Основные биологические функции организма человека

Лекция 1. Введение

1. Предмет физиологии и биохимии.

2. Методы физиологии.

3. Основные понятия физиологии.

4. Основные биологические функции организма человека.

5. Процессы регуляции.

6. Значение физиологии и биохимии в подготовке специалистов в области физической культуры и спорта.

Предмет физиологии и биохимии

Физиология – это наука, изучающая функции организма. В основе работы живых организмов лежат некоторые общие принципы и механизмы, которые направлены на сохранение нормальной жизнедеятельности организма. Эти принципы и механизмы принято называть физиологическими процессами. Они и являются в значительной мере главными предметами изучения физиологии как науки. К таким физиологическим процессам можно отнести рефлекс, гомеостаз и адаптацию.

В свою очередь физиологи можно разделить на:

- Общую физиологию, изучающую общие закономерности ответных реакций организма на раздражители внешней среды, а также механизмы основных жизненных процессов.

- Частную физиологию, изучающую отдельные функции организма – физиология дыхания, кровообращения, выделения, пищеварения и т. д.

 - Специальную (прикладную) физиологию, изучающую функции организма здорового человека в различных условиях: физиология труда, физиология спорта, космическая и подводная физиология, эволюционная физиология и возрастная физиология.

Биохимия изучает химические процессы, происходящие в живых системах. Иначе говоря, биохимия изучает химию жизни. Наука эта относительно молодая. Она родилась в 20 веке. Условно курс биохимии можно разделить на три части:

- Общая биохимия занимается общими закономерностями химического состава и обмена веществ разных живых существ от мельчайших микроорганизмов и кончая человеком. Оказалось, что эти закономерности во многом повторяются.

- Частная биохимия занимается особенностями химических процессов, протекающих у отдельных групп живых существ. Например, биохимические процессы у растений, животных, грибов и микроорганизмов имеют свои особенности, причем, в ряде случаев очень существенные.

- Функциональная биохимия занимается особенностями биохимических процессов протекающих в отдельных организмах, связанных с особенностями их образа жизни. Направление функциональной биохимии, исследующее влияние физических упражнений на организм спортсмена называется биохимией спорта или спортивной биохимией.

Методы физиологии

В общей форме физиология  - это экспериментальная наука, в которой используютсяследующие методические приемы исследований:

1. Наблюдение или метод «черного ящика», т.е. получение информации о физиологических процессах, обычно предполагает невмешательство исследователя в осуществление изучаемого процесса.

2. Эксперимент представляет собой такое исследование, при котором изучаемое явление заранее ставится в
известные экспериментатору условия:

а) острый опыт - кратковременный, обычно проводящийся в условиях обезболивания и обездвиживания животного, вскрытия кожных покровов и обнажения органа;

б) хронический эксперимент- отличается большей продолжительностью (дни, месяцы, годы) и проводится в более адекватных условиях, т.е. на бодрствующем животном, оправившемся после ранее проведенных хирургических операций.

Классическими методами исследований являлись методы удаления и методы раздражения отдельных частей или целых органов, в основном применявшиеся в опытах на животных или во время операций в клинике. Они давали приблизительное представление о функциях удаленных или раздражаемых органов и тканей организма. В этом отношении прогрессивным методом исследования целостного организма явился разработанный И. П. Павловым метод условных рефлексов.

В современных условиях наиболее распространенными являются электрофизиологические методы, позволяющие регистрировать электрические процессы, не изменяя текущей деятельности изучаемых органов и без повреждения покровных тканей — например, электрокардиография, электромиография, электроэнцефалография. Развитие радиотелеметрии позволяет передавать эти получаемые записи на значительные расстояния, а компьютерные технологии и специальные программы — обеспечивают тонкий анализ физиологических данных. Использование фотосъемки в инфракрасных лучах позволяет выявить наиболее горячие или холодные участки тела, наблюдаемые в состоянии покоя или в результате деятельности. С помощью так называемой компьютерной томографии, не вскрывая мозга, можно увидеть морфофункциональные его изменения на различной глубине. Новые данные о работе мозга и отдельных частей тела дает изучение магнитных колебаний.

Физиология изучает функции и деятельность как реакции отдельных клеток, тканей (функции) или совокупности органов и тканей (деятельность) на раздражения, т.е. действие раздражителей (стимулов). Стимулами (раздражителями) являются разнообразные изменения внешней или внутренней среды: физические (электрические, механические, световые, термические и др.), физико-химические (осмотические и др.), химические (изменения концентрации различных веществ).

 

Основные понятия физиологии

Жизнь — активная форма существования материи, в некотором смысле высшая по сравнению с её физической и химическойформами существования, совокупность физических и химических процессов, протекающих в клетке, позволяющих осуществлять обмен веществ и её деление.

Также под словом «жизнь» понимают период существования отдельно взятого организма от момента возникновения до егосмерти (онтогенез).

Метаболи́зм (от греч. μεταβολή — «превращение, изменение»), или обмен веществ — набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни. Эти процессы позволяют организмам расти и размножаться, сохранять свои структуры и отвечать на воздействия окружающей среды.

Организм (позднелат. organismus от позднелат. organizo — устраиваю, сообщаю стройный вид, от др.-греч. ὄργανον — орудие) — живое тело, обладающее совокупностью свойств, отличающих его от неживой материи.

Физиологическая система — это постоянная совокупность различных органов, объединенных какой-либо общей функции. Образование таких комплексов в организме зависит от трех факторов:

1) обмена веществ;

2) обмена энергии;

3) обмена информации.

Системообразующимфакторомявляется общий результат деятельности элементов системы. Примером может служить система стабилизации газового состава крови, в которую входят органы дыхания, кровообращения, кровь, нервные центры, железы внутренней секреции, рецепторы и связующие их друг с другом нервные пути. Результатом работы этой важной системы является та или иная концентрация в крови кислорода, углекислого газа, водородных ионов.

Функциональная система — временная совокупность органов, которые принадлежат разным анатомическим и физиологическим структурам, но обеспечивают выполнение особых форм физиологической деятельности и определенных функций. Она обладает рядом свойств, таких как:

1) саморегуляция;

2) динамичность (распадается только после достижения желаемого результата);

3) наличие обратной связи.

Благодаря присутствию в организме таких систем он может работать как единое целое.

 

Основные биологические функции организма человека

К основным биологическим функциям организма человека относятся:

1. функция гомеостаза, поддержание параметров межклеточной среды организма

2. функция экзотрофии -внешнего питания

3. функция эндоэкологии - поддержания чистоты межклеточной среды организма

4. функция локомоции - длительной, интенсивной физической активности

5. функция стресса

6. функция адаптации (краткосрочной, длительной).

Одним из фундаментальных понятий физиологии является гомеостаз. Истоки учения о нем связаны с работами Клода Бернара (1878).

Гомеостаз – совокупность биологических реакций, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма.В настоящее время различают соматический гомеостаз - генетическое постоянство клеток, тканей организма – и функциональныйгомеостаз, или, более коротко, гомеостаз – динамическое постоянство состава и свойств внутренней среды и некоторых функций организма. Это постоянство выражается константами - параметрами, которые могут быть более стабильными («жесткие» константы, например, рН, соотношение концентрации в плазме крови Na+ и К+, Са2+ и Mg2+) и менее стабильными («мягкие» константы, например, системное артериальное давление, объем циркулирующей крови и др.). Организм допускает более широкиеотклонения «мягких» констант, и это способствует поддержанию стабильности жестких параметров внутренней среды.

Пожалуй, это физиологическое свойство организма – главная цель нормальной работы организма и поэтому на сохранение гомеостаза направлены основные усилия организма.

Существенное изменение гомеостаза можно рассматривать как патологию или заболевание. Вначале на изменение гомеостаза реагирует нервная система, а затем кровь. Поэтому изменения в формуле крови часто говорят о процессах незаметного развития заболевания. Внутренний гомеостаз обеспечивает адаптацию организма.

Под адаптацией понимают совокупность приспособлений организма к условиям внешней среды. Адаптация осуществляется на всех уровнях организации живой системы, начиная от субклеточного, и кончая организменным уровнем.

Таким образом, организм можно рассматривать как совокупность адаптаций разных уровней. Вначале организм реагирует на изменение в окружающей среде с помощью нервной системы, используя рефлексы безусловные, а если необходимо, приобретая условные рефлексы. Если таких реакций недостаточно, то происходит более глубинное изменение гомеостаза. На этом этапе возникают функциональные системы, то есть объединение различных органов и систем организма, направленное на получение адаптивного результата. Если и это не помогает, то происходят коренные наследственные изменения организма, что, в конечном итоге, может привести к появлению нового вида. Однако эта последняя возможность не является предметом изучения физиологии.   

 

Процессы регуляции

В организме существуют системы различных уровней – клеток, тканей, органов, а также межорганные, организменные и система «организм + внешняя среда». На каждом из этих уровней «работают» механизмы:

- гетерорегуляции - управления системой стимулами другой, «вышестоящей» системы.Примером гетерорегуляциисистемы кровообращения может быть повышение кровяного давления при физической нагрузке под влиянием моторных нервных центров, а также импульсов мышечных рецепторов.

- саморегуляции, т.е. управления системой за счет стимулов, возникающих в ней самой. Саморегуляцией называют автоматическое поддержание стабильности параметра организма. «Золотое правило саморегуляции» состоит в том, что отклонение параметра – толчок к мобилизации аппарата, его восстанавливающего. Примером саморегуляции этой же системы может быть изменение деятельности сердца при внезапном изменении кровяного давления, т.е. под влиянием гемодинамического нервного центра, получившего информацию от рецепторов кровеносных сосудов.

Механизмы регуляцииорганизма:

1. Физические. Сводятся к целесообразным прямым реакциям клеток, тканей, органов на изменения температуры, давления (гидростатического, осмотического) и некоторых других физических факторов. Примерами могут быть повышение сократительной активности сердца при увеличении нагрузки объемом (закон Франка-Старлинга), ускорение диссоциации оксигемоглобина при повышении температуры тканей, снижение мочеобразования при появлении препятствий на пути выведения мочи.

2. Гуморальная регуляция обеспечивается влиянием метаболитов, гормонов и других биологически активных веществ (БАВ); обычно эти факторы влияют одновременно на многие ткани. В последние годы стало известно об участии в гуморальной регуляции иммунологических механизмов. Оказывается, у здорового человека и животных вырабатываются в небольших количествах аутоантитела (AT) к некоторым собственным пептидам и ферментам: ВИП (вазоактивному интестинальному пептиду), калликреину и др. Такие влияния могут быть длительными, многодневными.

В опытах на крысах (Р.А. Данилова, И.П. Ашмарин, 1994) показано, что введение AT к алкогольдегидрогеназе (разрушающей в организме собственный этанол) снижает у крыс потребность в экзогенном этаноле (эта потребность, очевидно, увеличивается при уменьшении количества эндогенного этанола). Ученые считают, что иммунологические регуляторные воздействия могут использоваться не только для лечения алкоголизма, но и для ограничения страха, судорожных состояний, стресс-реакций и др.

В роли гуморальных регуляторов выступают, кроме гормонов, метаболитов и антител, еще и особые полипептиды, получившие название цитокины, факторы роста и др. Открыто более 300 различных регуляторных пептидов.

3. Нервная регуляция, обычно имеющая в основе рефлекторный механизм, отличается большей избирательностью и срочностью влияний, она представлена условными и безусловными рефлексами. С формированием второй сигнальной системы (у человека) появляется высшая – психическая – форма нервной регуляции: словесное внушение Слово «врач» происходит от древнерусского «врать», т.е. «говорить,
успокаивая, убеждая».Часто механизмы рефлекторной регуляции приводят к повышениюсекреции гормона,который, попадая в кровь, влияет на функцию органа (нервно-гуморальная регуляция).

 

Признание мощности, широты и значимости нервных регуляторных влияний в организме выражается принципом нервизма, т.е. главенствующей роли нервной системы в жизнедеятельности здорового и больного организма человека. Этот принцип сформировался благодаря трудам выдающихся физиологов и клиницистов XIX-XX веков.

И.М. Сеченов, «отец русской физиологии», пришел к выводу, что «все акты сознательной и бессознательной жизни суть рефлексы». Основатель учения о гомеостазе Клод Бернар утверждал, что постоянство внутренней среды – это работа мозга.

Французский невропатолог Бонье сформулировал принцип нервизма так: «Нервная система все знает и все может, если она не знает – мы болеем, если она не может – мы умираем». Выдающийся ученый-терапевт С.П. Боткин создал нейрогенную теорию патологии. И.П. Павлов более 30 лет своей жизни посвятил изучению высших (психических) механизмов регуляции; его учениками развито учение о кортико-висцеральной патологии. Значение регуляции функций состоит в обеспечении четкого выполнения основных жизненных программ организма: «Гомеостаз», «Рост и развитие», «Продолжение рода», которые тесно взаимосвязаны.