Лекция 1.

Тема: Введение

План:

I. Предмет, задачи, методы, история развития физиологии.

II. Важнейшие понятия физиологии.

III. Организм и структурные уровни его организации. Физиологические функции.

IV. Регуляция функций в организме (нервная и гуморальная). Гомеостаз и гомеостатические параметры.

1. Предмет, задачи, методы, история развития физиологии.

Физиология (греч. «физис» - природа и «логос» - наука) – «наука о природе» – о функциях организма. Физиология изучает физику и химию живого организма. Существуют следующие разделы физиологии:

1) Общая физиология – изучает общие закономерности работы органов и систем организма.

2) Частная физиология – изучает функции различных физиологических систем, т.е. совокупности органов и тканей, выполняющих одну функцию.

3) Специальная физиология – изучает функции специальных организмов (детей и подростков).

4) Физиология различных состояний (например, физиология труда).

5) Клиническая физиология – изучает функции организма при возникновении заболеваний.

Нормальная физиология изучает функции здорового организма.

Задачи физиологии состоят в изучении функций:

1. Здорового организма в целом.

2. Различных органов.

3. Физиологических и функциональных систем.

4. Различных клеток, клеточных популяций.

5. Клеточных структур.

6. Всех органов и систем в их взаимосвязи.

В истории физиологии можно условно выделить два этапа:

1. Донаучный (до 1628 года), представителями которого считаются знаменитые ученые древности (Гиппократ, Авицена, Гален, Парацельс и многие другие).

2. Научный этап связан с выходом в свет в 1628 году научного труда английского врача У. Гарвея «Анатомические исследования о движении сердца и крови животных».

Краткая история развития физиологии

Ученый	Вклад в развитие физиологии
(460-377 гг. до н.э.)	Заложил основы для понимания роли отдельных систем и функций организма как целого.
(201-131 гг. до н.э.)	Внёс весомый вклад в понимание многих научных дисциплин, включая анатомию, физиологию, патологию, фармакологию и неврологию. Его теория кровообращения была основой обучения во всех западных университетах вплоть до конца XVI в. Любые попытки опровержения теории жестоко карались.  Основные положения теории Галена заключались в следующем: – центром кровообращения является печень. – сердце состоит из двух частей: левого и правого сердца. – правое сердце наполнено кровью и разносит ее по всему организму; – левое сердце наполнено божественной пневмой, которая разносится по всему организму. – между левым и правым сердцем имеется отверстие, через которое кровь левого сердца питает правое.
Андреас Везалий (1514-1564)	Работа Везалия «О строении человеческого сердца» подготовила почву для открытий в области физиологии.
	Сформулировал рефлекторный принцип организации движений – принцип отражения в ответ на возбуждающий их стимул. Пытался законами механики объяснить как ход небесных светил, так и поведение животных.
	В 1628 году опубликовал свою работу «Анатомические исследования о движении сердца и крови у животных». Этот год считается годом становления физиологии. Открыл большой круг кровообращения. Ввел в практику научных исследований прием, получивший название вивисекции, или живосечения.
	Используя микроскоп, в 1661 году показал, что артерии и вены соединяются между собой мельчайшими сосудами –капиллярами, благодаря которым в организме образуется замкнутая сеть кровеносных капилляров.
И.М. Сеченов (1829-1905)	Считается «отцом русской физиологии». Занимался вопросами транспорта газов кровью; разработкой проблем гипоксических состояний; показал, что гемоглобин эритроцитов переносит не только кислород, но и углекислый газ. Разрабатывал вопросы физиологии труда. Изучая процесс утомления, впервые научно установил значение активного отдыха. Всеобщее значение получило открытие И.М. Сеченовым явления центрального торможения. В 1863 году вышла в свет его знаменитая книга «Рефлексы головного мозга», в которой сформулировано материалистическое положение о рефлекторной деятельности головного мозга. Создал первую в России физиологическую школу.
И.П. Павлов (1849-1936)	Создал учение о высшей нервной деятельности (поведения) человека и животных, ее проявлениях в норме и патологии. Научная деятельность И.П. Павлова развивалась в трех основных направлениях: изучение важнейших проблем физиологии кровообращения, физиологии пищеварения, высшей нервной деятельности В 1904 г. И.П. Павлов получил Нобелевскую премию за работы в области физиологии пищеварения. В 1935 г. Международный физиологический конгресс присвоил ему звание «старейшины физиологов мира». Разработал теорию условных рефлексов.

В XX веке выделились два основных направления развития физиологической науки:

1. Глубокое изучение физико-химических процессов в клетках, мембранах, преобразований на молекулярном уровне. Делаются принципиальные открытия в области цитофизиологии и цитохимии, утверждается мембранная теория биоэлектрических потенциалов. За создание этой теории и установление ионных механизмов возбуждения нейронов в 1963 году были удостоены Нобелевской премии Д.Экклс, Э.Хаксли и А. Ходжкин.

2. Формирование представлений о единстве организма, гомеостазе (К.Бернар, У.Кеннон) и взаимосвязи организма с окружающей внешней средой.

В физиологии существуют 2 метода исследования:

1. Наблюдение за различными проявлениями и нарушениями, возникающими при заболеваниях и травмах у животных и человека;

2. Опыт, который бывает 2 видов:

Острый опыт, когда проводится операция на животных и изучается работа органа. Опыт позволяет определить механизм работы органа. Недостаток такого метода исследования в том, что он проводится на наркотизированном животном, связан с тяжелой травмой.

Хронический (предложен Павловым), когда после проведенной операции животное выживает, проводится наблюдение за его жизнью. В течение длительного времени изучается функция органа, изменение функций под влиянием различных условий, влияние нервной и гуморальной регуляции на функции организма.

II. Важнейшие понятия физиологии.

Функция – специфическая деятельность системы или органа. Например, функциями желудочно-кишечного тракта являются моторная, секреторная, всасывательная.

Физиологическая система – жестко генетически детерминированная совокупность клеток, тканей и органов, объединяемая общей функцией.

Функциональная система – (англ. functional system) –единица интегративной деятельности организма, представляющая динамическую морфофизиологическую организацию центральных и периферических образований,избирательно объединенных для достижения полезного для организма приспособительного результата.Теория функциональных систем разработана П. К. Анохиным.

Норма – это предел оптимального функционирования живой системы. Физиологическая норма – биологический оптимум жизнедеятельности.

Регуляция – совокупность процессов, ведущих к оптимизации физиологических функций в меняющихся условиях внешней и внутренней среды организма.

Реакция – изменение (усиление или ослабление) деятельности организма в ответ на внутреннее или внешнее раздражение.

Раздражение – воздействие на живую ткань внешних или внутренних раздражителей.

Раздражитель – фактор внешней среды, вызывающий переход системы из состояния функционального покоя в состояние функциональной активности.

Раздражимость - способность реагировать на внешнее воздействие изменением своих физико-химических и физиологических свойств.

Возбудимость – способность ткани отвечать на раздражение возбуждением. Возбудимость зависит от уровня обменных процессов и заряда клеточной мембраны. Показатель возбудимости – порог раздражения – та минимальная сила раздражителя, которая вызывает первую видимую ответную реакцию ткани. Раздражители бывают: подпорговые, пороговые, надпороговые. Возбудимость и порог раздражения обратно пропорциональные величины: чем меньше порог раздражения, тем больше возбудимость.

Возбудимы ткани – ткани, способные в ответ на действие раздражителей переходить из состояния физиологического покоя в состояние возбуждения. К возбудимым относятся три вида тканей: нервная, мышечная и железистая (эпителиальная).

Проводимость – способность ткани проводить возбуждение по всей своей длине. Показатель проводимости – скорость проведения возбуждения (по скелетной ткани – 6-13 м/с, по нервной ткани – до 120 м/с). Проводимость зависит от интенсивности обменных процессов, от возбудимости (прямо пропорциональна).

Рефрактерность (невозбудимость) – способность ткани резко снижать свою возбудимость при возбуждении. В момент самой активной ответной реакции ткань становится невозбудимой. Показатель рефрактерности – продолжительность рефрактерного периода. (у скелетной мышцы – 35-50 м/с, у нервной – 5 -15 м/с). Рефрактерность ткани зависит от уровня обменных процессов и функциональной активности. Рефрактерность может быть абсолютной (время, в течение которого ткань не отвечает ни на какие раздражения) и относительной (ткань может отвечать на более сильное раздражение).

Лабильность (функциональная подвижность) – способность ткани воспроизводить определенное количество волн возбуждения в единицу времени. Это свойство характеризует скорость возникновения возбуждения. Показатель (мера) лабильности – максимальное количество волн возбуждения в данной ткани: нервное волокно – 500-1000 имп/с, мышечная ткань – 200-250 имп/с, синапс – 100-125 имп/с. Лабильность зависит от уровня обменных процессов в ткани, возбудимости, рефрактерности.

Рефлекс – ответная реакция организма на внешнее и внутреннее раздражение, осуществляемая с участием ЦНС.

Торможение – подавление или угнетение деятельности клеток, тканей или органов, т.е. процесс, приводящий к уменьшению или предупреждению возбуждения. Возбуждение и торможение представляют собой противоположные и взаимосвязанные процессы.

Автоматия – свойство некоторых клеток, тканей и органов возбуждаться под влиянием возникающих в них импульсов, без воздействия внешних раздражителей. Автоматией обладают, например, гладкая и сердечная мышечная ткани.

Гомеостаз (гомеостазис) – постоянство внутренней среды организма.

Внутренняя среда организма – совокупность жидкостей (кровь, лимфа, тканевая жидкость), принимающих непосредственное участие в процессах обмена веществ и поддержании гомеостаза в организме.

Утомление - функциональное состояние человека (или участвующих в работе систем), временно возникающее под влиянием продолжительной или интенсивной работы и приводящее к снижению ее эффективности.

Условные рефлексы – индивидуально приобретенные системные приспособительные реакции, возникающие на основе образования в ЦНС временной связи между условным и безусловно-рефлекторным раздражителями.

III. Организм и структурные уровни его организации.

Для каждого организма характерна определенная организация ею структур. Выделяют шесть уровней организации человеческого организма:
1) молекулярный

2) клеточный

3) тканевой

4) органный

5) системный

6) организменный

Молекулярный уровень организации. Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, проявляется на уровне функционирования биологических макромолекул (биополимеров): нуклеиновых кислот, белков, жиров (липидов), полисахаридов, витаминов, ферментов и других органических веществ. С молекулярного уровня начинаются важнейшие процессы жизнедеятельности ор1анизма.

Клеточный уровень организации. Клетка – элементарная структурная, функциональная и генетическая единица многоклеточного организма. Функционально сходные клетки объединяются в ткани.

Тканевой, уровень организации. Ткани – это группы клеток и межклеточного вещества, объединенные общим строением, функцией и происхождением. Различают четыре основные группы тканей: эпителиальная, соединительная, мышечная и нервная.

Органный уровень организации. Различные ткани, соединяясь между собой, образуют органы: сердце, почки, легкие, головной мозг, спинной мозг, мышца, мочевой пузырь, матка, грудная железа, желудок, глаз, ухо и т.д. Орган занимает постоянное положение, имеет определенное строение, форму и функции Органы, сходные по своему строению, функции и развитию, объединяются в системы органов

Системный уровень организации. Совокупность органов, участвующих в выполнении какого-либо сложного акта деятельности, образующих анатомические и функциональные объединения – системы органов. Различают девять основных систем организма.

1. Система органов движения или опорно-двигательный аппарат объединяет все кости (скелет), их соединения (суставы, связки) и скелетные мышцы. Благодаря этой системе организм передвигается во внешней среде; кости скелета защищают внутренние органы от механических повреждений.

2. Пищеварительная система объединяет органы, выполняющие функции приема пищи, ее механической и химической переработки, всасывания питательных веществ в кровь и лимфу и выведения непереваренных частей пищи.

3. Дыхательная система осуществляет потребление организмом кислорода и выделение углекислого газа, т.е. функцию газообмена между организмом и внешней средой.

4. Мочевыделительная система выполняет функцию выделения из организма конечных продуктов обмена и функцию поддержания постоянства внутренней среды организма (гомеостаза), в частности водно-солевого баланса.

5. Половая система объединяет органы размножения и выполняет функцию продления рода человеческого. Различают мужскую и женскую половые системы, которые включают наружные и внутренние половые органы (гонады).

6. Эндокринная система состоит из желез внутренней секреции, к которым относятся гипофиз, эпифиз, вилочковая железа, щитовидная, поджелудочная, паращитовидная, половые железы, надпочечники. Они вырабатывают особые активные вещества (гормоны), которые непосредственно
всасываются в кровь. Гормоны разносятся кровью по всему организму и оказывают регулирующее влияние на различные функции, прежде всего на обмен
веществ, активность генов, процессы онтогенетическою развития, дифференцировку тканей, формирование пола, размножение, тонус коры головного
мозга и т.д.

7. Сердечнососудистая система (ССС) обеспечивает непрерывное движение крови в организме (кровообращение), благодаря чему
осуществляются транспортные функции крови: доставка тканям кислорода, питательных веществ и гормонов и удаление из тканей веществ, образующихся в результате процессов обмена.

8. Система органов чувств объединяет органы зрения, слуха, обоняния, вкуса и осязания. Они воспринимают информацию внешней среды, играют важную роль в обмене информацией между организмом и средой.

9. Нервная система играет ведущую роль в объединении организма в единое целое, регулирует деятельность всех внутренних органов и систем органов. Она осуществляет связь организма с окружающей внешней средой на основе условных и безусловных рефлексов, обеспечивая приспособление к изменяющимся условиям жизни, а также осуществляет психическую деятельность человека, возникающую на основе физиологических процессов ощущения, восприятия и мышления.

Уровень целостного организма. Организм человека функционирует как единое целое и представляет собой саморегулирующуюся систему. Взаимосвязанная, согласованная работа всех органов и физиологических систем обеспечивается гуморальной и нервной регуляцией.

Физиологические функции – это проявления жизнедеятельности, имеющие приспособительное значение.

Основной функцией живого организма является обмен веществ и энергии. Этот процесс состоит в совокупности химических и физических изменений, в превращениях веществ и энергии, постоянно и непрерывно происходящих в организме и во всех его структурах. Он неодинаков у организмов, стоящих на разных ступенях филогенетического развития. Обмен веществ, или метаболизм, является необходимым условием жизни. Он отличает живое от неживого, мир живых существ от неорганического мира. Изменения вещества и превращения энергии происходят и в неорганическом мире; однако имеется принципиальное различие этих процессов в живом организме и в неживой природе.

Рис. 1. Схема обмена веществ в клетке

Сущность этого различия заключается в том, что в случае неорганических тел обмен веществ разрушает их, в случае же органических тел он является необходимым условием их существования». Жизнь возможна лишь до тех пор, пока происходит обмен веществ, который поддерживает существование живой протоплазмы и влечет за собой ее самообновление. Прекращение процессов обмена веществ имеет следствием смерть, разрушение протоплазмы и необратимое расщепление характерных для нее химических, в первую очередь белковых, соединений.

С обменом веществ связаны все остальные физиологические функции, будь то рост, развитие, размножение, питание и пищеварение, дыхание, секреция и выделение продуктов жизнедеятельности, движение и реакции на изменения внешней среды и т. п.

Развитие и рост. С момента зарождения и до смерти в результате обмена веществ происходит развитие организма – закономерные изменения его химического состава и строения (качественные изменения). В процессе развития до созревания усложняется строение клеток, тканей, органов и систем органов. Развитие происходит гетерохронно, т. е. клетки, ткани и органы созревают неодновременно. С определенного возраста начинается старческое изменение строения органов, также совершающееся гетерохронно. Одновременно на протяжении всей жизни изменяются функции. Накопление количественных изменений строения и функций приводит к появлению или исчезновению новых качеств, новых свойств организма и его поведения. В результате развития в определенные периоды жизни изменяется рост организма.

Рост – увеличение размеров развивающегося организма и его органов с изменением их формы, объема и массы, т.е. количественные изменения в организме. При росте возрастает масса активных частей организма вследствие размножения клеток и увеличение межклеточных элементов, их объема и массы («живого вещества»). Обычно рост прекращается с достижением зрелости. Рост зрелого организма никогда не бывает пропорциональным. Рост регулируется нервной системой и железами внутренней секреции.

IV. Регуляция функций в организме (нервная и гуморальная). Гомеостаз и гомеостатические параметры.

Согласованная деятельность различных систем организма, поддержание относительного постоянства клеточного состава и физико-химических свойств внутренней среды (гомеостаза) обеспечивается нервным и гуморальным механизмами регуляции функций.

Гуморальный механизм регуляции (от латинского humor – жидкость) филогенетически более древний и связан со способностью клеток изменять интенсивность жизнедеятельности в зависимости от изменения физико-химических параметров среды. Гуморальный механизм регуляции функций осуществляется через кровь, в нее поступают различные по природе и физиологическому значению химические вещества: продукты обмена веществ, гормоны, медиаторы, биологически активные вещества. Током крови они разносятся ко всем органам (не имеют определенного адресата) и действуют на те или иные клетки органов (в зависимости от их чувствительности к данному химическому веществу), вызывая активизацию или торможение их функциональной деятельности. Но гуморальный механизм не может обеспечить быструю перестройку деятельности организма, быстрые адаптивные реакции, так как химические вещества разносятся по организму кровью, а скорость кровотока невелика.

В процессе эволюции сформировалась нервная система и возник второй, более молодой и более совершенный нервный механизм регуляции функций организма. Нервный механизм в отличие от гуморального обеспечивает быструю сигнализацию нервной системы об изменениях во внешней или внутренней среде и осуществляет быстрые адекватные реакции на эти изменения. Нервный механизм обладает преимуществами перед гуморальным механизмом:

 · имеет точный адресат (возникшие в рецепторах нервные импульсы по определенным нервным волокнам поступают 
в определенный отдел ЦНС, а от нее – к определенным органам);

· имеет высокую скорость проведения нервных импульсов – от 3 до 120 м/сек.

Нервный и гуморальный механизмы регуляции функций тесно взаимосвязаны между собой. Гуморальные факторы оказывают влияние на деятельность нервных клеток ЦНС, она в свою очередь изменяет деятельность органов. С другой стороны – образование и поступление в кровь гуморальных веществ регулируется нервной системой.

Таким образом, в организме существует единая нервно-гуморальная система, обеспечивающая саморегуляцию функций, без чего невозможно существование организма.

Согласованная работа этих двух систем лежит в основе поддержания гомеостаза (homeo – такой же, сходный, statis – постоянный, стабильный) - постоянства внутренней среды организма. Термин гомеостаз был введен Уолтером Кенноном. До него Клод Бернар отметил, что «Постоянство внутренней среды является условием свободной, независимой жизни».

Основные параметры, характеризующие внутреннюю среду, называются гомеостатическими константами. Например, концентрация глюкозы, натрия и других ионов, величина мембранного потенциала, значение артериального и осмотического давления, напряжения газов крови, температура. Гомеостатические параметры могут быть жесткими и пластичными, меняться в зависимости от индивидуальных, возрастных, половых, социальных и других условий. Жесткие константы (например, осмотическое давление крови, рН) допускают лишь незначительные отклонения от своего уровня, пластичные константы (например, уровень кровяного давления или питательных веществ в крови) варьируют в довольно большом диапазоне и в течение длительного времени. Значительная вариабельность уровня кровяного давления, свойственная здоровому человеку в норме, имеет определенный физиологический смысл. Так, повысившееся кровяное давление в результате физической нагрузки или эмоционального сдвига улучшает кровоснабжение многих органов и тканей. Вместе с тем длительное повышение кровяного давления приводит к нарушениям кровоснабжения – кровоизлияниям, таким как инфаркты и инсульты.

Любые физиологические, физические, химические или эмоциональные воздействия (будь то температура воздуха, изменение атмосферного давления, обычная терапевтическая процедура или волнение, радость, печаль, горе, прием лекарства и т. д.) могут явиться поводом к выходу организма из состояния динамического равновесия, в котором он пребывает. Таким образом, любое воздействие может оказаться «отклоняющим», или «возмущающим». Рассмотрим достаточно простой пример. Углеводы служат важнейшим источником энергии для организма. В результате распада и главным образом «сгорания» в кислороде молекулы углеводов, богатые энергией, постепенно превращаются в молекулы конечных продуктов — воды и двуокиси углерода, обладающих малым запасом энергии. Энергия, высвобождающаяся при этом, идет на покрытие энергетических потребностей клеток организма. Ни одна клетка, ни один орган не могут существовать даже кратковременно без расходования энергии и потребления «горючего» в виде углеводов.

Наиболее чувствительны к недостатку снабжения «горючим» нервные и мышечные клетки. Особенно мозг, так как для него глюкоза является единственным источником энергии. Даже малое и кратковременное снижение уровня сахара в крови (гипогликемия) приводит к тяжелым функциональным расстройствам, вызывающим угрожающие явления в состоянии всего организма. Функции нервных образований всецело зависят от содержания сахара в крови. В крови здорового человека находится 4,4-6,0 ммоль/л. глюкозы.

Такой уровень, по-видимому, наиболее благоприятен для протекания процессов жизнедеятельности и обмена веществ. Он обеспечивается благодаря очень точно поддерживаемому балансу между потреблением сахара и его поступлением в кровь. Существует не менее семи-восьми механизмов, поддерживающих этот баланс. Центральную роль здесь играет печень.
Потребление сахара крови особенно возрастает при повышенной мышечной деятельности. Можно было бы ожидать, что при этом уровень сахара в крови резко понизится и наступит опасное состояние, называемое гипогликемией. Однако этого не происходит: в печени как в депо углеводов гликоген распадается до стадии глюкозы под действием гормонов поджелудочной железы (гликогена) и надпочечников (адреналина), которая и обеспечивает замену сахара в крови. Можно было бы ожидать также и контрастного явления: после приема пищи, богатой углеводами, последние, всасываясь в тонкой кишке, в большом количестве поступают в кровь, что должно было бы привести к значительному и стойкому повышению уровня сахара в крови. Но и этого не наблюдается. Это обусловлено тем фактом, что оттекающая от кишки, обогащенная сахаром кровь поступает в общий кровоток не сразу, а проходит сначала по воротной вене через печень. В клетках печени глюкоза венозной крови поглощается, образуется гликоген под действием гормона поджелудочной железы инсулина, так что содержание сахара в крови, поступающего из печени в общий кровоток, сохраняется приблизительно на нормальном уровне.