Физиологические функции — это проявления жизнедеятельности, имеющие приспособительное значение. Осуществляя различные функции, организм приспособляется к внешней среде или же приспособляет среду к своим потребностям.
Всякая физиологическая функция клетки, ткани, органа или организма в целом является результатом всей истории видового и индивидуального развития живых существ — их фило- и онтогенеза. В процессе этого развития возникают определенные функции живых структур и происходит качественное и количественное их изменение. Поэтому важной задачей физиологии является изучение функциогенеза, т. е. возникновения и развития каждой отдельной функции.
Основной функцией живого организма является обмен веществ и энергии. Этот процесс состоит в совокупности химических и физических изменений, в превращениях веществ и энергии, постоянно и непрерывно происходящих в организме и во всех его структурах.
Обмен веществ, или метаболизм, является необходимым условием жизни. Он отличает живое от неживого, мир живых существ от неорганического мира. Изменения вещества и превращения энергии происходят и в неорганическом мире; однако имеется принципиальное различие этих процессов в живом организме и в неживой природе. Сущность этого различия прекрасно сформулирована Ф. Энгельсом в «Диалектике природы»: «И у неорганических тел может происходить подобный обмен веществ, который и происходит фактически повсюду, потому что повсюду происходят, хотя бы и очень медленным образом, химические действия. Но разница заключается в том, что в случае неорганических тел обмен веществ разрушает их, в случае же органических тел он является необходимым условием их существования». Жизнь возможна лишь до тех пор, пока происходит обмен веществ, который поддерживает существование живой протоплазмы и влечет за собой ее самообновление. Прекращение процессов обмена веществ имеет следствием смерть, разрушение протоплазмы и необратимое расщепление характерных для нее химических, в первую очередь белковых, соединений.
С обменом веществ связаны все остальные физиологические функции, будь то рост, развитие, размножение, питание и пищеварение, дыхание, секреция и ныдедение продуктов жизнедеятельности, движение и реакции на изменения внешней среды п т. п. Основу любой физиологической функции составляет определенная совокупность превращений веществ и энергии. Это равным образом относится к функциям отдельной клетки,ткани, органа или организма в целом.
При выполнении всякой функции в результате физико-химических процессов и химических превращении в клетках организма происходят структурные изменения. В одних случаях они могут быть выявлены при микроскопическом исследовании. Ценные данные при этом получают посредством цито- и гистохимических методов, сущность которых заключается в том, что посредством специальных реактивов определяют локализацию в клетках и тканях некоторых веществ и их изменения при осуществлении различных функций. В других случаях изменения клеточных структур нельзя обнаружить при помощи оптического микроскопа, так как часто они являются субмикроскопическими, т. е. находятся за пределами микроскопического видения.
Установить такие изменения можно электронным микроскопом, обладающим большей разрешающей способностью и большим увеличением, чем оптический микроскоп (электронный микроскоп увеличивает изображение в 100000—200 000 раз). Благодаря электронной микроскопии удалось установить субмикроскопические изменения, происходящие в мышечной клетке при ее сокращении, в нервном окончании при передаче нервного импульса иннервируемому органу. В результате гистохимических и электронномикроскопических исследований подтвердилось представление, что всякая физиологическая функция неотделимо связана с изменением структуры клеток. Эти изменения структуры, как правило, являются обратимыми, быстро восстанавливающимися. Лишь в отдельных случаях они могут быть необратимыми. Для примера укажем, что существуют два вида секреции, т. е. выделения клеткой различных веществ: при одном из них, несмотря на выделение из клетки определенных продуктов, ее целость сохраняется, при другом происходит разрушение части клетки или всей клетки.
Для понимания природы тех процессов, которые лежат в основе (различных функций организма и его органов и клеток, важно изучение ничтожно малых изменений обмена веществ и энергии, происходящих к тому же в весьма короткие отрезки времени (в миллисекунды и даже в микросекунды). Это обусловлено тем, что с такими количественно незначительными процессами связапы многие важнейшие функции клеток. Поэтому для физиологии чрезвычайно важна разработка все более чувствительных и точных способов исследования, позволяющих определять и измерять очень небольшие и быстро происходящие физические и химические процессы. В этом отношении очень много нового для физиологии дало использование современных достижении физики, химии и техники, которые вооружили ученых новыми методами исследования.
Так, повышение чувствительности электрических способов измерения температуры позволило определить теплообразование в нервном волокне при прохождении одного нервного импульса; температура при этом повышается всего на 2·10-6° (на две миллионных доли градуса!). Это показало, что проведение первного импульса связано с усилением, правда, незначительным, обмена веществ. Применение электронных усилителей и осциллографов сделало возможным измерение разности электрических потенциалов, равной микровольтам, в нервных волокнах и их окончаниях, а это раскрыло механизм влияния некоторых нервов на ткани организма. Новые химические методики позволили определить структуру многих химических соединений, образующихся в организме в небольших количествах и действующих на него в концентрации 1·10-8, что позволило глубже понять химическое взаимодействие клеток и тканей в организме.
Проявляясь в химических и физических, в том числе и механических изменениях, функции организма не могут быть сведены к какому-либо одному из них, так как жизненные функции представляют собой сложную взаимосвязанную совокупность, единство всех этих процессов. Изучая любой живой объект: отдельную клетку или сложный высокоорганизованный организм, физиолог обязан синтезировать данные физических, химических и морфологических исследований, так как организм представляет собой «высшее единство, связывающее в себе в одно целое механику, физику и химию» (Ф. Энгельс).
