Лекция на тему — «Физиология как наука. Методы физиологических исследований. Разделы физиологии. Физиология возбудимых тканей» (3 видео)

Физиология как наука. Физиология – это наука о функциях и процессах, протекающих в организме, а также в его составляющих системах, органах, тканях и клетках.

Функция – это специфическая деятельность системы или органа. Например, функция системы кровообращения – движение крови по сосудам.

Процесс – это последовательная смена явлений или состояний в развитии какого-либо действия или совокупность последовательных действий.

Система – это совокупность органов или тканей, связанных общей функцией. Например, сердечно-сосудистая система, обеспечивающая с помощью сердца и сосудов доставку тканям питательных веществ, кислорода, продуктов обмена.

Рассмотрение отдельных функций подчиняется задачам целостного организма, закономерностям взаимодействия с окружающей средой, его поведения в различных условиях существования, становления в процессе эволюции и индивидуального развития.

Изучение физиологических механизмов непременно требует знаний анатомии, гистологии, биологии, химии, физики и других наук.

Физиология изучает жизнедеятельность организма в норме. Норма – это пределы оптимального функционирования живой системы. Понятие нормы очень сложное, неоднозначное и динамичное. В медицине многие показатели нормы описываются как среднестатистические величины (например, количества форменных элементов крови, частоты пульса и т.д.). Надо, в связи с этим, иметь в виду, что все эти цифры зависят от массы факторов (природных, социальных) и их необходимо учитывать при оценке состояния той или иной системы в организме. Например, частота пульса зависит от времени суток, возраста, места нахождения исследуемого и массы других причин.

Видео:Физиология возбудимых тканей|Потенциал действия|Потенциал покояСкачать

Методы физиологических исследований зависят от целей и задач. Наиболее простой метод исследования физиологических функций – это наблюдение. Высочайшая наблюдательность врача позволяет ему говорить о проблемах у человека по внешнему виду (положение, осанка, цвет лица и многие другие факторы). В физиологической практике (на наших занятиях) Вы будете также неоднократно пользоватся методом наблюдения тех или функций на животном или человеческом организме.

В физиологии широко распространен метод экспериментирования на животных (острый эксперимент – с живосечением и гибелью животного и хронический – когда после оперативного вмешательства на животном, спустя какое-то время после заживления раневой поверхности, проводят те или иные исследования). Все Вы хорошо знакомы с опытами И.П. Павлова по выведению слюнных протоков на кожу щеки и изучением потом функции этих пищеварительных желез у собак. Это и есть пример хронического эксперимента.

Кроме того, в физиологии широко используются различные модели, позволяющие изучить функцию клетки, ткани, органа.

Разделы физиологии. Хотя физиология является единой и целостной наукой о функциях организмов, в ней выделяют несколько разделов. Различают общую физиологию, исследующую процессы, общие для организмов и его отдельных структур и частную физиологию, изучающую функции отдельных органов (мозг, сердце, почки и др.) и систем (пищеварения, кровообращения, дыхания и т.д.).

Физиология, кроме того, подразделяется на сравнительную (сходство и различие функций у разных представителей животного мира), эволюционную (объединяет исследования общебиологических закономерностей и механизмов у человека и животных в онто — и филогенезе), прикладную (изучение функций организма с учетом его специфической деятельности – физиология сельскохозяйственных животных, авиационная, космческая, подводная физиология и т.п.).

Физиология возбудимых тканей.

Общие свойства функционирования возбудимых тканей.

Все живые ткани обладают общими для них свойствами. Их можно изучать лишь при действии определенных факторов, которые называются раздражителями.

Видео:Лекция «Физиология как наука. Основные принципы формирования и регуляции физиологических функций»Скачать

Существующие в природе раздражители могут быть классифицированы на следующие группы: по природе (физические – тепло, холод, звук, свет и другие; химические – кислоты, щелочи и другие; биологические – гормоны, витамины, и другие биологически активные вещества; социальные – слово); по характеру действия (контактные – действуют при контакте с тканью и дистантные – действуют на расстоянии); по физиологическому механизму действия (адекватные – специфические по отношению к данной функции и неадекватные – неспецифические); по силе (пороговые, подпороговые и надпороговые).

Эволюционно древняя форма реагирования тканей – это раздражимость. Под раздражимостью мы понимаем способность тканей к изменению обмена веществ под действием раздражителя. Это значит, что под влиянием раздражителя ткань отвечает той или иной формой деятельности, например, усилением роста, ускорением деления клеток, изменением электрической активности.

В процессе эволюции произошла постепенная дифференцировка тканей, уавствующих в приспособительной деятельности организма. Раздражимость в этих тканях достигла наивысшего выражения и получила название возбудимость. Это способность ткани специализированно, целенаправленно и с максимальной скоростью отвечать на раздражение. Этот ответ называют возбуждение. Возбуждение – сложный биологический процесс, характеризующийся изменением процессов обмена, теплообразования и другими проявлениями. Примером возбуждения мышцы является ее сокращение, нервного волокна – проведение волны возбуждения, железы – выделение секрета.

Мерой возбудимости является порог возбуждения – это минимальная сила раздражителя, способная вызывать возбуждение (ответную реакцию). Чем больше порог, тем меньше возбудимость и наоборот.

Характерным признаком возбуждения является возникновение в тканях (клетках) электрического тока. Электрические явления (токи или потенциалы), которые возникают в клетках, тканях и органах организма называют биопотенциалами.

Биопотенциалы возникают вследствие того, что между наружной и внутренней стороной мембраны клетки, находящейся в состоянии покоя, имеется разность потенциалов. Потенциал, который регистрируют в таком состоянии клетки, называют мембранным потенциалом (потенциалом покоя). Он обусловлен тем, что между внутриклеточной и внеклеточной средой существует разность концентрации ионов калия, кальция, натрия, хлора и других. Так, концентрация ионов калия в клетке, во много раз (в 20-40 раз) превосходит их содержание во внеклеточной среде. Концентрация ионов натрия, наоборот, в 10-20 раз ниже во внутриклеточной среде. Ионы хлора, также как и натрия, преимущественно сосредоточены снаружи мембраны клеток, где их в 15-20 раз больше. Такое их неравномерное распределение по ту и другую сторону мембраны обеспечивают ионные насосы. Ионные каналы, имеющиеся в мембране, могут быть открытыми и закрытыми, что зависит от состояния мембраны. Так, в клетке, находящейся в состоянии покоя, натриевые каналы закрыты, а калиевые – открыты. Поэтому проницаемость для разных ионов различна. Если проницаемость ионов калия принять за 1,0, то для хлора она составит – 0,45, а натрия всего – 0,04. Это приводит к тому, что ионы калия по градиенту концентрации диффундируют из клетки во внеклеточное пространство. Встречный поток ионов натрия очень мал. В результате между внутренней средой клетки и наружной ее поверхностью создается разность потенциалов, которая для разных тканей равна от 50 до 100 мВ. Эта разность потенциалов и называется потенциалом покоя или мембранным потенциалом.

При действии раздражителя происходит изменение состояния мембраны, в ней открываются ионные каналы, сквозь которые в клетку могут поступать положительно заряженные ионы, имеющиеся за ее пределами в избытке. Чаще всего происходит открытие «быстрых» натриевых каналов. Первоначально ионному току в клетку способствует также трансмембранная разность потенциалов. Такой процесс называется деполяризацией, так как приводит к снижению этой разницы потенциалов. Если раздражитель относительно слабый (подпороговый), ионных каналов открывается немного, поэтому ионный ток незначителен. Деполяризация происходит медленно. Такие изменения называют локальной деполяризацией или локальным потенциалом.

Если же действует раздражитель пороговой величины, то деполяризация достигает критического (порогового) уровня. В результате этого открываются все активные электровозбудимые ионные каналы. Деполяризация резко ускоряется и происходит даже реверсия (изменение знака потенциала). При этом поток положительно заряженных ионов натрия прекращается, соответствующие каналы закрываются. Находящиеся внутри клетки в избытке ионы калия устремляются наружу, приводя к восстановлению мембранного потенциала. Сначала это происходит относительно быстро (быстрая реполяризация), а потом, когда поток ионов калия уменьшается, восстановление мембранного потенциала происходит замедленно (медленная реполяризация). Далее выход ионов калия может продолжаться и вызыватьгиперполяризацию. В это время усиливается работа калиево-натриевого насоса, приводящего к восстановлению исходной разницы потенциалов (к поляризации). Весь этот процесс от начала до конца именуется как потенциал действия.

Видео:Физиология возбудимых тканей | Потенциал действияСкачать

Так как жизнедеятельность всех клеток, тканей, органов сопровождается их электрической активностью, то регистрация возникающих при этом потенциалов позволяет судить о процессах, происходящих в них. На этом основана диагностика и контроль лечения того или иного заболевания. Например, в сердце такая регистрация его биопотенциалов носит название электрокардиограммы (ЭКГ).

В физиологии определяют еще одно свойство возбудимых тканей, которое получило название лабильность. Это функциональная подвижность тканей, ее показателем является максимальное число потенциалов действия, которое возбудимая ткань способна генерировать в 1 секунду в соответствии с ритмом подаваемого раздражения. Нормальная величина лабильности, например, для нервной ткани составляет 500-1000 имп/с, а для скелетных мышц – 150-200 имп/с. С возрастом происходит повышение лабильности скелетных мышц. Это проявляется в увеличении частоты раздражения, при которой зубчатый тетанус превращается в гладкий. В мышцах новорожденных это происходит при частоте стимулов 4-20 в 1 с, у взрослых – 50-100 в 1 с.

Общие законы функционирования тканей.

Между характером раздражения и ответной реакцией живой ткани существуют тесные взаимоотношения, которые находят выражение в законах раздражения.

Закон силы раздражения, чем больше сила раздражения, тем сильнее ответная реакция (до известных пределов). Дальнейшее увеличение силы раздражителя уже не ведет за собой увеличения ответной реакции, а может вызвать обратную реакцию, вплоть до ее исчезновения. Объясняется это тем, что каждая функциональная единица тканей (например, мышечная) имеет свой порог возбуждения. Поэтому когда действует пороговый величины раздражитель, то в ответ вовлекаются только те волокна, для которых этот раздражитель именно такой величины. Остальные не реагируют.

При увеличении силы раздражителя вовлекаются новые волокна, для которых данный раздражитель есть пороговый и т.д. В дальнейшем, когда сила раздражителя превысит возможности всех волокон данной ткани, ее ответная реакция на увеличение силы не изменится (исчерпаны ресурсы!). Такие раздражители, которые вызывают максимальную ответную реакцию, называют в физиологии максимальными или оптимальными. При еще большем увеличении силы раздражителя ответная реакция даже уменьшится, так как при такой силе раздражителя отдельные функциональные волокна возбудимых тканей могут даже повреждаться. В результате ответная реакция уменьшается и, это явление в физиологии называют пессимумом, а раздражители его вызывающие – пессимальными.

Закон «все» или «ничего» проявляется, прежде всего, при анализе работы сердечной мышцы. Согласно этому закону, подпороговые раздражители, действующие на сердечную мышцу, не вызывают в ней ответа (это и есть «ничего»), а пороговые и надпороговые вызывают одной и той же величины ответную реакцию (это и называют «все»). По такому же закону работает функциональная единица любой возбудимой ткани. Возьмем, например, мышечное волокно и представим себе, что пороговой величины раздражитель у нее равен 2В (напряжение электрического тока). Если мы на него будем действовать раздражителем величиной 1В, то мы естественно никакой реакции не получим («ничего»), а если возьмем раздражитель величиной 4В, то мышца даст такую же ответную реакцию, как и на 2В («все»). Естественно, что и «все» и «ничего» относительные понятия, так как при действии подпорогового раздражителя возникает локальный ответ (локальный потенциал), поэтому это уже нельзя трактовать как «ничего».

Закон силы- времени – с увеличением силы раздражителя требуется меньше времени его воздействия на ткань для получения ответной реакции. Отношения между длительностью и силой могут быть выражены гиперболической кривой, обе ветви которой идут на каком-то этапе параллельно осям координат. Это последнее обстоятельство служит основанием того, что раздражители очень малой величины (меньше пороговой) вызвать ответной реакции не могут. Пороговый же силы раздражитель вызывает ответную реакцию через какое-то время. Это время получило название полезное. Каждая возбудимая ткань имеет свое полезное время. Однако в реальных условиях полезное время определить очень трудно, так как могут возникнуть ошибки в определении порога раздражения (это связано с тем, что его определение основано на субъективных признаках – ощущениях пациента, толщины его кожных покровов и др.). И если совершается ошибка в определении порога, то это приводит к резкому уменьшению величины полезного времени. На кривой Вы видете это очень хорошо. Поэтому в реальных условиях принято определять не полезное время, а хронаксию – это минимальное время, необходимое для получения ответной реакции, при условии, если на ткань будет действовать удвоенной силы раздражитель (два порога или две реобазы). При таком варианте определения времени (хронаксии) ошибка практически сводится к нулю, что хорошо видно на кривой силы – времени.

Видео:Физиология возбудимых тканей 1Скачать

С помощью метода хронаксиметрии можно судить о возбудимости тканей. Чем меньше хронаксия, тем больше возбудимость тканей. И наоборот. В клинике оценивают эти показатели на мышцах конечностей – их реобаза составляет 60-70В, а хронаксия – 0,1-0,7 с.

Хронаксия мышц новорожденных может в 10 раз превышать величины, свойственные взрослым. Величины хронаксии, свойственные взрослым, достигаются обычно к 9-15 годам. У некоторых мышц, например, у двуглавой и трехглавой мышц плеча, у общего сгибателя пальцев, это происходит уже к 5 годам.

Таким образом, на данной лекции Вы познакомились с понятием предмета физиологии, его разделов, общих свойствах и законах работы возбудимых тканей. Вы теперь уже знаете, что общими свойствами всех возбудимых тканей являются – раздражимость, возбудимость, лабильность, способность генерировать электрический ток. Общими законами – закон силы, «все» или «ничего» и силы – времени. Зная эти общие для всех тканей свойства и закономерности в их работе, мы можем теперь перейти к изучению функций конкретных тканей.