Основные методы физиологии

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Сыктывкарский государственный университет»

Институт социальных технологий

Кафедра теоретических и медико-биологических основ физической культуры

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Физиология»

ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИОЛОГИИ

Исполнитель:                                                    Студент ИСТ 7190 группы

                                                                          Олег Алексеевич Баклагин

Преподаватель:                                               к.б.н. доцент Шилов А.С.

Сыктывкар 2014

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.

Физиология – важная область человеческого знания, наука о жизнедеятельности целостного организма, физиологических систем, органов, клеток и отдельных клеточных структур. Как важнейшая синтетическая отрасль знаний физиология стремится вскрыть механизмы регуляции и закономерности жизнедеятельности организма и взаимодействия его с окружающей средой. 

Физиология изучает основное качество живого — его жизнедеятельность, составляющие её функции и свойства, как в отношении всего организма, так и в отношении его частей. В основе представлений о жизнедеятельности находятся знания о процессах обмена веществ, энергии и информации.

Физиология представляет собой комплекс естественнонаучных дисциплин, изучающих как жизнедеятельность организма в целом, так и отдельных систем и процессов, органов, клеток, клеточных структур (частная физиология). Физиология стремится раскрыть механизмы регуляции, закономерности жизнедеятельности организма и его взаимодействия с окружающей средой.

В медицине физиология вкупе с анатомией и гистологией является базисной теоретической основой, благодаря которой врач объединяет разрозненные знания и факты о пациенте в единое целое, оценивает его состояние, уровень дееспособности. А по степени функциональных нарушений, то есть по характеру и величине отклонения от нормы важнейших физиологических функций — стремится устранить эти отклонения и вернуть организм к норме.

Физиологию, как и другие науки, характеризуют ее предмет и методы. Предметом физиологии является изучение общих  и частных механизмов деятельности целостного организма. А на методах мы остановимся поподробнее.

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ ФИЗИОЛОГИИ

1.1. Метод наблюдения

Метод наблюдения – самый древний, зародился в Др. Греции, хорошо развит был в Египте, на Др. Востоке, в Тибете, в Китае. Суть этого метода заключается в длительном наблюдении изменений функций и состояний организма, фиксирование этих наблюдений и по возможности сопоставление визуальных наблюдений с изменениями организма после вскрытия. В Египте при мумифицировании трупы вскрывались, наблюдения жреца за больным: изменения кожных покровов, глубина и частота дыхания, характер и интенсивность выделений из носа, ротовой полости, а также объем и цвет мочи, ее прозрачность, количество и характер выделяемого кала, его цвет, частота пульса и другие показатели, которые сопоставлялись с изменениями во внутренних органах, фиксировались на папирусе. Таким образом уже по изменению выделяемых организмом кала, мочи, мокроты и т.д. можно было судить о нарушении функций того или иного органа, например, если кал белого цвета допустимо предполагать нарушение функций печени, если кал черного или темного цвета, то возможно предположить желудочного или кишечное кровотечение. Дополнительным критерием служили изменения цвета и тургора кожи, отечность кожи, ее характер, окраска склера, потливость, дрожь и т.д.

Гиппократ к наблюдаемым признакам относил характер поведения. Благодаря своим тщательным наблюдениям им было сформулировано учение о темпераменте, согласно которому все человечество по особенностям поведения делится на 4 типа: холерики, сангвиники, флегматики, меланхолики, однако Гиппократ ошибся в физиологическом обосновании типов. В основу каждого типа им было положено соотношение основных жидкостей организма: сангви – кровь, флегма – тканевая жидкость, холеа – желчь, меланхолеа – черная желчь. Научное теоретическое обоснование темпераментов было дано Павловым в результате длительных экспериментальных исследований и оказалось, что в основе темперамента лежит не соотношение жидкостей, а соотношение нервных процессов возбуждения и торможения, степень их выраженности и преобладание одного процесса над другим, а также скорость смены одного процесса другими.

При наблюдении за животным или человеком в определенных условиях можно описать ту или иную функцию любого органа или работу целого организма, но нельзя ответить на вопрос, почему возникает данная функция или почему она изменилась.

Метод наблюдения используется в физиологии (особенно в психофизиологии) и в настоящее время метод наблюдения сочетается с методом хронического эксперимента.

1.2. Экспериментальные методы

Для исследования физиологических процессов обычно применяется экспериментальный метод. Это означает, что физиолог не ограничивается простым наблюдением за течением жизненного процесса, он активно вмешивается в этот процесс.

Воздействуя на организм теми или иными способами, физиолог исследует реакции различных систем организма на эти воздействия, делая свои выводы в точном соответствии с фактическими данными, полученными в результате опыта.

На ранних этапах развития физиологии применялся метод экстирпации (удаления) органа или его части с последующим наблюдением и регистрации полученных показателей.

Фистульный метод основан на введении в полый орган (желудок, желчный пузырь, кишечник) металлической или пластмассовой трубки и закреплении ее на коже. При помощи этого метода определяют секреторную функцию органов.

Родоначальником фистульного методы был Басов В.А., однако при наложении фистулы его методом, содержимое желудка попадало в пробирку вместе с пищеварительными соками, что затруднило изучение состава желудочного сока, этапов пищеварения, скорости протекания процессов пищеварения и качества отделяемого желудочного сока на различный состав пищи.

Отличие павловской фистулы от басовской состоит в том, что И.П. Павлов  накладывал фистулу на «малый желудочек», сделанный искусственно хирургическим путем и сохраняющий пищеварительную и гуморальную регуляцию. Это позволило Павлову выявить не только качественный и количественный состав желудочного сока на принимаемую пищу, но и механизмы нервной и гуморальной регуляции пищеварения в желудке. Кроме того, это позволило Павлову выявить 3 этапа пищеварения:

условнорефлекторный – при нем выделяется аппетитный или «запальный» желудочный сок;

безусловнорефлекторная фаза – желудочный сок выделяется на поступившую пищу независимо от ее качественного состава, т.к. в желудке располагаются не только хеморецепторы, но и нехеморецепторы, реагирующие на объем пищи,

кишечная фаза – после того как пища попадает в кишечник, то пищеварение усиливается.

За свои работы в области пищеварения Павлов был удостоен Нобелевской премии.

Метод катетеризации применяется для изучения и регистрации процессов, которые происходят в протоках экзокринных желез, в кровеносных сосудах, сердце. При помощи тонких синтетических трубок – катетеров – вводят различные лекарственные средства.

Метод денервации основан на перерезании нервных волокон, иннервирующих орган, с целью установить зависимость функции органа от воздействия нервной системы. Для возбуждения деятельности органа используют электрический или химический вид раздражения.

Широкое применение в физиологических исследованиях нашли инструментальные методы (электрокардиография, электроэнцефалия, регистрация активности нервной системы путем вживления макро- и микроэлементов и др.).

Чрезвычайно важное направление развития физиологии было ознаменовано открытием «животного электричества». Л. Гальвани показал, что живые ткани являются источником электрических потенциалов, способных воздействовать на нервы и мышцы другого организма и вызывать сокращение мышц. С тех пор на протяжении почти целого столетия единственным индикатором потенциалов, генерируемых живыми тканями (биоэлектрических потенциалов), был нервно-мышечный препарат лягушки. Он помог открыть потенциалы, генерируемые сердцем при его деятельности (опыт Келликера и Мюллера), а также необходимость непрерывной генерации электрических потенциалов для постоянного сокращения мышц (опыт «вторичного тетануса» Маттеуччи). Стало ясно, что биоэлектрические потенциалы — это не случайные (побочные) явления в деятельности живых тканей, а сигналы, при помощи которых в организме передаются «команды» в нервной системе и от нее мышцам и другим органам. Таким образом, живые ткани взаимодействуют, используя «электрический язык».

Значительным шагом вперед было изобретение методики объективной графической регистрации биоэлектрических явлений. Нидерландский физиолог Эйнтховен изобрел струнный гальванометр — прибор, позволивший зарегистрировать на фотопленке электрические потенциалы, возникающие при деятельности сердца, — электрокардиограмму (ЭКГ). В нашей стране пионером этого метода был крупнейший физиолог, ученик И. М. Сеченова и И. П. Павлова А. Ф. Самойлов, работавший некоторое время в лаборатории Эйнтховена в Лейдене. 

Объективная графическая регистрация биоэлектрических потенциалов послужила основой важнейшего раздела нашей науки — электрофизиологии. Крупным шагом вперед было предложение английского физиолога Эдриана использовать для записи биоэлектрических явлений электронные усилители. В. Я. Данилевский и В. В. Правдич-Неминский впервые зарегистрировали биотоки головного мозга. Этот метод был позже усовершенствован немецким ученым Бергером. В настоящее время электроэнцефалография широко используется в клинике, так же как и графическая запись электрических потенциалов мышц (электромиография), нервов и других возбудимых тканей и органов. Это позволило проводить тонкую оценку функционального состояния органов и систем. Для развития физиологии указанные методы имели также большое значение: они позволили расшифровать механизмы деятельности нервной системы и других органов и тканей, механизмы регуляции физиологических процессов.

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

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

В настоящее время для этого используют электронные стимуляторы, позволяющие получить электрические импульсы любой формы, частоты и силы. Электрическая стимуляция стала важным методом исследования функций органов и тканей. Указанный метод широко применяется и в клинике. Разработаны конструкции различных электронных стимуляторов, которые можно вживлять в организм. Электрическая стимуляция сердца стала надежным способом восстановления нормального ритма и функций этого жизненно важного органа. Успешно применяется электростимуляция скелетных мышц, разрабатываются методы электрической стимуляции участков головного мозга при помощи вживленных электродов.

В зависимости от формы проведения физиологический эксперимент делится на острый, хронический и в условиях изолированного органа.

Острый опыт осуществляется в условиях вивисекции (резать по живому) и позволяет изучить какую-то функцию за короткий промежуток времени.Впервые вивисекция начала применятся в средние века, но широко стала внедряться в физиологическую науку в эпоху Возрождения (XV-XVII в). Наркоз в то время не был известен, животное жестко фиксировалось за 4 конечности, при этом оно испытывало мучения и издавало душераздирающие крики. Эксперименты проводились в  специальных комнатах, которые народ окрестил «дьявольскими».

Начиная с XIX века в остром эксперименте стали применять наркоз. Это привело к нарушению процессов регуляции со стороны высших отростков ЦНС, в результате нарушается целостность реагирования организма и его связь с внешней средой. Такое применение наркоза и хирургическая травля при вивисекции вносит в острый эксперимент неконтролируемые параметры, которые трудно учесть и предвидеть.

Острый эксперимент, как и любой экспериментальный метод, имеет свои достоинства: 1) вивисекция – один из аналитических методов, дает возможность моделировать разные ситуации, 2) вивисекция дает возможность получать результаты в относительно короткий срок; и недостатки: 1) в остром эксперименте  при применении наркоза отключается сознание, соответственно нарушается целостность реагирования организма, 2) нарушается связь организма с окружающей средой в случаи применения наркоза, 3) при отсутствии наркоза идет неадекватный нормальному физиологическому состоянию выброс стрессорных гормонов и эндогенных (вырабатываемых внутри организма) морфиноподобных веществ эндорфинов, оказывающих обезболивающий эффект.

Хронический эксперимент позволяет в течение длительного времени изучать функции организма в условиях нормального взаимодействия его с окружающей средой. Он применяется в виде целенаправленных хирургических операций (наложение фистул, пересадки различных органов, вживление электродов и др.). Однако в хронических опытах могут сказываться отдаленные последствия операции, например смещение соседних органов, рубцы, частичное выключение функции изучаемого органа.

Функцию органа можно изучать не только в целом организме, но и изолированно от него. В таком случае органу создают все необходимые условия для его жизнедеятельности, в том числе подачу питательных растворов в сосуды изолированного органа. Метод перфузии.

В современной физиологии для изучения функций применяются также модели. Они представляют собой физические аппараты, имитирующие функцию, построенные на основании математических гипотез или теорий, согласно которым по предположению исследователя протекает изучаемый физиологический процесс или осуществляется функция в естественных условиях. Использование физических моделей, или моделирование, позволяет проверить вне организма правильность физиологической гипотезы или теории и имеет большое значение для поиска новых решений, соответствующих объективным законам природы, по которым осуществляется изучаемый процесс или функция, т. е. для новых открытий физиологических законов. Например, созданы искусственные электронные модели деятельности нервной системы, нервной клетки, органов чувств, скелетной мышцы. Моделирование имеет огромное практическое значение, так как кибернетические машины используются как орудия умственного и физического труда, а в медицине временно замещают органы. Например, машины для определения скорости наступления и продолжительности двигательной реакции, насыщения крови кислородом, счета эритроцитов, сердечно-легочный аппарат, искусственные почки и др. Следует, однако, учесть, что кибернетические электронные модели органов весьма существенно упрощают их функции. Главное отличие этих моделей в том, что в них действуют электронные процессы, а в организме происходят сложнейшие физиологические и биохимические процессы.

В физиологии для изучения функций организма человека издавна исследуют аналогичные функции у животных, организм которых является относительно более простой моделью организма человека. Результаты изучения закономерностей функционирования организма животных используются не только для раскрытия физиологических механизмов функционирования организма человека, но и для создания новых кибернетических машин, используемых в современной технике (бионика). Новые методы эксперимента, основанные на успехах современной электроники, кибернетики, автоматики, позволяют глубже изучать физиологические процессы в естественных условиях, открывать новые, ранее не доступные исследователю законы физиологии и даже на длительное время заменять неработающие органы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основными методами физиологии являются: наблюдение и эксперимент (опыт).

О трудностях, которые создает методика простого наблюдения физиологических явлений, красноречиво свидетельствуют слова Гарвея: «Скорость сердечного движения не позволяет различить, как происходит систола и диастола, и поэтому нельзя узнать, в какой момент и в которой части совершается расширение и сжатие.

Физиологические процессы представляют собой динамические явления. Они непрерывно развиваются и изменяются, поэтому непосредственно удается наблюдать лишь 1—2 или, в лучшем случае, 2—3 процесса. Однако чтобы их анализировать, не обходимо установить связь этих явлений с другими процессами, которые при наблюдении остаются незамеченными. Вследствие этого простое наблюдение физиологических процессов как метод исследования является источником субъективных ошибок. Обычно наблюдение позволяет установить лишь качественную сторону явлений и лишает возможности исследовать их количественно.

Эксперимент – основной механизм познания физиологии, причем для изучения физиологических процессов необходимо создавать и поддерживать все естественные условия его протекания. Однако всякий эксперимент, поставленный на живом в искусственных условиях, не имеет абсолютного значения и результаты его не могут быть безоговорочно перенесены на животное, находящегося в естественных условиях. Действенность таких результатов проверяется практикой.

Исследования функций живого организма базируется как на собственно физиологических методах, так и на методах физики, химии, математике и др. наук. Такой комплексный подход позволяет изучать физиологический процессы на различных уровнях, в том числе на клеточном и молекулярном.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агаджанян Н.А. и др., Основы физиологии человека: Учебник. Изд.2, испр. -  М.: Изд-во РУДН, 2001. – 408 с.:ил.
2. Федюкович Н.И. Анатомия и физиология: Учебное пособие. – Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 1999. – 416 с.
3. Физиология человека. Под ред. Покровского В.В., Коротько Г.Ф.. М.: 2-е изд., перераб. И доп. – М.: 2003. – 656 с.
4. Швырев А.А. Анатомия и физиология человека с основами общей патологии / под.общ. ред. Р.Ф. Морозовой. – Изд. 5-е, стер. – Ростов н/Д : Феникс, 2012. – 411 с.