fizjologia

Fizjologia — Fizjologia – jest nauką o czynnościach organizmów żywych, ich komórek, tkanek i układów lub organów. Jako jedna z gałęzi biologii, fizjologia ma za cel zrozumienie praw sterujących czynnościami życiowymi, od podstawowej funkcji komórki na poziomie jonowym i molekularnym po zintegrowane zachowanie całego organizmu i wpływ środowiska zewnętrznego. Dlatego kluczowe znaczenie ma badanie podstawowych zjawisk biochemicznych, biofizycznych, mechanizmów kontroli i komunikacji międzykomórkowej, które pozwalają określić stan fizjologiczny i patologiczny na poziomie komórkowym, a w konsekwencji całego organizmu.

Wiedza z zakresu fizjologii pomaga zrozumieć, w jaki sposób funkcjonują organizmy w warunkach korzystnych oraz jak reagują i dostosowują się do warunków stresowych lub chorobowych. Badania w tym zakresie ułatwiają m.in. opracowywanie nowych lekarstw, metod leczenia i wytycznych w celu zachowania dobrej kondycji. Zasadniczo ze względu na grupy organizmów wyróżnia się kilka głównych gałęzi fizjologii, takich jak: fizjologia na poziomie komórkowym oraz powiązana z nią fizjologia mikroorganizmów i grzybów, fizjologia roślin i zwierząt (w tym człowieka).

Historia badań fizjologii

Historia fizjologii rozpoczyna od czasów starożytnych kiedy to wczesne formy fizjologii człowieka rozwijały się mniej więcej w tym samym czasie w różnych miejscach, głównie w Grecji i Chinach. Najstarsze zapiski zachowały się m.in. w pismach Arystotelesa. Te pierwsze zapiski dokumentowały czynności narządów. Przez długi czas w fizjologii funkcjonowały wyłącznie hipotezy, których szereg w średniowieczu doświadczalnie obalił Galen. Stworzył on podwaliny pod ówczesną fizjologię. Znaczący postęp w tej nauce przypada na XVII i XVIII w. za sprawą eksperymentów Harveya. Doprowadziły one do opisania krążenia krwi w organizmie. W tym czasie wydawane były jedne z pierwszych książek dotyczących fizjologii człowieka. Kolejny wiek obfitował w powstanie podwalin pod teorię widzenia i słuchu. Pierwszy raz wprowadzono pojęcie synapsy. Ponadto w tym czasie intensywnie badano zarówno czynności synaps jak i rdzenia kręgowego. W XIX w. badania w zakresie fizjologii trawienia i fizjologii wyższych funkcji nerwowych prowadził Pawłow. Ten rosyjski badacz odkrył ruch warunkowy klasyczny.

Polacy również zapisali się w historii fizjologii. Wśród pierwszych należy wymienić Czenpińskiego i Śnideckiego, którzy pisali podręczniki o fizjologii w języku polskim. Jednak do największych osiągnięć polskich fizjologów należy koncepcja pamięci Konorskiego i odkrycie sposobu rozmnażania się paproci przez Leszczyc-Szumińskiego. Jednym z największych współczesnych odkryć fizjologii jest zatarcie ukorzenionych w przeszłości przepaści pomiędzy procesami życia zwierząt i ludzi poprzez udowodnienie wspólnego dla nich uczucia niepokoju, bólu i cierpienia.

Jeden z psów Pawłowa (z chirurgicznie wszczepioną kaniulą do pomiaru wydzielania śliny) zachowany w Muzeum Pawłowa w Riazaniu w Rosji. Fot. shutterstock

Fizjologia na poziomie komórkowym

Pomimo wielu różnic pomiędzy komórkami mikroorganizmów, roślin, grzybów i zwierząt to podstawowe funkcje komórek są w większości wspólne dla tych grup organizmów. Wśród tych zjawisk wymienia się podział komórek, sygnalizację komórkową, wzrost komórek i metabolizm komórkowy.

Fizjologia mikroorganizmów

Fizjologia mikroorganizmów dotyczy głównie organizmów prokariotycznych, jak również wirusów i niektórych organizmów eukariotycznych. Wśród zjawisk w obrębie fizjologii mikroorganizmów będących obiektami pracy mikrobiologów są m.in. wzrost, ruch, metabolizm i przemiany energetyczne oraz rozkład i wytwarzanie substancji przez mikroorganizmy. W środowisku przyrodniczym, w tym także dla człowieka mikroorganizmy są zarówno donorami wielu chorób jak również lekarstw, różnego rodzaju substancji, a ich fizjologia prowadzi do różnych interakcji ze środowiskiem.

Fizjologia grzybów

Badania nad fizjologią grzybów koncentrują się głównie na odżywianiu, wzroście, metabolizmie i rozmnażaniu się tych organizmów, jak również na fizjologii stresu (m.in. pasożytnictwo, odporność). Jednakże ze względu na ograniczone zróżnicowanie morfologiczne i prawie brak zróżnicowania funkcjonalnego badaniem fizjologii grzybów zajmuje się głównie mikrobiologia. Ze względu na specyficzne cechy grzybów, takie jak produkcja mikotoksyn, prowadzi się badania toksykologiczne bazujące na fizjologii i biochemii grzybów. Ze względu na duże znaczenie grzybów w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym są one wykorzystywane na skalę przemysłową do produkcji leków, związków organicznych i enzymów.

Uproszczony schemat oddychania komórkowego. Źródło: shutterstock

Fizjologia roślin

Fitofizjologia (fizjologia roślin) zajmuje się badaniem procesów życiowych zachodzących w roślinach i funkcji spełnianych przez różne ich organy. W obrębie fizjologii roślin wyróżnia się trzy główne działy, które z kolei charakteryzowane są na poszczególne zjawiska: fizjologia przemiany materii (gospodarka wodna, gospodarka mineralna, fotosynteza i anabolizm, oddychanie), wzrostu i rozwoju (mechanizmy wzrostu i rozwoju roślin, kiełkowanie nasion, wegetatywny i generatywny okres rozwoju, starzenie się roślin, ruchy roślin) oraz fizjologia stresu (odpowiedź i odporność roślin na stresory).

Badania nad fizjologią roślin mają szerokie zastosowania przede w rolnictwie i biotechnologii roślin np.:

• polepszanie jakości i powiększanie plonu roślin, genetyczne modyfikacje (zwiększenie żywieniowych i technologicznych wartości roślin, tolerancji na herbicydy, odporności na patogeny i szkodniki oraz inne stresy, oraz wykorzystanie roślin w medycynie);
• zastosowanie chemicznych regulatorów wzrostu (zwiększenie energii i zdolności kiełkowania, regulacja terminów kwitnienia, dojrzewanie owoców, selektywne niszczenie chwastów)
• w ochronie roślin, przechowalnictwie plonów i ich przetwórstwie.

Fizjologia zwierząt (w tym człowieka)

Fizjologia organizmów należących do królestwa zwierząt, w tym człowieka, charakteryzuje się podstawowymi cechami jak: cudzożywność, brak ściany komórkowej, gromadzenie glikogenu oraz obecność układu nerwowego i mięśniowego. Jednakże wśród kręgowców i większości bezkręgowców poza patofizjologią wymienia się działy fizjologii związane z konkretnymi układami, narządami lub czynnościami jak: fizjologia układu nerwowego i narządów zmysłów, fizjologia układu krwiotwórczego, dokrewnego czyli wydzielania wewnętrznego, oddechowego, pokarmowego, ruchu, moczowo-płciowego lub rozrodu, wydalania i regulacji wodno-mineralnej, stresu aż po immunologię czyli fizjologię układu odpornościowego. Jedynym działem, który przypisuje się wyłącznie fizjologii człowieka jest ergonomia czyli nauka o pracującym człowieku i jego środowisku. Zwraca się uwagę na fakt, że organizm zwierzęcy stanowi biologiczną całość, stąd najczęściej mówi się o fizjologii bardziej rozbudowanych układów. Jednak definicja fizjologii zwierząt (w tym człowieka) obejmuje procesy życiowe (funkcje i czynności) każdego poziomu organizacji organizmu zwierzęcego.

Elektrokardiografia pozwala na rejestrowanie aktywności elektrycznej serca. Fot. shutterstock

Nowe dyscypliny i działy fizjologii

XX wiek stanowił znaczne tempo rozwoju nauk fizjologii, co doprowadziło do rozwinięcia się szeregu nowych dyscyplin i działów tej nauki. Do najbardziej znanych należą:

• patofizjologia (dział zajmujący się badaniem zaburzeń i zmian w pracy poszczególnych komórek i narządów organizmu powstających w następstwie choroby);
• endokrynologia (dział zajmujący się badaniem wydzielania wewnętrznego, gruczołów, hormonów oraz ich działania);
• elektrofizjologia (dział zajmujący się badaniem aktywności bioelektrycznej komórek i ich zespołów w organizmie);
• także m.in. ekofizjologia, fizjologia ewolucyjna, porównawcza, mowy, rozwoju i żywienia.