Основні методи фізіології. Предмет і завдання фізіології

Знати особливості функціонування організму, кожної його частини, структури, вміти досліджувати і прогнозувати зміни і патології - це важливе завдання для фахівців в області медицини. Існує ціла наука, яка займається вивченням таких питань. Вона називається фізіологія. Це наука про процеси, які супроводжують нормальну життєдіяльність організму. Виникла вона вже досить давно, ще Гіппократ вперше виявляв інтерес до функціонування живих систем. Сьогодні існують різноманітні методи вивчення фізіології, які допомагають повною мірою зрозуміти ті або інші механізми і особливості організму.

Загальне поняття про фізіологію

Почати слід з загального поняття. Фізіологія - це наука про життєдіяльність живої істоти, його взаємозв'язку із зовнішніми умовами середовища, їх впливу на стан здоров'я і нормального функціонування органів і їх систем. В цілому головна думка цієї науки - виявити глибинні механізми існування живого, зрозуміти, як відбувається його саморегуляція і всі інші процеси.

Об'єктом фізіології є тільки живий організм, адже саме так можливо виявити всі цікавлять людей закономірності в його будові та функціонуванні. Завдання дисципліни чітко простежуються в самому визначенні.

Таким чином, предмет, завдання і методи фізіології - три складові теоретичних основ науки. Багато вчених в усі часи прагнули вникнути в суть що відбуваються в організмі, у тому числі людському, змін. Однак повністю це стало можливим тільки з винаходом сучасних приладів і пристроїв, тобто повне розвиток наука отримала лише починаючи з XX століття.

Більше:

Перший штучний супутник Землі

Перший штучний супутник Землі є одним з найбільших досягнень науки ХХ століття. Тим не менш, як це ні парадоксально, цьому великому науковому і технічному досягненню значною мірою сприяла холодна війна між двома наддержавами: США і Радянським Союзом....

Що таке соціалізація, і як вона змінює людину

Спробуємо розібратися, що таке соціалізація, в чому її сутність і особливість. Адже для кожної особистості входження у суспільство і засвоєння його основних норм є фундаментом до подальшої безпроблемною і успішного життя і діяльності. Отже, що таке с...

Принц Чарльз – головний спадкоємець британського престолу

Згідно із законом королівства Великобританія, спадкоємець британського престолу - це старший закононароджена син чинного монарха або ж попереднього претендента на престол. Однак якщо у царюючого особи немає дитини чоловічої статі, то право спадкуванн...

Це не завадило їй стати однією з провідних серед біологічних наук. Фізіологія, анатомія і медицина - три тісно взаємопов'язані між собою дисципліни, які є фундаментом один для одного. Тому методи анатомії і фізіології в деяких випадках подібні між собою.

Розділи фізіології

Сама по собі ця наука має кілька дочірніх дисциплін. Так, виділяють фізіологію:

• загальну;
• порівняльну;
• приватну.

Загальна займається вивченням процесів життєдіяльності в цілому. Тобто розглядає закономірності протікання тих реакцій, які є проявами життя. Наприклад, живлення, дихання, виділення, регуляції, зміни сну і неспання та інших. Сюди ж відноситься такий розділ, як фізіологія клітини, який займається детальним дослідженням всіх її життєвих проявів.

Порівняльна фізіологія порівнює процеси життєдіяльності одного або різних видів організмів у процесі онтогенезу. В результаті так формується ціла гілка - еволюційна фізіологія.

Приватна займається більш вузькими специфічними дослідженнями. Так, можна виділити кілька варіантів дисциплін, що входять в цю групу.

1. Фізіологія людини, методи дослідження якої ми розглянемо трохи пізніше.
2. Фізіологія окремих груп живих організмів (комах, птахів, ссавців, рептилій і так далі).
3. Окремих органів і тканин.
4. Систем організму (фізіологія травлення, кровообігу, дихання та інше).

Особливо широкий розвиток останнім часом набуло дослідження людини з точки зору цієї науки. Адже його організм має складну будову. Методи фізіології людини досить різноманітні і ефективні, щоб виявити всі необхідні для розуміння суті речі. Виділяють:

• вікову физиологию;
• питания;
• труда;
• спорта;
• космическую;
• патологическую;
• клиническую.

Сукупні дані цих дисциплін допомагають осягнути всі неозорі процеси, що відбуваються всередині людини і знайти доступ до управління ними.

Методи дослідження у фізіології

Таких налічується кілька. Існують історично склалися, які застосовувалися ще в давнину. Сьогодні сформовані і нові, засновані на останніх наукових досягненнях в області техніки, електроніки, вивченні електромагнітних випромінювань.

Виділяють наступні методи фізіології.

1. Екстирпація - один з найдавніших способів вивчення. Полягав у видаленні того або іншого органу у живої істоти з подальшим спостереженням за реакцією організму і фіксацією результатів.
2. Фистульный метод. Його основа - у введенні всередину органів, які мають порожнину, трубок з металу або пластмаси та фіксації таким чином біологічних рідин. Виходять дані про зміну хімічної природи речовин, тобто досліджується секреторна функція організму.
3. Метод катетеризації - введення з тонким трубочках в органи і судини спеціальних ліків, що викликають зміни у функціонуванні. Так вивчається робота серця, кровоносних судин, залоз зовнішньої і внутрішньої секреції (не всіх).
4. Метод денервації. Використовується для дослідження взаємозв'язку між нервами і робочими органами. Для цього використовується спосіб роздратування з подальшою фіксацією результатів.
5. Методи вивчення фізіології, засновані на використанні інструментів і обладнання. Сюди відноситься вживлення в органи і тканини макро - і мікроелементів, реєстрація нервових імпульсів, вплив випромінюванням, зняттяпоказань роботи серця і головного мозку і так далі.

Деякі методи дослідження у фізіології ми розглянемо докладніше далі. Вони є найбільш часто вживаними і важливими.

Спостереження

Дані методи фізіології використовувалися ще в Давньому Єгипті, Римі, Китаї, на Стародавньому Сході. Вже тоді існували дослідники, які цікавляться змінами, що відбуваються в живих організмах. Так, наприклад, в Єгипті при мумифицировании фараонів і їх сімей проводили розтин трупів і фіксували зміни внутрішнього середовища. Оцінювалися такі показники, як:

• колір і якість біологічних рідин і мас;
• забарвлення органів;
• колір очної склери;
• якість і колір мокротиння;
• набряклість шкіри, її тургор і структура.

Ці характеристики порівнювалися з такими у здорових людей і робилися певні висновки. Можливо було навіть встановити в деяких випадках причину смерті людини.

Сьогодні спостереження не втратило своєї актуальності, особливо коли мова йде про психофізіології. Поведінка людини, її емоції, темперамент, зовнішні прояви тремтіння, пітливість - всі ці ознаки служать певними дзвіночками до дослідження. Вони дають зрозуміти взаємозв'язок будови та зовнішнього прояву тих чи інших показників, фізіологічних функцій, процесів в організмі.

Вчення про темперамент людини було створено вченим Павловим саме на підставі вивчення процесів гальмування і збудження, що зовні проявлялися різної емоційної забарвленням в поведінці і реакцією на ті чи інші події, слова, дії. Він довів, що в основі холеричного, сангвистичного, меланхолійного, і флегматичного проявів лежать саме нервові процеси, пов'язані з психічною діяльністю мозку, його реакціями.

Ці висновки неодноразово підтверджувалися різними вченими і психологами, дослідниками. Тому такі методи фізіології людини, як спостереження і експеримент, про який мова піде далі, були і є актуальні, важливі та результативні.

Експеримент

Експериментальні методи вивчення фізіології є основоположними і історично найдавнішими і популярними. Дійсно, як ще дізнатися, якщо не подивитися? Тому, поряд зі спостереженням, проводилися і різного роду випробування, найчастіше на тварин. Саме вони давали практично стовідсотковий результат у дослідженнях, дозволяли отримувати максимально достовірні дані.

Існують експериментальні методи дослідження анатомії і фізіології, зводяться до двох основних груп.

1. Гострі експерименти. Такий спосіб дослідження застосовувався аж до кінця XIX століття, поки російський учений Іван Петрович Павлов не знайшов інший варіант. У чому ж полягала суть такого втручання в організм? Експеримент здійснювався на живому тваринному організмі, яке привязывалось до спеціального верстата. Потім проводилося живосечение до потрібного для дослідження органа і таким чином фіксувалися спостережувані результати його роботи. Однак ряд істотних недоліків робив цей метод малоефективним. Крім того, що з боку моралі це нелюдяно і жорстоко, адже тварина зазнавало страшних мук і тортур, дуже болючим операціями, не допомагала навіть анестезія, так ще і емоційні страждання, фізичний біль, випробовуване жертвою експерименту, значно спотворювала одержувані результати. Виходило замкнене коло. Щоб дістатися до потрібного органу, слід було заподіяти страждання. Вони, в свою чергу, спотворювали нормальний перебіг фізіологічних процесів, і результат був мало ефективний.
2. Хронічний експеримент. Саме цей спосіб і запропонував Павлов. Сам він був проти гострих експериментів з-за їх надзвичайної жорстокості, можливо, це і підштовхнуло його на винахід більш гуманного варіанти. Піддослідним організмом також було тварина. Однак процедура відбувалася зовсім інакше. Перед операцією хірургічного характеру проводилася якісна анестезія. Потім стінки потрібного органу вживлялась фістула - трубка пластмасова або металева, яка пришивалися до шкіру зовні. Після цього тварині давали час відновитися, залікувати утворену рану і повністю нормалізувати процеси життєдіяльності. Так отримували через фістулу інформацію про перебіг тих чи інших процесів у досліджуваній частині тіла, при цьому вона була абсолютно достовірною, оскільки організм функціонував нормально. Дослідження могли проводитися тривалий час без шкоди для здоров'я тварини та згідно всім правилам його природного існування.

   

Таким чином працювали основні методи фізіології, актуальні в деяких випадках і по сей день. Хоча, звичайно, сучасні технічні нововведення поступово повністю витісняють втручання безпосередньо в організм з боку людини. Тепер можливо отримати необхідну інформацію зовсім іншими, менш болючими, більш точними і придатними і для людини способами.

Графічна реєстрація

Методи фізіології людини ґрунтуються саме на використанні певної апаратури. Серед таких пристроїв важливе місце посідають наступні.

1. Електрокардіограф. Апарат, який використовується для фіксації серцевих біоелектричних потенціалів. В результаті з приладу виходить накреслена на папері електрокардіограма,яку знаючий лікар-спеціаліст розшифровує і робить висновок про стан здоров'я серця і кровоносної системи. На сьогоднішній день цей апарат врятував життя мільйонам людей. Адже своєчасне виявлення проблеми - ключ до успішного лікування.
2. Микроэлектроды. Найдрібніші структури, здатні імплантуватися безпосередньо в клітину і фіксувати мембранний біопотенціал. Сьогодні це одне з найважливіших досягнень в галузі електроніки, яке стосується фізіологічних досліджень організму людини. Ці електроди можуть запроваджуватися навіть в мозок людини, що дозволяє спостерігати і фіксувати психосоматичні зміни у стані здоров'я і життєдіяльності.
3. Радіонуклідні методи фізіології - використовуються для одержання кількісних характеристик фізіологічних процесів.
4. Різноманітні датчики, які випромінюють електромагнітні хвилі. Зворотний відповідь у вигляді електричного імпульсу фіксується спеціальним приладом - осцилографом - і потім передається для обробки в комп'ютер. Тут вже відбувається детальна обробка отриманої інформації і формуються певні висновки. Так можна встановити хімічну концентрацію тих чи інших іонів, величину тиску, температуру, рух та інші параметри).

Таким чином, сучасні методи науки фізіології, засновані на використанні приладів, є самими точними, безболісними і науково інформативними з усіх розглянутих нами вище.

Хімічні і біохімічні методи

Методи анатомії та фізіології не тільки схожі між собою. Вони пов'язані також і з іншими науками. Так, існує біологічна фізіологія, біохімія, а також фізична фізіологія. Ці науки вивчають процеси всередині організму зі своєї точки зору, тобто з хімічної, фізичної та біологічної.

Так, за допомогою саме цих способів встановлюється вплив того чи іншого речовини (медіатора, гормону, ферменту) на що відбуваються в організмі процеси. Хімія допомагає у встановленні властивостей цього з'єднання, фізика виявляє його термодинамічні параметри, які можуть надати вплив на організм. Фізіологія вимагає вивчення впливу не тільки на конкретний процес, але і взагалі на організм, орган і на сукупність зовнішніх умов. Всі разом ці науки об'єднані під загальною назвою біологічної хімії.

Методи патологічної фізіології

Предмет і методи фізіології є тісно зв'язаними й взаємозалежними один від одного поняттями. Однак нормальна наука, що вивчає здоровий живий організм - це ще не все. Існує також і патофізіологія, або патологічна, яка досліджує порушення процесів життєдіяльності, їх перебіг, вплив на організм в цілому і кожен його орган та інше. Тому у даної дисципліни з'являється свій власний комплекс способів, за допомогою яких можливе вивчення означених питань.

Які ж це методи фізіології?

1. Моделювання. Підрозділяється на дві групи: на живому об'єкті дослідження і in vitro, тобто штучної фізичній системі. Для створення будь-якої моделі патогенного процесу використовують комп'ютер або математичні обчислення на папері. Також часто для цього користуються звичайними логічними висновками і висновками. Модель, як правило, будується на підставі отриманих теоретичних даних з якого-небудь питання.
2. Теоретичний аналіз. На підставі даних, отриманих при лабораторних дослідженнях матеріалу (живого об'єкта), будується теорія. Вона включає в себе приблизні відповіді на питання: "Що з пацієнтом? Яким чином відбувається патологічний процес? Який його стан і масштаб впливу? Які заходи боротьби доречні в даному випадку для припинення?"
3. Клінічні дослідження. Обов'язковий метод, без якого неможливе існування всіх інших. Адже теоретичні знання з'являються саме на підставі результатів клініки пацієнта. Для даного способу використовується цілий ряд супутніх методик:

• биохимические;
• химические;
• физические;
• гистохимические;
• морфологические;
• статистичні та інші.

  

Тільки на підставі матеріалу, отриманого при використанні всіх методів, лікар може поставити діагноз і призначити курс лікування.

Фізіологія рослин

Це наука про життєдіяльність (функціонування) рослинних організмів. Мова йде про всіх формах життя: від одноклітинних до вищих, включаючи водорості. Завданнями фізіологів рослин є наступні:

• розглянути і виявити механізми функціонування рослин;
• створити теоретичні основи можливості здійснення фотосинтезу в штучних умовах;
• побудувати модель, що відображає сутність методики отримання високих врожаїв важливих сільськогосподарських культур.

Звичайно, завдання зовсім не прості. Адже рослини - справжні живі організми, в яких щомиті, як і в людині, відбуваються сотні біохімічних реакцій. Фізіологу належить вивчити кожну з них. Рослини дихають, живляться, здійснюють процес фотосинтезу, розмножуються, ростуть і розвиваються - це нормальні види життєдіяльності для будь-яких живих істот. Вивчення всіх перерахованих процесів - завдання фізіологів.

Вирішити проблему здійснення фотосинтезу в штучних умовах - значить дати людям можливість доступу до величезногопотенційного джерела живлення. Адже тоді голод у світі зникне, якість життя людей значно підвищиться. Але поки повністю цю проблему вирішити не вдалося, хоча багато питань в області фотохімічної сторони процесу вже вирішені.

Методи даної науки

Фізіологія рослин тісно межує з такими сучасними науками:

• біотехнологією;
• молекулярною біологією;
• генною інженерією;
• биофизикой;
• клітинною інженерією.

Природно, що це відбивається і на способах, за допомогою яких проводяться дослідження рослинних організмів. Так, методи фізіології рослин наступні.

1. Культивування.
2. Методи світлової та електронної спектроскопии.
3. Электрохимические.
4. Оптико-акустические.
5. Хроматографические.
6. Спектрофотометрические.

Очевидно, що всі вони спрямовані на вимірювання числових показників: продуктивності, маси, приросту, розвитку, результатів пластичного і енергетичного обміну. Що дозволяють вирішити такі методи? Дуже важливі сільськогосподарські завдання, такі як:

• селекція рослин;
• отримання гетерозисних форм;
• інтродукція;
• акліматизація;
• районування сортів;
• штучне зрошення;
• місця вирощування рослин.

Таким чином, фізіологія рослин - ще одна фундаментальна біологічна наука, що грає важливу роль в житті людини.