Глава 3 Физиология животных и человека

Основные направления и тенденции развития.

На рубеже XIX и XX столетий и в первые десятилетия XX в. в физиологии были сделаны важные открытия и сформулированы новые ключевые идеи, определившие возникновение новых направлений физиологического исследования и новых областей науки. Таковы физиология высшей нервной деятельности, эндокринология, витаминология.

Важнейшими завоеваниями физиологии начала XX в.[12] можно считать открытие условных рефлексов, установление закономерностей интегративной деятельности нервной системы и процессов координации в спинном мозгу, выяснение механизмов рефлекторной регуляции положения тела в пространстве, открытие гормонов, витаминов, медиаторов, обнаружение роли ионов в протекании многих физиологических процессов, доказательство наличия химической (гуморальной) регуляции функций.

На основе перечисленных открытий и большого сравнительно-физиологического экспериментального материала в первой половине XX столетия сложились широкие теоретические концепции, характеризующие идейный уровень и общую направленность физиологических исследований. Первоочередными задачами физиологов стало изучение функций целостного организма, выяснение их регуляции и саморегуляции, исследование эволюции физиологических процессов, раскрытие механизмов, составляющих основу сложных актов поведения, анализ взаимосвязи и взаимообусловленности физиологических функций и обмена веществ и энергии.

С большой силой убежденности о необходимости исследования функций целостного организма говорил И.П. Павлов, называвший такое исследование синтетическим и противопоставлявший его аналитическому изучению отдельного органа или какого-либо процесса. Разумеется, синтетический, в павловском понимании, подход к изучению процессов жизнедеятельности целостного организма не отрицает и не умаляет значения чисто аналитических исследований функций отдельных органов, тканей и клеток; более того, он опирается на эти исследования и требует их дальнейшего расширения, дополняя их более глубоким пониманием физиологических явлений. Для исследования целостного организма, находящегося в естественных условиях, требуются совершенно иные методы по сравнению с теми, которые используют для изучения функций отдельных органов и тканей. Так, вивисекционная методика оказывается для этих целей уже недостаточной.

Методы хронического экспериментирования с применением хирургической техники вошли в обиход физиологических лабораторий в конце XIX столетия. Сущность их состоит в том, что животному делают определенную хирургическую операцию и затем после его выздоровления приступают к различным опытам. Подобная техника эксперимента позволяет изучать в течение длительного времени функции здорового животного, находящегося в нормальных для него условиях существования. Методы физиологической хирургии в основном заключаются в создании искусственного доступа к внутренним органам (фистульная методика), удалении отдельных органов (методика экстирпации) для последующего наблюдения того, что организм при этом потерял, изменении условий иннервации (методика денервации и сшивания нервов) и кровоснабжении (методика сосудистых анастомозов).

Большую пользу физиологии целостного организма в первой половине XX в. начали оказывать некоторые инструментальные методики, например электрокардиография — запись электрических явлений, связанных с работой сердца, электроэнцефалография — запись электрической активности головного мозга, электромиография — регистрация электрических явлений в мышцах и др. Их применение не связано с нанесением исследуемому животному или человеку какой-либо травмы, изменяющей нормальное протекание физиологических процессов.

В XX в. трудами физиологов и биохимиков была раскрыта важная роль в объединении, согласовании и регуляции функций организма некоторых химических соединений, образующихся в отдельных органах, тканях и клетках и переносимых кровью к другим органам, тканям и клеткам, которые под их воздействием резко изменяют свою жизнедеятельность. Было установлено, что характерными особенностями этих химических соединений являются: высокая физиологическая активность (способность в ничтожно малых количествах резко изменять процессы жизнедеятельности), специфичность места образования (они образуются лишь в определенных органах, тканях и клетках в процессе обмена веществ), относительная специфичность действия (обладают относительно постоянным присущим им влиянием на физиологические процессы).

В результате открытия химического взаимодействия в организме представления о регуляции функций претерпели значительные изменения. Оказалось, что имеются два механизма регуляции — нервный и гуморальный (от латинского слова humor — жидкость). Это противоречило взглядам, господствовавшим в XIX в., которые четко сформулировал К. Бернар: «В высокоразвитых организмах большинство жизненных процессов находится под влиянием одной только нервной системы»[13].

Установление наличия в организме гуморальной, в частности гормональной, регуляции поставило вопрос о ее связи с нервной системой. По этому вопросу на протяжении первой половины XX в. высказывались различные точки зрения. Мнение о независимости гормональной регуляции от нервной системы отстаивал французский физиолог Э. Глей, сформулировавший концепцию об автономии желез внутренней секреции по отношению к нервной системе (исключение, по мнению Глея, составляет только хромаффиновая ткань надпочечников, секретирующая адреналин под непосредственным влиянием чревных нервов). Другие физиологи считали, что гуморальная регуляция целиком подчинена прямому нервному контролю и пытались доказать наличие секреторной иннервации эндокринных желез. Для обеих этих точек зрения характерно резкое противопоставление нервного и гуморального механизмов регуляции, непонимание их истинных связей и взаимодействий.

На протяжении первых 30–40 лет XX столетия было установлено, что влияния, осуществляемые нервной системой, и действие физиологически активных веществ, образующихся в организме, представляют собой взаимодействующие звенья общего механизма регуляции функций. В результате сложилась концепция нервно-гуморальной регуляции, которая, не отрицая принципа нервизма, вместе с тем расширила представления, легшие в основу этого принципа, дополнив их данными о химическом взаимодействии клеток организма.

При изучении регуляции функций обнаружилось, что относительное постоянство внутренней среды организма и некоторых жизненно важных процессов (это явление У. Кеннон обозначил в 1932 г. термином «гомеостаз») поддерживается благодаря процессам саморегуляции функций. Это открытие имело большое принципиальное значение.

Многочисленными исследованиями было установлено, что саморегуляция в целостном организме является результатом взаимосвязи между регулируемым органом и регулирующим аппаратом. При этом была выяснена важная роль находящихся в скелетных мышцах проприорецепторов (Ч. Шеррингтон, Р. Гранит[14]) и располагающихся во внутренних органах и сосудистых рефлексогенных зонах висцерорецепторов (Г. Геринг, К. Гейманс, В.И. Черниговский). Эти рецепторы сигнализируют центральной нервной системе о состоянии рабочих аппаратов; приходящие от них импульсы вызывают реакции, направленные на поддержание постоянства регулируемого физиологического параметра.

В XX в. внимание физиологов начали значительно больше привлекать проблемы фило- и онтогенетического развития физиологических функций организмов. Это явилось, с одной стороны, причиной, а с другой стороны — следствием расширения исследований в области сравнительной и возрастной физиологии. Были изучены функции органов, тканей и клеток позвоночных и беспозвоночных животных разных классов и видов и исследованы изменения основных жизненных процессов на разных этапах индивидуального развития. Возникли такие разделы физиологии, как физиология насекомых, рыб, птиц и т. п. Были опубликованы солидные руководства по сравнительной физиологии. Правильная трактовка всего этого материала могла быть дана лишь с позиций дарвинизма.

В XX столетии физиологические знания получили еще более широкое практическое применение. Так, открытия витаминов и гормонов оказали большое влияние на клиническую медицину, ветеринарию и животноводство. Открытие групп крови К. Ландштейном в 1901 г. (Нобелевская премия, 1930) стало основой столь важного для медицинской практики мероприятия, как переливание крови. В нашем столетии сформировалась как особая дисциплина физиология труда. Задачами ее являются физиологическое обоснование рациональной организации труда, разработка рекомендаций по повышению его производительности и борьбе с утомлением. Для этого в разных странах созданы специальные институты и лаборатории, тесно связанные с производством.

Борьба материализма и идеализма в физиологии.

Физиологические исследования целостного организма и механизмов регуляции и саморегуляции, изучение видового и индивидуального развития функций и в особенности создание физиологии высшей нервной деятельности — все это вместе и каждая из этих проблем в отдельности — поставили исследователей перед необходимостью философского осмысливания богатого фактического материала.

В XX столетии большинство физиологов стояло на материалистических позициях. Многие из них стихийно или сознательно пришли к диалектико-материалистическому мировоззрению. Об этом прямо говорят^- некоторые передовые западные ученые. Так, К.X. Уоддингтон, упоминая об итогах рассмотрения некоторых принципиальных вопросов теоретической биологии, заявил: «… Общая система представлений, которая начинает вырисовываться… в определенной степени близка к марксистской диалектической философии»[15].

Наряду с широким признанием правильности материалистического мировоззрения в физиологии, особенно в начале столетия, имелись попытки утвердить идеалистическое понимание жизненных явлений. Часть физиологов стала на путь признания существования нематериального фактора, обусловливающего процессы жизнедеятельности, который, по выражению немецкого ботаника И. Рейнке, «…глумится над всеми попытками объяснить жизнь физическими и химическими процессами»[16].

Наиболее активно эксплуатировалась виталистами проблема целостности организма, включающая вопросы роста и развития, дифференциации частей и их регенерации после повреждения. Откровенно идеалистический характер носили взгляды Я. Икскюля, Э. Риньяно и Р. Лилли. Последний, будучи автором многих экспериментальных исследований, разработал упрощенную модель нервного проведения в виде пассивированной железной проволоки. Лилли утверждал, что целостность организма, его развитие и вся совокупность основных жизненных явлений обусловлены наличием в организме нематериального управляющего импульса психической природы, или «направляющей тенденции», или «творческого интегрирующего фактора». Действие этого фактора, импульса или тенденции, согласно мнению Лилли, индетерминировано.

Среди различных трактовок проблемы целостности организма внимание биологов и физиологов привлекли концепции, получившие название органицизма[17], или иначе, организмические концепции. В различных их вариантах выявились идеалистические, позитивистские и механистические тенденции. Лишь медленно пробивало себе дорогу последовательное диалектико-материалистическое рассмотрение проблемы целостности организма как в специально физиологическом, так и в общебиологическом плане.

Виталистическим концепциям и идеалистическим толкованиям целостности и развития организма противостояли выступления ряда физиологов и биохимиков, которые стремились материалистически (хотя и не всегда последовательно) объяснить наиболее сложные проблемы биологии и общей физиологии. В этом отношении важную роль сыграли работы Дж. Г. Паркера, Ч. Херрика, Г. Дженингса, И.П. Павлова, А.А. Ухтомского, Н.Е. Введенского. Они доказывали принципиальную познаваемость биологических явлений и их детерминированность материальными процессами, происходящими как в самом организме, так и во внешней среде. Оригинальное решение проблемы предложил Э.С. Бауэр (1935), считавший, что своеобразие жизненных явлений может быть объяснено принципом устойчивого неравновесия, которое поддерживается процессами обмена веществ и требует постоянной затраты энергии живым организмом.

Выступая против витализма, некоторые физиологи резко критиковали и механистические концепции. Например, Дж. С. Холдейн в 1924 г. писал: «Механистическая теория жизни теперь отброшена и должна занять место в истории как пройденная фаза развития биологии. Но физиология не возвращается назад к витализму, который тормозил ее развитие и от которого она избавилась в последнее столетие»[18]. Холдейн (1934) возражал против возможности объяснения всех явлений жизни физическими законами, утверждая, что «биология является отраслью знаний, отличной от физических наук», что в организмах действуют свои специфические закономерности.

Среди физиологов первой половины XX в. были и приверженцы махистской философии и физиологического идеализма, которых подверг уничтожающей критике В.И. Ленин[19]. Так, в начале столетия немецкий физиолог М. Ферворн пропагандировал разновидность берклеанской философии, названную им психомонизмом. Отрицая объективную реальность внешнего мира, он утверждал, что «телесный мир — это только содержание души»[20]. Он же отстаивал неправомерность причинного объяснения явлений действительности, подменяя его кондиционализмом.

Для обоснования идеализма Ферворн и некоторые другие физиологи продолжали использовать сформулированный И. Мюллером «закон специфической энергии органов чувств», в котором видели, по словам физиолога Г. Бунге, «точную основу всякой идеалистической философии»[21].

Размежевание приверженцев материалистического и идеалистического мировоззрений особенно четко выявилось в понимании проблем физиологии высшей нервной деятельности и поведения животных и человека. Здесь на одном полюсе находились И.П. Павлов, его ученики и последователи в СССР и его сторонники в странах Западной Европы и США, развивавшие последовательно материалистические взгляды. На другом полюсе находились физиологи-идеалисты. Многие из них были сторонниками дуализма, отрицавшего материальное единство мира, отрывавшего психическое от физиологического, сознание от мозга.

И.П. Павлов рассматривал мысль как функцию мозга и признавал единство физиологического и психического. «…Сознание, — отмечал он в 1913 г., — представляется мне нервной деятельностью определенного участка больших полушарий…»[22]. Он подчеркивал, что объясняет процессы, происходящие в мозгу, «чисто физиологически, чисто материально, чисто пространственно»[23]. Павлов с удовлетворением указывал, что его «работа все время держится на прочном, материально-фактическом фундаменте, как во всем остальном естествознании, благодаря чему поистине неудержимым образом накопляется точный материал и чрезвычайно ширится горизонт исследования»[24].

Еще в 1906 г. Павлов предвидел, что развитие и распространение материалистического понимания центральной философской проблемы «сознание и мозг», встретит противодействие со стороны нейрофизиологов, стоявших на идеалистических позициях. Это предвидение оправдалось.

Ч. Шеррингтон, внесший большой вклад в нейрофизиологию, в конце своей жизни опубликовал книгу, насыщенную теологией и мистицизмом[25]. Игнорируя данные физиологии, психологии и психиатрии, он пытался доказать отсутствие связи между физиологической деятельностью мозга, с одной стороны, сознанием и мышлением — с другой. Шеррингтон писал: «Могут ли быть найдены в головном мозгу какие-нибудь нервные процессы, радикально отличные от таковых в других отделах нервной системы?». И отвечал, что «в тех областях мозга, которые коррелятивно связаны с сознанием, невозможно ни микроскопически, ни физически, ни химически обнаружить каких-либо существенных отличий от областей, где такая связь существует»[26]. Это утверждение Шеррингтона противоречит современным ему методически безупречным наблюдениям нейроморфологов (О. Фогта и др.), установивших наличие в коре мозга человека цитоархитектонических полей, отсутствующих у антропоидов. По мнению Шеррингтона, человек «неодолимо раздвоен» на телесное и бестелесное; мозг как часть тела не может быть органом сознания; сознание независимо от мозга. Душа (сознание), заявляет Шеррингтон, возникает ex nihilo (из ничего).

Взгляды Шеррингтона и его последователей подверглись резкой критике со стороны И.П. Павлова, Л.А. Орбели и многих других ученых, справедливо отмечавших, что мировоззрение физиологов-идеалистов идет вразрез с их научными поисками. Идеалистическим заблуждениям и примитивной ограниченности механистического мировоззрения противостоит методология диалектического материализма. К признанию основных ее положений приходит все большее число естествоиспытателей.

Физиология высшей нервной деятельности.

Впервые успешные попытки изучения высших отделов центральной нервной системы осуществили в начале XX века И.П. Павлов, Ч. Шеррингтон, Р. Магнус и их последователи. Они детально исследовали рефлекторную функцию различных отделов центральной нервной системы.

К изучению деятельности больших полушарий головного мозга И.П. Павлов приступил после исследований функций пищеварительных желез. Столкнувшись с явлениями «психического» сокоотделения у собак, он заинтересовался физиологическими механизмами этих явлений. При этом он решил исследовать их объективными методами, отказавшись от объяснения понятиями, заимствованными из человеческой психологии.

К анализу явления «психического» сокоотделения пищеварительных желез, происходящего под влиянием связанных с приемом пищи раздражений, Павлов подошел с позиции учения о рефлексах. Им был открыт новый вид рефлекторных реакций — условный рефлекс — и тем самым чрезвычайно расширены рамки рефлекторной теории. Павлов показал, что существуют два вида рефлексов — безусловные и условные. Первые являются врожденными: они могут быть обнаружены у всех животных данного вида на том или ином этапе их онтогенеза; вторые — индивидуально приобретенные, они вырабатываются при определенных условиях в результате жизненного опыта у отдельных животных. Условные рефлексы у высших животных осуществляются при участии коры больших полушарий головного мозга. Они возникают на основе временной связи между участками, воспринимающими условное раздражение, и нервными центрами безусловного рефлекса.

Согласно взглядам Павлова, «временная нервная связь есть универсальнейшее физиологическое явление в животном мире и в нас самих. А вместе с тем оно же и психическое — то, что психологи называют ассоциацией, будет ли это образование соединений из всевозможных действий, впечатлений или букв, слов и мыслей»[27].

Павловым и его многочисленными учениками и сотрудниками во всех деталях была изучена феноменология условно-рефлекторной деятельности. Ими были открыты законы образования, протекания и угасания условных рефлексов. Важную роль в деятельности коры больших полушарий Павлов придавал процессу торможения. Он описал различные проявления торможения, способствующие более точному и совершенному приспособлению организма к изменчивым условиям существования. В дальнейшем на основе существовавших общих нейрофизиологических представлений в павловских лабораториях были изучены распространение возбуждения и торможения в коре больших полушарий и взаимодействие этих процессов. Исследования простых и сложных временных связей и процессов кортикального торможения, осуществляемого высшими отделами центральной нервной системы, раскрыли механизмы анализа и синтеза раздражений. В результате оформилось представление о высшей нервной деятельности как деятельности аналитико-синтетической. Были установлены типы высшей нервной деятельности и найдены критерии для их различия.

Раскрыв законы образования условных рефлексов и функционирования коры полушарий головного мозга, Павлов обратился к изучению патологии высшей нервной деятельности. Вначале эти исследования проводились на лабораторных животных, а затем были перенесены в психиатрическую клинику.

При переходе в исследовании высшей нервной деятельности от животных к человеку встал вопрос о ее специфических особенностях. Такой особенностью у человека является развитие речи и наличие двух сигнальных систем. Первая сигнальная система является общей для животных и человека. Благодаря ей осуществляются восприятие корой больших полушарий различных внешних сигналов, их сочетание с безусловными рефлексами, формирование временных связей и, как следствие, образование условных рефлексов. Вторая сигнальная система, связанная с речью, свойственна человеку. Согласно взглядам Павлова, слово представляет для человека реальный условный раздражитель, сигнализирующий самые различные внешние и внутренние раздражения, воспринимаемые корой больших полушарий. Специфичность второй сигнальной системы заключается в том, что речевые сигналы «…представляют собой отвлечение от действительности и допускают обобщение, что и составляет наше лишнее, специально человеческое, высшее мышление…»[28]. Открытие Павловым законов функционирования коры больших полушарий мозга — важнейшее завоевание физиологической мысли, получившее широкое признание во всем мире.

Иван Петрович Павлов. 1849–1936.

В экспериментах Павлова основным показателем условно-рефлекторных реакций была преимущественно секреция слюнной железы. Другими исследователями были изучены условные рефлексы, осуществляемые скелетной мускулатурой и внутренними органами. Так, В.П. Протопопов (1909) в лаборатории В.М. Бехтерева изучал двигательные условные рефлексы на звуковые раздражители. К.М. Быков и ряд других физиологов установили возможность условно-рефлекторного изменения функции многих внутренних органов и таким путем доказали влияние коры больших полушарии на их деятельность.

Учение о координации функций центральной нервной системы.

Одновременно с разработкой учения об условно-рефлекторной деятельности коры больших полушарий головного мозга были проведены фундаментальные исследования функций низших отделов центральной нервной системы, явившиеся дальнейшим этапом в изучении рефлексов и основных физиологических процессов, происходящих в спинном мозгу и мозговом стволе. Первостепенное значение в этом отношении имели работы Ч. Шеррингтона (Нобелевская премия, 1932).

Чарлз Шеррингтон. 1857–1952.

Основными объектами исследований Шеррингтона были спинномозговые рефлексы сгибания, разгибания и почесывания. Им было показано, что элементарная реакция нервной системы — так называемый «простой рефлекс» — является интегративной реакцией, характеризующейся взаимодействием множества нервных элементов и перестройкой внутрицентральных взаимоотношений. Согласно Шеррингтону, при осуществлении любого рефлекса нервная система функционирует как целое. Это связано с тем, что при каждом рефлексе происходят многообразные явления координации. Простейший случай координации — согласование деятельности отдельных нейронов, обеспечивающее соответствие рефлекторного ответа силе раздражения. Более сложные проявления координации находят свое выражение в объединении рефлекторных реакций в единый акт поведения, обусловленный определенной последовательностью рефлексов. Изучение процессов координации занимало центральное место в научном творчестве Шеррингтона.

Шеррингтоном были изучены особенности проведения возбуждения в рефлекторной дуге и установлены такие факты, как одностороннее проведение и задержка проведения в синапсе (этот ныне общеупотребительный термин введен Шеррингтоном); на большом числе примеров показано значение торможения в рефлекторной деятельности спинного мозга; подвергнуто подробному анализу обнаруженное И.М. Сеченовым явление суммации возбуждений; показано существование аллиированных (союзных) — взаимоусиливающих и взаимоослабляющих (антагонистических) — рефлексов; открыты явления облегчения рефлексов, конвергенции, окклюзии, отдачи и спинальной индукции; описано состояние децеребрационной ригидности; предложено объяснение спинального шока, дана классификация рецепторов па проприо-, экстеро- и интеро-рецепторы; сформулированы общие принципы функционирования центральной нервной системы — принцип реципрокной (сопряженной) иннервации мышц антагонистов и принцип общего конечного пути.

Шеррингтон воспитал большую плеяду исследователей. К их числу принадлежали такие видные нейрофизиологи, создавшие собственные направления в науке, как Р. Магнус, А. Денни-Броун, Дж. Т. Лиддел, Дж. Экклс, Г. Кушинг, Дж. Фултон, У. Пенфильд, Р. Гранит и др.

Важное значение для раскрытия явлений координации рефлекторных реакций имело учение А.А. Ухтомского (1923; Ленинская премия, 1931) о доминанте.

Алексей Алексеевич Ухтомский. 1875–1942.

Он, в частности, доказал, что координация обеспечивается не только постоянными, фиксированными анатомическими связями и реципрокными взаимоотношениями центров, но и теми динамичными отношениями, которые складываются по ходу рефлекторной реакции и которые определяются состоянием нервных центров, зависящим от предыдущих и поступающих в данное время афферентных импульсов и гуморальных раздражений. Под влиянием этих раздражений в центральной нервной системе возникают доминирующие очаги возбуждения, которые затормаживают другие центры и привлекают к себе возбуждения, притекающие по различным афферентным путям. Формирование той или иной доминанты в большой мере определяет характер рефлекторной реакции и может значительно изменять те закономерности координации, которые установил Шеррингтон. Доминанта, согласно Ухтомскому, — это рабочий принцип нервных центров.

После исследований Шеррингтона процесс торможения в проявлениях координации в разных отделах нервной системы стал предметом изучения многих нейрофизиологов. В этом направлении большое число ценных фактов получил И.С. Бериташвили (Беритов) с сотрудниками, изучавший координационные механизмы на разных уровнях центральной нервной системы. Глубокий анализ природы торможения и процессов, происходящих в синапсах центральной нервной системы, проведен Дж. Экклсом начиная с 30-х годов. Б. Реншоу (1941), а затем Дж. Экклс (1954, 1966) описали специальные тормозные нейроны и тормозные пути в спинном мозгу.

Исследования Шеррингтона и других физиологов выявили большое значение во всех двигательных актах и, в частности, в ритмических рефлексах вторичных центростремительных импульсов, поступающих в центральную нервную систему от рецепторов работающих мышц. В результате были выяснены причины разных видов атаксии — нарушения плавности и точности движений, наступающие при повреждении путей, проводящих возбуждения от мышц, т. е. при нарушении сенсорной коррекции движений. На основании экспериментального и теоретического анализа большого фактического материала, накопленного нейрофизиологией в 30-х годах текущего столетия, Н.А. Бернштейн и П.К. Анохин обосновали представление об осуществляемом по принципу обратной связи взаимодействии между нервными центрами и иннервируемыми ими рабочими аппаратами. Идея обратной связи между регулирующими и регулируемыми аппаратами организма получила в дальнейшем широкое развитие.

В 30-х годах текущего столетия Г. Бете, П. Вейс, П.К. Анохин развили представление о пластичности нервных центров, т. е. динамической изменчивости их функций. Оно основывалось на результатах многочисленных экспериментов с нанесением животному различных повреждений (экстирпации разных отделов центральной нервной системы, перекрестные сшивания разнородных нервов, ампутации лап и т. п.), при которых наблюдали функциональную перестройку координационных соотношений между нервными центрами и компенсацию нарушений деятельности двигательного аппарата. Э.А. Асратян показал, что в компенсации нарушенных двигательных функций решающее значение у высших животных принадлежит коре больших полушарий головного мозга.

Рефлекторная регуляция положения тела.

Новая глава физиологии центральной нервной системы и учения о координации двигательных функций была создана в первой четверти XX столетия классическими исследованиями голландского физиолога Р. Магнуса и его сотрудников. Они открыли большую группу рефлексов, посредством которых достигается распределение тонуса мускулатуры и возможность поддержания определенного положения тела в пространстве. Магнус разделил открытые им рефлексы на статические (рефлексы положения тела и его установки) и стато-кинетические (реакции, обусловленные движением тела — вращением и линейным ускорением). Изучение механизмов этих рефлексов показало, что они вызываются афферентными импульсами, приходящими от рецепторов лабиринтов и проприорецепторов шейных мышц. Детально было выяснено функциональное значение в осуществлении исследуемых реакций центров промежуточного, среднего и продолговатого мозга. Таким образом, Магнус открыл ранее неизвестные функции центров мозгового ствола. Вся совокупность экспериментальных данных изложена в его монографии «Установка тела» (1924).

Локализация функций в коре больших полушарий.

В XX столетии много было сделано в определении функционального значения различных участков коры больших полушарий головного мозга в осуществлении разных видов деятельности. Задачу этих исследований И.П. Павлов сформулировал как «приурочение динамики к структуре». Эту проблему экспериментально изучали морфолог О. Фогт, физиологи Г. Дюссер де Баренн, Дж. Фултон, невролог В.М. Бехтерев, психолог К.С. Лешли и многие другие. Большое значение в разработке этой проблемы имело развитие нейрохирургии, благодаря чему стало возможным применять методику электрического раздражения разных участков коры головного мозга во время хирургических операций, производимых у человека под местной анестезией, когда у оперируемого сохранено сознание и он может сообщить о своих ощущениях. Впервые такие наблюдения были проведены Г. Кушингом в 1909 г., затем О. Фестером, У. Пенфильдом и Т. Расмуссеном. С помощью локального электрического раздражения и электрофизиологической методики была определена локализация первичных и вторичных сенсорных зон; была также подробно изучена локализация в коре головного мозга открытых в 1870 г. Г. Фритчем и Э. Гитцигом моторных зон.

В первой половине XX в. оживленную дискуссию вызывала проблема локализации сложных психических функций. Здесь выявились две крайние точки зрения. Представители так называемого «психоморфологического» направления, например немецкий психиатр К. Клейст, составляли «функциональные карты» коры больших полушарий и приписывали разным ее участкам «активное мышление», «числовые представления» и даже «личное, социальное и религиозное „Я“». Сторонники другой точки зрения (Г. Хэд, К.С. Лешли) признавали абсолютно невозможным связать наиболее сложные проявления деятельности мозга с определенными нервными структурами. Обе эти точки зрения оказались несостоятельными. Как показали клиникофизиологические наблюдения, для осуществления таких сложных функций коры мозга, как узнавание, целенаправленное действие и предвидение его результатов, речь, письмо, чтение, счет, необходимы обширные зоны коры. В выполнении указанных функций участвуют динамически создающиеся нервные структуры, так сказать констелляции большого числа нейронов и их цепей. В формировании таких констелляций некоторые участки коры имеют преимущественное значение, и их поражение в большинстве случаев вызывает тяжелые функциональные нарушения.

Электроэнцефалография.

В 1913 и 1925 гг. В.В. Правдич-Неминский сообщил о возможности графически зарегистрировать электрическую активность головного мозга с помощью струнного гальванометра. Объектами экспериментов были кураризованные собаки (применение кураре исключало влияние на биотоки мозга электрической активности скелетной мускулатуры). Электроды прикладывались к поверхности обнаженного мозга или к костям черепа. Было зафиксировано наличие семи типов энцефалограмм, различающихся по частоте электрических колебаний в зрительной и моторной областях коры и определен их частотный спектр. Регистрируемую кривую этих электрических колебаний Правдич-Неминский назвал электроцереброграммой и считал, что их «…можно рассматривать как объективное выражение физиологических процессов, происходящих в коре головного мозга»[29].

Результатом этих исследований было использование разработанной методики для регистрации электрической активности мозга человека, осуществленное немецким психиатром Г. Бергером (1929). Отведение электрических потенциалов он производил с помощью игл, вводимых под кожу черепа. Бергер нашел, что в покое и при закрытых глазах у человека наблюдаются ритмические колебания частотой от 6 до 12 в секунду (альфа-ритм, или ритм Бергера). Под влиянием различных раздражений частота колебаний увеличивается (появляются бета-волны) Регистрируемую кривую Бергер назвал электрокефалограммой. В дальнейшем ее стали называть электроэнцефалограммой.

Методика электроэнцефалографии быстро получила широчайшее распространение в физиологических лабораториях и в неврологических и нейрохирургических клиниках. Этому способствовало применение ламповых усилителей и шлейфных осциллографов, значительно облегчивших технику регистрации. Первым применил электроэнцефалографию в клинике Бергер. Им были найдены, характерные изменения электрической, активности мозга при эпилепсии. Вскоре У.Г. Уолтер показал возможность электроэнцефалографического определения локализации опухолей мозга. М.Н. Ливанов и затем многие физиологи провели частотный анализ электроэнцефалограммы. Начиная с 40-х годов в многочисленных исследованиях с применением электроэнцефалографии было обнаружено, что действие различных раздражителей сопровождается появлением в тех сенсорных участках мозговой коры, в которые поступают импульсы характерных изменений электрической активности, получивших название вызванных потенциалов.

Функции промежуточного мозга и ретикулярной формации.

В XX в. было раскрыто функциональное значение центров промежуточного мозга и ретикулярной формации мозгового ствола.

И.П. Карплюс и А. Крейдль (1905 и позднее) обнаружили, что электрическое раздражение стенок третьего мозгового желудочка вызывает изменение ряда вегетативных функций: повышение артериального давления, учащение сердечной деятельности, расширение зрачков, потоотделение. В дальнейшем было показано, что ядра гипоталамуса регулируют многие вегетативные функции, а также температуру тела, водный, жировой и углеводный обмен. Начиная с 1928 г. швейцарский физиолог В.Р. Гесс для изучения функций гипоталамической области стал применять в опытах на кошках электрическое раздражение вживленными на длительный срок электродами. Он наблюдал, что раздражение определенных участков промежуточного мозга вызывает у животных состояние, не отличающееся от естественного сна. Эксперименты привели Гесса[30] к заключению о существовании в промежуточном мозгу центра сна.

Фундаментальным открытием явилось выяснение функций ретикулярной формации ствола мозга. Это образование, представляющее собой сеть отростков нервных клеток, впервые было описано О. Дейтерсом в 1895 г., его морфологические особенности были изучены в конце прошлого и в начале текущего столетий. Функциональное же значение этой формации было выяснено лишь в 40-х годах нашего столетия Г. Мегуном, Р. Райнисом, Дж. Моруцци, а в СССР в лаборатории П.К. Анохина благодаря сочетанию точно локализованного электрического раздражения или разрушения определенных пунктов мозгового ствола с электрофизиологической регистрацией активности разных отделов центральной нервной системы. Этот путь исследования стал возможным в связи с применением стереотаксической методики, основанной на данных о пространственном положении ядер и путей в головном мозгу, выраженном в трехкоординатной системе. Принцип такой методики был впервые предложен Д.Н. Зерновым в 1889 г., затем В. Хорслеем и Г. Кларком (1906–1908) и введен в практику С. Ренсоном (1932).

Исследованиями функций ретикулярной формации выявлено ее значение в регуляции возбудимости и тонуса всех отделов центральной нервной системы. Установлено, что раздражение определенных участков ретикулярной формации, получивших название активирующей системы, вызывает пробуждение спящего животного и появление характерных для бодрствующего состояния изменений электроэнцефалограммы (реакция активации, или десинхронизации). Напротив, раздражение неспецифических ядер таламуса вызывает синхронизацию ритмов электрических колебаний в коре мозга, подобную наблюдаемой при наступлении сна.

Физиология органов чувств.

Исследования по физиологии органов чувств в первой половине XX в. проводились преимущественно в двух направлениях: психофизиологическом, состоявшем в словесном отчете испытуемого об ощущениях, возникающих у него под влиянием различных световых, звуковых, химических, тепловых или механических раздражений; физиологическом и электрофизиологическом, при которых об эффектах раздражения органов чувств судят по рефлекторным реакциям или по импульсам, регистрируемым в афферентных нервах, отходящих от тех или иных рецепторов. Объективные физиологические (главным образом электрофизиологические) методы стали в настоящее время доминирующими в физиологии органов чувств и в значительной мере вытеснили способы исследования, основанные на интерспективном отчете.

Одним из способов физиологического исследования органов чувств, разработанных в XX столетии, является выработка условных рефлексов и дифференцировок на различные световые, звуковые, химические или механические раздражения. Такой метод применяется для определения чувствительности органов чувств, пределов различения воспринимаемых раздражений и локализации сенсорных центров в центральной нервной системе. Он позволяет изучать функции не отдельно взятого рецептора, а всего анализатора. Этим термином И.П. Павлов обозначил совокупность образований, участвующих в восприятии раздражений и проведении возбуждений. Рецептор, по Павлову, — это периферический отдел анализатора; афферентные нейроны и проводящие пути — проводниковый отдел анализатора; участки коры больших полушарий, к которым поступает возбуждение от рецепторов, — центральный конец анализатора.

Электрофизиологические исследования рецепторов проводились уже в начале XX в., но в широких масштабах стали практиковаться лишь со второй половины 20-х годов после ставших классическими работ Э.Д. Эдриана (Нобелевская премия, 1932) и его сотрудников. Электрофизиологическими исследованиями установлен ряд явлений, общих для всех или многих рецепторов. Так, при исследовании электрических явлений в рецепторах разной модальности обнаружено возникновение при раздражении рецепторного, или генераторного, потенциала. Этот потенциал, развившись в рецепторе, вызывает импульсы, распространяющиеся по афферентному нервному волокну, иннервирующему рецептор. Эдрианом было показано, что при усилении раздражения, действующего на рецепторы, учащаются импульсы, поступающие в центральную нервную систему. Общим почти для всех органов чувств является феномен адаптации рецепторов к длительно действующему раздражению… Адаптацию зрительного, слухового и вкусового аппаратов на основании экспериментальных исследований людей в 1913–1920 гг. проанализировал П.П. Лазарев с позиции развитой им ионной теории возбуждений (см. главу 12). При этом было дано математическое выражение наблюдавшихся закономерностей. Эдриан для этих же целей использовал в конце 20-х годов электрофизиологическую методику. Он обнаружил, что при длительно действующем раздражении рецепторов происходит урежение импульсов, проходящих по афферентному нерву.

Много новых фактов было установлено при исследовании зрительного аппарата. Подробно проанализирована электроретинограмма, впервые зарегистрированная в 1903 г. Ф. Готчем. В 1914 и 1921 гг. Ф.И. Фрёлих описал рецепторный потенциал в глазу моллюска. Г. Хартлайн[31](1938) обнаружил, что в некоторых волокнах зрительного нерва импульсы возникают только при включении света, в других — при выключении его, в третьих — и при включении, и при выключении. На этом основании был сделан вывод о наличии трех групп фоторецепторов, по-разному реагирующих на световое раздражение. Исходя из представлений о химической кинетике реакции разложения зрительного пурпура, открытого в 1878 г. В. Кюне, П.П. Лазарев разработал фотохимическую теорию световой и темновой адаптации глаза при периферическом зрении.

В 1935–1936 гг. Г. Уолд изучил химические превращения зрительного пурпура (родопсина) и показал, что он представляет собой соединение производного витамина А — ретинена — с белком опсином.

Зрительную адаптацию у человека в 30-х годах обстоятельно исследовал С.В. Кравков, выявивший влияние на нее различных раздражений. Одновременно С.И. Вавилов развил квантовую теорию световосприятия и установил, что для светоощущения у человека достаточно действия на фоторецепторы нескольких квантов света.

Обширные материалы были получены при электрофизиологическом исследовании слуховой рецепции. Сенсационный характер имело открытие Е.Г. Уивером и К.У. Бреем в 1930 г. микрофонного эффекта улитки. Этот феномен был обнаружен при отведении к усилителю и громкоговорителю электрических потенциалов от внутреннего уха кошки. При звуковом раздражении уха животного громкоговоритель, расположенный в другом помещении, точно воспроизводит произнесенную экспериментатором фразу или музыкальную мелодию. Оказалось, что рецепторный аппарат внутреннего уха функционирует подобно микрофону, трансформирующему звуковые колебания в электрические, которые громкоговоритель в свою очередь преобразует в звуковые.

Г. Девис в 30-х годах изучил электрические потенциалы в разных частях слухового аппарата, в частности в слуховом нерве. Девис, а затем Г. Бекеши (Нобелевская премия, 1961) подвергли, пользуясь электрофизиологической методикой, экспериментальной проверке резонаторную теорию слуха, созданную Г. Гельмгольцем. Такую же проверку этой теории предпринял ранее Л.А. Андреев (1924–1925) в лаборатории И.П. Павлова, пользуясь методом условных рефлексов. В итоге было подтверждено основное положение теории Гельмгольца о пространственном разделении участков улитки, воспринимающих тоны разной высоты.

Большое внимание нейрофизиологов привлекли исследования Р. Гранита, открывшего в 1945 г. специальный механизм регуляции (гамма-афферентные волокна) состояния проприорецепторов скелетных мышц (мышечных веретен). Многое было сделано в изучении механизмов боли — проблеме, столь важной для медицинской практики. Была подробно изучена роль механо- и хеморецепторов во внутренних органах (К. Гейманс, В.Н. Черниговский и др.).

Физиология вегетативной нервной системы.

Основы современных представлений о функциях вегетативной нервной системы были заложены У. Гаскеллом и Дж. Ленгли в конце XIX — начале XX в. Гаскелл назвал эту часть нервной системы висцеральной, считая, что она иннервирует только внутренние органы. Ленгли обозначил ее термином «автономная», стремясь подчеркнуть этим относительную независимость вегетативной нервной системы от высших отделов центральной нервной системы.

Автономную нервную систему Ленгли разделил на симпатическую, парасимпатическую и внутренностную; к последней он отнес ауэрбахово и мейснерово сплетения в пищеварительном тракте. Он установил также двухнейронную структуру симпатических и парасимпатических нервов и разделил все вегетативные нервные волокна на пре- и постганглионарные. Согласно взглядам Ленгли, к автономной нервной системе принадлежат все эфферентные нервы, за исключением тех, которые иннервируют скелетную мускулатуру.

Серьезную поправку в эти представления внес Л.А. Орбели (1923) совместно со своим учеником А.Г. Гинецинским, обнаружив, что раздражение симпатических нервов повышает работоспособность утомленных скелетных мышц. В дальнейшем Орбели показал, что симпатическая нервная система оказывает влияние на состояние центральной нервной системы и на возбудимость рецепторов. Он развил теорию об адаптационнотрофической функции симпатической нервной системы, согласно которой этот отдел нервной системы обеспечивает приспособление организма к текущим потребностям, подготавливая рефлекторный аппарат к выполнению его функций. Изучению значения симпатической нервной системы были посвящены в 30-х годах многочисленные работы У.Б. Кеннона, производившего полную экстирпацию пограничного ствола и периферических симпатических ганглиев.

Учение о медиаторах.

Крупным достижением физиологии XX в. следует считать создание учения о медиаторах, т. е. химическом механизме передачи нервного импульса в синапсах. Основы этого учения заложил в 1921 г. австрийский фармаколог О. Леви. Он экспериментально доказал, что при раздражении блуждающего нерва в его окончаниях, расположенных в сердце, образуется какое-то вещество, первоначально названное Vagusstoff, или вагусом, и впоследствии идентифицированное с ацетилхолином, а при раздражении симпатического нерва образуется другое вещество — Sympathicusstoff, или симпатии, оказавшееся близким к адреналину. Эти вещества, по мысли Леви, являются химическими передатчиками нервных импульсов в периферических окончаниях вегетативной нервной системы.

В 1924 г. А.Ф. Самойлов (Ленинская премия, 1930) на основании косвенных экспериментальных данных высказал предположение о химическом механизме передачи возбуждения в нервных окончаниях скелетных мышц. Прямые доказательства этому предположению были даны в середине 30-х годов Г. Дейлом и его сотрудниками, а затем А.Г. Гинецинским. Тогда же К. Калабро и Е.Б. Бабский обнаружили образование ацетилхолина и адреналиноподобного вещества в симпатических и парасимпатических нервных волокнах и высказали мысль об их химической гетерогенности.

О. Леви и Э. Навратиль доказали, что ацетилхолин быстро гидролизуется в месте своего образования под влиянием фермента холинэстеразы, поэтому его действие весьма кратковременно. А. Муральт (1942) обнаружил, что расщепление ацетилхолина в нерве происходит в течение рефрактерного периода.

Уолтер Кеннон. 1871–1945.

В 30-е годы А.В. Кибяков, а затем В. Фельдберг и Дж. Гэддам доказали химический механизм передачи нервного импульса в симпатических ганглиях. В связи с этим был поставлен вопрос о химическом механизме передачи импульсов в межнейронных синапсах в центральной нервной системе. Вокруг этого вопроса развернулась оживленная полемика, закончившаяся признанием наличия химической медиации возбуждения и торможения и в центральной нервной системе.

Учение о медиаторах приобрело большое значение в фармакологии и токсикологии, раскрыв механизм действия некоторых лекарственных препаратов и ядов; в невропатологии оно разъяснило патогенез некоторых заболеваний нервно-мышечной системы.

Физиология нервов и мышц.

Изучение проблем нервно-мышечной физиологии связано, прежде всего, с именем Н.Е. Введенского — создателя концепции парабиоза (1901).

Состояние парабиоза, наблюдавшееся Введенским в экспериментах на нервном стволе, характеризуется тремя последовательно проходящими стадиями — провизорной, парадоксальной и тормозящей. Каждая из них отличается определенным изменением реакции нерва на приложенный к нему раздражитель. Состояние парабиоза может быть вызвано любым достаточно сильным и длительно действующим раздражителем. В парабиотическом очаге возникает локальное, стационарное и нераспространяющееся возбуждение, переходящее в свою противоположность — торможение. Состояние парабиоза является обратимым, если раздражитель, его вызвавший, действует непродолжительное время. В противном случае наступает смерть. Таким образом, парабиоз представляет собой состояние, находящееся «около жизни» и могущее перейти в смерть.

Концепция Введенского о парабиозе основывалась на представлениях о стационарном нераспространяющемся возбуждении и о единой природе возбуждения и торможения[32]. Первое из этих представлений получило позже электрофизиологическое подтверждение. Второе представление Введенского оказалось верным лишь в частном случае. Электрофизиологические исследования показали, что, как правило, торможение в нервных центрах сопровождается электрическими изменениями, противоположными возбуждению (гиперполяризацией клеточной мембраны). Лишь в отдельных случаях торможение может возникать в результате деполяризации, т. е. по схеме Введенского.

В 1908–1914 гг. свойства нервных волокон и проведение нервного импульса интенсивно изучал кембриджский физиолог К. Люкас. Он считал, что возбуждение нерва или мышцы происходит в соответствии с открытым Г.П. Боудичем законом «все или ничего». В середине 30-х годов Г. Като доказал это экспериментально. Для развития физиологии нервов и мышц большое значение имело усовершенствование в 20-х годах методики электрофизиологических исследований с использованием ламповых усилителей и электроннолучевой трубки.

Немало усилий затратили физиологи на разработку способов определения возбудимости и выяснения влияния на нее различных факторов. На основе исследований Л. Гоорвега (1892) и Г. Вейсса (1901), нашедших зависимость между напряжением или силой тока и временем его действия, Л. Лэпик (1926) разработал учение о хронаксии. Хронаксия, характеризующая скорость возникновения возбуждения при раздражении, оказалась весьма чувствительным показателем состояния возбудимой ткани, и хронаксиметрия заняла определенное место среди клинических методов исследования. В 1936 г. А.В. Хилл и Д. Соландт ввели измерение еще одного показателя состояния возбудимых тканей — аккомодации, которую определяют по минимальной крутизне раздражающего тока, способного вызвать возбуждение (термин «аккомодация» был предложен в 1908 г. В. Нернстом).

Событием в физиологии нервных волокон было открытие в 1926 г. А.В. Хиллом, А. Доунингом и Р. Джерардом теплообразования в нерве при возбуждении. Стало ясным, что возбуждение нервных волокон, как и любой другой акт деятельности организма, сопровождается усилением обмена веществ. С результатами термометрических измерений Хилла перекликаются исследования обмена веществ в нервах. В 20-х годах было обнаружено увеличение поглощения кислорода нервом при его электрическом раздражении, а в 1934 г. Р. Джерард и Г. Хартлайн установили, что при прохождении по зрительному нерву моллюска импульсов от освещаемого глаза дыхание нервных волокон возрастает на 40 %. В то же время было выяснено, что возбуждение нервов сопровождается увеличением содержания ацетилхолина или симпатина и освобождением аммиака.

Результаты термометрических и биохимических исследований свидетельствовали о том, что нервный импульс нельзя считать физическим процессом. Новое представление о нервном импульсе в конце 30-х годов сформулировал А.А. Ухтомский, сравнив возбуждение с кометой, ядром которой является электрический процесс, сопровождаемый «метаболическим хвостом».

Обширные и разносторонние материалы, собранные при изучении физиологии нервных волокон, настойчиво ставили вопрос о природе процесса возбуждения и о происхождении биоэлектрических потенциалов. На рубеже XIX и XX столетий были предприняты попытки физико-химического объяснения происхождения биоэлектрических потенциалов и механизма раздражения и возбуждения нервов и мышц. Сложившиеся в то время представления основывались на достижениях физической химии, в частности на незадолго до того созданной С. Аррениусом (Нобелевская премия, 1903) теории электролитической диссоциации (см. главу 12).

Пионером в создании диффузионной физико-химической теории происхождения биоэлектрических явлений был В.Ю. Чаговец (1896 и позднее). Согласно этой теории, ток покоя или действия является результатом образования угольной или фосфорной кислоты в поврежденном или возбужденном участке мышцы или нерва и диффузии водородных ионов. Близкие к теории Чаговца взгляды в те же годы высказывал Ж. Лёб.

В 1902 г. Ю. Бернштейн сформулировал первую мембранную теорию происхождения биоэлектрических явлений, согласно которой нервные и мышечные клетки и нервные волокна покрыты мембраной, избирательно проницаемой для катионов и непроницаемой для анионов. Вследствие этого мембрана всегда находится в поляризованном состоянии; между ее внутренней и наружной поверхностями имеется разность потенциалов. При повреждении или возбуждении мембрана становится проницаемой и для анионов и деполяризуется. Так объяснялось то, что возбужденный или поврежденный участок оказывается электроотрицательным по отношению к покоящемуся или неповрежденному. Вокруг теории Бернштейна долгие годы велись споры, пока некоторые ее положения не подвергли пересмотру Дж. Экклс, А. Ходжкин и Э. Хаксли, обосновавшие в конце 50-х годов новую теорию (совместная Нобелевская премия, 1963), которая пользуется сейчас широким признанием.

Известный физико-химик В. Нернст (1899, 1908) выступил с теорией раздражения возбудимых тканей электрическим током. Сущность физиологического действия электрического тока он видел в изменении концентрации ионов в живой ткани под электродами. Нернст предложил формулы раздражающего действия постоянного и переменного тока. В 1906 г. Чаговец сформулировал конденсаторную теорию возбуждения живой ткани при действии электрического тока и дал ее физическое и математическое обоснование. Эта теория пользуется до сих пор наибольшим признанием.

В первой четверти XX в. изучение действия ионов было одной центральных проблем физико-химической биологии и физиологии. Оно шло в значительной степени под влиянием идей физической химии (см. также главу 12).

Наряду с проблемами возбуждения в XX в. активно разрабатывалась проблема мышечного сокращения, в особенности вопросы обмена веществ в мышце при работе. С изучением химической динамики сокращения связано несколько драматических эпизодов коренной ломки сложившихся в науке представлений.

В 1907 г. У.М. Флетчер и Ф.Г. Гопкинс установили, что при сокращении мышцы в ней происходит образование молочной кислоты. Этот факт явился отправным пунктом миотермических исследований А.В. Хилла и биохимических работ О. Мейергофа, которые пришли к заключению, что «основным фактором в механизме мышцы является молочная кислота…»[33]. Они полагали, что молочная кислота вступает в реакцию с мышечными белками и, изменяя их поверхностное натяжение, приводит к увеличению эластического напряжения мышцы и изменению ее механических свойств. Теория Хилла-Мейергофа (Нобелевская премия, 1922) продержалась всего несколько лет. В 1930 г. молодой биохимик Э. Лундсгаард нанес ей сокрушительный удар, обнаружив, что мышца, отравленная монойодуксусной кислотой, способна некоторое время сокращаться, хотя в ней и не происходит образования молочной кислоты. Этот факт, по выражению Хилла, произвел «революцию в мышечной физиологии». Отравленная монойодуксусной кислотой мышца может сокращаться лишь до тех пор, пока в ней имеется креатинфосфат, или фосфаген — соединение, открытое в 1927 г. В течение нескольких лет расщепление креатинфосфата считалось начальной реакцией, запускающей химическую динамику мышечного сокращения и поставляющей необходимую мышце энергию, пока открытая К. Ломаном (1929) аденозинтрифосфорная кислота не была признана универсальным источником энергии в организме.

Физиология кровообращения.

В последние годы XIX и в первые годы XX столетия при морфологическом изучении сердца были сделаны важные для физиологии открытия. В 1893 г. В. Гис описал носящий теперь его имя пучок мышечных волокон, идущий от предсердия к желудочку и широко ветвящийся в миокарде. В 1906 г. С. Тавара обнаружил атриовентрикулярный узел, от которого начинается пучок Гиса. Вскоре появились работы А. Киса и М. Флека, описавших синоатриальный узел, расположенный в правом предсердии, у места впадения верхней полой вены. Вскоре было доказано, что синоатриальный узел является главным генератором импульсов (водителем ритма сердца), вызывающих сокращение сердечной мышцы. Было также установлено, что в случае нарушения функции синоатриального узла водителем ритма становится атриовентрикулярный узел или в случае нарушения его функции — волокна Пуркине, рассеянные в миокарде желудочков.

Для изучения возникновения и распространения возбуждения в сердце чрезвычайно полезной оказалась методика регистрации электрических проявлений сердечной деятельности — электрокардиография. Первая электрокардиограмма была зарегистрирована с помощью капиллярного электрометра А. Уоллером в 1887 г. Однако подлинной датой рождения этой методики следует считать 1903 г., когда В. Эйнтховен применил для этой цели высокочувствительный и относительно малоинерционный струнный гальванометр и разработал теорию и способы отведения электрокардиограммы у человека (Нобелевская премия, 1924). Значительный вклад в теорию и практику электрокардиографии внес также А.Ф. Самойлов (Ленинская премия, 1930). Исследования 10-х годов открыли электрокардиографии двери клиники и позволили обнаружить такие нарушения сердечной деятельности, которые прежде оставались нераспознанными.

Продвинулось вперед изучение сердечной динамики. В 1895 г. О. Франк в опытах на сердце лягушки установил, что увеличение наполнения желудочка в известных пределах вызывает усиление его сокращения. Э. Старлинг (1914) подтвердил этот факт и пришел к заключению, что механическая энергия, развиваемая сердцем, зависит от длины его мышечных волокон. Это открытие вошло в литературу под названием «закона сердца Франка-Старлинга». В 20-х годах К. Уиггерс произвел разделение сердечного цикла на ряд отдельных фаз систолы и диастолы.

Одной из центральных проблем физиологии кровообращения стала его регуляция. Г.Е. Геринг (1923, 1924), а затем К. Гейманс (1936, 1939; Нобелевская премия, 1939) выяснили значение механо- и хеморецепторов синокаротидной и аортальной рефлексогенных зон в регуляции сердечной деятельности и тонуса сосудов. X. Швигк и В.В. Парин в 30-х годах обнаружили роль рецепторов легочных сосудов в регуляции системного кровообращения. В результате было выявлено значение саморегуляторных механизмов в поддержании постоянного уровня артериального давления, необходимого для обеспечения нормального кровоснабжения тканей.

Виллем Эйнтховен. 1860–1927.

Параллельно подробно изучалось действие на сердце и кровеносные сосуды гормона надпочечников — адреналина, гормона задней доли гипофиза — вазапрессина, а также различных веществ и ионов.

Работы А. Крога (20-е годы) заложили основы современных представлений о функциях капилляров (Нобелевская премия, 1920). Крог обнаружил, что число функционирующих капилляров постоянно меняется: когда организм находится в покое, многие капилляры закрыты и не участвуют в кровообращении тканей; они открываются при мышечной работе. В 20-х годах Дж. Баркрофт подтвердил экспериментально предположение С.П. Боткина (1875) о роли селезенки как депо крови, регулирующей ее количество в организме, высказанное последним на основании клинических наблюдений.

Физиология дыхания.

Исследования в этой области касались преимущественно регуляции дыхания и транспорта газов кровью. Ключевое положение в проблеме регуляции дыхания занимал вопрос о механизме возбуждения дыхательного центра, служивший предметом противоречивых суждений.

В 1905 г. Дж. С. Холдейн и Дж. Пристли обнаружили, что при нормальном дыхании содержание углекислого газа в альвеолярном воздухе держится на постоянном уровне. При его увеличении всего на 0,2 % объем легочной вентиляции удваивается. Исследователи были убеждены, что возбудителем дыхания является исключительно углекислый газ. Через три года Холдейн изменил свое мнение, признав, что регулятором дыхания оказывается сдвиг активной реакции крови в сторону закисления. Вскоре было доказано, что углекислота является относительно более сильным раздражителем дыхательного центра, чем другие кислоты (при условии одинакового сдвига крови).

К. Гейманс (1928) показал, что дыхание стимулируется рефлекторно при изменении состава крови (при накоплении в ней углекислоты или понижении содержания кислорода). Он установил, что рецепторы, раздражение которых вызывает изменение дыхания, локализованы в каротидном тельце. Открытие хеморецепции и доказательство того, что не только увеличение напряжения углекислоты, но и уменьшение напряжения кислорода в крови являются рефлекторными раздражителями дыхательного центра, относятся к числу наиболее крупных открытий в области физиологии дыхания. Ф. Люмсден (1923) обнаружил в варолиевом мозгу центр, осуществляющий тонкую регуляцию дыхания путем координирования центров вдоха и выдоха.

А. Крог (1910) и Дж. Баркрофт (1914) показали, что газообмен в легких осуществляется путем диффузии. Были подробно проанализированы условия транспорта газов кровью и кривые диссоциации гемоглобина и углекислоты в зависимости от их напряжения. Исследовалось влияние на функцию дыхания различных условий — физического труда, спортивных упражнений, пребывания на высотах или при повышенном давлении.

Физиология питания и пищеварения.

В области физиологии обмена веществ и питания открытие витаминов является одним из наиболее выдающихся достижений XX столетия (см. главу 6). Это открытие совершило революцию в учении о питании и имело важнейшее значение для клинической практики и животноводства.

В первой четверти XX в. усилия многих исследователей были направлены на выяснение биологической ценности белков и величины их необходимого содержания в пищевом рационе. Было сформулировано понятие «биологической ценности белков» (К. Томас, 1909–1912), установлена роль аминокислотного состава различных белков, выявлено наличие так называемых незаменимых аминокислот и изучен белковый оптимум (см. главу 6). На основании громадного материала удалось определить нормы питания для людей разного возраста, занятых различными видами труда.

Основы современной физиологии пищеварения были заложены в конце XX в. трудами И.П. Павлова (Нобелевская премия, 1904). В начале XX в. исследования пищеварения были сосредоточены в основном в лабораториях его учеников — Б.П. Бабкина, Л.А. Орбели, И.П. Разенкова, К.М. Быкова, а также в лабораториях Е.С. Лондона, У.Б. Кеннона, А. Карлсона, А. Айви и др.

Первые годы XX столетия ознаменовались изучением гуморальных механизмов регуляции пищеварения. В 1902 г. В. Бейлисс и Э. Старлинг обнаружили, что при введении соляной кислоты в двенадцатиперстную кишку в ней образуется какой-то химический возбудитель секреции поджелудочной железы, названной ими секретином. Это вещество всасывается в кишке и, циркулируя в крови, вызывает панкреатическую секрецию. Получив полное подтверждение, это открытие знаменовало начало нового этапа в изучении регуляции функций органов пищеварения.

В 1906 г. Дж. Эдкинс провел эксперименты с введением животному экстрактов из слизистой оболочки пилорической части желудка и обнаружил, что они вызывают секрецию желудочных желез. Эдкинс высказал предположение, что в экстрактах содержится специфический химический возбудитель, названный им гастрином. Последний, по его мнению, образуется в желудке и, всасываясь, в кровь, возбуждает секрецию. В конце 20-х и в 30-х годах было открыто еще несколько гормонов, образующихся в пищеварительном тракте.

Е.С. Лондон (1913) провел обширные исследования химических изменений пищи в разных отделах пищеварительного тракта. Для этого он разработал специальную полифистульную методику, позволившую извлекать для исследования содержимое разных участков кишечника. В.Н. Болдырев (1904) открыл у собак периодическую моторную и секреторную деятельность некоторых органов пищеварительного тракта вне периода пищеварения. Несколько лет спустя У.Б. Кеннон и А. Карлсон при исследовании людей обнаружили, что периоды сокращений желудка совпадают с ощущениями голода — чувством «сосания под ложечкой». Эти данные послужили Кеннону основанием для создания теории, согласно которой ощущение голода является «местным чувством», возникающим при раздражении рецепторов желудка.

Физиология выделения.

В 1917 г. на основании исследования количественного состава плазмы крови и мочи А. Кешни создал фильтрационно-реабсорбционную теорию мочеобразования, получившую широкое признание. Кешни пришел к заключению, что процесс мочеобразования нельзя объяснить одной фильтрацией, так как в канальцах происходит не только сгущение профильтрованной в клубочках мочи, но и изменение ее состава. Он выдвинул предположение об избирательном обратном всасывании канальцевым эпителием некоторых веществ.

Теория Кешни получила подтверждение в экспериментах Дж. Уирна и А. Ричардса (1924–1925). Они пунктировали под микроскопом стеклянной микропипеткой почечные клубочки, или канальцы, у лягушек и затем исследовали состав микропунктата. Эксперименты показали, что, действительно, в клубочках происходит фильтрация и что состав профильтрованной мочи отличается от состава плазмы только отсутствием не проходящих через почечный фильтр белков. Позднее Ричардс (1936), пунктируя разные участки почечных канальцев и микрохимически исследуя состав содержащейся в них мочи, дал прямые доказательства обратного всасывания некоторых веществ в кровь. Параллельно Е. Маршал на основании опытов с введением в кровь нефильтруемой краски фенолрот и сравнительно-физиологических исследований подтвердил представление Р. Гейденгайна о секреторной функции канальцевого эпителия. Таким образом было доказано, что моча образуется в результате трех процессов: фильтрации, обратного всасывания и секреции.

В 30-х годах Г.У. Смит, А. Ричардс и другие разработали способы измерения количества фильтруемой мочи (путем определения так называемого коэффициента очищения инсулина), количественного исследования канальцевой секреции и величины почечного кровотока. Эти методы получили применение в клинической практике.

Эндокринология.

Физиология желез внутренней секреции в основном была разработана в XX столетия. До этого о функциях эндокринных желез существовали лишь отрывочные сведения и были описаны некоторые их заболевания.

В 1901 г. независимо друг от друга И. Такамина и Т.Б. Олдрич выделили из ткани надпочечника кристаллический адреналин. Этот факт явился выдающимся событием, так как впервые было получено в химически чистом виде вещество, образуемое железой внутренней секреции. С этого времени ведет свое начало современный этап физиологии желез внутренней секреции.

Через год после открытия адреналина появилась уже цитированная работа В. Бейлисса и Э. Старлинга, открывших секретин, которому они дали название «гормон» (от греч. слова — ????? возбуждаю). Этот термин привился и стал общепринятым для обозначения всех веществ, выделяемых в кровь эндокринными железами.

В течение первого 20-летия определились методы исследования гормонообразовательной функции желез и выяснения их роли в динамике жизненных процессов. Первоначально пользовались в основном двумя приемами: экстирпацией железы и наблюдением последствий этой операции; трансплантацией железы или введением в организм вырабатываемых ею препаратов.

Позднее, для того чтобы выяснить, выделяет ли железа в кровь какие-либо физиологически активные вещества, стали исследовать физиологическое действие крови, притекающей к железе по артериям и оттекающей от нее по венам. Для этого были разработаны высокочувствительные биологические тесты, избирательно реагирующие на минимальные количества гормонов; они получили применение не только в чисто исследовательских, но и в практических целях, например для раннего распознавания беременности по содержанию некоторых гормонов в моче. Биологические тесты применялись также, пока не были получены химически чистые препараты гормонов для определения активности и стандартизации вытяжек из эндокринных желез.

Первые успехи в изучении физиологии желез внутренней секреции и получение ряда принципиально новых данных о регуляции функций организма вызвали живой интерес к этому отделу науки. В результате активной работы большого числа исследователей — физиологов, биологов, врачей-клиницистов, животноводов, биохимиков, а затем и химиков-органиков — возникла еще одна комплексная научная дисциплина — эндокринология.

Исследования в области эндокринологии развивались в нескольких направлениях: физиологическом, биохимическом, клиническом и химическом.

Физиологическое, и в частности сравнительно-физиологическое, направление исследований занялось изучением функционального значения желез внутренней секреции, получением гормональных препаратов и исследованием их влияния на деятельность разных органов, выяснением регуляции гормонообразования и взаимодействия желез внутренней секреции. Биохимическое направление ставило своей задачей исследование механизма гормонообразования и действия разных гормонов на процессы обмена веществ. Клиническое направление преследовало цель изучить характер нарушений функций организма при заболеваниях эндокринных желез и разработать способы профилактики и терапии этих заболеваний. Химическое направление ориентировалось на определение химического строения гормонов и их получение посредством искусственного синтеза.

Многочисленные работы были посвящены изучению влияния эндокринных желез на нервную систему. Среди использованных при этом методов следует особо отметить методику условных рефлексов, примененную в 20-30-х годах в лаборатории И.П. Павлова и в некоторых других лабораториях для изучения влияния на высшую нервную деятельность щитовидной и половых желез.

Ставился вопрос и об обратном влиянии нервной системы на образование и выделение гормонов эндокринными железами. Первое подтверждение наличия такого влияния дала работа М.Н. Чебоксарова (1909–1910), показавшая, что раздражение чревных нервов вызывает выделение адреналина. У.Б. Кеннон пришел к заключению, что секреция в кровь увеличенных количеств адреналина происходит при эмоциональных состояниях и приводит к возникновению характерных для этих состояний изменений многих функций организма.

Некоторые исследователи пытались уяснить взаимосвязь функций разных желез внутренней секреции. В 20-х годах М.М. Завадовский сформулировал принцип «плюс — минус взаимодействия», отражавший наличие между железами внутренней секреции прямых и обратных связей. Было открыто образование в передней доле гипофиза так называемых тронных гормонов, стимулирующих внутреннюю секрецию других желез.

Особое практическое значение имели работы, ставившие целью получение таких гормональных препаратов, которые можно было бы вводить в организм в терапевтических целях для замещения недостаточной функции той или иной железы внутренней секреции. Большим успехом ознаменовалась разработка способа получения препарата, содержащего гормон поджелудочной железы — инсулин. Важным этапом в этом направлении стала работа Л.В. Соболева (1901), показавшего, что после перевязки панкреатического протока атрофируется внешнесекреторная паренхима поджелудочной железы, но сохраняются островки Лангерганса. Так как при перевязке панкреатического протока диабет у животных не возникал, а при посмертном гистологическом исследовании препаратов поджелудочной железы людей, страдавших диабетом, была обнаружена гибель островков Лангерганса, Соболев сделал обоснованный вывод о том, что «функцией островков Лангерганса является регуляция углеводного обмена в организме, с гибелью же островков выпадает эта функция и наступает болезненное состояние — сахарное мочеизнурение»[34]. Соболев высказал предположение, что гормон, образуемый клетками островков, разрушается в экстрактах, выделяемых из поджелудочной железы находящимися в них пищеварительными ферментами; поэтому для получения активных препаратов он предложил использовать или поджелудочную железу, протоки которой были предварительно перевязаны, или же железы новорожденных животных, например телят, в которых островки хорошо развиты, а внешнесекреторные клетки еще не функционируют. В 1922 г. канадские физиологи Ф. Бантинг (Нобелевская премия, 1923) и К. Бест получили активные противодиабетические препараты именно этими способами.

Производство инсулина стало благодеянием для миллионов больных диабетом.

В 1915 г. Э.К. Кендалл[35] выделил из экстрактов ткани щитовидной железы в кристаллическом виде гормон, названный им тироксином. Структуру этого вещества уточнил Т.Е. Харингтон (1926), и вскоре тироксин был получен синтетическим путем. В 1925 г. Дж. Коллин выделил из ткани околощитовидных желез активный препарат, влияющий на кальциевый обмен, — парат-гормон. Вскоре были получены также очищенные ют примесей препараты, содержавшие гормоны половых желез, и была выяснена их химическая структура. Все они оказались стероидами и вскоре были синтезированы химически.

Крупные достижения в изучении функций желез внутренней секреции сделали этот: раздел физиологии одним из наиболее разработанных. Представления о гормональной регуляции вошли в качестве неотъемлемой части в концепцию о нервно-гуморальной регуляции функций.

Физиология человека.

Почти все, что до недавнего времени было известно о функциях организма человека, основывалось на результатах опытов над животными и клинических наблюдениях. Не располагая методами исследования функций большинства органов человеческого организма, физиолог был вынужден переносить данные эксперимента над животным на человека, что далеко не всегда оправдано. Значительное число вопросов, связанных с физиологией человека, не может вообще решаться в экспериментах над животными. Так, только путем изучения непосредственно человека могут быть выяснены физиологические механизмы таких специфических для него видов деятельности, как речь и письмо, функции высших отделов центральной, нервной системы, механизмы многих локомоторных актов, связанных со стоянием, ходьбой, трудовыми движениями, спортивными упражнениями. Более того, при изучении функций некоторых органов, иннервируемых вегетативной нервной системой, например, потовых желез, человек является незаменимым объектом.

Большие преимущества исследования человека — возможность получения информации о субъективных его ощущениях и возможность договориться об условиях, необходимых для проведения наблюдения и эксперимента. Исследуемый человек может быть, кроме того, активным участником эксперимента. В последние десятилетия физиология обогатилась большим числом таких методов (см. главу 11), позволивших изучать функции всех органов и систем организма человека. Появилась возможность без вреда для испытуемого проводить исследование различных физиологических процессов, в том числе таких, которые еще недавно физиолог мог регистрировать лишь в острых опытах над животными, часто не совместимых с жизнью.

Современные методы исследования позволяют изучать функции организма человека как в покое, так и при деятельности, не только в условиях лаборатории, но и вне ее, на расстоянии от исследователя, как в нормальном, так и в патологическом состоянии, как в обычных, так и в чрезвычайных условиях, в том числе при пребывании под водой или полетах в космос. В результате этого оформились специальные разделы физиологии, имеющие выдающееся практическое значение: клиническая и возрастная физиология; космическая физиология, исследующая влияние специфических факторов (в первую очередь невесомости) Космического пространства; физиология труда и спорта, задачей которой является изучение различных видов активности. Благодаря успехам этих разделов расширились возможности их практического использования. В числе методов, способствовавших быстрому прогрессу физиологии человека, заслуживают особого упоминания искусственное кровообращение посредством насосов-оксигенаторов (С.С. Брюхоненко, Ленинская премия, 1965), электрическая стимуляция сердца, гарантирующая предотвращение его остановки и нормализующая ритм его деятельности, искусственный гемодиализ для замещения функции почек при ее недостаточности.

Сравнительная и эволюционная физиология.

Формирование эволюционной физиологии как дисциплины, имеющей самостоятельный предмет исследования, относится к первым десятилетиям XX в. Генетически она непосредственно связана с развитием сравнительной физиологии.

Истоки сравнительной физиологии восходят к работам И. Мюллера, который еще в 1826 г, высказал убеждение, что физиология может быть только сравнительной. Оно легло в основу его капитального двухтомного «Руководства по физиологии» (1834–1837). Во Франции аналогичные идеи развивал анатом и физиолог А. Мильн-Эдвардс (1857).

Возникновение сравнительной физиологии Энгельс связывал с успехами клеточной теории. В письме к Марксу в 1858 г. он писал, что открытие клетки — «главный факт, революционизировавший всю физиологию и впервые сделавший возможной сравнительную физиологию…»[36] Быстрый рост сравнительной физиологии начался уже в последарвиновскую эпоху. По своему значению для развития сравнительной физиологии выделяется исследование немецким биологом Т. Энгельманом свойств различных сократительных тканей (187,5) и труды венского физиолога В. Прейера, заложившего основы изучения функций в онтогенезе (1878).

Уже в первые десятилетия XX в. появляются многотомные капитальные труды и руководства по сравнительной физиологии, принадлежащие Г. Винтерштейну (1910–1924), В. Будденброку (1928), Г. Йордану (1929). В это же время получило развитие учение о высшей нервной деятельности. «Переход к экспериментальному анализу, деятельности больших полушарий головного мозга, — писал Павлов, — обусловила… сравнительная физиология, возникшая сама как один из результатов влияния эволюционной теории»[37].

В первой половине XX в. были созданы первые специальные сравнительно-физиологические лаборатории, отделы эволюционной физиологии и институты. По сравнительной и эволюционной физиологии стали читаться курсы в Нидерландах, ГДР, ФРГ и СССР, Появились первые периодические издания.

Несмотря на известные успехи сравнительной физиологии, путь идеи эволюции в физиологию был труден. Представление о физиологии как «малодарвинистской» науке имело широкое распространение. Перелом в мышлении физиологов произошел благодаря трудам Г. Гельмгольца, И.М. Сеченова, И.П. Павлова, Н.Е. Введенского, Ч. Шеррингтона, показавшим плодотворность идеи эволюции для прогресса физиологии. Уже в конце XIX в. появляются первые экспериментально-физиологические исследования, выполненные в свете эволюционной теории Дарвина (И.И. Мечников, А.О. Ковалевский, И.Р. Тарханов, Н.Е. Введенский, Н.Ф. Белецкий, В. Прейер).

Термин «эволюционная физиология» впервые применил в 1914 г. А.Н. Северцов[38]. Перед эволюционной физиологией, опирающейся на данные сравнительной и эмбриофизиологии, встали вопросы филогении и онтогении функций.

На всех этапах развития эволюционного направления в физиологии в центре внимания исследователей стояло изучение проблем приспособительной эволюции функций, нервно-мышечной системы, дыхательной функции крови и обмена веществ, физиологии пищеварения, дыхания и кровообращения, выделительной системы (физиологические основы водно-солевого равновесия в организме) и регуляторных механизмов. В результате были установлены некоторые общие закономерности эволюции физиологических функций.

Если на Западе изучение эволюции функций осуществлялось в рамках традиционной сравнительной физиологии (Л. Проссер, Ф. Браун, 1957, 1967), то в СССР эволюционное направление в физиологии оформилось в новую научную дисциплину — эволюционную физиологию, ставшую, по словам Е.М. Крепса, «детищем советской науки»[39]. Советская эволюционная физиология не ограничивается изучением эволюции функций. Она стремится раскрыть сущность функциональной эволюции: почему именно так, а не иначе шло формирование и развитие функций и в чем сущность этого процесса.

Выдающуюся роль в создании и организационном оформлении эволюционной физиологии сыграл Л.А. Орбели. Его программный доклад «Основные задачи и методы эволюционной физиологии» (1955) явился итогом всего предшествующего развития физиологии в свете теории эволюции.

Наиболее интенсивно разрабатываемой областью эволюционной физиологии стали нейрофизиология и физиология высшей нервной деятельности., Советские физиологи, и прежде всего Л.А. Орбели и П.К. Анохин[40], сделали некоторые оригинальные обобщения о закономерностях эволюции функций нервной системы и физиологических механизмов поведения. Орбели принадлежит заслуга формулирования фундаментальной концепции функциональной эволюции, раскрывающей пути развития физиологических функций. В основе ее лежат два принципа. Эволюция функции не сводится к простой смене одной функции другой; в процессе развития и совершенствования функций старые функциональные отношения не исчезают бесследно, а сосуществуют с позднее возникшими, филогенетически более молодыми функциональными отношениями. Старые функциональные отношения оказываются заторможенными, замаскированными, но проявляются при нарушении нормального физиологического состояния организма. Богатый и наглядный материал в этом отношении доставляет клиника нервных и психических заболеваний. Другим важным принципом функциональной эволюции является все большее подчинение рабочих аппаратов органов и тканей управлению со стороны нервной системы.

Используя понятие о функциональной системе как единице интегральной деятельности организма, П.К. Анохин (1944, 1948) сформулировал концепцию системогенеза в качестве закономерности эволюционного процесса. Согласно теории системогенеза, онтогенетическое развитие происходит избирательно, посистемно. Первыми созревают функциональные системы и их отдельные компоненты, обеспечивающие животному наиболее важные приспособительные функции. Так, к моменту рождения у человека оказываются созревшими функциональная система дыхания и питания, у морской свинки дополнительно к этому — аппараты, обеспечивающие прыжок, у цыпленка — клевание. Такое формирование системы происходит даже тогда, когда органы в целом еще не созрели.

Идеи А.Н. Северцова и А.Ф. Самойлова сыграли решающую роль в формировании московской школы сравнительных физиологов во главе с X.С. Коштоянцем. К числу важных достижений эволюционной физиологии следует отнести создание Коштоянцем (1947, 1951, 1961) энзимо-химической гипотезы нервного возбуждения, исследования А.Г. Гинецинского по эволюции нервно-мышечного аппарата (1942, 1947, 1950, 1970) и выделительной функции (1963) и работы А.М. Уголева (1961, 1963, 1967) по изучению происхождения пищеварительной функции и ее приспособительной эволюции.

Значение эволюционно-физиологических исследований особенно возрастает в век современной научно-технической революции, когда создаются условия, настолько отличающиеся от природных, что они могут изменить нормальный ход жизни на Земле. Изучение влияния этих условий на жизненные функции является одной из важнейших практических задач эволюционной физиологии.

* * *

Рассмотренные направления и наиболее важные результаты исследований по физиологии животных и человека, относящиеся к первой половине XX столетия (а специально физиология человека — ко второй), позволяют говорить о качественно новом этапе в развитии этой науки. Наиболее характерной его особенностью явилось то, что физиологи, не ограничиваясь изучением деятельности отдельных органов, стали стремиться к познанию функций целостного организма, к уяснению механизмов объединения и согласования всей совокупности жизненных процессов. Другой не менее характерной особенностью этого этапа можно считать широкое проникновение в физиологию химических и физико-химических представлений и установление специфической роли ряда физиологически активных веществ и ионов в динамике жизненных процессов. Отличительной чертой физиологии XX в. следует признать также установление прочных связей с запросами практики и прежде всего использование ее достижений в клинической и профилактической медицине, и животноводстве.

Исследование проблем физиологии целостного организма требовало понимания регуляции функций органов и тканей и выяснения процессов, совершающихся в центральной нервной системе. Решение этих задач стало возможным благодаря возникновению в начале XX в. нескольких оригинальных направлений, связанных с открытием условных рефлексов и созданием стройного учения о высшей нервной деятельности. Впервые в истории науки деятельность больших полушарий головного мозга как органа мысли стала объектом систематического экспериментального изучения. Важнейшее значение имели классические исследования интегративной деятельности центральной нервной системы, анализ закономерностей протекания возбуждения и торможения, установление рефлекторной регуляции положения тела в пространстве и изучение функций мозгового ствола. Благодаря этим достижениям принцип нервизма обогатился пониманием функций центральной нервной системы, в частности коры больших полушарий головного мозга и подкорковых образований.

Доказательства химического взаимодействия органов, тканей и клеток, выяснение функционального значения гормонов, витаминов, медиаторов произвели переворот в представлениях о регуляции функций в организме. Объединение сложившихся на этой основе представлений о химической регуляции с принципом нервизма привело к созданию широкой концепции нервно-гуморальной регуляции. Эта концепция в свою очередь значительно расширила понимание жизнедеятельности целостного организма и послужила основой для успешного исследования таких его со стояний, как сон, голод, жажда, чувства ярости, страха, боли.