yandex rtb 1
ГоловнаЗворотній зв'язок
yande share
Главная->Фізиологія та анатомія->Содержание->1.2. МЕТОДЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Физиология (Том 1)

1.2. МЕТОДЫ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Наблюдение как метод физиологического исследования. Срав­нительно медленное развитие экспериментальной физиологии на протяжении двух столетий после работ В. Гарвея объясняется низким уровнем производства и развития естествознания, а также несовер­шенством исследования физиологических явлений путем их обычного наблюдения. Подобный методический прием был и остается причи­ной многочисленных ошибок, так как экспериментатор должен про­водить опыт, видеть и запоминать множество сложных процессов и явлений, что представляет собой трудную задачу. О трудностях, которые создает методика простого наблюдения физиологических явлений, красноречиво свидетельствуют слова Гарвея: «Скорость сердечного движения не позволяет различить, как происходит сис­тола и диастола, и поэтому нельзя узнать, в какой момент и в которой части совершается расширение и сжатие. Действительно, я не мог отличить систолы от диастолы, так как у многих животных сердце показывается и исчезает в мгновение ока, с быстротой мол­нии, так что мне казалось один раз здесь систола, а здесь — диастола, другой раз — наоборот. Во всем разность и сбивчивость».

Действительно, физиологические процессы представляют собой динамические явления. Они непрерывно развиваются и изменяются, поэтому непосредственно удается наблюдать лишь 1—2 или, в луч­шем случае, 2—3 процесса. Однако, чтобы их анализировать, не­обходимо установить связь этих явлений с другими процессами, которые при таком способе исследования остаются незамеченными. Вследствие этого простое наблюдение физиологических процессов как метод исследования является источником субъективных ошибок. Обычно наблюдение позволяет установить лишь качественную сто­рону явлений и лишает возможности исследовать их количественно.

Важной вехой в развитии экспериментальной физиологии было изобретение кимографа и введение метода графической регистрации артериального давления немецким ученым Карлом Людвигом в 1847 г.

Графическая регистрация физиологических процессов. Метод графической регистрации ознаменовал новый этап в физиологии. Он позволил осуществить объективную запись изучаемого процесса, сводившую до минимума возможность субъективных ошибок. При этом эксперимент и анализ изучаемого явления можно было про­водить в два этапа. Во время самого опыта задача экспериментатора заключалась в том, чтобы получить высококачественные записи — кривые — кимограммы. Анализ полученных данных можно было производить позже, когда внимание экспериментатора уже не отвлекалось на проведение опыта. Метод графической регистрации дал возможность записывать одновременно (синхронно) не один, а несколько физиологических процессов.

Довольно скоро после изобретения способа записи артериального давления были предложены методы регистрации сокращения сердца и мышц (Энгельман), введена техника воздушной передачи (капсула Марея), позволившая записывать иногда на значительном расстоя­нии от объекта ряд физиологических процессов в организме: дыха­тельные движения грудной клетки и живота, перистальтику и из­менение тонуса желудка, кишечника и т. д. Был предложен метод регистрации изменения сосудистого тонуса (плетизмография по Мос-со), объема различных внутренних органов — онкометрия, и т. д.

Исследования биоэлектрических явлений. Чрезвычайно важное направление развития физиологии было ознаменовано открытием «животного электричества». Л. Гальвани показал, что живые ткани являются источником электрических потенциалов, способных воз­действовать на нервы и мышцы другого организма и вызывать сокращение мышц. С тех пор на протяжении почти целого столетия единственным индикатором потенциалов, генерируемых живыми тканями (биоэлектрических потенциалов), был нервно-мышечный препарат лягушки. Он помог открыть потенциалы, генерируемые сердцем при его деятельности (опыт Келликера и Мюллера), а также необходимость непрерывной генерации электрических потен­циалов для постоянного сокращения мышц (опыт «вторичного те­тануса» Маттеуччи). Стало ясно, что биоэлектрические потенциа­лы — это не случайные (побочные) явления в деятельности живых тканей, а сигналы, при помощи которых в организме передаются «команды» в нервной системе и от нее мышцам и другим органам. Таким образом, живые ткани взаимодействуют, используя «элект­рический язык».

Понять этот «язык» удалось значительно позже, после изобре­тения физических приборов, улавливающих биоэлектрические по­тенциалы. Одним из первых таких приборов был простой телефон. Замечательный русский физиолог Н. Е. Введенский при помощи те­лефона открыл ряд важнейших физиологических свойств нервов и мышц. Используя телефон, удалось прослушать биоэлектрические потенциалы, т. е. исследовать их путем наблюдения. Значительным шагом вперед было изобретение методики объективной графической регистрации биоэлектрических явлений. Нидерландский физиолог Эйнтховен изобрел струнный гальванометр — прибор, позволивший зарегистрировать на фотопленке электрические потенциалы, возни­кающие при деятельности сердца, — электрокардиограмму (ЭКГ). В нашей стране пионером этого метода был крупнейший физиолог, ученик И. М. Сеченова и И. П. Павлова А. Ф. Самойлов, работавший некоторое время в лаборатории Эйнтховена в Лейдене.

Электрокардиография из физиологических лабораторий очень скоро перешла в клинику как совершенный метод исследования состояния сердца, и многие миллионы больных сегодня обязаны этому методу своей жизнью.

В последующем успехи электроники позволили создать компакт­ные электрокардиографы и методы телеметрического контроля, даю­щие возможность регистрировать ЭКГ и другие физиологические про­цессы у космонавтов на околоземной орбите, у спортсменов во время соревнований и у больных, находящихся в отдаленных местностях, откуда информация передается по телефонным проводам в крупные специализированные учреждения для всестороннего анализа.

Объективная графическая регистрация биоэлектрических потен­циалов послужила основой важнейшего раздела нашей науки — электрофизиологии. Крупным шагом вперед было предложение ан­глийского физиолога Эдриана использовать для записи биоэлектри­ческих явлений электронные усилители. В. Я. Данилевский и В. В. Правдич-Неминский впервые зарегистрировали биотоки головного мозга. Этот метод был позже усовершенствован немецким ученым Бергером. В настоящее время электроэнцефалография широко ис­пользуется в клинике, так же как и графическая запись электри­ческих потенциалов мышц (электромиография), нервов и других возбудимых тканей и органов. Это позволило проводить тонкую оценку функционального состояния органов и систем. Для развития физиологии указанные методы имели также большое значение: они позволили расшифровать механизмы деятельности нервной системы и других органов и тканей, механизмы регуляции физиологических процессов.

Важной вехой в развитии электрофизиологии было изобретение микроэлектродов, т. е. тончайших электродов, диаметр кончика ко­торых равен долям микрона. Эти электроды при помощи микрома­нипуляторов, можно вводить непосредственно в клетку и регистри­ровать биоэлектрические потенциалы внутриклеточно. Микроэлек­тродная техника дала возможность расшифровать механизмы генерации биопотенциалов — процессов, протекающих в мембранах клетки. Мембраны являются важнейшими образованиями, так как через них осуществляются процессы взаимодействия клеток в ор­ганизме и отдельных элементов клетки между собой. Наука о фун­кциях биологических мембран — мембранология — стала важным разделом физиологии.

Методы электрического раздражения органов и тканей. Суще­ственной вехой в развитии физиологии было введение метода элек­трического раздражения органов и тканей. Живые органы и ткани способны реагировать на любые воздействия: тепловые, механиче­ские, химические и др. Электрическое раздражение по своей природе близко к «естественному языку», с помощью которого живые системы обмениваются информацией. Основоположником этого метода был немецкий физиолог Дюбуа- Реймон, предложивший свой знаменитый «санный аппарат» (индукционная катушка) для дозированного элек­трического раздражения живых тканей.

В настоящее время для этого используют электронные стимуля­торы, позволяющие получить электрические импульсы любой фор­мы, частоты и силы. Электрическая стимуляция стала важным методом исследования функций органов и тканей. Указанный метод широко применяется и в клинике. Разработаны конструкции раз­личных электронных стимуляторов, которые можно вживлять в организм. Электрическая стимуляция сердца стала надежным спо­собом восстановления нормального ритма и функций этого жизненно важного органа и возвратила к труду сотни тысяч людей. Успешно применяется электростимуляция скелетных мышц, разрабатываются методы электрической стимуляции участков головного мозга при помощи вживленных электродов. Последние при помощи специаль­ных стереотаксических приборов вводят в строго определенные нер­вные центры (с точностью до долей миллиметра). Этот метод, перенесенный из физиологии в клинику, позволил излечить тысячи неврологических больных и получить большое количество важных данных о механизмах работы человеческого мозга (Н. П. Бехтерева).

Помимо регистрации электрических потенциалов, температуры, давления, механических движений и других физических процессов, а также результатов воздействия этих процессов на организм, в физиологии широко применяются химические методы.

Химические методы исследования в физиологии. «Язык» элек­трических сигналов не единственный в организме. Распространенным является также химическое взаимодействие процессов жизнедея­тельности (цепи химических процессов, происходящих в живых тканях). Поэтому возникла область химии, изучающая эти процес­сы, — физиологическая химия. Сегодня она превратилась в само­стоятельную науку — биологическую химию, раскрывающую моле­кулярные механизмы физиологических процессов. Физиологи в экс­периментах широко используют методы, возникшие на стыке химии, физики и биологии, что в свою очередь породило уже новые отрасли науки, например биологическую физику, изучающую физическую сторону физиологических явлений.

Физиолог широко использует радионуклидные методы. В со­временных физиологических исследованиях применяются и другие методы, заимствованные из точных наук. Они дают поистине бесценные сведения при количественном анализе механизмов фи­зиологических процессов.

Электрическая запись неэлектрических величин. Сегодня зна­чительные успехи физиологии связаны с использованием радиоэлек­тронной техники. Применяются датчики — преобразователи раз­личных неэлектрических явлений и величин (движение, давление, температура, концентрация различных веществ, ионов и т.д.) в электрические потенциалы, которые затем усиливаются электрон­ными усилителями и регистрируются осциллографами. Разработано огромное количество разных типов таких регистрирующих устройств, которые позволяют записать на осциллографе очень многие физи­ологические процессы и ввести полученную информацию в компь­ютер. В ряде приборов используют дополнительные воздействия на организм (ультразвуковые или электромагнитные волны и т. д.). В таких случаях записывают величины параметров этих воздейст­вий, изменяющих те или иные физиологические функции. Преиму­ществом подобных приборов является то, что преобразователь — датчик можно укрепить не на исследуемом органе, а на поверхности тела. Испускаемые прибором волны проникают в организм и после отражения исследуемого органа регистрируются датчиком. На таком принципе построены, например, ультразвуковые расходомеры, оп­ределяющие скорость кровотока в сосудах; реографы и реоплетиз-мографы регистрируют изменение величины электрического сопро­тивления тканей, которое зависит от кровенаполнения различных органов и частей организма. Преимуществом таких методов является возможность исследования организма в любой момент без предва­рительных операций. Кроме того, такие исследования не наносят вред человеку. Большинство современных методов физиологических исследований в клинике основано на этих принципах. В России инициатором использования радиоэлектронной техники для физи­ологических исследований был академик В. В. Парин.

Метод острого эксперимента. Прогресс науки обусловлен не толь­ко развитием экспериментальной науки и методов исследования. Он в огромной мере зависит и от эволюции мышления физиологов, от раз­вития методологических и методических подходов к изучению физи­ологических явлений. С начала зарождения и до 80-х годов прошлого столетия физиология оставалась наукой аналитической. Она расчле­няла организм на отдельные органы и системы и изучала деятельность их изолированно. Основным методическим приемом аналитической физиологии были эксперименты на изолированных органах. При этом, чтобы получить доступ к какому-либо внутреннему органу или системе, физиолог должен был заниматься вивисекцией (живосечени­ем). Такие эксперименты называют также острыми опытами.

Подопытное животное привязывали к станку и производили сложную и болезненную операцию. Это был тяжелый труд, но иного способа проникнуть в глубь организма наука не знала. Дело не только в моральной стороне проблемы. Жестокие пытки, не­выносимые страдания, которым подвергалось животное, грубо на­рушали нормальный ход физиологических явлений и не позволяли понять сущность процессов, протекающих в организме в естест­венных условиях, в норме. Существенно не помогло и применение наркоза, а также других методов обезболивания. Фиксация жи­вотного, воздействие наркотических веществ, операция, кровопо-теря — все это совершенно меняло и нарушало нормальную жизнедеятельность организма. Образовался заколдованный круг. Чтобы исследовать тот или иной процесс или функцию органа либо системы, нужно было проникнуть в глубь организма, а сама попытка такого проникновения нарушала нормальное протекание физиологических процессов, для изучения которых и предприни­мался опыт. Кроме того, исследование изолированных органов не давало представления об их истинной функции в условиях цело­стного неповрежденного организма.

Метод хронического эксперимента. Величайшей заслугой рус­ской науки в истории физиологии стало то, что один из самых талантливых и ярких ее представителей И. П. Павлов сумел найти выход из этого тупика. И. П. Павлов болезненно переживал недостатки аналитической физиологии и острого эксперимента. Он нашел способ, позволяющий заглянуть в глубь организма, не нарушая его целостности. Это был метод хронического эксперимента, проводи­мого на основе «физиологической хирургии».

На наркотизированном животном в условиях стерильности пред­варительно производили сложную операцию, позволяющую получить доступ к тому или иному внутреннему органу, проделывали «окошеч­ко» в полый орган, вживляли фистульную трубку или выводили нару­жу и подшивали к коже проток железы. Сам опыт начинали много дней спустя, когда рана заживала, животное выздоравливало и по ха­рактеру течения физиологических процессов практически ничем не отличалось от нормального, здорового. Благодаря наложенной фисту­ле можно было длительно изучать течение тех или иных физиологи­ческих процессов в естественных условиях поведения.

 

 

3