Методи фізіологічних досліджень

 

Природничі науки застосовують два основні методи дослідження: спостереження та експеримент.

Спостереження - це найпростіший метод фізіологічного дослідження, хоча й не позбавлений численних помилок, оскільки експериментатор має проводити дослід, бачити і суб'єктивно оцінювати велику кількість складних процесів і явищ. Крім того, фізіологічні процеси є динамічними, тобто вони безперервно розвиваються, змінюються і взаємодіють між собою. Тому безпосередньо вдається спостерігати лише за частиною процесів. Проте, щоб їх про аналізувати, потрібно встановити їх зв'язок з іншою частиною процесів, які за такого способу дослідження залишаються непомітними.

Ось чому просте спостереження часто є причиною суб'єктивних помилок, оскільки цей метод дає змогу, як правило, встановити лише якісний бік явища, а не кількісні закономірності. Зрозуміло, що фото-, кіно та відеореєстрація значно підвищують вірогідність висновків у результаті спостережень.

Експеримент. Фізіологія є наукою переважно експериментальною, і. зрозуміло експеримент є головним методом фізіологічного дослідження. Суть будь-якого експерименту полягає в тому, що дослідник штучно викликає досліджуваний процес і, виливаючи на нього різними засобами, вивчає його перебіг.

Експерименти (досліди) поділяють на гострі та хронічні. Гострий експеримент є короткотривалим: від кількох годин до 1-2 діб. Хронічний експеримент, навпаки, триває впродовж тижнів, місяці», навіть років. Під час проведення гострого досліду не потребується збереження життя тварини по ного закінченій, що дає змогу використовувати досить ризиковані втручання в організм тварини і велику кількість різних методів.

Проте фіксація, вплив наркотичних речовин, операція, крововтрата часто змінюють і порушують нормальний перебіг життєвих процесів тварини. До того ж дослідження ізольованих органів не дає справжнього уявлення про їхню функцію в умовах цілісного неушкодженого організму.

Видатний російський фізіолог І.П. Павлов винайшов спосіб, як зазирнути всередину організму, не порушуючи його цілісності. Це був метод хронічного експерименту із застосуванням оперативно-хірургічних прийомів. Тварині під наркозом на умовах стерильності і дотримання правил хірургічної техніки попередньо робили необхідну операцію, яка забезпечувала доступ до певного органа: або створювали віконце, або вставляли фістульну трубку, або виводили назовні й підшивали до шкіри протоку залози. Власне дослід починали лише після повного одужання тваріши і за її нормальних поведінкових реакцій.

Методика хронічного експерименту І.П. Павлова створила принципово нову науку - синтетичну фізіологію, яка дає змогу виявляти вилив зовнішнього середовища на фізіологічні процеси, вивчати зміни функцій різних органів і систем в різних умовах жштєдіяльиості організму. І.П. Павлов створив нову методологію, що визначило системний підхід до розуміння фізіологічних функцій.

Графічна реєстрація фізіологічних процесів. Як у гострих, так і в хронічних експериментах обов'язковою є реєстрація досліджуваного процесу. У 1843 р. Карл Людвіг (1816-1895) винайшов кімограф, за допомогою якого можна було проводити графічну реєстрацію артеріального тиску. Метод графічної реєстрації започаткував новий етап у розвитку фізіології: дав змогу отримувати об'єктивний запис досліджу ваного процесу, що значно зменшувало ймовірність суб'єктивних помилок. При цьому експеримент і аналіз досліджуваного явища можна проводити в два етапи, тобто під час самого досліду завдання експериментатора полягає в тому, щоб одер жати високоякісні записи (криві), а аналізувати отримані результати можна пізніше, без поспіху і розпорошення уваги. Метод графічної реєстрації дав можливість записувати одночасно (синхронно) не один, а кілька фізіологічних процесів. Врешті-решт, отримати криві - це документ, який може вивчати будь-який інший дослідник.

Невдовзі після перших записів артері ального тиску було запропоновано методи графічної реєстрації скорочень серця і м'язів, створено капсулу Марея (1830-1904) для запису дихальних рухів і моторики травного каналу, запропоновано метод реєстрації судинного тонусу (плетиз мографія), змін об'єму різних внутрішніх органів (онкометрія) тощо.

Дослідження біоелектричних явищ. Л. Гальвані та його послідовники наприкінці XVIII і на почат ку XIX ст. в експериментах виявили наявність "тваринної електрики". Згодом з'ясувалося, що біоелектричні потенціали - це не випадкове явище в діяльності живих тканин, а сигнали, якими передається інформація в організмі, тобто це своєрідна "електрична мова". Зрозуміти цю мову вдалося значно пізніше, після винайдення фізичних приладів, які реєстрували біоелектричні потенціали. Спочатку струнний, а пізніше дзеркальний гальванометри забезпечили графічну реєстрацію цих потенціалів на фотопапері. Струнний гальванометр винайшов В. Ейнтховен (1860-1927).

За допомогою гальванометра було вперше зареєстровано електрокардіограму (ЕКГ), що дуже швидко знайшло своє клінічне застосування як об'єктивний метод дослідження функції серця. Пізніше використання електричних підсилювачів дало змогу сконструювати портативні електрокардіографи і записувати ЕКГ на значній відстані від хворого (телеметрія).

Об'єктивна реєстрація біоелектричних процесів дала початок новому розділу фізіологічної науки - електрофізіології. Застосування електронних підсилювачів і катодних осцилографів дало змогу аналізувати потенціали дії окремих тканин та органів. Так виникла електроенцефалографія, електроміографія, електроокулографія тощо. Це забезпечувало швидку й вірогідну оцінку функціонального стану збудливих тканин і органів.

Важливим етапом у розвитку електрофізіології стало винайдення у 1949 р. мікроелектродів - тонких скляних трубочок з діаметром кінчика приблизно 0,5 мкм, які заповнювали електролітом (Р. Дже-рард, Г. Ліиг). Мікроелектроди давали змогу реєструвати мембранні потенціали спокою і дії окремих клітин, зрозуміти ті складні процеси, що забезпечують збу дження і гальмування живої системи.

Метод електричного подразнення органів і тканин. Незважаючи на те що живі структури здатні реагувати па теплові, механічні, хімічні та інші подразнення, електричні імпульси найближчі до тієї природної "мови", за допомогою якої живі системи обмінюються інформацією. Ось чому для подразненая застосовують електричний струм. Е. Дюбуа-Реймон (1818-1878) запропонував для цієї мети славетніш "санний апарат" (індукційну котушку), що дало змогу стимулювати жнві структури струмом різної сили (дозовано). Нині "санний апарат" Дюбуа-Реймоиа можна побачити хіба що в музеї медицини, оскільки для електричного подразнення застосо вують електронні стимулятори, які за безпечують бажану силу, форму і частоту струму.

Останнім часом у фізіологічному експерименті широко застосовують метод локального хімічного подразнення нервових центрів за допомогою аплікацій та мікроін'єкцій біологічно активних речовин.

Метод електричного подразнення широко використовується також в умовах клініки. Так, електронні стимулятори, вживлені під шкіру, підтримують функцію серця; успішно застосовують електроміостимуляцію для поліпшення функціонального стану організму; через вживлені електроди з лікувального метою здійснюють елект ростимуляцію структур головного мозку. Останній метод став можливим завдяки розвитку стереатаксичної техніки, яка дає можливість вводити електроди у бажані ділянки головного мозку, користуючись спеціальними стереотаксичиимм картами мозку. Цей метод дав змогу вилікувати тисячі неврологічних хворих і отримати велику кількість даних про механізми ро ботилюдського мозку (Н.П. Бехтерева).

Електрична реєстрація неелектричних величин. Якщо потрібно реєструвати одночасно електричні потенціали і, наприклад, рухову активність певного органа па екрані осцилографа, слід перетворити механічні сигнали на електричні. Для цього застосовують різноманітні датчики (омічні, ємнісні, мехаиотрошп тощо), сигнал з яких підсилюється і реєструється електронним осцилографом.

Значною перевагою цих способів реєстрації є те, що фізіологічний процес, відтворений електричним сигналом, можна значно підсилювати і передавати па велику відстань, де його можна проаналізувати.

Для кількісного аналізу фізіологічних процесів розроблено різнома нітні методи математичної статистики, і висновки формуються тільки на вірогідних змінах досліджуваних параметрів. Математичні методи в дослідженнях дають змогу використовувати комп'ютерну техніку. Це не тільки збільшує швидкість оброблення інформації, а й дає змогу здійснювати його безпосередньо в момент експерименту, змінювати перебіг і завдання дослідження відповідно до одержуваних результатів. Так виникла можливість проведення керованого автоматичного експеременту.

Застосування комп'ютерної томографії дає змогу досліджувати діяльність живого, працюючого головного мозку. Комп'ютер значно полегшує процес оброблення отриманих даних, зумовлює об'єктивізацію досліджень, сприяє інтегративному підходу до розуміння суті фізіологічних явищ.