Развитие физиологии в XX веке
Характерной чертой физиологии XX века является переход от узкоаналитического к широкому, комплексному изучению жизненных процессов. Этому способствовали, как уже указывалось, исследования, проведенные в лаборатории И. П. Павлова. Развитие физиологии во многом определялось достижениями химии. Так, например, были выяснены физико-химические основы мышечного сокращения (В. А. Энгельгардт, Сцент-Дьордьи, Хаксли и др.), природа электрических явлений в живых тканях, механизм возникновения биопотенциалов, их распространение по нервным проводникам (В. Ю. Чаговец, Бернштейн, Ходжкин, Хаксли и др.).
Важным этапом в развитии физиологии было открытие медиаторов - химических передатчиков нервных импульсов с нервных окончаний на клетки периферических органов или нервные клетки (А. Ф. Самойлов, А. В. Кибяков, Леви, Кеннон).
Достижения электроники и радиотехники позволили осуществить регистрацию электрических явлений, возникающих в сердце (электрокардиография), скелетных мышцах (электромиография), головном мозге (электроэнцефалография). Эти методы способствовали обнаружению ранних нарушений функций органов и систем (А. Ф. Самойлов, Эйнтховен, Эдриан и др.).
Открытие в 1880 г. Н. И. Луниным группы веществ, которые, хотя и не являются источниками энергии, но абсолютно необходимы для жизнедеятельности организма, послужило основой для бурного развития учения о витаминах. Современные знания о витаминах позволяют не только лечить, но и предупреждать заболевания, связанные с дефицитом витаминов в пище.
В XX веке был установлен химический состав и механизм действия многих продуктов жизнедеятельности эндокринных желез (гормонов), некоторые из них в настоящее время синтезированы. Все это позволило разработать эффективные методы лечения тяжелейших заболеваний, связанных с нарушением функций желез внутренней секреции.
Крупные успехи достигнуты в изучении функций внутренних органов и их регуляции. Разработано учение о вегетативной нервной системе, иннервирующей внутренние органы, сосуды, потовые железы и участвующей в регуляции обмена веществ в организме. Установлены закономерности сердечной деятельности, регуляции сосудистого тонуса, капиллярного кровообращения. Определены механизмы, с помощью которых осуществляется дыхание и транспорт газов кровью. Подробно изучены механизмы регуляции процессов пищеварения, обнаружено так называемое пристеночное пищеварение. Более глубоко вскрыты закономерности работы почек.
В настоящее время больших успехов достигла новая область физиологии - микрофизиология. Объектами физиологического исследования стали не только органы, ткани и отдельные клетки, но и их структурные элементы. Широко стали использовать вживление микроэлектродов в определенные нервные образования и даже отдельные нервные клетки. Это позволило углубить знания о работе нервных центров, об особенностях рефлекторной деятельности различных отделов центральной нервной системы.
Изучена роль ретикулярной формации ствола мозга. Показано, что этот отдел нервной системы имеет большое значение в регуляции деятельности всех звеньев центральной нервной системы. Ретикулярная формация (сетчатое образование) оказывает активирующее влияние на кору головного мозга, поддерживает ее бодрствующее состояние. Данные о роли ретикулярной формации позволили, например, по-новому объяснить механизмы возникновения ощущений, смены сна и бодрствования.
Развитие физиологии привело к созданию новых ее разделов: физиология высшей нервной деятельности, труда и спорта, космическая физиология, сравнительная и возрастная физиология и т. д.
Для развития современной физиологии характерно широкое использование математического подхода к анализу полученных результатов, что дает возможность оценить их не только качественно, но и количественно. К. Маркс говорил, что наука только тогда достигает совершенства, когда она пользуется математикой.
Достижения электроники позволили физиологам использовать в своих исследованиях новейшую современную аппаратуру. Сравнительно недавно для разнообразных экспериментальных исследований физиологи применяли относительно простые приборы (кимограф, индукционная катушка и т. д.). В наши дни для изучения физиологических функций животных и человека используют весьма сложные аппараты (электрокардиографы, спирографы, электроэнцефалографы и др.).
В настоящее время физиологические исследования проводят в крупных научных институтах и лабораториях, в которых над разрешением проблем рядом с физиологами трудятся специалисты различных профилей (биофизики, биохимики, морфологи, математики, инженеры).
Большая заслуга в развитии современной физиологии принадлежит ученикам И. П. Павлова - Л. А. Орбели, К. М. Быкову, В. Н. Черниговскому, П. К. Анохину и др.
П. К. Анохин (1898-1974)
Л. А. Орбели создал учение об адаптационно-трофической функции симпатической нервной системы и внес большой вклад в развитие эволюционной и возрастной физиологии.
Л. А. Орбели (1882-1958)
К. М. Быков, применяя метод условных рефлексов, впервые показал роль коры головного мозга в регуляции функций внутренних органов.
В результате этих исследований были установлены два механизма, оказывающие воздействие на активность внутренних органов: пусковой и корригирующий (исправляющий).
Пусковой механизм заключается в том, что под влиянием нервных воздействий начинает функционировать какой-либо орган или система. Например, при возбуждении блуждающих нервов начинается секреция желудочного сока. Корригирующий механизм проявляется в том, что за счет нервных влияний изменяется деятельность органов или систем в соответствии с потребностью организма в данных условиях. Например, усиление деятельности сердца при выполнении физической работы происходит под влиянием возбуждения симпатических нервов.
Исследованиями В. Н. Черниговского установлено важнейшее положение о двусторонней (прямой и обратной) связи внутренних органов с корой головного мозга.
П. К. Анохин создал учение о функциональных системах организма. Функциональной системой называется совокупность органов и тканей, принадлежащих к различным анатомо-физиологическим образованиям, но обеспечивающих определенную форму приспособительной деятельности организма. Конечной целью деятельности функциональной системы является поддержание в организме нормальных условий течения обменных процессов и гомеостаза, т. е. постоянства состава его внутренней среды.
Принципиальная схема функциональной системы представлена на рис. 1.
Рис. 1. Принципиальная схема функциональной системы
Функциональная система - это не анатомическое образование, а совокупность различных нервных центров и периферических органов, объединенных в единое целое полезным для организма результатом, который эта система создает. Именно полезный результат (нормализация измененного артериального давления, напряжения кислорода или уровня сахара в крови, приспособительный двигательный акт или сложная поведенческая реакция) определяет структуру функциональной системы, т. е. необходимый подбор органов и регулирующих их деятельность нервных центров. Функциональная система включает: 1) рецепторы, воспринимающие воздействие факторов внешней среды; 2) проводниковые аппараты, передающие сигналы от рецепторов; 3) центральные нейроны и их связи, обеспечивающие объединение функций; 5) совокупность афферентных аппаратов, обеспечивающих обратную афферентацию.
Структура и свойства функциональной системы зависят не только от особенностей внешних воздействий, но также от потребностей и опыта организма. Влияния внешней среды воспринимаются рецепторами, которые посылают сигналы к нервным центрам. В нервных центрах на основании этих сигналов, потребности организма в данный момент и его предшествующего опыта создается программа, в соответствии с которой эфферентные влияния изменяют функцию периферических органов. Одновременно с программой в центральной нервной системе формируется и сохраняется прогноз будущих результатов (акцептор результатов действия). Изменения функции периферических органов воспринимаются рецепторами, возникает обратная афферентация в виде сигналов о результатах, которая поступает в нервные центры и сопоставляется в акцепторе результатов с прогнозом.
В случае несовпадения по каким-либо причинам результата и прогноза структура функциональной системы изменяется за счет включения других нервных центров и органов и полезный для организма результат достигается. Таким образом, отличительной особенностью функциональной системы является ее способность к саморегуляции и высокая изменчивость в процессе достижения полезного результата.