Krótkie Wprowadzenie do Fizjologii: Kluczowe Fakty i Odkrycia

Fizjologia to nauka o normalnej funkcji w żywych stworzeniach. Jest to podsekcja biologii, obejmująca wiele tematów, takich jak narządy, anatomia, komórki, związki biologiczne i sposób, w jaki wszystkie one wchodzą w interakcje, aby umożliwić życie.

Od starożytnych teorii po techniki molekularnego laboratorium, badania fizjologiczne ukształtowały nasze zrozumienie składników naszego ciała, jak się komunikują i jak utrzymują nas przy życiu.

Merriam-Webster definiuje fizjologię jako:

«[A] gałąź biologii, która zajmuje się funkcjami i czynnościami życiowymi lub żywymi materią (takimi jak narządy, tkanki lub komórki) oraz zjawiskami fizycznymi i chemicznymi».

Szybkie fakty dotyczące fizjologii

Oto kilka kluczowych punktów dotyczących fizjologii. Więcej szczegółów i dodatkowe informacje znajdują się w głównym artykule.

• Fizjologię można uznać za badanie funkcji i procesów, które tworzą życie.
• Badanie fizjologii można prześledzić co najmniej do 420 lat pne.
• Badanie fizjologii podzielono na wiele dyscyplin obejmujących tematy tak różne, jak ćwiczenia fizyczne, ewolucja i obrona.

Czym jest fizjologia?

Badanie fizjologii jest w pewnym sensie badaniem życia. Zadaje pytania o wewnętrzne funkcjonowanie organizmów i ich interakcję ze światem wokół nich.

Fizjologia bada, jak działają narządy i układy w ciele, w jaki sposób się komunikują i jak łączą wysiłki, aby stworzyć warunki sprzyjające przetrwaniu.

Fizjologia człowieka jest w szczególności często podzielona na podkategorie; tematy te obejmują ogromną ilość informacji.

Naukowcy w tej dziedzinie mogą skupić się na czymkolwiek, od mikroskopowych organelli w fizjologii komórki po bardziej różnorodne tematy, takie jak ekofizjologia, która bada całe organizmy i jak adaptują się do środowiska.

Najistotniejszym ramieniem badań fizjologicznych jest fizjologia człowieka; to pole bada systemy biologiczne na poziomie komórki, narządu, systemu, anatomii, organizmu i wszędzie pomiędzy.

W tym artykule odwiedzimy niektóre podrozdziały fizjologii, rozwijając krótki przegląd tego ogromnego tematu. Po pierwsze, przejdziemy krótką historię fizjologii.

Historia

Badanie fizjologii ma swoje korzenie w starożytnych Indiach i Egipcie.

Jako dyscyplina medyczna, cofa się co najmniej do czasów Hipokratesa, słynnego «ojca medycyny» – około 420 pne.

Hipokrates ukuł teorię czterech humorów, stwierdzając, że ciało zawiera cztery różne płyny ustrojowe: czarną żółć, flegmę, krew i żółtą żółć. Jakiekolwiek zaburzenie ich stosunków, jak twierdzi teoria, powoduje zły stan zdrowia.

Klaudiusz Galenus (ok. 130-200), znany również jako Galen, zmodyfikował teorię Hipokratesa i jako pierwszy użył eksperymentów, by wyprowadzić informacje o systemach ciała. Jest powszechnie nazywany twórcą eksperymentalnej fizjologii.

To Jean Fernel (1497-1558), francuski lekarz, po raz pierwszy wprowadził termin «fizjologia» ze starożytnej greki, co oznacza «badanie natury, początków».

Fernel był także pierwszym, który opisał kanał kręgowy (przestrzeń w kręgosłupie, przez które przechodzi rdzeń kręgowy). Ma krater na księżycu, nazwany jego imieniem za jego wysiłek – nazywa się Fernelius.

Kolejny krok naprzód w dziedzinie wiedzy fizjologicznej pojawił się wraz z publikacją książki Williama Harveya, zatytułowanej w 1628 roku.

Harvey był pierwszym, który opisał krążenie systemowe i podróż krwi przez mózg i ciało, napędzane przez serce.

Być może zaskakujące, że wiele praktyk medycznych opierało się na czterech humorach aż do XIX wieku (na przykład upuszczanie krwi). W 1838 roku nastąpiła zmiana myśli, kiedy pojawiła się teoria komórkowa Matthiasa Schleidena i Theodora Schwanna, stwierdzając, że ciało składa się z maleńkich pojedynczych komórek.

Odtąd rozwinęła się fizjologia, a postęp został szybko osiągnięty:

• Joseph Lister, 1858 – początkowo badał koagulację i stany zapalne po urazie, odkrył i wykorzystał ratujące życie środki antyseptyczne.
• Ivan Pavlov, 1891 – warunkowa reakcja fizjologiczna u psów.
• August Krogh, 1910 – otrzymał Nagrodę Nobla za odkrycie, w jaki sposób reguluje się przepływ krwi w naczyniach włosowatych.
• Andrew Huxley i Alan Hodgkin, 1952 – odkryli mechanizm jonowy, za pomocą którego przekazywane są impulsy nerwowe.
• Andrew Huxley i Hugh Huxley, 1954 – dokonali postępów w badaniu mięśni, odkrywając przesuwające się włókienka w mięśniach szkieletowych.

Systemy biologiczne

Główne systemy uwzględnione w badaniu fizjologii człowieka są następujące:

• Układ krążenia – w tym serce, naczynia krwionośne, właściwości krwi i sposób funkcjonowania krążenia w chorobie i zdrowiu.
• Układ trawienny / wydalniczy – przedstawiający ruch ciał stałych od jamy ustnej do odbytu; obejmuje to badanie śledziony, wątroby i trzustki, przekształcanie żywności w paliwo i ostateczne wyjście z organizmu.
• Układ hormonalny – badanie hormonów endokrynologicznych, które przenoszą sygnały w całym organizmie, pomagając mu reagować w harmonii. Główne gruczoły dokrewne – przysadka mózgowa, tarczyca, nadnercza, trzustka, przytarczyce i gonady – są głównym celem, ale prawie wszystkie narządy wydzielają hormony endokrynologiczne.
• Układ odpornościowy – naturalny system obronny organizmu składa się z białych krwinek, grasicy i układu limfatycznego. Złożony zestaw receptorów i cząsteczek łączy się w celu ochrony gospodarza przed atakami patogenów. Cząsteczki, takie jak przeciwciała i cytokiny, mają duży udział.
• Układ intencjonalny – skóra, włosy, paznokcie, gruczoły potowe i gruczoły łojowe (wydzielanie substancji oleistej lub woskowej).
• Układ mięśniowo-szkieletowy – szkielet i mięśnie, ścięgna, więzadła i chrząstka. Szpik kostny – tam, gdzie wytwarzane są czerwone krwinki – i jak zawierają się kości, zawiera wapń i fosforan.
• Układ nerwowy – centralny układ nerwowy (mózg i rdzeń kręgowy) i obwodowy układ nerwowy. Badanie układu nerwowego obejmuje badania nad zmysłami, pamięcią, emocjami, ruchem i myślami.
• Układ nerkowy / moczowy – w tym nerki, moczowody, pęcherz moczowy i cewka moczowa – system ten usuwa wodę z krwi, produkuje mocz i odprowadza odpady.
• Układ rozrodczy – składający się z gonad i narządów płciowych. Badanie tego systemu obejmuje również badanie sposobu, w jaki płód jest tworzony i pielęgnowany przez 9 miesięcy.
• Układ oddechowy – składający się z nosa, nosogardzieli, tchawicy i płuc. Ten system wprowadza tlen i wydala dwutlenek węgla i wodę.

Gałęzie

Istnieje wiele dyscyplin, które używają słowa «fizjologia» w swoim tytule. Oto kilka przykładów:

• Fizjologia komórki – badanie sposobu działania i interakcji komórek; fizjologia komórki koncentruje się głównie na transporcie błony i transporcie neuronów.
• Fizjologia systemów – koncentruje się na modelowaniu obliczeniowym i matematycznym złożonych systemów biologicznych. Próbuje opisać, w jaki sposób poszczególne komórki lub elementy systemu zbiegają się, by odpowiedzieć jako całość. Często badają sieci metaboliczne i sygnalizację komórkową.
• Fizjologia ewolucyjna – badanie sposobu, w jaki systemy, lub części systemów, dostosowały się i zmieniły przez wiele pokoleń. Tematy badań obejmują wiele aspektów, w tym rolę zachowań w ewolucji, dobór płciowy i zmiany fizjologiczne w odniesieniu do zmienności geograficznej.
• Fizjologia obronna – zmiany, które pojawiają się jako reakcja na potencjalne zagrożenie, takie jak przygotowanie do reakcji w walce lub ucieczce.
• Fizjologia ćwiczeń – jak sama nazwa wskazuje, jest to nauka o fizjologii ćwiczeń fizycznych. Obejmuje to badania nad bioenergetyką, biochemią, krążeniowo-funkcyjnymi, biomechaniką, hematologią, fizjologią mięśni szkieletowych, funkcją neuroendokrynnych i funkcją układu nerwowego.

Wymienione wyżej tematy to tylko niewielki wybór dostępnych fizjologii. Dziedzina fizjologii jest tak samo niezbędna, jak ogromna.

Fizjologia czy anatomia?

Anatomia jest ściśle związana z fizjologią. Anatomia odnosi się do badania struktury części ciała, ale fizjologia koncentruje się na tym, jak te części działają i odnoszą się do siebie nawzajem.

Aktualne badania w fizjologii

W ostatnich latach fizjologia przeszła ogromną ewolucję, głównie dzięki postępom technologicznym i nowym metodom badawczym. Nowe technologie, takie jak analiza genomu, pozwalają na dokładne badanie funkcji genów i ich wpływu na różne procesy fizjologiczne. Przykładowo, badania nad mikrobiomem jelitowym wskazują na jego kluczową rolę w zdrowiu metabolicznym oraz wpływ na układ odpornościowy.

Z kolei badania nad neurofizjologią pokazują, jak złożone mechanizmy komunikacji w mózgu wpływają na nasze zachowanie i zdrowie psychiczne. W 2024 roku, coraz więcej uwagi poświęca się również fizjologii snu i jej wpływu na regenerację organizmu oraz zdrowie psychiczne. Badania wykazały, że jakość snu ma bezpośredni wpływ na funkcje poznawcze oraz ogólne samopoczucie.

Również rozwój badań nad chorobami przewlekłymi, takimi jak cukrzyca czy choroby serca, ujawnia nowe mechanizmy, które mogą prowadzić do lepszego zarządzania tymi schorzeniami. Ostatnie dane pokazują, że interwencje dietetyczne oraz regularna aktywność fizyczna mogą znacząco poprawić parametry zdrowotne pacjentów z tymi chorobami.

Podsumowując, fizjologia to dziedzina, która nieustannie się rozwija i dostarcza nam coraz to nowych informacji, które mogą istotnie wpłynąć na nasze zdrowie i jakość życia.