1. Физиология как наука…

Физиология - это наука о жизнедеятельности человеческого организма, о деятельности его отдельных органов и систем органов.

Физиология изучает функции и процессы, протекающие в организме, отдельных органах и системах органов, механизмы их формирования, реализации и регуляции.

Под функциями понимают проявление специфической деятельности органа, системы органов или организма в целом.

Физиология изучает процессы – т.е. динамику явлений, состояний во времени и пространстве. Физиология относится к разряду фундаментальных наук. А это значит, что физиология изучает законы жизнедеятельности. Это значит, что она изучает наиболее важные взаимосвязи в живой материи.

Она является базой для целой группы биологических прикладных наук, а именно - патологической физиологии, фармакологии.

Физиологию определяют как теоретическую основу медицины.

Во-первых, это обусловлено тем, что физиология изучает процессы нормальной жизнедеятельности.

Предметом интереса медицины являются болезни - больной человек и болезни. Чтобы понять отклонение, надо понимать нормальное течение процессов.

Во-вторых, физиология дает нормы для медицины, т.е. параметры нормальной деятельности органов и систем органов.

В-третьих, физиология дает методы оценки функций, т.е. она дает медицине практические методы диагностики. Для нормальной жизнедеятельности необходимо выполнение трех условий:

1. ое условие нормальной жизнедеятельности - постоянство внутренней среды.

2. ое - постоянный обмен внутренней среды организма веществом, энергией и информацией со средой окружения, внешней средой.

Из биофизики известно - человеческий организм - открытая система. Следовательно, ОБМЕН ИДЕТ В ОБЕ СТОРОНЫ: и туда и обратно. Значение обмена веществ.

Если, например, прекратить поступление в организм пищи /обмен веществом/ - человек расстанется с жизнью через 20 дней, а не потребляя воду - на 8-ой день. То же самое будет при задержке в организме метаболитов. Природные эксперименты - нефрит, повреждение почек, острая почечная недостаточность - уремия - накопление азотистых шлаков.

Значение обмена энергии.

С пищей в организм поступают не только питательные вещества, но и вещества, обеспечивающие организм энергией, В питательных веществах аккумулирована энергия Солнца /фотосинтез/, которая нам необходима для обеспечения жизнедеятельности,

Несколько слов об обмене информацией.

Имеет такое же значение, как и обмен веществ и энергии. Особую роль эта проблема приобрела с развитием космонавтики, подводных работ и т.д. Так, акад. Газенко открыл спец. НИИ около аэропорта Шереметьево - там есть спец. камеры, изолирующие человека от окружающей среды. Однако, при полном жизнеобеспечении в них нет ни радио, ни телевидения, ни прочей поступающей извне информации. При выходе из такой камеры у человека могут наблюдаться психические отклонения.

На этом основаны эксперименты с камерами, куда помещали человека с логореей (патологическое желание побеседовать с кем-либо), откуда человек выходит больным.

3. ий принцип жизнедеятельности, нарушение которого несовместимо с жизнью -

Адекватное приспособление организма к изменяющимся условиям внешней среды или среды обитания. Условия среды, в которых обитает человек, постоянно изменяются. Окружающая среда у человека изменяется намного интенсивнее, чем у животных, т.к. человек - существо биосоциальное и, кроме физических факторов,

которые на него воздействуют (климатических и др.), у человека есть проблемы общения с ему подобными, и это тоже требует постоянного приспособления.

Кроме того, человек должен приспосабливаться к техногенной среде (в отличие от животных), т.е. к среде, которую он сам создал.

Человек должен не просто приспосабливаться, а приспосабливаться адекватно, биологически разумно, к изменяющимся условиям окружающей среды.

Если он приспосабливается не адекватно, то это тоже несовместимо с жизнью.

2. Внутренняя среда организма…

Под внутренней средой организма понимают ту среду, которая непосредственно не сообщается с окружающей средой и является микроокружением клеток человеческого организма, т.е. микроокружением клеток. Истинной внутренней средой организма является межклеточная жидкость.

Итак, внутренняя среда не сообщается непосредственно с внешней. Внутренняя среда – это среда, в которой непосредственно живут клетки организма, т.е. межклеточная жидкость.

Еще в 18-м веке знаменитый французский физиолог Клод Бернар сформулировал понятие "гомеостаз" -

постоянство внутренней среды организма. Он первым сформулировал понятие постоянства внутренней среды как основное условие нормальной жизнедеятельности организма.

Отклонение от этого часто бывает несовместимо с жизнью. Врачу трудно исследовать непосредственно истинную внутреннюю среду организма. Поэтому, в понятие "внутренней среды" правильно включают, наряду с межклеточной жидкостью, еще кровь и лимфу.

Это - не истинная внутренняя среда организма: в крови не живут собственные клетки организма.

Изменение состава межклеточной жидкости всегда отражается на составе и свойствах крови. Кровь – зеркало внутренней среды организма. Поэтому врачи, исследуя кровь, проводят оценку внутренней среды организма. Постоянство внутренней среды организма предстает перед врачом в виде нормативных показателей - констант - постоянных показателей. Константы отражают норму, нормальное значение.

Константы внутренней среды организма делятся на: жесткие и пластичные.

Жесткие константы - это такие константы, которые могут отклоняться от нормы, от своего исходного уровня в процессе жизнедеятельности на небольшую величину (т.е. колебания есть, так как человек живет, но лишь на небольшую величину). Существенное отклонение жестких констант от своей исходной величины не совместимо с жизнью.

(Пример: рН крови)/

Пластичные константы - это тоже постоянные константы, но которые в процессе жизнедеятельности колеблются в значительном диапазоне величин. Однако и при значительном колебании это совместимо с жизнью. Правда и у пластичных констант существуют пределы, выход за которые несовместим с жизнью.

Пример: артериальное давление.

Гистогематические барьеры - это клеточные образования (стенки кровеносных сосудов, стенки органа), которые обладают избирательной проницаемостью по отношению к различным веществам.

Все гистогематические барьеры можно разделить на 3 группы:

1. Изолирующие гистогематические барьеры. К ним относятся:

гематоэнцефалический гематоликворный гематонейрональный гематотестикулярный

гематоофтальмологический.

2. Частично-изолирующие барьеры.

Они имеются на уровне желчных капилляров, коры надпочечников, щитовидной железы, концевых долек поджелудочной железы.

У частично-изолирующих барьеров избирательная проницаемость значительно более широкая, чем у изолирующих барьеров.

Они не пропускают лишь крупные белковые молекулы.

Более мелкие вещества - типа пептидов, ионов - эти барьеры пропускают.

3. Неизолирующие барьеры.

Они пропускают всѐ, но в ограниченном количестве, т.е. они ограничивают количественно.

Существуют и исключения: так, например, есть участки мозга, где гематоэнцефалический барьер отсутствует. Так, в гипоталамусе практически нет гематоэнцефалического барьера - там все проходит, но здесь располагается огромное количество воспринимающих структур, которые воспринимают имеющиеся концентрации различных веществ.

Итак, гистогематические барьеры охраняют внутреннюю среду организма, т.е. обладают защитной функцией (защищая организм) и регулирующей функцией (управления по отношению к внутренней среде организма).

3. Приспособление к среде обитания, как важнейшее условие жизнедеятельности. Срочная и долговременная адаптация.

Адаптация - процесс приспособления организма к изменяющимся условиям среды обитания. Он позволяет человеку постоянно приспосабливаться к новым климатическим

и техногенным условиям среды, к новым социальным ситуациям. Процесс адаптации обеспечивается компенсаторными механизмами, большая часть из которых врожденная (безусловные рефлексы, инстинкты, миогенные механизмы регуляции, врожденный, видовой иммунитет и неспецифические механизмы защиты от инфекционных и неинфекционных факторов (оболочка тела, фагоцитоз и др.)), а часть приобретенная (условные рефлексы, динамические стереотипы и др.).

Компенсаторные механизмы - составная часть резервных сил организма.

Способность адаптироваться обозначается термином адаптивность. Мерой адаптации является степень адаптированности. Человек обладает устойчивостью (резистентностью) по отношению действия широкого спектра экстремальных факторов. В процессе адаптации формируется повышение устойчивости (резистентности) к действующему фактору.

Резистентность бывает специфической и неспецифической.

Специфическая резистентность - это устойчивость к определенному фактору.

Неспецифическая (перекрестная) резистентность - устойчивость не только к данному, но и ряду других факторов.

Если факторы среды количественно превышают адаптивные возможности организма, то развивается явление дисадаптации, которая при достаточной продолжительности вызывает развитие дисфункции, то есть нарушение функции, и

может стать необратимой. При благоприятном стечении обстоятельств (прекращении действия сверхсильного фактора или снижении его силы и интенсивности до уровня физиологического диапозона действия) возможна деадаптация. Организм всегда оставляет след от неблагоприятного воздействия (вегетативная память), что облегчает приспособление при повторной адаптации (реадаптация). Развитие адаптации к неблагоприятным факторам может идти по пассивному пути по типу толерантности (зимняя спячка животных, снижение теплопродукции и т.д.) и по активному пути (повышение теплопродукции при снижении температуры окружающей среды - человек). Это пример двух стратегий адаптации.

Срочная и долговременная адаптация

Срочная и долговременная адаптация возникает при действии сильных раздражителей, многие из которых действовали на организм ранее, имея другие показатели силы.

Срочная и долговременная адаптация преимущественно

осуществляется за счет повышения специфической резистентности, хотя частично в этих процессах принимает участие и изменение неспецифической резистентности.

Срочная адаптация.

При воздействии сильного раздражителя ответная реакция формируется за счет вовлечения в процесс адаптации ранее сформированных приспособительных механизмов по действием раздражителей умеренной силы. Это требует мобилизации всех резервов организма.

При срочной адаптации ответ на сильный раздражитель энергозатратен, и поэтому при неблагоприятном развитии событий для дополнительного энергообеспечения частично

подвергаются разрушению важнейшие белковые и углеводные структуры, что может нарушить структуру тканей. Если сильный раздражитель действует многократно, то возникает долговременная адаптация.

Долговременная адаптация возникает постепенно, за счет морфогенетических и биосинтетических процессов формируются специальные дополнительные механизмы, которые обеспечивают дополнительные возможности формирования ответной реакции организма на сильный раздражитель. Энергозатраты на формирование реакции постепенно

приходят в соответствие с возможностями организма. Все механизмы, обеспечивающие долговременную адаптацию, формируют так называемый структурный след.

Он возникает на 10-12 действие раздражителя и формируется в разных физиологических системах. Прежде всего они формируются в физиологических системах, наиболее интенсивно принимающих участие в формировании ответной реакции.

3. Функции клеток…

Клетка является структурно-функциональной единицей всех живых организмов.

Она обладает следующими основными физиологическими свойствами.

1 .Раздражимость - способность клетки отвечать на раздражение изменением своего обмена веществ. Это некоторое общее свойство, присущее только живой материи - только живой клетке.

2. Возбудимость - это способность клетки отвечать на раздражение изменением проницаемости клеточной мембраны, входящим натриевым током и, как следствие, генерацией потенциала действия - т. е. процессом возбуждения.

3. Проводимость - это способность клетки проводить, распространять возбуждение от места его возникновения в клетке к другим ее частям. Если у клетки утрачена раздражимость, возбудимость или проводимость, то она или функционально нарушена, либо погибла, т. е. в ней отсутствует жизнь.

4. Сократимость как свойство присуще поперечно-полосатым, гладким мышцам, кроме того сократимость присуща и другим - немышечным клеткам, в которых есть сократительные элементы). Сократимость - это способность клетки под действием раздражителя изменять свою длину и/или напряжение цитоскелета клеток.

5. Ионно-мембранная теория происхождения биоэлектрических явлений (Ходжкин, Хаксли, Катц). Электрические явления в возбудимых тканях (потенциал покоя, потенциал действия, токи градиента основного обмена, токи повреждения).

В настоящее время происхождение электрических явлений в тканях объясняется с точки зрения ионно- мембранной теории. В 1956-м году Ходжкин и Катц за создание ионно-мембранной теории получили Нобелевскую премию.

Основные положения этой теории.

1. Электрические процессы в клетке возникают вследствие того, что мембрана обладает избирательной селективной проницаемостью для ионов.

2. В процессе жизнедеятельности происходит изменение проницаемости мембраны, в покое она проницаема для одних ионов, а при переходе в активное состояние - для других.

3. Электрические явления в тканях обусловлены неравномерным распределением ионов между цитоплазмой клетки и межклеточной жидкостью. Прежде всего, это касается натрия и калия, в какой-то степени и хлора.

4. Избирательное перемещение ионов через мембрану изменяет ее электрическое состояние и создает (формирует) новые виды электрических явлений в клетках.

Происхождение электрических явлений в тканях

На уровне клетки регистрируется потенциал мембраны (ПД) - разность потенциалов между наружной и внутренней поверхности мембраны в каждый данный момент времени. Стационарно, как показатели электрического состояния клетки регистрируют 2 вида потенциала мембраны (ПМ): потенциал покоя (ПП) и потенциал действия (ПД).

Потенциал покоя(ПП) - это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхности мембраны в состоянии покоя, т.е. в покое мембрана поляризована.

Если на клетку нанести раздражение достаточной силы, клетка придет в новое, активное состояние.

Если силы раздражителя недостаточно, чтобы сместить ПМ до некого критического уровня, то происходит возращение ПМ к исходному уровню, т.е. к уровню ПП. Возникшие изменения ПМ называются- локальный ответ.

Если силы раздражителя достаточно, чтобы сместить ПМ до критического уровня деполяризации, то произойдет формирования потенциала действия(ПД), что свидетельствует о возбуждении клетки переходе ее в деятельное состояние.

Потенциал действия и потенциал покоя -это электрические явления, регистрируемые на уровне клетки. На уровне ткани регистрируются следующие биоэлектрические явления:

В состоянии покоя: - токи покоя (повреждения) - (тп), - токи градиента основного обмена (тгоо). В состоянии возбуждения: - токи действия (тд).

6. Понятие о потенциале покоя. Роль ионов К⁺, Na⁺, Ca⁺², Cl^- в происхождении мембранного потенциала. Калий-натриевый насос, его значение. Уравнения Нернста и Гольдмана, расчет величины мембранного потенциала.

Потенциал покоя (ПП) - это разность потенциалов между наружной и внутренней поверхности мембраны в состоянии покоя, т.е. в покое мембрана поляризована.

Происхождение пп обусловлено:

1. Неравномерным распределением ионов калия и натрия между цитоплазмой и межклеточной жидкостью. В клетке - калия порядка 400 мкмоль/литр, вне клетки – 10, соответственно, натрия в клетке - 50 и 460 - вне клетки - в состоянии покоя.

2. Избирательная проницаемость клеточной мембраны в покое для натрия и калия.

В покое - высокая проницаемость для калия, а для натрия в покое она практически отсутствует небольшая. В покое за счет процесса облегченной диффузии через неуправляемые медленные калиевые каналы за счет градиента концентрации - калий постоянно выходит из клетки во внеклеточное пространство, это формирует

постоянный выходящий калиевый ток. Он является причиной разности потенциалов в покое и обуславливает ПП. Постоянному выходящему калиевому току противодействует работа калиевая часть калий-натриего насоса, которая обеспечивает постоянное возвратное поступление 2 молекул калия из внешней среды в клетку. В покое скорости этих двух процессов невелики. В реальных условиях в клетке возникает некое равновесное состояние между выходящим калиевым током и входящим калиевым током. Это формирует некий равновесный потенциал

/Е_К/, который формирует по существу ту реальную разность потенциалов, которая существует между наружной и внутренней поверхностью клетки, если бы ее создавал один вид ионов.

Его величина, описывается уравнением Нернста:

E ln ^Ke

k _K

i

где: R- газовая постоянная, Т- абсолютная температура, F- число Фарадея, К_е - концентрация свободных ионов калия в наружном растворе, К_i - их концентрация в цитоплазме, n - валентность, ln - натуральный логарифм.

По этой формуле Нернста можно подсчитать вклад калия в формирование потенциала мембраны в состоянии покоя, а так же - возбуждения. Реально равновесный потенциал для калия в покое равен минус 90 милливольт. Натрий, его равновесный потенциал в покое - плюс 60 милливольт. Хлор, для него равновесный потенциал равен - минус 70.

Гольдман - американский ученый - создал объединительное уравнение, в котором суммировал эти показатели потенциалов для натрия, калия, хлора, только в эти уравнения введено одно добавление - коэффициент проницаемости мембраны для иона, который характеризует скорость диффузии каждого из ионов. Расчет с использованием уравнения Гольдмана показывает, что в состоянии покоя потенциал мембраны составляет минус 70 милливольт. Реальные измерения ПП – 70-80 мВ. Таково электрическое состояние мембраны клетки в покое - она поляризована.

7. Потенциал действия и его фазы. Изменение проницаемости калиевых, натриевых и кальциевых каналов в процессе формирования потенциала действия.

Если на клетку нанести раздражение достаточной силы, клетка придет в новое, активное состояние.

При нанесении раздражения увеличивается проницаемость мембраны для натрия. Это происходит за счет энергии раздражителя и связано с активацией небольшого числа натриевых каналов. Возникает небольшое

усиление входящего натриевого тока, интенсивность входящего натриевого тока пропорционально силе раздражителя. За счет этого процесса происходит уменьшение полярности мембраны по сравнению с исходным (с 70 мВ до 40-50 мВ). Эти изменения называются - пассивная деполяризация или частичная деполяризация, выраженность и скорость этого процесса зависит от силы раздражителя.