Лекция 1 Предмет, содержание и задачи физиологии человека и животных

Рассматриваемые вопросы:

1. Основные задачи физиологии.

2. Экспериментальные методы.

3. Моделирование функций.

Физиология животных – биологическая наука, изучающая процессы жизнедеятельности животного организма и составляющих его частей (клеток и субклеточных структур, тканей, органов, систем органов) в их единстве и взаимосвязи с окружающей средой.

Первоначально термином физиология (от греч. physis и logos, буквально - природоведение) обозначалась наука о животном и растительном мире вообще. По мере накопления знаний (XVI – XVIII вв.) из физиологии выделились самостоятельные биологические дисциплины – зоология, ботаника, анатомия. В задачу последней входило не только описание строения тела животных, но и изучение его функций. Лишь в XIX в. раздел анатомии, изучающий процессы жизнедеятельности, был выделен в самостоятельную науку, за которой сохранилось прежнее название – физиология.

Основными задачами физиологии животных являются:

- изучение закономерностей жизненных процессов (обмена веществ, дыхания, питания, движения и др.) на разных структурных уровнях;

- выяснение механизмов, обеспечивающих взаимодействие отдельных частей организма и организма как целого с внешней средой;

- выявление качественных различий физиологических функций у животных, находящихся на неодинаковых уровнях эволюционного развития или обитающих в разных экологических условиях;

- изучение становления физиологических функций, их формирования на разных этапах индивидуального развития.

Соответственно этим задачам в физиологии животных выделяют ряд самостоятельных разделов, или дисциплин.

Общая физиология – изучает закономерности жизненных процессов, свойственных всем живым организмам (термодинамические основы обмена веществ и энергии, природу раздражимости и движения, электрохимические проявления жизнедеятельности клетки, сущность роста и старения).

Частная (специальная) физиология – исследует особенности физиологических функций у отдельных зоологических подтипов, групп, классов животных (например, насекомых, рыб, птиц, домашних или диких млекопитающих).

Эволюционная и экологическая физиология – рассматривает возникновение и развитие функций в процессе эволюции животного мира, а также механизмы адаптации животных к специфическим (иногда необычным) условиям обитания.

Возрастная физиология – изучает динамику развития и угасания физиологических функций в процессе онтогенеза. Применительно к домашним животным наибольший интерес представляют периоды роста, полового созревания и продуктивной деятельности.

Такое деление физиологии условно, оно отражает лишь сложившиеся тенденции в развитии научных исследований. В учебном же курсе (который, естественно, не может целиком копировать ту или иную науку) даются сведения из всех перечисленных разделов в той мере, в какой они необходимы для конкретной специальности или специализации (зооинженера, ветеринарного врача, педагога-биолога и т.д.).

Физиология животных тесно связана с другими биологическими дисциплинами – анатомией, гистологией, эмбриологией, биохимией, биофизикой, биотехнологией, использует их методы и достижения. В свою очередь, физиология животных способствует развитию перечисленных наук.

Объединяя, интегрируя все добытые биологические знания, физиология обеспечивает системный подход к изучению жизнедеятельности организма, рассматривая его как сложную, целостную и динамическую систему, активно взаимодействующую с окружающей средой.

Цель физиологии сельскохозяйственных животных – изучать и изменять в нужном человеку направлении функции животных для увеличения их продуктивности и плодовитости, повышения качества продукции и поддержания хорошего состояния здоровья.

Интенсивная технология предъявляет более высокие требования к самим животным, физиологическая нагрузка на которых значительно возрастает. Они должны обладать высоким генетическим потенциалом и естественной резис-тентностью, способностью быстро адаптироваться к новым условиям без снижения продуктивности, высокой эффективностью превращения энергии и питательных веществ кормов в продукты животноводства, хорошими воспроизводительными качествами.

Естественно, что вся работа по совершенствованию хозяйственно полезных признаков и улучшению состояния здоровья скота должна вестись с помощью новых, ускоренных методов селекции и биотехнологических приёмов, основанных на достижениях физиологии, биохимии и других биологических наук.

Физиология животных – наука экспериментальная, основной её метод – эксперимент (опыт). Именно последний служит источником знаний о процессах жизнедеятельности, которые затем обобщаются в виде гипотез или теорий.

Эксперименты на лабораторных и сельскохозяйственных животных требуют использования специальных приборов и установок для воздействия на организм (с целью стимуляции или, наоборот, подавления функции), а также для регистрации ответной реакции (запись механической работы, секреторной деятельности и особенно электрической активности органов). Поэтому в физиологическом эксперименте широко применяются приборы, основанные на достижениях физики, химии, электроники и автоматики. Благодаря прогрессу экспериментальной техники стало возможным изучение процессов не только в целом организме и его органах, но и в отдельных клетках (например, нейроне, мышечном волокне) и даже в субклеточных структурах.

Экспериментальный метод может быть применён в трёх вариантах: в форме острого опыта, хронического опыта и в форме моделирования функций.

При остром опыте (вивисекции) животное подвергают наркозу и проводят операцию, цель которой – получить временный доступ к внутренним органам, а затем воздействовать на них (электрическое раздражение нервов или мышц, перевязка сосудов, применение фармакологических препаратов целевого назначения и т.п.). Эффект при необходимости регистрируется.

Разновидностью острых опытов является методика изолированных органов. Жизнедеятельность последних поддерживают специальными приёмами, обеспечивающими близкий к нормальному обмен веществ (перфузия сердца, печени, молочной железы) или просто помещением органов в питательные среды, растворы изотоничные крови.

Иногда не полностью орган (опыты in vivo или in situ, т.е. в месте их обычного расположения). В этом случае перекрывают систему кровоснабжения, и орган подключают к аппарату искусственного кровообращения.

Путём исследования химического состава крови и органа или введения в кровоток биологически активных веществ, при необходимости меченных радиоизотопами, изучают особенности обмена веществ и регуляцию функций органа. За последние годы этим методом получено немало новых ценных сведений о функциях печени, молочной железы, рубца жвачных животных.

В целом же метод острых опытов в физиологии применяют мало, его чаще используют в учебных целях.

Хронические (длительные) опыты проводят обычно на животных, специально подготовленных, т.е. заранее оперированных в асептических условиях и оправившихся от последствий операции. Целью последней может быть наложение фистул на желудок или кишечник, выведение наружу протоков пищеварительных желез или мочеточников, вживление электродов для раздражения органа или отведения биопотенциалов, удаление отдельных органов или их частей (например, щитовидной железы, участков головного мозга), наложение катетеров на сосуды внутренних органов для регулярного получения проб крови и др.

Хронические опыты проводят и на интактных животных. Для этого используют специальную аппаратуру. Так, для изучения затрат энергии или влияния на организм газового состава и температуры воздуха, а также для исследования высшей нервной деятельности животных помещают на определённый срок в специальные камеры, снабжённые соответствующим оборудованием (датчиками, источниками раздражений, приспособлениями для сбора выдыхаемого воздуха, мочи и фекалий).

Получает распространение метод регистрации физиологических функций, преобразованных в электрические сигналы, на расстоянии. При этом используют миниатюрные радиопередатчики, вводимые внутрь организма («радиопилюли») или укрепляемые снаружи, а также системы телеметрии и видеозаписи. Этот метод позволяет регистрировать физиологические функции (дыхание, сердечную деятельность и др.) при свободном поведении животных или при выполнении определённой работы, например при движении под седлом.

В перспективе предварительное операционное воздействие на животных при хронических экспериментах вообще будет сведено к минимуму.

Моделирование функций в физиологии основывается на рассмотрении организма как биокибернетической системы.

Физиологические модели разнообразны по форме. К теоретическим моделям можно отнести, в частности, умозрительные гипотезы и схемы, основанные на логических построениях, а также математические формулы и уравнения, описывающие закономерности протекания процесса (например, кривая роста животных или линейная динамическая модель молочной продуктивности).

Физические модели – это аппараты, имитирующие ту или иную функцию и построенные на основании экспериментально полученных количественных параметров (электронная модель нервной клетки, модель «искусственного рубца» у жвачных и др.).

Метод моделирования позволяет, с одной стороны, проверить вне организма правильность физиологических гипотез, а с другой – воспроизвести на модели элементы тех или иных функций или разработать устройства, временно заменяющие некоторые органы.

Вместе с тем необходимо помнить, что любая физическая или математическая модель не могут полностью охватить биологической закономерности, представляющей собой результат сложной цепи взаимодействий. Поэтому физиологическое моделирование предполагает упрощение задачи сложной функции и имеет границы применимости.

В заключение следует отметить, что в физиологии животных широко и плодотворно применяются физико-химические методы исследования: колориметрия, спектрофотометрия, рентгенография, электронная микроскопия, метод радиоактивных индикаторов.

В качестве подопытных используют лабораторных (собак, кроликов, морских свинок, лягушек) или сельскохозяйственных животных (птицу, овец, коз, свиней, крупный рогатый скот, лошадей). Подопытных животных содержат в условиях, соответствующих критериям гуманного обращения с ними. Эти критерии объединяют ветеринарно-санитарную обстановку, предотвращение повреждений, исключение стрессовых воздействий, удовлетворение основных физиологических потребностей животных. Из научной и учебной работы должны быть исключены эксперименты, болезненные (без наркоза) или мучительные для животных.

Экспериментальные данные, полученные в опытах на лабораторных и сельскохозяйственных животных, могут быть использованы для объяснения соответствующих функций у человека. Однако полной аналогии здесь проводить нельзя. Физиологические процессы у человека, особенно связанные с высшими формами поведения, качественно своеобразны, что обусловлено единым влиянием на него биологических и социальных факторов. Поэтому особенности физиологических функций у людей изучаются особыми методическими приёмами и являются предметом специального раздела физиологии – физиологии человека.

Контрольные вопросы:

1.Основные задачи и разделы физиологии.

2.Экспериментальные методы изучение физиологи человека и животных.

3.Моделирование функций организма человека и животных.