Современные тенденции современной физиологии и их использование в организации

Современные тенденции и задачи физиологии
Одна из основных задач современной Физиологии - выяснение механизмов психической деятельности животных и человека с целью разработки действенных мероприятий против нервно-психических болезней.
Решению этих вопросов способствуют исследования функциональных различий правого и левого полушарий мозга, выяснение тончайших нейронных механизмов условного рефлекса, изучение функций мозга у человека посредством вживленных электродов, искусственного моделирования психопатологических синдромов у животных.

Физиологические исследования молекулярных механизмов нервного возбуждения и мышечного сокращения помогут раскрыть природу избирательной проницаемости клеточных мембран, создать их модели, понять механизм транспорта веществ через клеточные мембраны, выяснить роль нейронов, их популяций и глиальных элементов в интегративной деятельности мозга, и в частности в процессах памяти.
Изучение различных уровней центральной нервной системы позволит выяснить их роль в формировании и регуляции эмоциональных состояний. Дальнейшее изучение проблем восприятия, передачи и переработки информации различными сенсорными системами позволит понять механизмы формирования и восприятия речи, распознавания зрительных образов, звуковых, тактильных и др. сигналов.
Активно развивается Физиология движений, компенсаторных механизмов восстановления двигательных функций при различных поражениях опорно-двигательного аппарата, а также нервной системы. Проводятся исследования центральных механизмов регуляции вегетативных функций организма, механизмов адаптационно-трофического влияния вегетативной нервной системы, структурно-функциональной организации вегетативных ганглиев.
Для медицины Физиология решает ряд задач, например определение роли эмоциональных стрессов при развитии сердечно-сосудистых заболеваний и неврозов.
Важные направления Физиологии - возрастная физиология и геронтология. Перед Физиологии с.-х. животных стоит задача увеличения их продуктивности.

Интенсивно изучаются эволюционные особенности морфо-функциональной организации нервной системы и различных сомато-вегетативных функций организма, а также эколого-физиологические изменения организма человека и животных. В связи с научно-техническим прогрессом назрела настоятельная необходимость изучения адаптации человека к условиям труда и быта, а также к действию различных экстремальных факторов (эмоциональных стрессов, воздействия различных климатических условий и т.д.).
Актуальная задача современной Физиология состоит в выяснении механизмов устойчивости человека к стрессорным воздействиям. С целью исследования функций человека в космических и подводных условиях проводятся работы по моделированию физиологических функций, созданию искусственных роботов и т.п. В этом направлении широкое развитие приобретают самоуправляемые эксперименты, в которых с помощью ЭВМ удерживаются в определённых границах различные физиологические показатели экспериментального объекта, несмотря на различные воздействия на него.
Необходимо усовершенствовать и создать новые системы защиты человека от неблагоприятного воздействия загрязнённой среды, электромагнитных полей, барометрического давления, гравитационных перегрузок и др. физических факторов.
Современные тенденции и задачи физиологии

Развитие науки обусловлено успехами применяемых методов. Павловский метод хронического эксперимента создавал принципиально новую науку -- физиологию целостного организма, синтетическую физиологию, которая смогла выявить влияние внешней среды на физиологические процессы, обнаружить изменения функций раз личных органов и систем для обеспечения жизни организма в раз личных условиях.
С появлением современных технических средств исследования процессов жизнедеятельности появилась возможность изучения без предварительных хирургических операций функций многих внутренних органов не только у животных, но и у человека. «Физиологическая хирургия» как методический прием в ряде разделов физиологии оказалась вытесненной современными методами бес кровного эксперимента.
Но дело не в том или ином конкретном техническом приеме, а в методологии физиологического мышления. И.П. Павлов создал новую методологию, благодаря чему физиология стала развиваться как синтетическая наука, и ей органически стал присущ системный подход.
Физиология целостного организма

Кибернетика (от греч. kybernetike -- искусство управления) -- наука об управлении автоматизированными процессами. Процессы управления, как известно, осуществляются путем сигналов, несущих определенную информацию. В организме такими сигналами являются нервные импульсы, имеющие электрическую природу, а также различные химические вещества.
Кибернетика изучает процессы восприятия, кодирования, переработки, хранения и воспроизведения информации. В организме для этих целей существуют специальные структуры и системы (рецепторы, нервные волокна, нервные клетки и т.д.).
Технические кибернетические устройства позволили создать модели, воспроизводящие некоторые функции нервной системы. Однако работа мозга в целом такому моделированию еще не поддается, и необходимы дальнейшие исследования.
Физиология и кибернетика

Физиология XXI века имеет существенные успехи не только в области раскрытия механизмов процессов жизнедеятельности и управления этими процессами, но осуществила прорыв в самую сложную и таинственную область -- в область психических явлений. Физиологическая основа психики -- высшая нервная деятельность человека и животных, стала одним из важных объектов физиологического исследования.

Определение и предмет физиологии и морфологии животных
Физиология животных является одним из важнейших разделов биологии и представляет собой систему знаний о строении тела, процессах жизнедеятельности и функциях организма животных.
Предметом (объектом) изучения физиологии и морфологии животных является организм животного.
Физиология изучает физиологические процессы и функции живого организма на уровне клеток, тканей, органов и организма в целом в их взаимосвязи между собой и с учетом влияний условий окружающей среды, технологии содержания животных, поведенческие реакции животных.
Физиология является теоретической основой ветеринарии и зоотехнии. Знания ее необходимы ветеринарному врачу и зооинженеру в качестве основы для решения вопросов, связанных с профилактикой, диагностикой и терапией, организацией разумного содержания, эффективного использования животных, повышения их продуктивности. Они необходимы смежным специальностям, товароведу эксперту по сырью животного происхождения при оценке качества сырья и товаров животного происхождения, технологу по переработке продукции животноводства при определении путей и способов улучшения технологий.

Цель и задачи физиологии
Целью физиологии животных является глубокое познание механизмов и закономерностей осуществления процессов и функций, их регуляции.
Задачи физиологии и этологии животных многообразны и определяются исходя из конечной цели:
- познание частных и общих механизмов и закономерностей деятельности клеток, тканей, органов и целостного организма, механизмов нейрогуморальной регуляции физиологических процессов и функций у млекопитающих и птиц, качественного своеобразия физиологических процессов у продуктивных животных, поведенческих реакций и механизмов их формирования, роли отдельных факторов в обеспечении структурно-физиологической организации организма, его органов, в определении качества продукции, сырья;
- приобретение навыков по исследованию физиологических констант функций и умений использования знаний физиологии в профессиональной деятельности по специальности.

Основные разделы физиологии
Физиология, существующая как наука уже на протяжении многих столетий, развивалась в разных направлениях, которые в настоящее время приобрели самостоятельное значение:
1. Общая физиология изучает физиологические процессы, свойственные всем живым существам. В общей физиологии можно выделить: физиологию клетки, физиологию возбудимых тканей.
2. Эволюционная физиология специально рассматривает естественную историю возникновения и преобразования процессов и функций в процессе эволюции мира животных
3. Экологическая физиология изучает приспособительные изменения процессов и функций в связи с условиями жизни.
4. Сравнительная физиология изучает особенности физиологических процессов и функций в сравнительном аспекте у животных разных видов: свиней, лошадей крупного рогатого скота, овец, коз, кроликов, норок и т.д.
5. Частная физиология систем организма изучает особенности и закономерности физиологических процессов и функций отдельных систем организма: нервной, сенсорной, эндокринной, крови, кровообращения, дыхания и др.
6. Возрастная физиология изучает особенности и становление физиологических процессов и функций у животных в различные периоды индивидуального развития (онтогенеза). Она включает физиологию молодняка животных.
7. Отраслевая физиология изучает особенности физиологических процессов и функций, связанных с той или иной продуктивностью животных: физиология лактации, откорма и т.д.

Связь физиологии с другими науками
Физиология тесно связана с рядом биологических наук, имеет много точек соприкосновения с физикой и химией, широко используя их законы и методы, так как физические и химические процессы лежат в основе процессов и функций организма. Широкое применение в физиологии получили методы кибернетического моделирования. Эволюционная теория помогает физиологии понять закономерности развития функций организма. Знания экологии физиология использует при изучении приспособительных изменений функций к определенным условиям жизни.
Физиология опирается на данные анатомии, гистологии и цитологии, биохимии, так как все процессы жизнедеятельности протекают в определенных структурах организма, и в основе их лежат биохимические процессы.
В свою очередь физиология является теоретической основой для всех специальных врачебных и зоотехнических дисциплин: фармакологии, диагностики, терапии, акушерства, хирургии, разведения, кормления, животноводства, зоогигиены и других.
Знания физиологии являются базой для формирования врачебного и зоотехнического мышления, а также расширяют кругозор инженеров-технологов.

История развития физиологии
Каждая наука характеризуется своей историй. История физиологии как науки – система знаний о потребностях, путях и способах познания и формирования представлений о процессах и функциях организма животных, необходимых для дальнейшего эффективного их изучения в будущем.
Физиология как наука возникла в XVII столетии. Она берет начало с замечательной работы английского врача, анатома и физиолога Вильяма Гарвея «Анатомическое исследование о движении сердца и крови у животных», опубликованной в 1628 году. В своем исследовании В. Гарвей впервые обосновал путем эксперимента наличие большого и малого кругов кровообращения, и доказал, что сердце обеспечивает кровообращение. Работа ученого послужила мощным стимулом для последующих исследований процессов и функций организма.

В развитии физиологии следует выделить три этапа:
- первый - накопление фактических данных о сущности и закономерностях отдельных процессов жизнедеятельности организма, его тканей, органов и систем;
- второй – обобщение частных сведений о процессах жизнедеятельности в определенные представления о функциях организма;
- третий – современный период целенаправленного изучения процессов и функций исходя из потребностей и на основе оформленных теорий, принципов деятельности организма.
Первый этап истории развития физиологии характеризуется накоплением фактов о проявлении жизнедеятельности организма. Он охватывает период XVII-XVIII вв. Вслед за В. Гарвеем А. Левенгук и М. Мальпигий обнаружили и доказали наличие капилляров. Французский ученый-философ Рене Декарт отметил проявление рефлекса (термин «рефлекс» ввел в XVIII в. чех Г. Прохаска). Значительную роль сыграло открытие М.В. Ломоносовым закона сохранения веществ, который сформулирован им в 1748 г. как «закон сохранения веществ и движения». В эти два столетия были созданы первые поверхностные представления о дыхании, химизме пищеварения, затратах энергии, биоэлектрических явлениях в организме.
История развития физиологии

Второй этап связан с обобщением отдельных фактов, общих явлений, принципов, с формированием теорий деятельности органов и систем организма. Это этап абстрактно-теоретического познания существа деятельности организма. Он занимает XIX столетие. Этот период в развитии физиологии отмечен: успехами в органической химии (Ф. Веллер синтезировал мочевину), биохимии, установлением закона сохранения энергии (Майер, Джоуль и Г. Гельмгольц развили закон сохранения веществ М.В. Ломоносова), гистологии, открытием клетки (Т. Шванн), физиологии, созданием рефлекторной теории нервной деятельности (И.М. Сеченов), созданием теории развития органического мира (Ж.-Б. Ламарк и Ч. Дарвин). Благодаря абстрактно-теоретическому познанию существа деятельности организма в XIX веке сформировались и получили большое развитие учения о клетке, кровообращении, крови, дыхании, пищеварении; разработан большой ряд методик физиологических исследований функций органов, широкую известность получили фистульные методики И.П. Павлова для изучения деятельности органов пищеварения, создана рефлекторная теория нервной деятельности.
История развития физиологии

Особая заслуга в формировании и развитии физиологии принадлежит И.М. Сеченову (1829-1905), который впервые определил наличие процессов торможения в центральной нервной системе и на основании этого создал учение о рефлекторной деятельности организма. Его труд «Рефлексы головного мозга» получил всеобщее признание и явился основой формирования учения об организме как едином целом, учения о нервизме. Учение И.М. Сеченова успешно развил И.П. Павлов (1849-1936), который создал современное учение о физиологии пищеварения, кровообращения, внедрил в физиологию фистульный метод, создал учение о трофической роли нервной системы.
История развития физиологии

Третий этап в истории физиологии – активно поисковый этап, который приходится на XX век и настоящее время. В этот период физиология начала выполнять свою поисковую функцию. Путем абстрактно-теоретического осмысления полученных экспериментальных данных ученые физиологи формируют новые представления о принципах деятельности органов и организма, ставят новые задачи и открывают новые, более глубокие закономерности жизнедеятельности организма. Эти открытия находят применение в практике. В этот период И.П. Павлов сформировал учение о высшей нервной деятельности, П.К. Анохин - учение о функциональных системах, создано направление, которое называется микрофизиология, учение о физиологии желез внутренней секреции, современное представление об обмене веществ, учения о медиаторах, о витаминах.
В начале двадцатого столетия И.П. Павлов целиком ушел в разработку важнейших проблем, связанных с учением об условных рефлексах. Открытые им условные рефлексы пищеварительных желез были фундаментом на котором он построил новое грандиозное здание – учение о высшей нервной деятельности. Установлены иррадиация возбуждения и торможения в коре больших полушарий головного мозга, врожденные, или безусловные и индивидуально-приобретенные условные рефлексы. И.П. Павлов сформулировал свое учение о второй сигнальной системе.
История развития физиологии

Ряд крупных проблем физиологии мышц и нервов поставил и разрешил в своих работах Н.Е. Введенский (1884-1886 гг.).
Значительное влияние на развитие учения физиологии центральной нервной системы оказала работа А.А. Ухтомского «О зависимости кортикальных двигательных эффектов от побочных центральных влияний», в которой был сформирован принцип доминанты.
Благодаря трудам А.Ф. Самойлова особенно высокое развитие получило электрофизиологическое исследование нервно-мышечной деятельности (1904 г). В 1933 г. Казанский физиолог А.В. Кибяков доказал химическую передачу возбуждения от одного нейрона к другому в шейном симпатическом узле.
К.М. Быков с коллективом провел большие исследования роли коры больших полушарий в деятельности внутренних органов.
Л.А. Орбели развил учение И.П. Павлова о трофическом влиянии нервной системы.
Основоположником возрастной физиологии является И.А. Аршавский, эволюционной физиологии – А.И. Карамян, экологической физиологии – А.Д. Слоним, учения о функциональных системах организма – П.К. Анохин.
История развития физиологии

История физиологии сельскохозяйственных животных
В эти периоды интенсивно развивалась и развивается физиология сельскохозяйственных животных. Большой вклад в ее развитие внесли ученые России, Германии, Франции и Италии. Разработанные И.М. Сеченовым и И.П. Павловым принципы и методы физиологических исследований явились прочным фундаментом развития физиологии сельскохозяйственных животных.
Признанный вклад в развитие физиологии сельскохозяйственных животных внесли следующие ученые:
А.В. Леонтович: в определение особенностей пищеварения у птиц, иннервацию внутренних органов и эндокринных желез, секреторную и моторную деятельность вымени. Он был автором первого русского учебника по физиологии домашних животных (1916), переизданного трижды;
К.Р. Викторов: в современные учения о деятельности нервной системы, пищеварении у птиц, дыхании, о гуморальных связях в организме. Он издал первый в России основательный учебник по физиологии сельскохозяйственных животных, который претерпел 5 изданий;

Также значим вклад других российских специалистов:
Г.И. Азимов: в физиологию лактации; автор учебника по физиологии сельскохозяйственных животных;
Д.Я. Криницин: в физиологию пищеварения у жвачных; автор учебника по физиологии сельскохозяйственных животных;
Н.Ф. Попов: в физиологию пищеварения у разных видов сельскохозяйственных животных; автор учебника по физиологии сельскохозяйственных животных;
Г.В. Пашутин: в физиологию высшей нервной деятельности у сельскохозяйственных животных; автор учебника по физиологии сельскохозяйственных животных;
А.Н. Голиков: в физиологию нервной системы, адаптации у сельскохозяйственных животных; автор учебника по физиологии сельскохозяйственных животных;
В.И. Георгиевский: в физиологию минерального и витаминного обменов, пищеварения; автор учебника по физиологии животных.
История физиологии сельскохозяйственных животных

Основные принципы структурной и функциональной организации организма животных
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС - это проявление жизнедеятельности клеток, тканей, органов, систем. Жизнедеятельность проявляется в физических и химических процессах.
ФИЗИОЛОГИЧЕСКАЯ ФУНКЦИЯ - это проявление жизнедеятельности ткани, органа, организма, обеспечивающее приспособление к меняющимся условиям внутренней и внешней среды.
ОРГАНИЗМ - открытая, самостоятельно существующая, саморегулирующаяся единица органического мира, которая отвечает реакцией как единое целое на изменение условий окружающей среды. Организм определенным образом организован. Различают системный, органный, тканевой, клеточный и субклеточный уровни организации организма. Физиология изучает организм на всех уровнях его организации.
СИСТЕМА - объединение органов, участвующих в выполнении сложной деятельности.
ОРГАН — объединение различных тканей, которое структурно и функционально специализировано выполняет сложную деятельность.
Органы организма состоят из тканей.
ТКАНЬ – система специфически дифференцированных клеток, а также неклеточных структур, объединенных на основе общности строения, деятельности и происхождения.

КЛЕТКА - сложное образование, являющееся структурно-физиологической единицей тканей, органов, организма в целом. Клетка состоит из плазматической мембраны, цитоплазмы и ядра. Плазматическая мембрана состоит из двух слоев фосфолипидов и белков. Цитоплазма содержит в себе следующие компоненты: эндоплазматическая сеть, рибосомы, пероксисомы, пластинчатый комплекс Гольджи, лизосомы, митохондрии, клеточный центр и включения (пиноцитозные гранулы, секреторные гранулы.) Роль скелета клетки играют цитоплазматические микротрубочки. Ядро состоит из ядерной оболочки, кариоплазмы, ядрышка.
Среда, окружающая организм и необходимая для его жизнедеятельности, носит название ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ для данного организма. Клетки, ткани и органы организма функционируют в относительно постоянных условиях, которые создаются в организме кровью, тканевой жидкостью, лимфой.
Среда, в которой функционируют клетки, ткани и органы организма, называется ВНУТРЕННЕЙ СРЕДОЙ для данного организма.
Постоянство состава и физико-химических свойств внутренней среды организма, которые обеспечиваются деятельностью всех органов и систем организма называется ГОМЕОСТАЗОМ.
Основные принципы структурной и функциональной организации организма животных

При изучении поведения животных под влиянием условий среды необходимо учитывать наследственный фон поведения животных данного вида и породы. При формировании крупных стад и применении промышленной технологии производства идеальным следовало бы считать стадо, однородное как по продуктивности, так и по свойствам поведения.
Исследования по генетике ВНД показали, что свойства нервных процессов, лежащих в основе типов нервной деятельности являются врожденными и доминантными.
Увеличение процента животных, 98 имеющих сильный уравновешенный подвижный тип дает возможность во-первых повысить продуктивность стада, во-вторых увеличить срок эксплуатации животных в промышленной технологии. Факторы, обуславливающие важнейшие поведенческие реакции животных обобщены далее.
Этология с-х животных

Классификация поведенческих реакций

РЕГУЛЯЦИЯ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ – приспособление процессов жизнедеятельности организма к меняющимся условиям среды, которые складываются на каждый данный момент. Регуляция осуществляется тканевыми, органными и центральными механизмами. Местная регуляция осуществляется тканевыми и органными механизмами. Центральная нервная система через периферические нервы осуществляет нервную регуляцию по принципу рефлекса. Рефлекторная регуляция структурной организации и деятельности органов с участием гормонов желез внутренней секреции называется нервно-гуморальной регуляцией.
РЕФЛЕКС – закономерная ответная реакция тканей, органов, организма в целом на действие раздражителя на рецепторы, осуществляемая с участием центральной нервной системы.
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СИСТЕМА - это широкое объединение различно локализованных структур и процессов в целях обеспечения той или иной конкретной приспособительной реакции.
Органы и организм осуществляют свою деятельность по принципу рефлекса и функциональных систем. Организм представляет объединение функциональных систем.
Основные принципы структурной и функциональной организации организма животных

Понятие о физиологической и функциональной системе. Гомеостаз
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.
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.
Особое место в физиологии уделяется гомеостазу. Гомеостаз – совокупность биологических реакций, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма. Она представляет собой жидкую среду, которую составляют кровь, лимфа, цереброспинальная жидкость, тканевая жидкость. Их средние показатели поддерживают физиологическую норму (pH крови, уровень артериального давления, количество гемоглобина и т. д.).

Предельные колебания пульса у здоровых животных

Размножение — сложный физиологический процесс, обеспечивающий воспроизводство и сохранение вида. Сельскохозяйственные животные размножаются половым путем, который заключается в слиянии и взаимной ассимиляции-диссимиляции половых клеток самцов и самок. Половое размножение возможно с наступлением полового созревания. К этому времени в половой системе созревают половые клетки, синтезируются половые гормоны, самки могут стать беременными и вынашивать плод. Сельскохозяйственных животных начинают использовать для размножения позже, т. е. когда наступает хозяйственная зрелость.
Половая зрелость с-х животных

Сроки полового созревания и использования животных для воспроизводства

Методы исследования в физиологии
Для познания физиологических процессов и функций живого организма физиология использует два метода: метод наблюдения и метод эксперимента.
Метод наблюдения
Сущность МЕТОДА НАБЛЮДЕНИЯ сводится к оценке проявления того или иного физиологического процесса, той или иной функции органа, ткани в естественных условиях. Метод позволяет определить, как проявляется процесс или функция органа, ткани (например, деятельность слюнной железы проявляется в выделении слюны в таком-то объеме, которая имеет такое-то свойство). Однако этот метод не дает ответа, почему осуществляется тот или иной физиологический процесс или функция.
Метод наблюдения предусматривает использование простых и сложных приборов, вспомогательных операций (наложение фистул на исследуемый орган, вживление электродов и др.).

Метод эксперимента (или опыта)
Сущность МЕТОДА ЭКСПЕРИМЕНТА сводится к определению роли факторов, обеспечивающих деятельность тканей, органов, организма, путем направленного устранения или усиления действия того или иного условия (фактора) жизнедеятельности тканей, органов, организма. В конечном итоге делается заключение, почему осуществляется данный физиологический процесс или функция.
Метод эксперимента, как и метод наблюдения, предусматривает использование простой и сложной современной аппаратуры, приборов:
входящие в системы, предназначенные для воздействия на объект,
входящие в системы, предназначенные для регистрации различных проявлений жизнедеятельности, а также вспомогательных приемов: перерезка нерва, вживление электродов, наложение фистул и т.д.
Методы исследования в физиологии