Краткий исторический очерк развития физиологической науки
Глава I. Введение в физиологию
Предмет физиологии и ее задачи. Физиология относится к биологическим дисциплинам. Она изучает функции живого организма, физиологических систем, органов, клеток и отдельных клеточных структур, а также механизмы регуляции этих функций. Физиология рассматривает функции организма во взаимной связи и с учетом воздействия на них факторов внешней среды. "Задача физиологии состоит в том, чтобы понять работу машины человеческого организма, определить значение каждой его части, понять, как эти части связаны, как они взаимодействуют и каким образом из их взаимодействия получается валовой результат - общая работа организма"*.
Связь физиологии с другими науками. Физиология тесно связана с дисциплинами морфологического профиля - анатомией, цитологией, гистологией.
Без знания морфологического строения клеток, тканей, органов и систем организма нельзя глубоко понять их функцию, структура и функция тесно связаны между собой, взаимно обусловливают друг друга.
Важнейшее значение для физиологической науки имеют достижения физики и химии, так как все явления, происходящие в организме, связаны с материальными процессами и основаны на законах этих наук. Физиология изучает качественные особенности, отличающие живую природу от неживой. По определению Ф. Энгельса: "Физиология есть, разумеется, физика и в особенности химия живого тела, но, вместе с тем, она перестает быть специально химией: с одной стороны, сфера ее действия ограничивается, но, с другой стороны, она вместе с тем поднимается здесь на некоторую более высокую ступень"*.
Физиология широко использует данные биохимии и биофизики для изучения функциональных сдвигов в живых организмах и выяснения механизма их регуляции. Физиология также опирается на общую биологию, эволюционное учение и эмбриологию. Это и понятно, так как для изучения жизнедеятельности любого организма необходимо знать историю его развития.
В XX веке появилась новая наука - кибернетика, изучающая общие принципы управления и связи в живых организмах и машинах. Кибернетика позволяет создавать искусственные, упрощенные модели биологических явлений, происходящих в организме, помогает понять особенности физиологических процессов и выявить общие принципы регуляции функций и их взаимосвязи.
Методы физиологического исследования. Физиология - это экспериментальная наука. Она располагает двумя основными методами - наблюдением и экспериментом (опытом). Наблюдение позволяет проследить за работой того или иного органа, например сокращением сердца (как часто оно сокращается, какой отдел сокращается первым и т. д.). Однако путем наблюдения нельзя ответить на вопросы, почему сердце сокращается, как регулируется его деятельность. Для этого необходим эксперимент.
Наблюдение позволяет познать внешнюю сторону явления, но не раскрывает его сущность. По И. П. Павлову, "...наблюдение собирает то, что предлагает ему природа, опыт же берет у природы то, что он хочет"*. Таким образом, основным методом физиологического исследования является эксперимент.
Физиологический эксперимент в зависимости от целей и задач, стоящих перед исследователем, может быть острым и хроническим. Острые опыты осуществляются в условиях вивисекции (живосечения) и позволяют изучить за короткий промежуток времени какую-то функцию. Острые опыты имеют ряд недостатков: наркоз, травма, кровопотеря могут извратить нормальное течение функций организма. Вследствие этого острый опыт постепенно уступает место хроническим экспериментам, в разработке которых выдающаяся роль принадлежит И. П. Павлову. Хронический эксперимент позволяет в течение длительного времени изучать функции организма в условиях нормального взаимодействия его с окружающей средой. И. П. Павлов разработал специальные приемы оперативной подготовки животных к проведению хронического эксперимента, например метод создания фистул для получения пищеварительных соков в чистом виде.
В опытах на животных широко используют хирургические методы - экстирпацию (удаление), пересадку органов и тканей, наблюдая в последующем за измененной жизнедеятельностью организма.
Функции органов могут быть изучены не только в целостном организме, но и вне его, при искусственной их изоляции.
В последние годы в качестве объекта исследования используют мышечные, нервные и другие клетки. В эти клетки вживляют микроэлектроды, с помощью которых наносят раздражение и по которым отводятся биопотенциалы. По сдвигам в биоэлектрической активности клетки судят о ее функции.
Современные достижения электроники позволяют изучать многие функции и в человеческом организме: регистрация биотоков сердца, головного мозга, скелетных мышц, желудка, тонов сердца, его механической работы и др.
Изучая жизненные процессы и устанавливая их закономерности, физиология открывает широкие перспективы для осознанного вмешательства в эти процессы с целью их изменения в нужном для человека направлении. Отсюда огромное практическое значение физиологии как важнейшего звена в системе медицинских знаний. Современная медицина использует в практических целях каждый новый успех, каждое открытие в области физиологии.
По представлениям И. П. Павлова, физиология и медицина неотделимы друг от друга. Для понимания нарушений, которые происходят в патологии, необходимо знать нормальное течение жизненных процессов. Знание физиологии необходимо для распознавания заболевания, выбора и проведения правильного лечения, а также для разработки научно обоснованных профилактических мероприятий. Так, изучение физиологии пищеварения И. П. Павловым позволило установить причину заболеваний пищеварительного тракта и разработать основы лечебного питания; открытие и последующее изучение витаминов позволило успешно бороться с такими заболеваниями, как цинга и рахит, и проводить их профилактику; открытие гормона поджелудочной железы - инсулина - и выяснение способов его получения сохранили жизнь миллионам больных сахарным диабетом; изучение вопроса о группах крови явилось основой такого важного для медицинской практики мероприятия, как переливание крови.
В своем становлении физиология всегда опиралась на достижения естествознания. Физиология, как и естествознание в целом, развивалась, используя достижения философской мысли данной эпохи, данной формации.
Методологией современной отечественной физиологии является диалектический материализм. В. И. Ленин в своих работах неоднократно подчеркивал значение диалектико-материалистического мышления для обобщения накапливающихся данных естествознания, в особенности в период открытия принципиально новых фактов и закономерностей. Ф. Энгельс в "Диалектике природы" и В. И. Ленин в работе "Материализм и эмпириокритицизм" рассматривали вопросы физиологии (функции мозга, сознания и мышления, познание человеком окружающего мира и т. д.) с позиций диалектического материализма. В свою очередь достижения физиологии помогают обосновать ряд положений философии с точки зрения естественных наук.
Краткий исторический очерк развития физиологической науки
Физиология прошла длинный и сложный путь развития. Как и другие науки, она возникла из потребностей медицины. Нельзя лечить больного человека, не зная, как функционируют отдельные органы и системы его организма и организм в целом.
Первоначальные представления о функциях организма были сформулированы врачами и учеными древней Греции - Гиппократом (460-377 гг. до н. э.), Аристотелем (384-322 гг. до н. э.), Древнего Рима - Галеном (201-131 гг. до н. э.), Древнего Китая, Индии и других стран.
В Средние века естествознание было подчинено церкви. Созданная ею инквизиция жестоко подавляла всякое стремление к развитию науки. Вскрытия трупов и опыты на животных были запрещены. За свои научные открытия были сожжены на костре Джордано Бруно, испанский врач Сервет, подвергались гонениям многие другие ученые.
В эпоху Возрождения, когда в ряде стран в результате буржуазных революций на смену феодальному обществу пришел капитализм (XV-XVI века), начали развиваться наука и искусство. В естествознании и медицине большое значение стали придавать опыту и наблюдению. Крупнейший врач эпохи Возрождения Т. Парацельс (1493-1541) писал, что теория врача - это опыт, никто не может стать врачом без науки и опыта.
Дальнейшему развитию физиологии предшествовали успехи анатомии, ибо понимание строения организма, структуры его органов является необходимой предпосылкой к изучению функций. Так, в это время публикуется работа анатома и физиолога профессора Падуанского университета Андрея Везалия "О строении человеческого тела". Это исследование и работы других анатомов подготовили почву для открытий в области физиологии.
Рождение научной физиологии, основанной на наблюдениях и экспериментах, относится к началу XVII века и связано с именем крупнейшего английского врача, анатома и физиолога Вильяма Гарвея (1578-1657). В 1628 г. была опубликована его работа "Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных", в которой В. Гарвей описал большой круг кровообращения. Затем Мальпиги (1628-1694), используя микроскоп, показал, что артерии и вены соединяются между собой мельчайшими сосудами - капиллярами. Благодаря наличию капилляров, в организме животных и человека образуется замкнутая сеть кровеносных сосудов.
Огромное значение для развития физиологии имело открытие рефлекса французским философом, математиком и физиологом Рене Декартом (1596-1650) в первой половине XVII столетия.
Большую положительную роль в развитии физиологии сыграли успехи физики и химии в XVII и особенно XVIII веке. Они значительно поколебали религиозные представления о жизненных процессах, происходящих в организме, которые стали объяснять на основе законов физики и химии. Однако это часто приводило к неправильным механистическим выводам, к отождествлению физиологии с физикой и химией. В этот период в науке появляется также метафизическое направление. Оно возникло в результате того, что ученые рассматривали явления и предметы изолированно друг от друга, не в движении, а в покое. Появилось представление об абсолютной неизменности природы.
В биологии развивается идеалистическое, антинаучное направление - витализм, сторонники которого признавали наличие в организме какой-то нематериальной "жизненной" силы, направляющей и регулирующей биологические процессы.
Удар по метафизике был нанесен в XVIII-XIX веках, когда в естествознании произошли великие открытия, утвердившие идею всеобщей связи и развития в природе. Так, в 1748 г. гениальным русским естествоиспытателем М. В. Ломоносовым впервые и задолго до зарубежных ученых был сформулирован закон сохранения вещества и превращения энергии. Вторым великим открытием было установление клеточного строения организма [Горянинов П. Ф., 1834; Шванн, Шлейден, 1838]. Третьим великим открытием явилось эволюционное учение Чарльза Дарвина (1859). Ч. Дарвин установил основные причины развития растительного и животного мира и разрешил вопрос о происхождении человека. Философское значение этих открытий состояло в том, что они явились естественнонаучным обоснованием диалектико-материалистического взгляда на природу.
Особого расцвета физиология достигла в XIX и XX веках. Из зарубежных ученых большой вклад в разработку физиологических проблем внес известный французский ученый Клод Бернар (1813-1877). Он изучил роль нервной системы в регуляции тонуса кровеносных сосудов и углеводного обмена, а также выдвинул представление о внутренней среде организма. В Германии Э. Дюбуа-Раймон (1818-1878) явился одним из основоположников электрофизиологии. Английский физиолог Ч. Шеррингтон (1855-1949) внес большой вклад в изучение физиологии низших отделов центральной нервной системы (спинного мозга и др.). Фундаментальные исследования физиологии вегетативной нервной системы были проведены в США В. Кенноном (1871-1945).
Благодаря успехам физики, в XIX веке был создан ряд приборов, которые позволили более глубоко изучить роль нервной системы в регуляции дыхания, кровообращения и других систем организма. Было показано, что процесс возбуждения всегда связан с электрическими изменениями в ткани. В XIX веке в противовес виталистическому направлению в биологии получает развитие нервизм - прогрессивное материалистическое направление, разработанное главным образом русскими физиологами и клиницистами - И. М. Сеченовым, И. П. Павловым, С. П. Боткиным, В. М. Бехтеревым и др.
В XIX веке была выяснена роль различных звеньев рефлекторной дуги, создана рефлекторная теория нервной деятельности, установлено значение больших полушарий головного мозга в возникновении ощущений и произвольных движений.