Вся бібліотека >>>

Зміст книги >>>

 


Серія: Навчальна література для студентів медичних внз

Фізіологія людини


під редакцією В.М.Покровского, Г.Ф.Коротько

 

Розділ 1. ФІЗІОЛОГІЯ. ПРЕДМЕТ І МЕТОДИ. ЗНАЧЕННЯ ДЛЯ МЕДИЦИНИ. КОРОТКА ІСТОРІЯ

 

Методи фізіологічних досліджень

 

Спостереження як метод фізіологічного дослідження. Порівняно повільний розвиток експериментальної фізіології протягом двох століть після робіт Ст. Гарвея пояснюється низьким рівнем виробництва і розвитку природознавства, а також недосконалістю дослідження фізіологічних явищ шляхом їх звичайного спостереження. Подібний методичний прийом був і залишається причиною численних помилок, так як експериментатор повинен проводити досвід, бачити і запам'ятовувати безліч складних процесів і явищ, що являє собою важку задачу. Про труднощі, які створює методика простого спостереження фізіологічних явищ, красномовно свідчать слова Гарвея: «Швидкість серцевого руху не дозволяє розрізнити, як відбувається систола і діастола, і тому не можна дізнатися, в який момент і в якої частини відбувається розширення і стиснення. Дійсно, я не міг відрізнити систоли від діастоли, так як у багатьох тварин серце показується і зникає в мить ока, з швидкістю блискавки, так що мені здавалося один раз тут систола, а тут - діастола, інший раз - навпаки. У всьому різниця і сбивчивость».

 

Дійсно, фізіологічні процеси являють собою динамічні явища. Вони безперервно розвиваються і змінюються, тому безпосередньо вдається спостерігати лише 1-2 або, в кращому випадку, 2-3 процесу. Однак щоб їх аналізувати, необхідно встановити зв'язок цих явищ з іншими процесами, які при такому способі дослідження залишаються непоміченими. Внаслідок цього просте спостереження фізіологічних процесів як метод дослідження є джерелом суб'єктивних помилок. Зазвичай спостереження дозволяє встановити лише якісну сторону явищ і позбавляє можливості досліджувати їх кількісно.

 

Важливою віхою в розвитку експериментальної фізіології було винахід кимографа і введення методу графічної реєстрації артеріального тиску німецьким вченим Карлом Людвігом в 1847 р.

 

Графічна реєстрація фізіологічних процесів. Метод графічної реєстрації ознаменував новий етап у фізіології. Він дозволив здійснити об'єктивну запис досліджуваного процесу, зводила до мінімуму можливість суб'єктивних помилок. При цьому експеримент і аналіз досліджуваного явища можна було проводити в два етапи. Під час самого досвіду завдання експериментатора полягала в тому, щоб отримати високоякісні записи - криві - кілограми. Аналіз отриманих даних можна було виробляти пізніше, коли увага експериментатора вже не відволікалася на проведення досвіду. Метод графічної реєстрації дав можливість записувати одночасно (синхронно) не один, а кілька фізіологічних процесів.

 

Досить скоро після винаходу способу запису артеріального тиску були запропоновані методи реєстрації скорочення серця і м'язів (Енгельман), введена техніка повітряної передачі (капсула Марея), дозволила записувати іноді на значній відстані від об'єкта ряд фізіологічних процесів в організмі: дихальні рухи грудної клітки та живота, перистальтику і зміна тонусу шлунка, кишечника і т. д. запропоновано метод реєстрації зміни судинного тонусу (плетизмография за Моссо), обсягу різних внутрішніх органів - онкометрия і т. д.

 

Дослідження біоелектричних явищ. Надзвичайно важливе напрямок розвитку фізіології було ознаменовано відкриттям «тварини електрики». Л. Гальвані показав, що живі тканини є джерелом електричних потенціалів, здатних вооз діяти на нерви і м'язи іншого організму і викликати скорочення м'язів. З тих пір протягом майже цілого століття єдиним індикатором потенціалів, що генеруються живими тканинами (біоелектричних потенціалів), був нервово-м'язовий препарат жаби. Він допоміг відкрити потенціали, що генеруються серцем при його діяльності (досвід Келликера і Мюллера), а також необхідність безперервної генерації електричних потенціалів для постійного скорочення м'язів (досвід «вторинного тетануса» Маттеуччи). Стало ясно, що біоелектричні потенціали - це не випадкові (побічні) явища в діяльності живих тканин, а сигнали, за допомогою яких організмі передаються «команди» в нервовій системі і від неї м'язам і іншим органам. Таким чином, живі тканини взаємодіють, використовуючи «електричний мова».

 

Зрозуміти цей «язик» вдалося значно пізніше, після винаходу фізичних приладів, що уловлюють біоелектричні потенціали. Одним з перших таких приладів був простий телефон. Чудовий російський фізіолог Н. Е. Введенський за допомогою телефону відкрив ряд найважливіших фізіологічних властивостей нервів і м'язів. Використовуючи телефон, вдалося прослухати біоелектричні потенціали, тобто досліджувати їх шляхом спостереження. Значним кроком вперед було винахід методики об'єктивної графічної реєстрації біоелектричних явищ. Нідерландський фізіолог Ейнтховен винайшов струнний гальванометр - прилад, дозволив зареєструвати на фотоплівці електричні потенціали, що виникають при діяльності серця, - електрокардіограму (ЕКГ). У нашій країні піонером цього методу був найбільший фізіолог, учень В. М. Сєченова та В. П. Павлова А. Ф. Самойлов, працював деякий час в лабораторії Эйнтховена в Лейдені.

 

Електрокардіографія з фізіологічних лабораторій дуже скоро перейшла в клініку як досконалий метод дослідження стану серця, і багато мільйонів хворих зобов'язані цим методом своїм життям.

 

В подальшому успіхи електроніки дозволили створити компактні електрокардіографи та методи телеметричного контролю, що дають можливість реєструвати ЕКГ та інші фізіологічні процеси у космонавтів на навколоземній орбіті, у спортсменів під час змагань та у хворих, які знаходяться у віддалених місцевостях, звідки інформація передається по телефонних проводах у великі спеціалізовані установи для всебічного аналізу.

 

Об'єктивна графічна реєстрація біоелектричних потенціалів послужила основою найважливішого розділу нашої науки - електрофізіології. Великим кроком уперед було пропозицію англійського фізіолога Едріана використовувати для запису біоелектричних явищ електронні підсилювачі. В. Я. Данилевський і Ст. Ст. Правдіч-Неминский вперше зареєстрували біоструми мозку. Цей метод був пізніше удосконалено німецьким вченим Бергером. В даний час електроенцефалографія широко використовується в клініці, так само як і графічна запис електричних потенціалів м'язів (електроміографія), нервів та інших збудливих тканин і органів. Це дозволило проводити тонку оцінку функціонального стану органів і систем. Для розвитку фізіології зазначені методи мали також велике значення: вони дозволили розшифрувати механізми діяльності нервової системи та інших органів і тканин, механізми регуляції фізіологічних процесів.

 

Важливою віхою в розвитку електрофізіології було винахід микроэлектродов, тобто найтонших електродів, діаметр кінчика яких дорівнює до часток мікрона. Ці електроди за допомогою мікроманіпуляторів, можна вводити безпосередньо в клітину і реєструвати біоелектричні потенціали внутрішньоклітинно. Микроэлектродная техніка дала можливість розшифрувати механізми генерації біопотенціалів - процесів, що протікають в мембранах клітини. Мембрани є найважливішими утвореннями, так як через них здійснюються процеси взаємодії клітин в організмі і окремих елементів клітини між собою. Наука про функції біологічних мембран - мембранологія - стала важливим розділом фізіології.

 

Методи електричного подразнення органів і тканин. Суттєвою віхою в розвитку фізіології було введення методу електричного подразнення органів і тканин. Живі органи і тканини здатні реагувати на будь-які впливи: теплові, механічні, хімічні та ін Електричне роздратування за своєю природою близьке до «природної мови», за допомогою якого живі системи обмінюються інформацією. Основоположником цього методу був німецький фізіолог Дюбуа-Реймон, запропонував свій знаменитий «санний апарат» (індукційна котушка) для дозованого електричного подразнення живих тканин.

 

В даний час для цього використовують електронні стимулятори, що дозволяють отримати електричні імпульси будь-фор ми, частоти і сили. Електрична стимуляція стала важливим методом дослідження функцій органів і тканин. Зазначений метод широко застосовується й у клініці. Розроблені конструкції раз особистих електронних стимуляторів, які можна імплантувати в організм. Електрична стимуляція серця стала надійним способом відновлення нормального ритму і функцій цього життєво важливого органу і повернула до праці сотні тисяч людей. Успішно застосовується електростимуляція скелетних м'язів, розробляються методи електричної стимуляції ділянок головного мозку за допомогою вживлених електродів. Останні за допомогою спеціальних стереотаксичних приладів вводять в строго певні нервові центри (з точністю до часток міліметра). Цей метод, перенесений з фізіології в клініку, дозволив вилікувати тисячі неврологічних хворих і отримати велику кількість важливих даних про механізми роботи людської мозку (Н. П. Бехтерева).

 

Крім реєстрації електричних потенціалів, температури, тиску, механічних рухів та інших фізичних процесів, а також результатів впливу цих процесів на організм, у фізіології широко застосовуються хімічні методи.

 

Хімічні методи дослідження у фізіології. «Мова» електричних сигналів не єдиний в організмі. Поширеним є також хімічну взаємодію процесів життєдіяльності (ланцюга хімічних процесів, що відбуваються в живих тканинах). Тому виникла область хімії, вивчає ці процеси, - фізіологічна хімія. Сьогодні вона перетворилася в самостійну науку - біологічну хімію, розкриває молекулярні механізми фізіологічних процесів. Фізіологи в експериментах широко використовують методи, що виникли на стику хімії, фізики й біології, що в свою чергу породило вже нові галузі науки, наприклад біологічну фізику, - вивчає фізичну сторону фізіологічних явищ.

 

Фізіолог широко використовують радіонуклідні методи. В сучасних фізіологічних дослідженнях застосовуються і інші методи, запозичені з точних наук. Вони дають воістину безцінні відомості при кількісному аналізі механізмів фізіологічних процесів.

 

Електрична запис неелектричних величин. Сьогодні значні успіхи фізіології пов'язані з використанням радіоелектронної техніки. Застосовуються датчики - перетворювачі різних неелектричних явищ і величин (рух, тиск, температура, концентрація різних речовин, іонів тощо) в електричні потенціали, які потім посилюються електронними підсилювачами і реєструються осциллографами. Розроблено величезна кількість різних типів таких реєструючих пристроїв, які дозволяють записати на осцилографі дуже багато фізіологічні процеси і ввести отриману інформацію в комп'ютер. У ряді приладів використовують додаткові дії на організм (ультразвукові або електромагнітні хвилі тощо). У таких випадках записують величини цих параметрів впливів, що змінюють ті чи інші фізіологічні функції. Перевагою таких приладів є те, що перетворювач - датчик можна зміцнити не на досліджуваному органі, а на поверхні тіла. Випускаються приладом хвилі проникають в організм, і після відбиття досліджуваного органу реєструються датчиком. На такому принципі побудовані, наприклад, ультразвукові витратоміри, визначають швидкість кровотоку в судинах; реографы і реоплетизмографы реєструють зміну величини електричного опору тканин, яке залежить від кровонаповнення різних органів і частин організму. Перевагою таких методів є можливість дослідження організму в будь-який момент без попередніх операцій. Крім того, такі дослідження не наносять шкоду людині. Більшість сучасних методів фізіологічних досліджень у клініці засноване на цих принципах. У Росії ініціатором використання радіоелектронної техніки для фізіологічних досліджень був академік Ст. Ст. Парин.

 

Метод гострого експерименту. Прогрес науки обумовлений не тільки розвитком експериментальної науки і методів дослідження. Він величезною мірою залежить і від еволюції мислення фізіологів, від розвитку методологічних і методичних підходів до вивчення фізіологічних явищ. З початку зародження і до 80-х років минулого століття фізіологія залишалася наукою аналітичної. Вона розчленовувала організм на окремі органи і системи і вивчала діяльність їх ізольовано. Основним методичним прийомом аналітичної фізіології були експерименти на ізольованих органах. При цьому щоб отримати доступ до будь-якого внутрішньому органу або системі, фізіолог повинен був займатися вівісекцією (живосечением). Такі експерименти називають також гострими дослідами.

 

Піддослідну тварину прив'язували до верстата і виробляли складну і болючу операцію. Це була важка праця, але іншого способу проникнути в глиб організму наука не знала. Справа не тільки в моральній осторонь проблеми. Жорстокі тортури, не виносяться страждання, яким піддавалося тварина, грубо порушували нормальний перебіг фізіологічних явищ і не дозволяли зрозуміти сутність процесів, що протікають в організмі природних умовах, в нормі. Суттєво не допомогло та застосування наркозу, а також інших методів знеболювання. Фіксація тварини, вплив наркотичних речовин, операція, крововтрата - все це абсолютно змінювало і порушував нормальну життєдіяльність організму. Утворилося зачароване коло. Щоб дослідити той чи інший процес або функцію органу або системи, потрібно було проникнути в глиб організму, а сама спроба такого проникнення порушувала нормальне протікання фізіологічних процесів, для вивчення яких і предпринимался досвід. Крім того, дослідження ізольованих органів не давало уявлення про їх істинної функції в умовах цілісного неушкодженого організму.

 

Метод хронічного експерименту. Найбільшою заслугою російської науки в історії фізіології стало те, що один з найталановитіших і найяскравіших її представників В. П. Павлов зумів знайти вихід з цього глухого кута. І. П. Павлов болісно переживав недоліки аналітичної фізіології і гострого експерименту. Він знайшов спосіб, що дозволяє зазирнути в глиб організму, не порушуючи його цілісності. Це був метод хронічного експерименту, проведеного на основі «фізіологічної хірургії».

 

На наркотизованому тваринний в умовах стерильності попередньо робили складну операцію, яка дозволяє отримати доступ до того чи іншого внутрішнього органу, проробляли «віконечко» в порожнистий орган, вживляли фистульную трубку або виводили назовні і підшивали до шкіри протока залози. Сам досвід починали багато днів опісля, коли рана гоїлася, тварина видужувала і за характером перебігу фізіологічних процесів практично нічим не відрізнявся від нормального, здорового. Завдяки накладеної фістулі можна було довго вивчати протягом тих чи інших фізіологічних процесів в природних умовах поведінки.

 

Наступна глава >>>