Физиология — экспериментальная наука, поэтому в своей работе физиологи используют различные методы физиологического исследования. Наблюдая и изучая жизненные явления, физиолог стремится, во-первых, дать им качественную и количественную характеристику, т. е. точно описать их и измерить, иначе говоря, выразить их числом и мерой, и, во-вторых, документировать результаты наблюдений. Документация обычно состоит в том, что наблюдатель фиксирует полученные им результаты в виде протоколов наблюдений или кинофильмов и фотографий, или в виде автоматической записи изменений изучаемого процесса во времени (на фотопленке, движущейся бумаге, магнитной ленте и т. п.).
И измерение, и документация требуют специальных инструментов, приборов и аппаратов, соответствующих задаче исследования, и подчас весьма сложных. Это обусловлено тем, что многие процессы столь незначительны и происходят так быстро, что для их наблюдения и исследования, и тем более измерения, необходимы специальные приспособления. Поэтому уже в прошлом столетии в обиход физиологических лабораторий вошли многие регистрирующие и измерительные приборы. Особого успеха достигла инструментальная техника, применяемая при физиологических исследованиях в настоящее время, когда широко используются приборы, основанные на достижениях физики, химии, электроники, автоматики и кибернетики.
Использование физиологами физических, химических и технических методов и приборов дало возможность оснастить физиологические лаборатории таким методическим вооружением, которое позволяет собирать всестороннюю информацию о функциях и процессах, происходящих в организме и его органах, тканях и клетках. Точная и высокочувствительная аппаратура, которую применяет современный физиолог, чрезвычайно расширяет познавательные возможности человека, повышает разрешающую способность его органов чувств, делает доступным для наблюдения бесчисленное множество различных физиологических процессов. Однако даже самых изощренных и точных способов наблюдения недостаточно для понимания природы жизненных явлений.
Физиолог не может удовлетвориться только наблюдением, потому что оно отвечает лишь на вопрос, что происходит в организме. Физиолог же стремится выяснить также, как и почему происходят физиологические процессы. Для этого необходимы опыты, эксперименты, в которых проводятся наблюдения в измененных условиях, создаваемых и варьируемых самим экспериментатором.
При экспериментальном исследовании любого процесса в организме физиологи стремятся установить те условия, создавая которые можно вызвать данный процесс, усилить или ослабить его. Таким путем физиологи добиваются познания причин, вызывающих тот или иной процесс, познания его природы и способов управления им.
Формы физиологического эксперимента многообразны и определяются задачей исследования. Так, при выяснении влияния внешней среды на организм его помещают в среду с измененными газовым составом воздуха или температурой, влажностью, освещенностью; меняют питание организма, подвергают его действию ионизирующей радиации; облучают ультрафиолетовыми лучами; действуют на пего ультразвуком или какими-либо другими факторами. При этом для точности анализа стараются изменять только один исследуемый фактор, применяют только одно воздействие, проводят исследование, как говорят, «при прочих равных», т.е. при сохранении неизмененными всех условий эксперимента, кроме одного — изучаемого.
При выяснении функций и значения в организме того или иного органа физиологи удаляют орган или его часть из организма (методика удаления,или экстирпации) или пересаживают орган на новое место в организме (методика пересадки, или трансплантации) и наблюдают, какими последствиями для организма это сопровождается. Такие методики оказались особенно полезными для изучения желез внутренней секреции. Чтобы установить зависимость органа от влияния нервной системы, перерезают иннервирующие его нервные волокна (методика денервации). Для нарушения связи органов с сосудистой системой производят перевязку различных кровеносных сосудов (методика наложения лигатур) или соединяют между собой разные сосуды, сшивая центральный конец одного с периферическим концом другого (методика сосудистых анастомозов). Для изучения деятельности некоторых органов, находящихся в глубине тела и потому скрытых от непосредственного наблюдения, применяют фистульную методику. При одном ее варианте в полость органа, например желудка, кишечника, мочевого пузыря, вводят пластмассовую или металлическую трубку, второй конец которой укрепляют на поверхности кожи; при другом варианте этой методики протоки желез выводят на поверхность кожи. При многих исследованиях в сердце, кровеносные сосуды, протоки желез вводят тонкие трубки — катетеры, которые соединяют с различными приборами для регистрации функций органов или для введения тех или иных веществ (методика катетеризации). Для искусственного возбуждения деятельности органов физиологи применяют методику раздражения путем электрического, механического, химического или других воздействии.
Большинство указанных выше методик исследования функций органов требует вскрытия живого организма или хирургической операции. Их применяют в острых и хронических опытах. При острых опытах, или вивисекциях, обычно непродолжительных, наркотизированное или иным способом обездвиженное животное вскрывают для изучения работы органов, исследования действия на них раздражения нервов, введения лекарственных веществ п т. п. При хронических опытах физиологи подвергают животное различным хирургическим операциям и начинают исследования после того, как животное оправится после перенесенного хирургического вмешательства. Нередко имеется возможность наблюдать оперированное животное в течение многих недель, месяцев и лет.
Функцию органов изучают не только в целостном организме, но и в условиях изолирования их из организма. Для этой цели через сосуды вырезанного, иначе говоря изолированного, органа пропускают определенные растворы, состав которых регулируется экспернмеитатором (методика перфузии), и создают необходимые для живых тканей условия внешней среды — определенную температуру, влажность и пр.
Все перечисленные методики служат целям глубокого проникновения в природу процессов, протекающих в организме. Их анализ доведен до уровня клетки, и даже до ее частей, в микрофизиологических экспериментах, когда в качестве объектов исследуется, например, одиночная мышечная, нервная и другие клетки.
Задачей аналитического исследования в физиологии является изучение каждого физиологического процесса, протекающего в каком-либо органе, ткани или клетке, изолированно от всех остальных процессов, происходящих в организме. В этом случае может быть получено всестороннее представление лишь о данном процессе, о функционировании лишь отдельного органа, ткани, клетки. Однако для правильного п полного познания жизнедеятельности организма этого недостаточно. Необходимо то направление исследований, которое И. П. Павлов назвал «синтетической физиологией», противопоставляя его «аналитической физиологии», изучающей отдельные органы, ткани п клетки. Задача синтетической физиологии, по И. П. Павлову, состоит в изучении организма во всех его связях и взаимоотношениях с внешней средой. При таком исследовании физиолог стремится максимально приблизить условия, в которых находится изучаемый организм, к естественным.
Важной особенностью синтетического исследования является изучение всех отправлений организма животных и человека с точки зрения признания их подчиненности нервной системе. Такое направление исследования получило название принципа нервизма. Этот принцип является неотъемлемой частью синтетического исследования организма, потому что нервная система с ее высшим отделом — корон больших полушарий головного мозга — является той системой организма, которая объединяет все его части и определяет соотношение организма с окружающей средой. Отсюда понятно, что синтетическое познание организма, обладающего нервной системой, возможно лишь при учете роли нервной регуляции.
Преимущественным объектом физиологических экспериментов являются различные животные. Возможности экспериментирования на организме человека весьма ограничены, так как в этом случае нельзя применять воздействия, которые могут оказать на него вредное влияние. Кроме того, возможности и наблюдения, и регистрации многих процессов в организме человека до недавнего времени были сравнительно невелики. Арсенал способов исследования, которые применял в прошлом физиолог в опытах на животном, не мог быть использован при изучении человеческого организма. Поэтому сведения о функциях многих органов ограничивались данными, полученными в опытах над животными. В настоящее время положение изменилось.
Большую помощь в изучении функций здорового и больного организма человека оказало в последние десятилетия использование физиологами и медиками современных достижений физики, радиотехники, электроники и кибернетики. Разработаны новые и усовершенствованы старые методы исследования функций и приобретена возможность изучать многие явления в организме человека без нанесения ему каких-либо повреждений. Так, прикладывая к поверхности тела электроды и применяя электроизмерительную аппаратуру, изучают электрическио процессы, происходящие в органах, и на основе этих данных получают представление о состоянии и деятельности нервной системы, скелетной мускулатуры, сердца и других органов. Электрические методы позволяют изучать также механические, звуковые, температурные и другие процессы, происходящие в организме.
Крупнейшим методическим достижением является применение в физиологических исследованиях радиотелеметрии, т. е. передачи на расстояние физиологической информации с помощью радиосвязи с исследуемым объектом. Для этого к человеку или животному прикладывают устройство, воспринимающее исследуемое явление,—так называемый датчик. Это устройство соединяют со специальным радиопередатчиком, помещаемым па исследуемом человеке или животном или вблизи него. Под влиянием определенного физиологического процесса меняются электрические параметры датчика, что вызывает изменение частоты или амплитуды высокочастотных электромагнитных колебаний, излучаемых радиопередатчиком. Сигналы его воспринимаются радиоприемным устройством и регистрируются на расстоянии от исследуемого. Таким способом изучают физиологические процессы, например во время трудовых движении или спортивных упражнений. Радиотелеметрия применяется также для изучения состояния человека во время космических полетов.
Для исследования функций целостного организма человека в животного чрезвычайно важна одновременная регистрация многих и различных физиологических, физических и химических процессов, происходящих в разных клетках, органах и системах. Современная техника обеспечила такую возможность. При этом возникла сложная задача быстрой обработки результатов наблюдения многих различных процессов и выявления их закономерных соотношений. В последние годы физиологи начали применять для анализа и переработки физиологической информации электронные устройства, что уже дало новые важные результаты.
