Знать особенности функционирования организма, каждой его части, структуры, уметь исследовать и прогнозировать изменения и патологии - это важная задача для специалистов в области медицины. Существует целая наука, которая занимается изучением как раз таких вопросов. Она называется физиология. Это наука о тех процессах, которые сопровождают нормальную жизнедеятельность организма. Возникла она достаточно давно, еще Гиппократ впервые проявлял интерес к функционированию живых систем. Сегодня существуют разнообразные методы изучения физиологии, которые помогают в полной мере понять те или иные механизмы и особенности организма.
Общее понятие о физиологии
Начать следует с общего понятия. Физиология - это наука о жизнедеятельности живого существа, его взаимосвязи с внешними условиями среды, их влиянии на состояние здоровья и нормального функционирования органов и их систем. В целом главная мысль данной науки - выявить глубинные механизмы существования живого, понять, как происходит его саморегуляция и все остальные процессы.
Объектом физиологии является только живой организм, ведь именно так возможно выявить все интересующие людей закономерности в его строении и функционировании. Задачи дисциплины четко прослеживаются в самом определении.
Таким образом, предмет, задачи и методы физиологии - три составляющие теоретических основ науки. Многие ученые во все времена старались вникнуть в суть происходящих в организме, в том числе человеческом, изменений. Однако полностью возможным это стало только с изобретением современных приборов и устройств, то есть полное развитие наука получила лишь начиная с XX века.
Это не помешало ей стать стать одной из лидирующих среди биологических наук. Физиология, анатомия и медицина - три тесно взаимосвязанные между собой дисциплины, которые являются фундаментом друг для друга. Поэтому методы анатомии и физиологии в некоторых случаях сходны между собой.
Разделы физиологии
Сама по себе данная наука имеет несколько дочерних дисциплин. Так, выделяют физиологию:
- общую;
- сравнительную;
- частную.
Общая занимается изучением процессов жизнедеятельности в целом. То есть рассматривает закономерности протекания тех реакций, которые являются проявлениями жизни. Например, питания, дыхания, выделения, регуляции, смены сна и бодрствования и прочих. Сюда же относится такой раздел, как физиология клетки, который занимается детальным исследованием всех ее жизненных проявлений.
Сравнительная физиология сравнивает процессы жизнедеятельности одного или разных видов организмов в процессе онтогенеза. В результате так же формируется целая ветвь - эволюционная физиология.
Частная занимается более узкими специфичными исследованиями. Так, можно выделить несколько вариантов дисциплин, входящих в эту группу.
- Физиология человека, методы исследования которой мы рассмотрим чуть позже.
- Физиология отдельных групп живых организмов (насекомых, птиц, млекопитающих животных, рептилий и так далее).
- Отдельных органов и тканей.
- Систем организма (физиология пищеварения, кровообращения, дыхания и прочее).
Особенно широкое развитие в последнее время получило исследование человека с точки зрения этой науки. Ведь его организм имеет самое сложное строение. Методы физиологии человека достаточно разнообразны и эффективны, чтобы выявить все необходимые для понимания сути вещи. Выделяют:
- возрастную физиологию;
- питания;
- труда;
- спорта;
- космическую;
- патологическую;
- клиническую.
Совокупные данные этих дисциплин помогают объять все необозримые процессы, происходящие внутри человека и найти доступ к управлению ими.
Методы исследования в физиологии
Таковых насчитывается несколько. Существуют исторически сложившиеся, которые применялись еще в древности. Сегодня сформированы и новые, основанные на последних научных достижениях в области техники, электроники, изучении электромагнитных излучений.
Выделяют следующие методы физиологии.
- Экстирпация - один из самых древних способов изучения. Заключался в удалении того или иного органа у живого существа с дальнейшим наблюдением за реакцией организма и фиксацией результатов.
- Фистульный метод. Его основа - во введении внутрь органов, имеющих полость, трубок из металла или пластмассы и фиксации таким образом биологических жидкостей. Получаются данные об изменении химической природы веществ, то есть исследуется секреторная функция организма.
- Метод катетеризации - введение по тонким трубочкам в органы и сосуды специальных лекарств, вызывающих изменения в функционировании. Так изучается работа сердца, кровеносных сосудов, желез внешней и внутренней секреции (не всех).
- Метод денервации. Используется для исследования взаимосвязи между нервами и рабочими органами. Для этого используется способ раздражения с дальнейшей фиксацией результатов.
- Методы изучения физиологии, основанные на использовании инструментов и оборудования. Сюда относится вживление в органы и ткани макро- и микроэлементов, регистрация нервных импульсов, воздействие излучением, снятие показаний работы сердца и головного мозга и так далее.
Некоторые методы исследования в физиологии мы рассмотрим подробнее дальше. Они являются наиболее часто применяемыми и важными.
Наблюдение
Данные методы физиологии использовались еще в Древнем Египте, Риме, Китае, на Древнем Востоке. Уже тогда существовали исследователи, интересующиеся изменениями, происходящими в живых организмах. Так, например, в Египте при мумифицировании фараонов и их семей производили вскрытие трупов и фиксировали изменения внутренней среды. Оценивались такие показатели, как:
- цвет и качество биологических жидкостей и масс;
- окраска органов;
- цвет глазной склеры;
- качество и цвет мокроты;
- отечность кожи, ее тургор и структура.
Эти характеристики сравнивались с таковыми у здоровых людей и делались определенные выводы. Возможно было даже установить в некоторых случаях причину смерти человека.
Сегодня наблюдение не потеряло своей актуальности, особенно когда речь идет о психофизиологии. Поведение человека, его эмоции, темперамент, наружные проявления дрожи, потливости - все эти признаки служат определенными звоночками к исследованию. Они дают понять взаимосвязь строения и наружного проявления тех или иных показателей, физиологических функций, процессов в организме.
Учение о темпераменте человека было создано ученым Павловым именно на основании изучения процессов торможения и возбуждения, которые внешне проявлялись различной эмоциональной окраской в поведении и реакцией на те или иные события, слова, действия. Он доказал, что в основе холеричного, сангвистичного, меланхоличного и флегматичного проявлений лежат именно нервные процессы, сопряженные с психической деятельностью мозга, его реакциями.
Эти выводы неоднократно подтверждались разными учеными и психологами, исследователями. Поэтому такие методы физиологии человека, как наблюдение и эксперимент, о котором речь пойдет дальше, были и есть актуальны, важны и результативны.
Эксперимент
Экспериментальные методы изучения физиологии являются основополагающими и исторически самыми древними и популярными. Действительно, как еще узнать, если не посмотреть? Поэтому, наряду с наблюдением, проводились и различного рода испытания, чаще всего на животных. Именно они давали практически стопроцентный результат в исследованиях, позволяли получать максимально достоверные данные.
Существуют экспериментальные методы исследования анатомии и физиологии, сводящиеся к двум основным группам.
- Острые эксперименты. Такой способ исследования применялся вплоть до конца XIX века, пока русский ученый Иван Петрович Павлов не нашел другой вариант. В чем же состояла суть такого вмешательства в организм? Эксперимент осуществлялся на живом животном организме, которое привязывалось к специальному станку. Затем проводилось живосечение до нужного для исследования органа и таким образом фиксировались наблюдаемые результаты его работы. Однако ряд существенных недостатков делал этот метод малоэффективным. Помимо того, что со стороны морали это бесчеловечно и жестоко, ведь животное подвергалось страшным мучениям и пыткам, очень болезненным операциям, не помогала даже анестезия, так еще и эмоциональные страдания, физическая боль, испытываемая жертвой эксперимента, значительно искажала получаемые результаты. Получался замкнутый круг. Чтобы добраться до нужного органа, следовало причинить страдания. Они, в свою очередь, искажали нормальное течение физиологических процессов, и результат был мало эффективен.
- Хронический эксперимент. Именно этот способ и предложил Павлов. Сам он был против острых экспериментов из-за их чрезвычайной жестокости, возможно, это и сподвигло его на изобретение более гуманного варианта. Подопытным организмом также было животное. Однако процедура происходила совсем иначе. Перед операцией хирургического характера проводилась качественная анестезия. Затем в стенки нужного органа вживлялась фистула - трубка пластмассовая или металлическая, которая пришивалась к коже снаружи. После этого животному давали время восстановиться, залечить образованную рану и полностью нормализовать процессы жизнедеятельности. Так получали через фистулу информацию о течении тех или иных процессов в исследуемой части тела, при этом она была совершенно достоверной, поскольку организм функционировал нормально. Исследования могли проводиться длительное время без ущерба для здоровья животного и согласно всем правилам естественного его существования.
Таким образом работали основные методы физиологии, актуальные в некоторых случаях и по сей день. Хотя, конечно, современные технические новшества постепенно полностью вытесняют вмешательство непосредственно в организм со стороны человека. Теперь возможно получить необходимую информацию совсем другими, менее болезненными, более точными и подходящими и для человека способами.
Графическая регистрация
Методы физиологии человека основываются как раз на использовании определенной аппаратуры. Среди таких устройств важное место занимают следующие.
- Электрокардиограф. Аппарат, используемый для фиксации сердечных биоэлектрических потенциалов. В результате из прибора выходит начерченная на бумаге электрокардиограмма, которую знающий врач-специалист расшифровывает и делает вывод о состоянии здоровья сердца и кровеносной системы. На сегодняшний день этот аппарат спас жизни миллионам людей. Ведь своевременное обнаружение проблемы - ключ к успешному лечению.
- Микроэлектроды. Мельчайшие структуры, способные вживляться непосредственно в клетку и фиксировать мембранный биопотенциал. Сегодня это одно из важнейших достижений в электронике, которое касается физиологических исследований организма человека. Эти электроды могут вводиться даже в мозг человека, что позволяет наблюдать и фиксировать психосоматические изменения в состоянии здоровья и жизнедеятельности.
- Радионуклидные методы физиологии - используются для получения количественных характеристик физиологических процессов.
- Разнообразные датчики, которые испускают электромагнитные волны. Обратный ответ в виде электрического импульса фиксируется специальным прибором - осциллографом - и затем передается для обработки в компьютер. Здесь уже происходит детальная обработка полученной информации и формируются определенные выводы. Так можно установить химическую концентрацию тех или иных ионов, величину давления, температуру, движение и прочие параметры).
Таким образом, современные методы науки физиологии, основанные на использовании приборов, являются самыми точными, безболезненными и научно информативными из всех нами рассмотренных выше.
Химические и биохимические методы
Методы анатомии и физиологии не только схожи между собой. Они связаны также и с другими науками. Так, существует биологическая физиология, биохимия, а также физическая физиология. Эти науки изучают процессы внутри организма со своей точки зрения, то есть с химической, физической и биологической.
Так, при помощи именно этих способов устанавливается влияние того или иного вещества (медиатора, гормона, фермента) на происходящие в организме процессы. Химия помогает в установлении свойств этого соединения, физика выявляет его термодинамические параметры, которые могут оказать влияние на организм. Физиология требует изучения воздействия не только на конкретный процесс, но и вообще на организм, орган и на совокупность внешних условий. Все вместе эти науки объединены под общим названием биологической химии.
Методы патологической физиологии
Предмет и методы физиологии являются тесно связанными и взаимозависимыми друг от друга понятиями. Однако нормальная наука, изучающая здоровый живой организм - это еще не все. Существует также и патофизиология, или патологическая, которая исследует нарушение процессов жизнедеятельности, их протекание, влияние на организм в целом и каждый его орган и прочее. Поэтому у данной дисциплины появляется свой собственный комплекс способов, при помощи которых возможно изучение обозначенных вопросов.
Какие же это методы физиологии?
- Моделирование. Подразделяется на две группы: на живом объекте исследования и in vitro, то есть искусственной физической системе. Для создания какой-либо модели патогенного процесса используют компьютер или математические вычисления на бумаге. Также часто для этого пользуются обычными логическими выводами и заключениями. Модель, как правило, строится на основании полученных теоретических данных по какому-либо вопросу.
- Теоретический анализ. На основании данных, получаемых при лабораторных исследованиях материала (живого объекта), строится теория. Она включает в себя предположительные ответы на вопросы: "Что с пациентом? Каким образом происходит патологический процесс? Каково его состояние и масштаб влияния? Какие меры борьбы уместны в данном случае для прекращения?"
- Клинические исследования. Обязательный метод, без которого невозможно существование всех остальных. Ведь теоретические знания появляются именно на основании результатов клиники пациента. Для данного способа используется целый ряд сопутствующих методик:
- биохимические;
- химические;
- физические;
- гистохимические;
- морфологические;
- статистические и прочие.
Только на основании материала, полученного при использовании всех методов, врач может поставить диагноз и назначить курс лечения.
Физиология растений
Это наука о жизнедеятельности (функционировании) растительных организмов. Речь идет обо всех формах жизни: от одноклеточных до высших, включая водоросли. Задачами физиологов растений являются следующие:
- рассмотреть и выявить механизмы функционирования растений;
- создать теоретические основы возможности осуществления фотосинтеза в искусственных условиях;
- построить модель, отражающую сущность методики получения повышенных урожаев важных сельскохозяйственных культур.
Конечно, задачи совсем не простые. Ведь растения - настоящие живые организмы, в которых ежесекундно, как и в человеке, происходят сотни биохимических реакций. Физиологу надлежит изучить каждую из них. Растения дышат, питаются, осуществляют процесс фотосинтеза, размножаются, растут и развиваются - это нормальные виды жизнедеятельности для любых живых существ. Изучение всех перечисленных процессов - задача физиологов.
Решить проблему осуществления фотосинтеза в искусственных условиях - значит дать людям возможность доступа к огромному потенциальному источнику питания. Ведь тогда голод в мире исчезнет, качество жизни людей значительно повысится. Но пока полностью эту проблему решить не удалось, хотя многие вопросы в области фотохимической стороны процесса уже решены.
Методы данной науки
Физиология растений тесно граничит со следующими современными науками:
- биотехнологией;
- молекулярной биологией;
- генной инженерией;
- биофизикой;
- клеточной инженерией.
Естественно, что это отражается и на способах, при помощи которых проводятся исследования растительных организмов. Так, методы физиологии растений следующие.
- Культивирование.
- Методы световой и электронной спектроскопии.
- Электрохимические.
- Оптико-акустические.
- Хроматографические.
- Спектрофотометрические.
Очевидно, что все они направлены на измерение численных показателей: продуктивности, массы, прироста, развития, результатов пластического и энергетического обмена. Что позволяют решить подобные методы? Очень важные сельскохозяйственные задачи, такие как:
- селекция растений;
- получение гетерозисных форм;
- интродукция;
- акклиматизация;
- районирование сортов;
- искусственное орошение;
- места выращивания растений.
Таким образом, физиология растений - еще одна фундаментальная биологическая наука, играющая важную роль в жизни человека.
