Физиология и биофизика возбудимых систем

Вводная часть

Что такое физиология как научная дисциплина?

Физиология (греч. physis – природа, logos - учение) – наука, изучающая процессы жизнедеятельности и механизмы их регулирования в различных биологических системах: клетки – ткани – органы – системы органов – организм.

Предметом изучения физиологии являются функции живого организма, их связь между собой, регуляция и приспособление к внешней среде, происхождение и становление в процессе эволюции и индивидуального развития особи.

Физиология рождалась главным образом в связи с запросами практической медицины, перед которой стояли следующие проблемы:

- сохранение здоровья человека;

- поддержание работоспособности;

- лечение заболеваний;

- восстановление здоровья после болезни.

Лечение людей и трудовая практика требовали знаний о строении человеческого тела, поэтому достижения анатомии и гистологии стали обязательными условиями для развития физиологии. Кроме того, физиология могла развиваться, только опираясь на такие науки как физика, химия, математика, кибернетика. Становление биохимии и клеточной биологии сделало возможным понимание важнейших сторон физиологии крови, выделения, пищеварения, клеточного дыхания. Современные представления о молекулярном строении живых тканей, достижения биофизики позволило познать многие свойства возбудимых тканей.

Задачи физиологии как науки:

1) изучение закономерностей жизненных процессов: дыхание, питание, обмен веществ и энергии и др.

2) механизмы взаимодействия разных систем организма, а также взаимодействие целостного организма с внешней средой.

3) исследование формирования физиологических функций на разных этапах фило- и онтогенеза.

Резюме: глубокое познание физиологических функций необходимо для активного, направленного изменения функций.

 

Деление на разделы условно.

1. Общая физиология. Изучает основные жизненные процессы, общие проявления жизнедеятельности: метаболизм клеток и тканей, свойства биологических мембран, общие закономерности реагирования организма на воздействия окружающей среды, формирование и изменение функций в процессе фило- и онтогенеза.

2. Частная физиология. Изучает свойства отдельных тканей, органов, систем органов (физиология крови, сердца, выделения, сенсорных систем и т.д.).

3. Прикладная физиология: Изучает закономерности проявлений деятельности организма в определенных условиях (Физиология спорта, питания, космическая, экологическая и т.д.).

 

Кроме того, физиологию можно разделить:

1) Нормальная физиология.

Задачи нормальной физиологии как учебной дисциплины в системе высшего медицинского образования:

- обучение будущих врачей пониманию механизмов функционирования каждого органа и организма в целом. Вылечить – значит восстановить нарушенную функцию. При изучении физиологии закладываются основы клинического мышления, база профессионального творчества;

- методическая подготовка будущего врача. Изучая физиологию, впервые обретаются навыки работы с живым организмом, навыки оценки состояния как отдельных систем, так и организма в целом на базе полученной информации. Закладываются основы функциональной диагностики;

- понимание возможностей адаптации и подготовки здорового человека к различным видам деятельности, особенно в условиях меняющейся экологической ситуации.

 

2) Патологическая физиология.

Нарушение жизнедеятельности является предметом патологической физиологии, которая изучает механизмы возникновения, развития и завершения патологических процессов. Без знания функции здорового организма нельзя установить ее нарушение, т.е. правильно определить пути лечения.

Клиническая физиология

Осуществляет связь между фундаментальными и клиническими науками. Изучает роль и характер изменения физиологических процессов как основу для возникновения патологических состояний организма, исследует компенсаторные механизмы нарушенных функций.

 

Методы физиологических исследований:

Основным методом является эксперимент. Для изучения механизмов физиологического процесса создают условия, в которых можно вызвать этот процесс и в последующем управлять им. Существуют аналитический и синтетический подходы в исследовании функций.

Формы проведения физиологического эксперимента:

1) Острый

2) Хронический

- Удаление органов, пересадка органов, тканей, вживление электродов, наложение анастамозов.

- Метод условных рефлексов.

- Телеметрия.

- Моделирование различных патологических процессов.

- Клинические функциональные пробы на человеке (ортостатическая, велоэргометрия, форсированное дыхание и т.д.).

- Кардиомониторинг

4) В условиях изолированного органа.

- Перфузия изолированного сердца по Лангендорфу

- Сердечно-легочный препарат

 

Заключительная часть введения

Современные этапы физиологии характеризуют:

- Высокая техническая оснащенность – аудио- и видеотехника, компьютеры, моделирование физиологических процессов.

- Углубление аналитического подхода к изучению физиологических процессов. Исследование механизмов жизнедеятельности на клеточном и молекулярном уровнях;

- Развитие системного подхода в оценке жизнедеятельности организма. Функциональная система (Анохин П.К.), динамическая система и т. д., кибернетика.

- Изучение развития функций в фило- и онтогенезе.

 

Проблемы общей физиологии:

- медицинские, например – боли и обезболивания;

- роль эмоционального стресса;

- механизмы акупунктуры;

- трансплантация клеток, тканей, органов;

- формирование функций плода в эмбриогенезе;

- адаптация к условиям труда и быта, к действию экстремальных факторов: космос, подводные условия и др.;

- устойчивость человека к климатическим условиям,

- экология человека.

- физиологические: изучение тонких механизмов условно-рефлекторной деятельности, процессов возбуждения-торможения, пластичности нервных клеток, проблемы старения.

 

На стыке физиологии и других наук рождаются новые научные направления: бионика, иммунология, нейрокибернетика, биоэнергетика и др.

Конец вводной части (20 минут)

Физиология и биофизика возбудимых систем

Как вы уже знаете, существует две формы материи:

живая и неживая.

Сходство материй и их различие можно выявить, сравнив обменные процессы с окружающей средой:

Обмен веществ:

1) В неживой природе: обмен веществ ведет к разрушению (диссимиляции),

2) В живой природе: обмен веществ ведет к созиданию (ассимиляции).

Энергообмен:

1) В неживой природе – динамическое равновесие,

2) В живой природе – нет динамического равновесия.

Согревание бутылочки в теплой воде: согрели, на этом и закончилось.

Человек на морозе на улице, если их температуры уравновесятся, то человек умрет. В этом отличие. Часть энергии тратится на постоянство внутренней среды.

Информационный обмен:

1) В неживой природе: отражение пассивно

2) В живой природе – отражение активно

(Человек прошелся в рифленой обуви по песку (остался след) и по другому человеку).

Раздражимые системы

Организм животных и человека обладает высочайшей способностью приспосабливаться к постоянно меняющимся условиям внешней и внутренней среды. В основе приспособительных реакций организма лежит универсальное свойство живой ткани раздражимость.

Раздражимость – способность активно отвечать на воздействие внешней и внутренней среды изменением обменных процессов.

Раздражимость характерна для всех биосистем (например, животные, растительные клетки). Раздражимость является эволюционно древней формой реагирования недифференцированных тканей. В процессе эволюции произошла постепенная дифференцировка тканей. Раздражимость в этих тканях достигла наивысшего выражения и получила название возбудимость. Т.е. возбудимость – частное проявление раздражимости.

Возбудимость - способность ткани специализированно, целенаправленно отвечать на раздражение. Возбудимостью обладают нервная, мышечная и железистая ткани.

Возбуждение – процесс, характеризующийся изменением обмена в ответ на раздражение в виде временной деполяризации мембраны. Ответной реакцией нервной клетки может быть проведение нервного импульса, мышечной клетки – сокращение, секреторной – синтез и выделение биологически активного вещества.

 

Компоненты возбуждения:

- Химический

- Физико-химический

- Физический

- Физиологический

Физико-химический – ионная проницаемость (будем изучать).

Физический – электрические, термические, механические проявления.

Физиологический – изменение функциональных свойств (например, клетка может утратить возбудимость во время возбуждения).

Электрическое проявление – наиболее значимое для возбуждения. Регистрируется в виде быстрого колебания мембранного потенциала или потенциала действия. Таким образом, возбудимость – способность генерации потенциала действия (ПД), а возбуждение – процесс генерации ПД.