Зміст і задачі фізіології, її зв’язок з іншими науками

ЛЕКЦІЯ 1

ФІЗІОЛОГІЯ ЯК НАУКА

План

 

1. Зміст і задачі фізіології, її зв’язок з іншими науками ср

1. Історія розвитку фізіології ср
2. Методи досліджень у фізіології ср
3. Основні функції живого
4. Клітина як структурна і функціональна одиниця організму – ср
5. Поняття про гомеостаз
6.  Саморегуляція функцій - основний механізм підтримки гомеостазу.
7. Принципи регуляції в живому організмі
8. Мембранні структури

9.1. Плазматичні мембрани с.р.

10. Осмотичні властивості клітини

11. Особливості проникнення в клітину різних речовин

12. Механізм проникнення речовин у клітину

 

Зміст і задачі фізіології, її зв’язок з іншими науками

Фізіологія – біологічна наука, що вивчає процеси життєдіяльності живого організму і складових його частин (клітин і субклітинних структур, тканин, органів, систем органів) у їхній єдності і взаємозв'язку з навколишнім середовищем, а також процеси регуляції функцій організму.

Спочатку терміном фізіологія (від грецького philos і logos –природознавство) позначалася наука про тваринний і рослинний світ узагалі. В міру накопичення знань (ХVI – XVIII ст.) із фізіології виділилися самостійні біологічні дисципліни – зоологія, ботаніка, анатомія. У завдання останньої входило не тільки опис будови тіла тварин, але і вивчення його функцій. Лише в XIX сторіччі розділ анатомії, що вивчає процеси життєдіяльності, був виділений у самостійну науку, за яким закріпилася стара назва – фізіологія.

Основними завданнями фізіології є:

¨ вивчення закономірностей життєвих процесів на різних структурних рівнях;

¨ з'ясовування механізмів, що забезпечують взаємодію окремих частин організму й організму як цілого з зовнішнім середовищем;

¨ з'ясовування якісних розходжень фізіологічних функцій у тварин, що знаходяться на неоднакових рівнях еволюційного розвитку або таких, що мешкають у різних екологічних умовах;

¨ вивчення становлення фізіологічних функцій, їхній формування на різних етапах індивідуального розвитку.

Відповідно цим завданням у фізіології виділяють ряд самостійних дисциплін.

Загальна фізіологія — вивчає закономірності життєвих процесів, властивих усім живим організмам.

Еволюційна й екологічна фізіологія – розглядає виникнення і розвиток функцій у процесі еволюції тваринного світу, а також механізми адаптації тварин до специфічних умов існування.

Вікова фізіологія – вивчає динаміку розвитку і угасання фізіологічних функцій у процесі онтогенезу.

Спеціальна фізіологія – досліджує особливості фізіологічних функцій в окремих зоологічних підтипів, груп, класів.

Такий розподіл фізіології є умовним, він відбиває лише сформовані тенденції в розвитку наукових досліджень. У навчальному курсі даються зведення з усіх перерахованих розділів у тій мірі, у який вони необхідних для конкретної спеціальності.

Існування фізіології сільськогосподарських тварин як окремої науки обумовлено значенням тваринництва як галузі народного господарства і необхідністю вивчення умов одержання максимальної продуктивності при мінімумі витрат.

Фізіологія тісно пов'язана з іншими біологічними дисциплінами анатомією, гістологією, ембріологією, біохімією, біофізикою, біотехнологією, використовує їхні методи і досягнення. У свою чергу, фізіологія є основою для годівлі, розведення, і інших спеціальних дисциплін.

 

Історія розвитку фізіології

Початкові знання про функції людини і тварин були сформульовані лікарями і мислителями Древньої Греції - Гіппократом (460 – 377 р. до н.е.), Арістотелем (384 – 322 р. до н.е.) і Древнього Рима – Галеном (171 — 200 р.).

У Х – Х1 ст. високий рівень культури був у Середній Азії. Тут жив і творив найбільший вчений того часу Ібн-Сіна – Авіцена (980 – 1037). Його наукові трактати з медицини містять чимало відомостей про функції організму.

В епоху Відродження посилився інтерес до природничих наук, у тому числі і до біології. Виникнення фізіології як самостійної експериментальної науки пов'язано з ім'ям англійського лікаря Уільяма Гарвея (1578 – 1657), що у 1628 році опублікував капітальну працю "Анатомічне дослідження про рухи серця і крові у тварин". Дослідами на тваринах було доведено, що кров рухається в одніому напрямку по замкнутій системі кровоносних судин – артерій і вен і що постійний рух крові обумовлений скороченнями серця. Відкриття було доповнено італійським дослідником М. Мальпігі (1628 – 1694). Вивчивши під мікроскопом капіляри, що з'єднують артерії і вени у замкнену систему судин, він описав також мікроскопічну будову кров'яних тілець, шкіри, легенів, нирок.

«Лише в ХVII сторіччі Бойль робить із хімії науку, а Гарвей, завдяки відкриттю кровообігу, робить науку з фізіології людини, а також тварин» – писав Ф. Енгельс.

Перший повноцінний посібник із фізіології на латинській мові в 8 томах "Elementa physiologia corporis humani" було написано А. фон Галлером у 1757 – 1766 роках і згодом неодноразово обновлявся німецькими авторами. У першій половині XIX сторіччя з'явилися підручники з фізіології Г. Прохаски (Чехія), І. Мюллера (Німеччина), О.М. Філомафітського (Росія).

У XIX сторіччі в ряді країн Європи закладаються і формуються фізіологічні школи, засновані на експериментальних дослідженнях. Їхніми видатними представниками були: у Німеччині – І. Мюллер (1801 – 1858), Г. Гельмгольц (1821 – 1894), Э. Дюбуа-Реймон (1818 – 1896), Р. Гейденгайн (1834 – 1897), К. Людвіг (1816 – 1885); у Франції – Ф. Мажанді (1783 – 1855), К. Бернар (1813 – 1878); в Англії – Ч. Белл (1774 – 1842), Дж. Ленглі (1850 – 1916), Ч. Шеррингтон (1855 – 1949); у США – У. Кеннон (1871 – 1945); у Росії – І. М. Сєченов (1829 – 1905), І. П. Павлов (1849 – 1936).

Фізіологія XX сторіччя характеризується комплексним підходом до вивчення життєвих процесів, розглядом їх на різних рівнях організації, широким використанням в експериментах новітньої електронної апаратури.

Всі фізіологічні функції і механізми їхньої регуляції стали розглядатися з урахуванням їх фізико-хімічної, біохімічної і молекулярної природи. Поряд із цим чітко позначився системний підхід до вивчення організму, що дозволяє простежити явища в їхній динаміці й у зв'язку з багатьма іншими явищами.

Питання охорони здоров'я і виробництва зажадали поглибленого вивчання фізіології різних представників тваринного світу і людини, що призвело до створення великих науково-дослідних інститутів і лабораторій, спроможних проводити глибокі комплексні дослідження.

У свою чергу, фізіологія сільськогосподарських тварин виросла в результаті необхідності досконально знати процеси, що відбуваються в організмі продуктивних тварин і можливості інтенсифікації цих процесів.

 

Основні функції живого

 

n Обмін речовин і енергії – сукупність процесів, що відбуваються в організмі і забезпечують організм необхідними речовинами й енергією. Він складається з двох процесів: асиміляції (assimilatio – уподібнення, ототожнення) і дисиміляції (dissimilatio – розподібнення). Засвоєння клітинами речовин, що споживаються з зовнішнього середовища і стають частиною їхніх структур, називається асиміляцією, а розщеплення складних речовин на більш прості – дисиміляцією. На процеси асиміляції витрачається енергія, що утворюється в організмі за рахунок дисиміляції.

n Подразливість – спроможність клітин відповідати на подразнення зміною свого фізіологічного стану; подальший розвиток цієї властивості призвів до виникнення в деяких тканинах (нервовій, м'язовій, секреторній) властивості збудливості. Ця властивість пов'язана зі зміною потенціалу мембрани збудливих клітин і поширенням хвилі збудження мембраною клітини, а іноді і перехід збудження на інші тканини. Збудливі тканини реагують на подразнення специфічно – нервові клітини генерують нервовий імпульс, м'язові скорочуються, залозисті виділяють секрет. Спроможність клітин до збудження є основою більш складних реакцій організму на подразнення – таксисів, тропізмів. У більш складно організованих організмів відповідні реакції охоплюють ряд різнорідних тканин, у першу чергу нервову. Така відповідна реакція зветься рефлекторною. На основі рефлексів будуються більш складні форми відповідних реакцій – інстинкти й умовні рефлекси.

n До основних властивостей живого належать також спадковість і мінливість. Їх вивченням займається генетика.

n Саморепродукція –- тривалість життя в кожного організму обмежена, але кожний живий організм спроможний до розмноження, росту і розвитку.

n

Будова клітини

Мембранні органели – ендоплазматична сітка, комплекс Гольджі, мітохондрії, лізосоми,

Не мембранні органели – рибосоми, клітинний центр

Мембранні структури

Мембрани є основним структурним елементом клітини. Плазматична мембрана відокремлює клітку, її цитоплазму від навколишнього середовища. Усі клітинні органели – ядро, ендоплазматичний ретикулум, апарат Гольджі, мітохондрії, пластиди, мікросоми, лізосоми, різноманітні за структурою і призначенням гранули, які побудовані з мембранних структур. Мембрани являють собою складну систему, наділену ферментативною активністю і здійснюючу координований поліферментний каталіз. При всій розмаїтості будови мембран і їхньої біологічної ролі усі вони побудовані за єдиним принципом і займають від 1/3 до 1/2 маси клітини.

Мембранні структури забезпечують розмежування внутрішньоклітинного простору на особливі відсіки – компартменти, всередині кожного з яких здійснюється свій визначений цикл реакцій, а взаємодія між ними реалізується через регульовану перемінну проникність відповідних мембран.

Основою біологічних мембран усіх типів є ліпідний шар. До складу мембран обов'язково входять фосфоліпіди, холестерин, ліпопротеїди і білки, кількість яких варіюється.

Ліпіди складають 40% сухої маси мембран, причому 80% з них приходиться на частку фосфоліпідів. Саме фосфоліпіди утворюють подвійний молекулярний шар, що відокремлює компартменти клітини один від одного і клітинну цитоплазму від позаклітинного середовища. Фосфоліпіди в бімолекулярному шарі розташовані паралельно один одному й утворюють дві гідрофобні (водовідштовхувальні) поверхні, які протилежать одна до одної. Гідрофільні ж, полярні групи ліпідів, обернені назовні бімолекулярного шару. Таким чином, подвійний гідрофобний шар мембрани є ізолюючим прошарком, що перешкоджає пасивному транспорту води, електролітів, кисню і метаболітів (за винятком жиророзчинних).

Проникність мембрани реалізується за рахунок існування в структурі мембран проміжків в упакуванні молекул фосфоліпідів, появи полярних угруповань у гідрофобному шарі (пасивний транспорт), а також функцією спеціалізованих білків-каналоутворювачів, що здійснюють активний транспорт іонів і метаболітів, у тому числі і проти градієнта концентрацій.

Подвійний ліпідний шар мембран, виконуючи разом з мембранними білками бар’єрно-транспортну функцію, є основою для створення трансмембранної різниці електричних потенціалів (20 мВ) і високого мембранного опору. Нарешті, ліпідна фаза мембран виконує регуляторну функцію.

Товщина біологічних мембран коливається в межах 4,0 – 13,0 нм, вона залежить, насамперед, від щільності упакування ліпідних молекул.

Постійними компонентами структури мембрани є вуглеводи, присутні в ній, головним чином, у вигляді глікопротеїнів.

Практично всі мембрани на 95% складаються з ліпідів і білків, причому більше половини маси мембрани складають білки. Більшість мембранних білків, поряд зі структурною функцією, грають більш-менш активну специфічну роль.

Роль мембранних білків

1. слугують каталізаторами хімічних реакцій, що протікають у клітині, (ферментна функція),

2.  взаємодіють з антигенами, гормонами, іншими біологічно активними речовинами (рецепторна функція),

3. виконують функцію елементів, що розпізнають, у мембранному транспорті, піноцитозі і хемотаксисі,

4. здійснюють трансмембранний перенос електролітів і інших низькомолекулярних речовин,

5. міжклітинні взаємодії й ін.

Білкові молекули розташовуються, головним чином, в області полярних "голівок" подвійного фосфоліпідного шару з орієнтацією зовні мембрани. Відповідно білкові молекули можуть брати участь у процесах, що протікають з обох сторін біомембрани. Ступінь зв'язку білка з мембраною може бути різною. Багато мембранних білків своєю гідрофобною частиною закріплені в гідрофобному ліпідному шарі, їх гідрофільні активні центри обернені назовні мембрани і можуть утворювати навіть активні виступи, мікроворсинки, що забезпечують оптимальні умови для реалізації ферментної, рецепторної і т.п. функцій.

Відомі кілька десятків білків, що входять до складу різних мембран і виконують різні функції.

За характером структурної взаємодії з подвійнім ліпідним шаром розрізняють:

  інтегральні білки (на їхню частку приходиться близько 10% поверхні клітини). Вони взаємодіють з ліпідними молекулами і перетинають мембрану по всій її товщині один чи кілька разів;

периферичні білки (що складають 47% поверхні), зв'язані лише з однією поверхнею подвійного шару. Вони легко втрачають зв'язок з мембраною вже при слабких впливах – осмотичному шоку, зміні кислотності середовища, концентрації Са²⁺ тощо.

Інтегральні білки виділяються важко, при цьому порушується структура мембрани. Склад білків визначає функціональну активність мембран.

 

Рис.1. Рідинно-мозаїчна модель біомембрани (по S. J. Singer, 1974)

1 - мембранний білок, 2 - молекула полярного ліпіду; стрілками позначені два типи дифузії: горизонтальної - латеральна дифузія, вертикальної - "фліп-флоп"

 

Розрізняють три основних класи мембранних білків: ферментні, рецепторні і структурні.

1. Ферментні білки здійснюють прискорення різноманітних хімічних реакцій. У гігантських молекулах ферментів лише невелика частина їхньої структури – активний центр - реалізує власне каталітичну функцію.

 

Таблиця 1. Класифікація білків біомембран в залежності від їх функцій (Я. Кагава, 1985)

 

Функції	Мембранні белки
Каталізатори метаболізму	Ферменти: оксиредоредуктази, трансферази, ліази, ізомерази, лігази.
	Інші: переносники електронів (цитохроми, білки с негемовим залізом тощо)
Транспорт	Переносники: рухливі переносники
	Канали: нерухомі мембранні пори і селективні фільтри
	Ворота: специфічна воротна система
	Насоси: механізм активного транспорту
Рухливість	Мікротрубочки
	Мікрофіламенти
	Війки, білок динеїн, мікроворсинки
Рецепція і передача інформації	Хеморецептори: рецептори гормонів та ін.
	Рецептори світла: родопсин
	Антитіла та інші сполуки, які пов’язані з імунітетом
Структури збереження	Волокнисті білки: колаген та ін.
	Інші: глікокалікс

 

Структура мембрани відіграє величезну роль у реалізації каталітичної функції ферменту. Молекули ферменту, що загубили зв'язок з мембраною, у більшості випадків втрачають цілком чи частково свою специфічну активність через зміну конформації, екранування активного центра і т.п. Взаємодія периферичного білка з поверхнею мембрани відновлює його активність.  

Ферментативний каталіз вимагає витрати деякої енергії для реалізації специфічної біохімічної реакції (розщеплення чи синтезу, переносу атомів і їхніх груп, чи окислювання відновлення). Універсальним джерелом енергії в організмі є макроергичні зв'язки в молекулах аденилових нуклеотидів. Тому типовими мембранними білками є різного типу аденозинтрифосфатази (АТФази) – ферменти, які відщеплюють від молекули АТФ один залишок фосфорної кислоти з утворенням аденозиндіфосфата (АДФ).

Енергія, що виділяється, використовується ферментом для здійснення активного транспорту іонів (наприклад, Na⁺, К⁺ +АТФ-аза забезпечує переніс через мембрану іонів Na⁺ і К⁺.

АТФ-ази енергетично забезпечують роботу м'язів, синтез білків і інших сполук, передачу нервового імпульсу тощо).

 

2. Рецепторні білки специфічно зв'язують визначені низькомолекулярні речовини, "розпізнають" їх, оборотно змінюючи при цьому свою конформацію. Ця зміна, у свою чергу, запускає всередині клітини відповідну реакцію. За допомогою рецепторних білків, розташованих на поверхні плазматичної мембрани, клітина розпізнає хімічні подразники (стимули) із зовнішнього середовища й адекватно на них реагує. Різні типи рецепторів специфічно розпізнають антигенні стимули, гормональні сигнали; комплекси рецепторних білків, що утворюються з гормонами чи вітамінами, іноді переносяться всередину клітини, у її ядро, де реалізується відповідна реакція.

3. Структурні білки, що не мають специфічної біологічної активності. Вони характеризуються наявністю великих гідрофобних ділянок структури, тому легко утворюють різної міцності ліпідно-білкові комплекси. Ймовірно, вони слугують кістяком, "якорем" для закріплення молекул периферичних ферментних білків, глікопротеїнових структур, що утворюють зовнішній шар плазматичної мембрани – глікокалікс.

З іншого боку, до плазматичної мембрани зсередини кріпляться елементи цитоскелету - мікротрубочки, мікрофіламенти, волокна різної структури, що зв'язують у єдину структуру всі мембранні утворення клітини, закріплюючи й орієнтуючи молекули ферментів і рецепторів. Структурні білки також беруть участь у забезпеченні оптимальних умов для їхньої роботи, для оптимального функціонування складних ферментних комплексів. Відомо, наприклад, що заміна одного амінокислотного залишку в гігантській молекулі структурного білка мітохондрій порушує процес зборки ферментів дихального ланцюга.

Рис.2. Рідинно-мозаїчна модель біологічної мембрани: I і II - різні розподіли глікопротеїнів (Гп₁ і Гп₂), зв'язаних з елементами цитоскелета (мікротрубочками і мікрофіламентами - М), у мембрані (по О. L. Nicolson, 1976)

Крім ферментів і інших білків здатні перетинати мембрану через усю її товщину, утворити структуру свого роду канали для переносу через гідрофобну зону мембрани іонів і метаболітів.

  Білок-каналоутворювач контактує з фосфоліпідами мембрани своїми гідрофобними угрупованнями,тоді як внутрішні стінки каналу несуть заряд. У залежності від виду заряду канал бере участь у переносі аніонів (наприклад, хлору) чи катіонів (водню, натрію, калію, кальцію). Найчастіше молекули каналоутворвювачі сполучені з перетворювачами енергії (АТФ-азами) і здатні сполучити активний транспорт іонів з іншими векторними процесами, спрямованими проти градієнта концентрації. Транспортна функція мембранних білків реалізується як за допомогою систем активного транспорту (Na⁺, К⁺ –АТФ-азою, Са²⁺-АТФ-азою), так і за допомогою простих каналоутворювачів із пропускною здатністю, що перемежовує, а також за допомогою рухливих переносників. В останньому випадку комплекс гормону (наприклад, інсуліну, пролактину), вітаміну (ретинол, ретиналь, ретиноєва кислота) з рецепторним білком перетинає плазматичну і ядерну мембрану і досягає хроматину, взаємодіючи з визначеними локусами хромосом.

 

Плазматичні мембрани

Власне плазматична мембрана, що відокремлює цитоплазму від зовнішнього середовища, будучи органом захисту від останнього й взаємодіючи з ним, побудована більш складно і здійснює більш різноманітні функції. Її структура і, особливо, набір ферментів істотно відрізняються в залежності від походження і біологічної ролі клітин.

Зовнішня поверхня клітин тварин утворена товстою (7 – 9 нм) мембраною, що має плоску, гофровану чи фестончасту форму (пальцеподібні виступи). Товщина шару глікокалікса досягає 30 нм. Особливою спеціалізованою формою плазматичної мембрани є мієлинова оболонка нервових волокон. Вона утворена шванновськими клітинами, що покривають основне волокно аксона у декілька шарів. Безпосередньо до зовнішньої поверхні плазматичної мембрани примикає пухкий, зв'язаний з нею примембранний шар, що складаються з примембранного матеріалу, глікопротеїнових, мукополісахаридних і гліколіпідних компонентів глікокалікса.

У тканинах клітини зв'язані одна з одною ділянками своїх плазматичних мембран за допомогою міжклітинних контактів, що складаються з ряду елементів – клітинних з'єднань, чи контактних комплексів, принаймні, трьох типів (рис.3):

1) щільні з'єднання, у зонах яких дві плазматичні мембрани цілком стуляються, але при цьому цитоплазматичні простори контактуючих клітин залишаються відділеними один від одного;

2) щілинні з'єднання зі збереженням між двома тришаровими мембранами просвіту шириною до 20 нм;

3) з'єднання за допомогою десмосом – дисковидних структур діаметром 0,1-0,5 мкм із міжмембранним простором шириною 25-35 нм, усередині якого розташовується центральна електронноплотна пластина товщиною 5 нм, зв'язана філаментами з кожною із мембран.

На внутрішній стороні плазматичної мембрани клітини десмосоми є місцями прикріплення пучків тонофіламентів і мікрофибрил, що формують скелетну систему клітини. Цитоскелетну систему, побудовану з тонофіламентів і десмосомних пластинок, розглядають як своєрідний протектор – "організатор напруг", що забезпечує кооперативний розподіл навантажень на клітини при механічних навантаженнях на тканину, що попереджає надмірну деформацію й ушкодження клітин.

До мембран щілинних з'єднань з цитоплазматичної сторони можуть підходити близько, контактуючи з ними, цистерни гранулярної ендоплазматичної мережі, мітохондрії, вільні рибосоми, мікропухирці, у залежності від особливостей сталих між клітинами метаболічних зв'язків. У щілинних з'єднаннях формуються гідрофільні канали, що з'єднують цитоплазми контактуючих клітин. Можливо, що по цьому каналі здійснюється транспорт іонів, так, наприклад, у тканині міокарда від клітини до клітини передається потенціал дії.

Щільні з'єднання виконують функцію міжклітинних бар'єрів, перешкоджаючи руху речовин через клітинний шар або, забезпечуючи їхній селективний транспорт, якщо вони перекриваються каналами. У цьому випадку вони являють собою систему міжклітинних пір. Крім того, щільні з'єднання підтримують адгезивний зв'язок між клітинами.

Клітинної поверхня має різноманітний рельєф, що включає ворсинки, випинання різноманітної форми, поглиблення, складки плазматичної мембрани.

Мікроворсинки клітин кишкового епітелію утворять так називану щіткову облямівку, що бере участь у пристінковому травленні й усмоктуванні.

 

Рис.3. Схема міжклітинних контактів в епітелії тонкого кишечнику;

I - клітинна оболонка; 2 - мікроворсинка; 3 - зона щільного контакту; 4 - зона щілинного контакту; 5 - контакт за допомогою демосом

 

Антигенні детермінанти, розташовані на зовнішній поверхні плазматичної мембрани, утворені гліколіпідами і глікопротеїнами. Цієї ж структури відіграють головну роль у розпізнаванні клітин, у процесі контактного гальмування при зіткненні клітин, в обміні мембранними компонентами.

Плазматичні мембрани включають велика кількість різноманітних ферментів, склад яких істотно розрізняється в залежності від природи і походження клітин.

 

Використана література

1. Георгиевский В.И. Физиология сельскохозяйственных животных. – М.: Агропромиздат, 1990. – 511 с.

2. Науменко В.В. та ін. Фізіологія сільськогосподарських тварин: Підручник. – Київ: Вид-во "Сільгоспосвіта", 1994. – 512 с.

3. Воронцов Д.С., Ємченко А.І. Фізіологія тварин і людини. – К.: Радянська школа, 1952. – 655 с.

4. Кіндя В.І., Куровський Ю.А., Мусієнко В.Ф. Словник-довідник з анатомії та фізіології с.-г. тварин. – К.: "Урожай", 1993. – 294 с.

5. Мелехин Г.П., Гридин Н.Я. Физиология сельскохозяйственной птицы. – М.: Колос, 1977. – 287 с.

6. Рихтер и др. Основные физиологические показатели у животных и технология содержания. – М.: Колос, 1982. – 192 с.

7. Стреси сільськогосподарських тварин і птиці. – К.: Урожай, 1990. – 144 с.

8. Шмидт-Ниельсен К. Физиология животных. Приспособление и среда. Книги 1,2. – М.: Мир, 1982. – 800 с.

9. Шмидт-Ниельсен К. Размеры животных: почему они так важны? – М.: Мир, 1987. – 259 с.

10. Физиология сельскохозяйственных животных. -М.: Агропромиздат, 1991. - 432 с.

11. Общий курс физиологии человека и животных. В 2 кн. Кн. 2. Физиология висцеральных систем. - М.: Высш. шк., 1991. - 528 с.

 

ЛЕКЦІЯ 1

ФІЗІОЛОГІЯ ЯК НАУКА

План

 

1. Зміст і задачі фізіології, її зв’язок з іншими науками ср

1. Історія розвитку фізіології ср
2. Методи досліджень у фізіології ср
3. Основні функції живого
4. Клітина як структурна і функціональна одиниця організму – ср
5. Поняття про гомеостаз
6.  Саморегуляція функцій - основний механізм підтримки гомеостазу.
7. Принципи регуляції в живому організмі
8. Мембранні структури

9.1. Плазматичні мембрани с.р.

10. Осмотичні властивості клітини

11. Особливості проникнення в клітину різних речовин

12. Механізм проникнення речовин у клітину

 

Зміст і задачі фізіології, її зв’язок з іншими науками

Фізіологія – біологічна наука, що вивчає процеси життєдіяльності живого організму і складових його частин (клітин і субклітинних структур, тканин, органів, систем органів) у їхній єдності і взаємозв'язку з навколишнім середовищем, а також процеси регуляції функцій організму.

Спочатку терміном фізіологія (від грецького philos і logos –природознавство) позначалася наука про тваринний і рослинний світ узагалі. В міру накопичення знань (ХVI – XVIII ст.) із фізіології виділилися самостійні біологічні дисципліни – зоологія, ботаніка, анатомія. У завдання останньої входило не тільки опис будови тіла тварин, але і вивчення його функцій. Лише в XIX сторіччі розділ анатомії, що вивчає процеси життєдіяльності, був виділений у самостійну науку, за яким закріпилася стара назва – фізіологія.

Основними завданнями фізіології є:

¨ вивчення закономірностей життєвих процесів на різних структурних рівнях;

¨ з'ясовування механізмів, що забезпечують взаємодію окремих частин організму й організму як цілого з зовнішнім середовищем;

¨ з'ясовування якісних розходжень фізіологічних функцій у тварин, що знаходяться на неоднакових рівнях еволюційного розвитку або таких, що мешкають у різних екологічних умовах;

¨ вивчення становлення фізіологічних функцій, їхній формування на різних етапах індивідуального розвитку.

Відповідно цим завданням у фізіології виділяють ряд самостійних дисциплін.

Загальна фізіологія — вивчає закономірності життєвих процесів, властивих усім живим організмам.

Еволюційна й екологічна фізіологія – розглядає виникнення і розвиток функцій у процесі еволюції тваринного світу, а також механізми адаптації тварин до специфічних умов існування.

Вікова фізіологія – вивчає динаміку розвитку і угасання фізіологічних функцій у процесі онтогенезу.

Спеціальна фізіологія – досліджує особливості фізіологічних функцій в окремих зоологічних підтипів, груп, класів.

Такий розподіл фізіології є умовним, він відбиває лише сформовані тенденції в розвитку наукових досліджень. У навчальному курсі даються зведення з усіх перерахованих розділів у тій мірі, у який вони необхідних для конкретної спеціальності.

Існування фізіології сільськогосподарських тварин як окремої науки обумовлено значенням тваринництва як галузі народного господарства і необхідністю вивчення умов одержання максимальної продуктивності при мінімумі витрат.

Фізіологія тісно пов'язана з іншими біологічними дисциплінами анатомією, гістологією, ембріологією, біохімією, біофізикою, біотехнологією, використовує їхні методи і досягнення. У свою чергу, фізіологія є основою для годівлі, розведення, і інших спеціальних дисциплін.

 

Історія розвитку фізіології

Початкові знання про функції людини і тварин були сформульовані лікарями і мислителями Древньої Греції - Гіппократом (460 – 377 р. до н.е.), Арістотелем (384 – 322 р. до н.е.) і Древнього Рима – Галеном (171 — 200 р.).

У Х – Х1 ст. високий рівень культури був у Середній Азії. Тут жив і творив найбільший вчений того часу Ібн-Сіна – Авіцена (980 – 1037). Його наукові трактати з медицини містять чимало відомостей про функції організму.

В епоху Відродження посилився інтерес до природничих наук, у тому числі і до біології. Виникнення фізіології як самостійної експериментальної науки пов'язано з ім'ям англійського лікаря Уільяма Гарвея (1578 – 1657), що у 1628 році опублікував капітальну працю "Анатомічне дослідження про рухи серця і крові у тварин". Дослідами на тваринах було доведено, що кров рухається в одніому напрямку по замкнутій системі кровоносних судин – артерій і вен і що постійний рух крові обумовлений скороченнями серця. Відкриття було доповнено італійським дослідником М. Мальпігі (1628 – 1694). Вивчивши під мікроскопом капіляри, що з'єднують артерії і вени у замкнену систему судин, він описав також мікроскопічну будову кров'яних тілець, шкіри, легенів, нирок.

«Лише в ХVII сторіччі Бойль робить із хімії науку, а Гарвей, завдяки відкриттю кровообігу, робить науку з фізіології людини, а також тварин» – писав Ф. Енгельс.

Перший повноцінний посібник із фізіології на латинській мові в 8 томах "Elementa physiologia corporis humani" було написано А. фон Галлером у 1757 – 1766 роках і згодом неодноразово обновлявся німецькими авторами. У першій половині XIX сторіччя з'явилися підручники з фізіології Г. Прохаски (Чехія), І. Мюллера (Німеччина), О.М. Філомафітського (Росія).

У XIX сторіччі в ряді країн Європи закладаються і формуються фізіологічні школи, засновані на експериментальних дослідженнях. Їхніми видатними представниками були: у Німеччині – І. Мюллер (1801 – 1858), Г. Гельмгольц (1821 – 1894), Э. Дюбуа-Реймон (1818 – 1896), Р. Гейденгайн (1834 – 1897), К. Людвіг (1816 – 1885); у Франції – Ф. Мажанді (1783 – 1855), К. Бернар (1813 – 1878); в Англії – Ч. Белл (1774 – 1842), Дж. Ленглі (1850 – 1916), Ч. Шеррингтон (1855 – 1949); у США – У. Кеннон (1871 – 1945); у Росії – І. М. Сєченов (1829 – 1905), І. П. Павлов (1849 – 1936).

Фізіологія XX сторіччя характеризується комплексним підходом до вивчення життєвих процесів, розглядом їх на різних рівнях організації, широким використанням в експериментах новітньої електронної апаратури.

Всі фізіологічні функції і механізми їхньої регуляції стали розглядатися з урахуванням їх фізико-хімічної, біохімічної і молекулярної природи. Поряд із цим чітко позначився системний підхід до вивчення організму, що дозволяє простежити явища в їхній динаміці й у зв'язку з багатьма іншими явищами.

Питання охорони здоров'я і виробництва зажадали поглибленого вивчання фізіології різних представників тваринного світу і людини, що призвело до створення великих науково-дослідних інститутів і лабораторій, спроможних проводити глибокі комплексні дослідження.

У свою чергу, фізіологія сільськогосподарських тварин виросла в результаті необхідності досконально знати процеси, що відбуваються в організмі продуктивних тварин і можливості інтенсифікації цих процесів.