития находятся в определенной за­висимости друг от друга, обусловлены обменными процесса­ми и функциональными изменениями в клетках и тканях тела и протекают тем интенсивнее, чем моложе организм. До 20- 22 лет оба процесса непрерывны, но скорость их течения не всегда постоянна: периоды усиления и ускорения роста и раз­вития сменяются периодами ослабления и замедления, и на­оборот. Развитие человека не останавливается с прекращением роста, оно приобретает новые возрастные особенности. Среди прочих живых существ человек имеет наибольшую продолжи­тельность роста и развития.

В современном понимании онтогенез - это не только рост и развитие до наступления периода зрелости организма, а вся последовательность жизненных процессов, начиная с момента возникновения оплодотворенной яйцеклетки (зиготы) и кон­чая старостью и смертью. Значительную часть жизни занимает процесс созревания.

Созревание - это приобретение в ходе развития такого совершенства функций, которое обеспечивает адекватные и эффективные реакции и формы поведения, не­обходимые для сохранения жизни и здоровья, осуществления общественно полезной деятельности, создания семьи и вос­произведения потомства.

Рост, развитие и созревание — разные стороны единого процесса жизнедеятельности организма, в основе которого ле­жат обмен веществ и энергии, совершенствование механизмов гомеостаза и повышение адаптивности (приспособляемости) организма при изменениях окружающей среды и требований социума.

Онтогенез есть ряд качественных преобразований в орга­низме, наследственно обусловленных и осуществляющихся под влиянием внешней среды. Наследственность — это передача родительских признаков и качеств детям. Одни из этих качеств обнаруживаются без каких-либо специальных исследований (внешние данные, осанка, походка, голос, особенности пове­дения, способности)^ другие могут быть обнаружены только посредством лабораторной диагностики (набор хромосом, группа крови, обменные процессы и др.). Наследственность может быть благоприятной или отягощенной (неблагоприят­ной), но и то и другое имеет относительный характер. Так, за­датки, обеспечивающие развитие способностей, при благопри­ятных условиях ярко проявляются, а при неблагоприятном стечении обстоятельств угасают, не достигая уровня развития одаренности родителей. Отягощенная наследственность, хотя

и ограничивает развитие ребенка, но не является «окончатель­ным приговором», она может быть управляемой, поддающейся коррекции. Тем не менее, наследственные признаки устойчи­вы и прослеживаются на протяжении многих поколений.

Развитие человека немыслимо без влияния той среды, в которой он находится. Многочисленные факторы внешней среды можно условно разделить на физические, химические, биологические, социальные, но реально на организм всегда действует комплекс факторов. Подчеркивая роль среды в разви­тии человека, И.М. Сеченов утверждал: «Организм без внешней среды, поддерживающей его существование, невозможен, по­этому в научное определение организма должна входить и сре­да, влияющая на него» . Рассматривая значение на­следственности и среды для развития человека, нельзя отда­вать предпочтение одному из двух, либо пренебрегать чем-то из них.

На основе многочисленных исследований развития детей Л.С. Выготский сделал следующие обобщения, сформулирован­ные в виде законов и применимые к любому возрасту. Первый закон, или первая особенность детского развития, заключается в том, что «это есть процесс, протекающий во времени, но протекающий циклически… Второй основной закон детского развития гласит, что отдельные стороны ребенка развиваются не равномерно и не пропорционально» .

Цель возрастной физиологии, как ее определил А.А. Маркосян, - это изучение закономерностей «становления и раз­вития физиологических функций организма на протяжении его жизненного пути от оплодотворения до конца жизни» . Основными задачами возрастной физиологии в настоя­щее время являются изучение особенностей функций органов, систем и целого организма в онтогенезе; выявление основных факторов, определяющих развитие организма в различные воз­растные периоды; установление объективных критериев каж­дого возрастного периода (возрастных стандартов).

1. Наследственность и среда.

Среда — это вся совокупность окружающих человека условий. Эти условия складываются из факторов:

ü Неорганической природы (свет, температура, содержание кислорода);

ü Факторы органической природы (разнообразные воздействия, оказываемые человеку другими живыми существами);

ü Социальных факторов 9мать, семья, ясли, д/с, школа и т.д.)

Из среды организм получает все вещества, необходимые для жизнедеятельности, а в окружающую среду выделяет ненужные продукты обмена.

Наследственность — способность родительских организмов передавать потомству все свои признаки и свойства. Это свойство живой природы.

Генотип человека определяет его фенотип (внешние свойства).

1) Пренатальное развитие (эмбриональное). Формирование органов и функциональных систем ребенка в процессе эмбриогенеза находится под контролем генотипа, но факторы внешней среды играют не последнюю роль. Для зародыша — первичной средой является материнский организм. Многие факторы влияющие на материнский организм, сказываются на развитии зародыша. Критические периоды — наибольшая чувствительность к действию внешних факторов: начало пренатального развития первые 3 недели (закладываются все важнейшие органы), 4-7 недели (дальнейшее развитие всех органов).

К моменту рождения — все органы сформированы в общих чертах.

2) Постнатальное развитие ребенка (после рождения ). Методы изучения удельного значения среды и наследственности: выделяют 2 группы одинаковых по генотипу и помещают в различные условия, близнецовый — изучают морфологическое сходство, влияние различных условий жизни. С помощью метода было установлено важное значение среды в развитии многих морфологических свойств — рост, вес, физическое развитие, и для развития психических способностей человека — свойств памяти, силы произвольного внимания, мыслительной деятельности, особенности характера.

У новорожденных мозг незрелый в морфологическом и функциональном отношении (80-90% нервных клеток созревают после рождения). В специальных опытах было показано, что способность ребенка решать сложные задачи зависит от его опыта и тренировки.

Одаренность наследуется, но степень развития его способностей будет целиком зависеть от воспитания.

Наследственность определяет лишь потенциальные пределы физического и психического развития детей и подростков, степень развития физ. И псих. особенностей ребенка зависит от факторов внешней среды.

Физиология человека

В настоящее время наметился кризис физиологии. По мнению выдающегося отечественного физиолога А.М.Уголева 1 : “физиология — одна из самых великих наук о жизни, – к середине XX века уступила свое почетное место новым молодым и рожденным в её недрах наукам: биофизике, биохимии, биологической математике и другим.”

Корни многих не решаемых фундаментальных проблем современности связаны с развитием узких специализаций. И только Физиолог может решить проблему долголетия, лечения системных болезней, механизма психических процессов, а соответственно создания искусственного интеллекта и многие другие.

Физиология человека и животных является теоретической основой медицины. Пока мы не узнаем все тонкости устройства человеческого организма, мы не научимся лечить его поломки. Много ли мы сегодня знаем о природе человеческого организма? Наверно, немного, если по данным статистики, даже в США, когда врачи бастуют, то смертность уменьшается.

Главной причиной его пессимизма является состояние проблемы механизмов работы мозга. По мнению С.Лема, современный уровень наших знаний о механизмах работы мозга настолько далек от их разгадки, что он потерял веру в искусственный интеллект, поскольку в его представлении познание человеческого мозга и создание искусственного разума — две взаимосвязанные проблемы.

Чтобы ответить на многочисленные вопросы о природе человека, исследователю приходится опускаться (а может подниматься) на клеточный уровень. Не постигнув природы живого вообще, нельзя понять, как работает многоклеточный ансамбль организма человека. Поэтому предметом её изучения являются не только органы и ткани, но и жизнь на уровне отдельных клеток. Ведь по большому счету, мы с вами, не больше и не меньше, как колонии одноклеточных организмов.

Поэтому физиология — величайшая из наук. Она занимается изучением фундаментальных проблем современности: процессов жизни одноклеточных и многоклеточных организмов и связанных с ними проявлениями. Современный физиолог должен знать природу живых организмов, начиная с клеточного уровня, с самых простых многоклеточных организмов, иначе не постичь природы человека. Физиология — это синтетическая наука, она синтезирует знания многих областей человеческого знания о природе живого. Физиология — это больше чем раздел биологии, это философия живых организмов, это философия жизни на нашей планете, а физиолог – философ биологии.

Одной из причин кризиса физиологической науки, по мнению А.М.Уголева, является разделение целостных физиологических процессов на части и рассмотрение их в отдельности: дыхание, пищеварение, кровообращение и др. Последующие попытки механического сложения не позволяют охарактеризовать организм как систему хорошо скоординированных друг с другом последовательных и параллельных операций. Понять существо жизни возможно, объединив разрозненные факты, получаемые многими биологическими науками, и сделать это может только классический физиолог.

Одной из актуальных проблем современной науки является создание искусственного интеллекта. В шестидесятых годах писатель-фантаст, футуролог С.Лем под впечатлением успехов новой науки кибернетики предсказывал создание искусственной мыслящей машины к концу XX века. Не так давно в интервью журналу «Компьютерра» №392 тот же С.Лем признался, что разочаровался в перспективах создания в ближайшем и отдаленном будущем искусственного разума.

Таким образом, перед физиологией стоит целый ряд актуальных фундаментальных проблем, без решения которых общество не сможет эффективно развиваться.

Физиология имеет следующие частные разделы, например: физиология центральной нервной системы (ЦНС) – исследующая функции нервной системы; физиология сердечно-сосудистой системы, пищеварения, физиология почек, эндокринной системы, половой и т.д.

Некоторые разделы физиологии могут иметь целевую направленность, например: возрастная физиология, космическая, сравнительная, труда, эволюционная; экологическая физиология – раздел физиологии, изучающий особенности жизнедеятельности организма в зависимости от климато-географических условий и конкретной среды обитания; авиационная физиология – изучает реакции организма человека на воздействие факторов авиационного полёта с целью разработки методов и средств защиты летного состава от неблагоприятного воздействия.

1. Уголев А.М. Эволюция пищеварения и принципы эволюции функций. Л.:Наука, 1985.

Физиология дословно - это учение о природе. Это наука, изучающая процессы жизнедеятельности организма, составляющих его физиологических систем, отдельных органов, тканей, клеток и субклеточных структур, механизмы регуляции этих процессов, а так же действие факторов внешней среды на динамику жизненных процессов.

История развития физиологии

Первоначально представления о функциях организма складывались на основе работ ученых Древней Греции и Рима: Аристотеля, Гиппократа, Галлена и др., а так же ученых Китая и Индии.

Физиология стала самостоятельной наукой в 17 веке, когда наряду с методом наблюдения за деятельностью организма началась разработка экспериментальных методов исследования. Этому способствовали работы Гарвея, изучившего механизмы кровообращения; Декарта, описавшего рефлекторный механизм.

В 19-20 вв. физиология интенсивно развивается. Так, исследования возбудимости тканей провели К. Бернард, Лапик. Значительный вклад внесли ученые: Людвиг, Дюбуа-Реймон, Гельмгольц, Пфлюгер, Бэлл, Ленгли, Ходжкин и отечественные ученые: Овсяников, Ниславский, Цион, Пашутин, Введенский.

Отцом русской физиологии называют Ивана Михайловича Сеченова. Выдающееся значение имели его труды по изучению функций нервной системы (центральное или сеченовское торможение), дыхания, процессов утомления и др. В своей работе «Рефлексы головного мозга» (1863 г.) он развил идею о рефлекторной природе процессов, происходящих в мозге, включая процессы мышления. Сеченов доказал детерминированность психики внешними условиями, т.е. ее зависимость от внешних факторов.

Экспериментальное обоснование положений Сеченова осуществил его ученик Иван Петрович Павлов. Он расширил и развил рефлекторную теорию, исследовал функции органов пищеварения, механизмы регуляции пищеварения, кровообращения, разработал новые подходы в проведении физиологического опыта «методы хронического опыта». За работы по пищеварению в 1904 г. ему была присуждена Нобелевская премия. Павлов изучал основные процессы, протекающие в коре больших полушарий. Используя разработанный им метод условных рефлексов, он заложил основы науки о высшей нервной деятельности. В 1935 г. на всемирном конгрессе физиологов И.П. Павлов был назван патриархом физиологов мира.

Цель, задачи, предмет физиологии

Опыты на животных дают много сведений для понимания функционирования организма. Однако, физиологические процессы, протекающие в организме человека, имеют значительные отличия. Поэтому в общей физиологии выделяют специальную науку - физиологию человека . Предметом физиологии человека является здоровый человеческий организм.

Основные задачи:

1. исследование механизмов функционирования клеток, тканей, органов, систем органов, организма в целом;

2. изучение механизмов регуляции функций органов и систем органов;

3. выявление реакций организма и его систем на изменение внешней и внутренней среды, а также исследование механизмов возникающих реакций.

Эксперимент и его роль.

Физиология - наука экспериментальная и ее основным методом является эксперимент:

1. Острый опыт или вивисекция («живосечение»). В его процессе под наркозом производят хирургическое вмешательство и исследуют функцию открытого или закрытого органа. После опыта выживания животного не добиваются. Длительность таких опытов - от нескольких минут до нескольких часов. Например, разрушение мозжечка у лягушки. Недостатками острого опыта являются малая продолжительность опыта, побочное влияние наркоза, кровопотери и последующая гибель животного.

2. Хронический опыт осуществляется путем проведения на подготовительном этапе оперативного вмешательства для доступа к органу, а после заживления приступают к исследованиям. Например, наложение фистулы слюнного протока у собаки. Эти опыты имеют продолжительность до нескольких лет.

3. Иногда выделяют подострый опыт . Его длительность - недели, месяцы.

Эксперименты на человеке коренным образом отличаются от классических:

1. большинство исследований проводят неинвазивным путем (ЭКГ, ЭЭГ);

2. исследования, не наносящие вред здоровью испытуемого;

3. клинические эксперименты - изучение функций органов и систем при их поражении или патологии в центрах их регуляции.

Регистрация физиологических функций проводится различными методами:

1. простые наблюдения;

2. графическая регистрация.

В 1847 г. Людвиг предложил кимограф и ртутный манометр для регистрации кровяного давления. Это позволило свести к минимуму опытные ошибки и облегчить анализ полученных данных. Изобретение струнного гальванометра позволило зарегистрировать ЭКГ.

В настоящее время в физиологии большое значение имеет регистрация биоэлектрической активности тканей и органов и микроэлектронный метод. Механическую активность органов регистрируют с помощью механо-электрических преобразователей. Структуру и функцию внутренних органов изучают с помощью ультразвуковых волн, ядерно-магнитного резонанса, компьютерной томографии.

Все данные, полученные с помощью этих методик, поступают на электрические пишущие устройства и регистрируются на бумаге, фотопленке, в памяти компьютера и в дальнейшем анализируются.

Физиология дословно – это учение о природе.

Физиология – это наука, изучающая процессы жизнедеятельности организма, составляющих его физиологических систем, отдельных органов, тканей, клеток и субклеточных структур, механизмы регуляции этих процессов, а так же действие факторов внешней среды на динамику жизненных процессов.

История развития физиологии

Первоначально представление о функциях организма складывались на основе работ ученых Древней Греции и Рима: Аристотеля, Гиппократа, Галена и других, а так же ученых Китая и Индии.

Физиология стала самостоятельной наукой в XVII веке, когда наряду с методами наблюдения за деятельностью организма началась разработка экспериментальных методов исследования. Этому способствовали работы Гарвея, изучающего механизмы кровообращения; Декарта, описывающего рефлекторный механизм.

В XIX-XX веках физиология интенсивно развивается. Так, исследования возбудимости тканей провели К. Бернард, Лапик. Значительный вклад внесли ученые: Людвиг, Дюбуа-Реймон, Гельмгольц, Пфлюгер, Бэлл, Пенгли, Ходжкин и отечественные ученые Овсяников, Ниславский, Цион, Пашутин, Введенский.

Отцом русской физиологи называют Ивана Михайловича Сеченова. Выдающееся значение имели его труды по изучению функций нервной системы (центральное или сеченовское торможение), дыхания, процессов утомления и другое. В своей работе «Рефлексы головного мозга» (1863г) он развил идею о рефлекторной природе процессов, происходящих в мозге, включая процессы мышления. Сеченов доказал детерминированность психики внешними условиями, т.е. ее зависимость от внешних факторов.

Экспериментальное обоснование положений Сеченова осуществил его ученик Иван Петрович Павлов. Он расширил и развил рефлекторную теорию, исследовал функции органов пищеварения, механизмы регуляции пищеварения, кровообращения, разработал новые подходы в проведении физиологического опыта «методы хронического опыта». За работы по пищеварению в 1904 году ему была присуждена Нобелевская премия. Павлов изучал основные процессы, протекающие в коре больших полушарий. Используя разработанный им метод условных рефлексов, он заложил основы науки о высшей нервной деятельности. В 1935 году на всемирном конгрессе физиологов И. П. Павлов был назван патриархом физиологов мира.

Цель, задачи, предмет физиологии

Опыты на животных дают много сведений для понимания функционирования организма. Однако, физиологические процессы, протекающие в организме человека, имеют значительные отличия. Поэтому в общей физиологии выделяют специальную науку – физиологию человека. Предметом физиологии человека является здоровый человеческий организм.

Основные задачи:

1. Исследование механизмов функционирования клеток, тканей, органов, систем органов, организма в целом.

2. Изучение механизмов регуляции функций органов и систем органов.

3. Выявление реакций организма и его систем на изменение внешней и внутренней среды, а так же исследование механизмов возникающих реакций.

Эксперимент и его роль

Физиология – наука экспериментальная и ее основным методом является эксперимент.

1. Острый опыт или вивисекция («живосечение»). В его процессе под наркозом производят хирургическое вмешательство и исследуют функцию открытого или закрытого органа. После опыта выживания животного не добиваются. Длительность таких опытов – от нескольких минут до нескольких часов. Например, разрушение мозжечка у лягушки. Недостатками острого опыта являются малая продолжительность опыта, побочное влияние наркоза, кровопотери и последующая гибель животного.

2. Хронический опыт осуществляется путем проведения на подготовительном этапе оперативного вмешательства для доступа к органу, а после заживления приступают к исследованию. Например, наложение фистулы слюнного протока у собаки. Эти опыты имеют продолжительность до нескольких лет.

3. Иногда выделяют подострый опыт. Его длительность – недели, месяцы.

Эксперименты на человеке коренным образом отличаются от классических.

1. Большинство исследований проводят неинвазивным путем (ЭКГ, ЭЭГ).

2. Исследования, не наносящие вред здоровью испытуемого.

3. Клинические эксперименты – изучение функций органов и систем при их поражении или патологии в центрах их регуляции.

Регистрация физиологических функций проводится различными методами: простые наблюдения и графическая регистрация.

В 1847 году Людвиг предложил кимограф и ртутный манометр для регистрации кровяного давления. Это позволило свести к минимуму опытные ошибки и облегчить анализ полученных данных. Изобретение струнного гальванометра позволило зарегистрировать ЭКГ.

В настоящее время в физиологии большое значение имеет регистрация биоэлектрической активности тканей и органов и микроэлектронный метод. Механическую активность органов регистрируют с помощью механо-электрических преобразователей. Структуру и функцию внутренних органов изучают с помощью ультразвуковых волн, ядерно-магнитного резонанса, компьютерной томографии.

Все данные, полученные с помощью этих методик, поступают на электрические пишущие устройства и регистрируются на бумаге, фотопленке, в памяти компьютера и в дальнейшем анализируются.

Связь физиологии с другими науками

Физиология – теоретическая основа медицины. Она является фундаментом для решения проблем, связанных с сохранением здоровья и работоспособности человека в разных условиях существования и в разные возрастные периоды.

Чтобы распознать болезнь, нужно знать нормальное состояние функций организма, а чтобы ее лечить, нужно иметь представление о механизмах изменчивости функций организма. Поэтому физиология, являясь основополагающей биологической наукой, тесно связана и с другими науками.

Так, без знания законов физики, невозможно объяснение биоэлектрических явлений в тканях, цвето- и звуковосприятие. Без применения данных химии нельзя описать процессы обмена веществ, пищеварения и дыхания. Поэтому на стыке этих наук с физиологией выделились биохимия, биофизика. Физиология тесно связана с морфологическими науками цитологией и гистологией, анатомией. Физиология связана с кибернетикой, которая изучает процессы управления внутри организма, механизмы обратной связи. Физиология раскрывает материальные основы некоторых высших функций человеческого мозга и тем самым тесно связана с психологией.

Математика, как способ обработки данных и моделирования процессов, широко применяется в физиологии. Физиология тесно связана с клиническими дисциплинами.

Основные разделы физиологии.

1. Общая физиология изучает основные закономерности жизнедеятельности организма и механизмы основных процессов.

2. Частная физиология – функции отдельных клеток, органов и физиологических систем. В ней выделяют физиологию мышечной ткани, физиологию сердца и другие.

3. Разделы, имеющие специфические предметы исследования и использующие особые подходы: эволюционная, сравнительная физиология.

4. В физиологии человека выделяют прикладные разделы: возрастная, клиническая физиология, физиология труда и спорта, авиационная и космическая физиология.

5. Некоторые разделы физиологии являются базой для психологии: физиология высшей нервной деятельности, физиология центральной нервной системы.

Что изучает физиология? Эта наука занимается исследованием живых организмов, животных или растений, а также составляющих их тканей или клеток. Начиная с середины XIX века этот термин подразумевает использование экспериментальных методов, а также техники и концепции физических наук, изучение причин и механизмов деятельности всего живого. Открытия единства структуры и функций, общих для существ, обитающих на нашей планете, привели к разработке концепции физиологии, которая занимается поиском общих принципов и концепций.

Физиология — это исследование того, как функционируют организмы. «Физи» — часть слова происходит от греческого корня и в широком смысле означает «естественное происхождение». Когда мы думаем о физике сегодня, мы думаем о том, как работают материя и энергия, но другой способ думать о физике — это исследование живой природы.

В этом смысле физиология — это также изучение того, как функционирует природа, в данном случае в живом организме. Эту науку можно разделить на многие разделы, включая растения, животных, бактерии и многое другое, но в большинстве ранних физиологических записей основное внимание уделялось тому, как работают человеческие системы.

Уровни организации

Что изучает физиология? Выделяют разные уровни организации, все из которых могут быть изучены физиологами. В организме действуют многочисленные системы органов, такие как пищеварительная и дыхательная, которые обычно состоят из нескольких органов и желез. Орган является идеальной отправной точкой структуры, которая имеет определенную функцию внутри организма. Например, желудок является частью пищеварительной системы. Там пища механически и химически разрушается, чтобы облегчить поглощение питательных веществ.

Органы состоят из одного или нескольких типов тканей, которые представляют собой набор ячеек, имеющих аналогичные структуры и функции. Гладкая мышца — это тип ткани, которая составляет большую часть желудка. На наименьшем уровне организации находится клетка, например, одно мышечное волокно внутри мышцы. Некоторые физиологи изучают, как работают части внутри клетки, или как различные белки или химические вещества взаимодействуют внутри клетки.

История физиологии

Физиология давно изучается вместе с анатомией и медициной. В древних цивилизациях Греции, Египта, Индии и Китая были сделаны записи, описывающие физиологию человека и лечение различных заболеваний. На новый уровень поднялось изучение тем по физиологии в Европе в эпоху Возрождения с XVI по XVIII века. Сильно проявилось влияние классических греческих произведений естественных философов, таких как Гиппократ, Аристотель и Гален.

История физиологии уходит своими корнями также в древнюю Индию и Египет. Эта медицинская дисциплина тщательно изучалась так называемым отцом медицины Гиппократом около 420 лет до нашей эры. Этот гениальный человек выдвинул в свое время теорию 4 элементов, согласно которым человеческое тело содержит 4 жидкости: черную желчь, мокроту, кровь и желтую желчь. Теория гласит, что любое нарушение их соотношения приводит к болезням.

Главным модификатором теории Гиппократа был основатель экспериментальной физиологии Клавдий Гален, который проводил опыты, чтобы получить информацию о системах тела. Далее последовали другие. Физик из Франции Жан Фернел (1497-1558) ввел сам термин «физиология», что в переводе с древнегреческого языка означает «изучение природы, происхождение».

Что изучает физиология?

Вы когда-нибудь задумывались, почему ваш сердечный ритм увеличивается, когда вы напуганы, или почему ваш желудок урчит, когда вы голодны? Если у вас есть ответы и вы знаете причины, то можете поблагодарить физиологию за это знание. Общая физиология — это исследование жизни во всех обличьях. Это наука о функциях живых организмов и их частей. Это означает, что физиология — это очень широкая научная дисциплина, которая лежит в основе многих связанных предметов.

Предметы физиологии охватывают молекулярный и клеточный уровень до уровня органов, тканей и всей системы. Обеспечивается мост между научными открытиями и их применением в медицинской науке. Например, многое было объявлено о генетической революции последних лет, которая включала секвенирование генома человека. Физиологическое понимание стоит за каждым крупным медицинским прорывом. например, выживание младенцев, родившихся через 24 недели, стало возможным благодаря пониманию физиологии плода.

Изучение жизни

Что изучает физиология? Это исследование жизни, в частности, того, как функционируют клетки, ткани и организмы. Физиологи постоянно пытаются ответить на ключевые вопросы в областях, от функций отдельных клеток до взаимодействия между человеческими популяциями и нашей средой здесь, на Земле, Луне и за ее пределами.Чтобы ответить на эти вопросы, физиологи работают в лабораториях, в библиотеках, ​​в космосе.

Например, физиолог может изучить, как конкретный фермент вносит вклад в функции конкретной клетки или субклеточной органеллы. Он может использовать простые нервные сети, обнаруженные в морских улитках, чтобы ответить на вопросы о фундаментальных механизмах обучения и памяти. Физиолог может исследовать сердечно-сосудистую систему животного, чтобы ответить на вопросы о сердечных приступах и других заболеваниях человека.

Изучение физиологических процессов может охватывать широкий спектр других дисциплин, таких как нейрофизиология, фармакология, клеточная биология и биохимия, и это лишь некоторые из них. Физиология важна, потому что это основа, на которой мы строим наши знания о том, что такое жизнь, как лечить болезни и как справляться со стрессами, воздействующими на наш организм в разных средах.

Что изучает физиология? Наука о функционировании живых организмов — все о путешествиях на сайт