В 20 веке началая новый этап в развитии
физиологии, характерной чертой которого был переход от
узкоаналитического к широкому синтетическому пониманию жизненных процессов.
Важнейшим достижением физиологии явилось созданное И. II. Павловым учение о
высшей нервной деятельности. И. П. Павлов чрезвычайно расширил и развил
рефлекторную теорию и на ее основе раскрыл нервный механизм, обеспечивающий
наиболее совершенные и сложные формы реагирования человека и высших животных иа
воздействия внешней среды. Этим механизмом является условный рефлекс, а органом
высшей нервной деятельности — кора больших полушарий головного мозга.
II. П.
Павловым совместно с многочисленными учениками и сотрудниками были изучены
основные процессы, протекающие в коре больших полушарий головного мозга и
экспериментально доказано, что мозговая кора обеспечивает наиболее сложные формы
соотношения организма со средой и высшую интеграцию организма (т. е. объединение
функций всех его органов, тканей и клеток).
Выяснение закономерностей высшей нервной деятельности животных позволило вплотную подойти к раскрытию законов деятельности головного мозга человека. Результатом этого явилось учение о двух сигнальных системах, вторая из которых, присущая только человеку, связана с речью и абстрактным мышлением.
И. П. Павлов, создатель нового направления мировой физиологии, был убежденным п последовательным материалистом и признавал первичность материи и вторичпость сознания. Он утверждал, что «психическая деятельность есть результат физиологической деятельности определенной массы головного мозга». Учение Павлова о высшей нервной деятельности имеет большое философское значение, так как оно дает естественнонаучное обоснование теории- отражения, созданной В. И. Лениным. Развитие этого учения нанесло тяжелейший удар идеализму. Предвидя отрицательное отношение ученых-идеалистов к своему учению, И. П. Павлов еще в 1900 г. указывал: «Прикосновение истинного, последовательного естествознания к последней грани жизни не обойдется без крупных недоразумении и противодействий со стороны тех, которые издавна и привычно эту область явлений природы обсуждали с другой точки зрения и только эту точку зрения признавали единственно законной в данном случае».
Наряду с достижениями на пути синтетического изучения жизненных явлений дальнейших крупных успехов достигло в настоящее время аналитическое исследование физиологических процессов. Не только органы и ткани, но и отдельные клетки и даже структурные элементы клетки (ядра, митохондрии, одиночные нервные волокна) стали объектами физиологического и биохимического исследования. Развилась особая область науки, которую называют микрофизиологией, занимающаяся изучением, с одной стороны, микрообъектов, а с другой, процессов, протекающих в микроинтервалы времени (в промежутки, равные или меньшие тысячных долей секунды) и выражающихся в количественно очень малых изменениях. Возможность измерения чрезвычайно малых по величине и коротких но продолжительности процессов в организме и его структурных элементах явилась результатом использования в физиологии и биологической химии достижений физики и электроники, физической, неорганической и органической химии.
В XX столетии были подвергнуты детальному исследованию процессы межуточного обмена, т. е. процессы последовательных превращений различных химических соединений в клетках, тканях и органах. От изучения химической статики исследователи перешли к выяснении» химической динамики. В этом отношении в последние годы очень большую помощь физиологии и биохимии оказала методика меченых атомов, т. е. введение в организм веществ, содержащих радиоактивные или тяжелые изотопы. Наличие в каком-либо соединении изотопа является как бы сметкой», позволяющей проследить за судьбой, т. е. за химическими превращениями, данного соединения в организме. Большое применение получили методики микрохимического анализа для обнаружения следов некоторых веществ в тканях и их экстрактах. В этом отношении заслуживают упоминания методики электрофореза и хроматографии.
На основе изучения химической динамики в организме удалось установить связь различных химических процессов с функциональными изменениями, с физиологической деятельностью, зародилось направление, которое называют химической физиологией, или функциональной биохимией. Крупным достижением этой области являются выяснение химической динамики мышечного сокращения и установление источников энергии, используемой при работе мышц (О. Мейергоф. Я. О. Парнас, Э. Лундсгаард). Оказалось, что отщепление молекулы фосфорной кислоты от некоторых органических соединений, содержащих ее остаток (аденозинтрифосфат, креатинфосфат), сопровождается освобождением оольших количеств энергии, используемой при работе мышц. Физиологи и биохимики вплотную подошли к выяснению природы мышечного сокращения: показано (В. А. Энгельгардт и М. Н. Любимова, А. Сцент-Дьордьи и др.), что при изменении коллоидно-химических свойств и физико-химического состояния белков мышцы — миозина и актомиозина — освобождается механическая энергия, т. е. выполняется внешняя работа, и что сократительный белок мышцы — миозин — обладает ферментативными свойствами, катализует отщепление одиой молекулы фосфорной кислоты от аденозиитрифосфориой кислоты.
Развитие исследований в области химической физиологии ознаменовалось созданием в XX столетии новых разделов: эндокринологии, учения о витаминах, учения о медиаторах.
Значительными достижениями обогатило физиологию также физическое направление исследований. В первую очередь необходимо отметить успехи электрофизиологии, в большой степени обязанные использовании) электроники и радиотехники. Применение в начале XX века струнного гальванометра (В. Эйнтховен, А. Ф. Самойлов), а затем электронных усилителей электрического тока или напряжения и осциллографов (Г. Гассер, Э. Эдрпан) дало возможность провести детальный анализ электрических явлений, протекающих в центральной н периферической нервной системе, в сердце и в мышцах.
Значение этих исследований состоит а том, что электрические изменения, так называемые токи, или потенциалы, действия, являются обязательными спутниками процесса возбуждения. Электрофизнологические исследования приобрели большое практическое применение в медицине. Так, регистрация электрических проявлений сердечной деятельности — электрокардиография — оказалась тонким диагностическим приемом, обнаруживающим нарушения сердечной деятельности при заболеваниях сердца. Изучение электрических проявлений деятельности головного мозга — электроэнцефалография — важно для диагностики некоторых заболеваний головного мозга, в частности для установления локализации опухолей.
В XX веке физиологи стали использовать теории и методы физической химии, начавшей развиваться в конце XX века. Первыми попытками применения законов физической химии для решения физиологических проблем были работы В. Ю. Чаговца (1896—1903), а затем американского биолога Дж. Леба, немецких ученых — физиолога Ю. Бернштенна и физико-химика В. Нернста и русского физика и физиолога И. П. Лазарева. В. Ю. Чаговец применил теорию электролитической диссоциации С. Аррениуса для выяснения природы электрических явлений в живых тканях и пришел к заключению, что биоэлектрические потенциалы возникают в результате разницы концентрации электролитов в ткаин. В дальнейшем Чаговец развил представление, что основу раздражения нерва составляет изменение концентрации ионов в раздражаемом участке. Эти представления получили широкое признание и легли в основу современных гипотез о природе нервного процесса и электрических проявлений возбуждения (А. Ходжкин, А. Хаксли и др.).
В 20—30-е годы нашего столетия удалось обнаружить при прохождении импульсов по нервным волокнам увеличение потребления кислорода и выделения углекислого газа, что свидетельствует об усилении окислительных процессов в возбужденном нерве. Далее, усовершенствование
A. Хилом термоэлектрического способа измерения позволило установить теплообразование в нерве при прохождении волны возбуждения и после нее. Эти опыты привели физиологов к важному заключению, что проведение нервного импульса представляет собой сложный процесс: начальным звеном является возникновение тока действия в результате движения ионов через мембрану волокна; за ним следуют сложные биохимические процессы, связанные с усилением энергетического обмена веществ, в результате которых восстанавливается ионная концентрация внутри и снаружи мембраны нервного волокна п оно становится вновь способным к проведению следующего импульса (А. А. Ухтомский).
Крупные успехи достигнуты в XX столетни в изучении функций внутренних органов и их регуляции: детально проанализированы закономерности сердечной деятельности (Э. Стерлинг, Т. Льюис в Англии, А. Ф. Самойлов, А. Б. Фохт в России, К. Унггерс в США), сосудистые реакции (Г. Геринг в Германии, К. Гейманс в Бельгии, В. В. Парин и В.Н. Черниговский в СССР), капиллярное кровообращение (А. Крог в Дании), механизмы дыхания и транспорт газов кровью (Б. Ф. Вериго в России, Д. Баркрофт, Дж. Холден в Англии, Д. ван Слапк в США, Е. М. Крепс в СССР), химизм, механизм и регуляция процессов пищеварения (И. II. Павлов, Е. С. Лондон, Б. П. Бабкин, И. II. Разенков, К. М. Быков, B. М. Бэйлисс, А. Айви и др.), закономерности функционирования почек (А. Кешни, А. Ричардс, А. Г. Гинецинский и др.). Разработано учение о вегетативной нервной системе, т. е. о той части нервной системы, которая иинервирует внутренние органы, сосуды и потовые железы и участвует в регуляции обмена веществ всех тканей тела (работы У. Гаскелла, Дж. Ленгли, У. Кеннона, Н. А. Миславского, Л. А. Орбели и др.).
Большой вклад в текущем столетии внесен в изучение физиологии низших отделов центральной нервной системы: развито учение о нервных центрах, научены общие закономерности координации, т. е. согласования функций, особенности протекания рефлекторных реакций спинного, продолговатого, среднего мозга, мозжечка и подкорковых ядер (исследования Ч. Шеррнигтона в Англии, Р. Магнуса в Голландии, Н. Е. Введенского, А. А. Ухтомского, И. С. Бериташвили, Э. А. Асратяна в СССР, Дж. Дюссер де Баренна, Дж. Фультона в США, Дж. Экклса в Австралии и др.). Раскрыты функции ретикулярной формации головного мозга (Г. Мэгун и Г. Моруци, П. К. Анохин и др.).
Много новых фактов и теоретических построений дано в области сравнительной физиологии и возрастной физиологии, что позволило поставить вопрос о путях эволюции функций и о создании новой области науки — эволюционной физиологии (Л. А. Орбели, X. С. Коштоянц и др.).
В XX веке произошел огромный количественный рост научных исследований и числа исследователей, разрабатывающих в разных странах проблемы физиологии. Так, в 1889 г. во всем мире было опубликовано немногим более 700 работ по физиологии и смежным дисциплинам, в последнее же время публикуется в этих областях знания свыше 30 000 научных работ в год.
Изменилась в наше время и организация научных исследовании. Сейчас они проводятся преимущественно в мощных научных институтах и лабораториях, оснащенных сложной аппаратурой, в которых работают коллективы специалистов различных профилей: над решением проблем физиологии рука об руку с физиологами трудятся биофизики, биохимики, морфологи, математики и инженеры.
Грандиозные успехи науки XX столетии привели к тому, что подавляющее большинство естествоиспытателей, в том числе в физиологов, прочно стали на материалистические позиции. Однако до сих пор среди некоторых ученых капиталистических стран пользуются признанием различные идеалистические, антинаучные «теории», ведущие к теологии и мистицизму. На их основе отдельные физиологи и психологи (например, Ч. Шеррингтон, З. Фрейд) пытались объяснить наиболее сложные проблемы физиологии, в частности проблемы высшей нервной деятельности. Идеалистические заблуждения успешно преодолевает диалектико-материалистическое мировоззрение, которым сознательно или стихийно проникаются современные естествоиспытатели. В борьбе с идеалистическими течениями в области физиологии весьма значительна роль учения И. П. Павлова о высшей нервной деятельности и целостности организма.
