فیزیولوژی چیست؟ | تاریخچه و انواع آن‌

فیزیولوژی (Physiology) مطالعه عملکرد طبیعی موجودات زنده است. این علم یک زیر مجموعه از زیست شناسی به شمار می‌آید و طیف وسیعی از موضوعات را شامل می‌شود که از جمله آن‌ها می‌توان به اندام‌ها، آناتومی، سلول‌ها، ترکیبات بیولوژیکی و نحوه تعامل همه آن‌ها برای ایجاد یک موجود زنده اشاره کرد.

از نظریه‌های زمان باستان گرفته تا تکنیک‌های آزمایشگاهی مولکولی، تحقیقات فیزیولوژیکی درک ما از اجزای بدن انسان، نحوه ارتباط بخش‌های مختلف بدن و نحوه زنده ماندن انسان را شکل داده‌اند.

در متون علمی مختلف فیزیولوژی به این صورت تعریف شده است: «فیزیولوژی شاخه‌ای از زیست شناسی است که به عملکردها و فعالیت‌های زندگی یا ماده زنده (مانند اندام‌ها، بافت‌ها یا سلول‌ها) و پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی مربوط به آن‌ها می‌پردازد.»

نکات کلیدی درباره علم فیزیولوژی عبارت هستند از:

• فیزیولوژی را می‌توان مطالعه عملکردها و فرآیندهای به وجود آورنده موجودات زنده دانست.
• مطالعه فیزیولوژی حداقل 420 سال قبل از میلاد قدمت دارد.
• مطالعه فیزیولوژی در بسیاری از رشته‌ها موضوعات مختلفی مانند ورزش، تکامل و سیستم ایمنی بدن نقش دارد.

فیزیولوژی چیست؟

مطالعه فیزیولوژی به یک معنا مطالعه زندگی است. این علم سؤالاتی را راجع به عملکرد داخلی موجودات و نحوه تعامل آن‌ها با دنیای اطرافشان مطرح می‌کند. بر طبق آزمایش‌هایی که در علم فیزیولوژی مورد بررسی قرار می‌گیرند، مشخص می‌شود که چگونه اندام‌ها و سیستم‌ها در بدن کار می‌کنند، چگونه ارتباط بین آن‌ها برقرار می‌شود و شرایط مطلوب موجود در سیستم‌های یک ارگانیسم چیست و چگونه جاندار برای بقای خود باید این شرایط را حفظ کند.

فیلم آموزش مقدماتی فیزیولوژی Physiology – به زبان ساده در فرادرس

کلیک کنید

به طور خاص، فیزیولوژی انسان به زیر شاخه‌هایی تفکیک می‌شود. مباحث موجود در هر زیر شاخه، اطلاعات گسترده‌ای را پوشش می‌دهند. محققان این زمینه می‌توانند روی هر موضوعی از اندامک‌های میکروسکوپی در فیزیولوژی سلول تا مباحث گسترده‌تر مانند اکوفیزیولوژی که به موجودات کامل و چگونگی سازگاری آن‌ها با محیط‌های زیست می‌شود، مطالعه کنند.

مهمترین بازوی تحقیقات فیزیولوژیکی دنیای پزشکی امروز، «فیزیولوژی کاربردی انسان» (Applied Human Physiology) است. این علم زمینه سیستم‌های بیولوژیکی را در سطح سلول، اندام، سیستم، آناتومی، ارگانیسم و ​​هر عاملی که در این میان قرار دارد را مورد بررسی قرار می‌دهد.

در این مطلب، ما به برخی از زیر بخش‌های مختلف فیزیولوژی خواهیم پرداخت و مختصراً درباره این علم گسترده توضیح خواهیم داد. در ابتدا به طور مختصر، تاریخچه علم فیزیولوژی را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

تاریخچه علم فیزیولوژی

توضیحات اولیه درباره چگونگی عملکرد اندام‌ها یا عملکردهای بدن انسان‌، غالباً براساس فرایندهایی که برای دانشمندان آشنا بودند، حدس زده می‌شد. به عنوان مثال، برخی فکر می‌کردند تشکیل جنین شبیه چگونگی تبدیل شیر به پنیر است. سایر دانشمندان اولیه، جریان خون در بدن را با الگوهای آب و هوا مقایسه می‌کردند.

فیلم مجموعه آموزش علوم پزشکی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

در قرن هفدهم، میکروسکوپ‌ها امکان جدیدی برای مطالعه بر روی سلول‌هایی که بدن انسان را تشکیل می‌دهند، ایجاد کردند که این مطالعات به درک جدیدی از فیزیولوژی منجر شدند. اخیراً، ابزارهایی مانند فناوری‌های تعیین توالی ژن و انواع جدیدی از اسکن‌های بدن، به فیزیولوژیست‌ها امکان شناخت گسترده‌ای از عملکرد سیستم‌های بدن را داده‌اند.

ریشه مطالعات فیزیولوژی به هند و مصر باستان باز می‌گردد. به عنوان یکی از شاخه‌های رشته پزشکی، قدمت مطالعات فیزیولوژی حداقل به زمان «بقراط»‌ (Hippocrates) بر می‌گردد که به پدر علم پزشکی معروف است و ۴۲۰ سال قبل از میلاد زندگی می‌کرده است.

بقراط تئوری اخلاط چهارگانه را ابداع كرد و اظهار داشت كه بدن از چهار نوع مایعات مجزا تشکیل شده است که شامل موارد زیر هستند:

• صفرا سیاه
• خلط
• خون
• صفرا زرد

هر گونه اختلال در نسبت‌های این مایعات در بدن، با توجه به تئوری اخلاط چهارگانه، باعث بروز انواع بیماری‌ها می‌شود.

«کلوديوس جالینوس» (Claudius Galenus) از پزشکان یونان باستان که به عنوان گالن نیز شناخته می‌شود، تئوری بقراط را اصلاح کرد و اولین کسی بود که از این آزمایش برای به دست آوردن اطلاعات در مورد سیستم‌های بدن استفاده کرد. از او به عنوان بنیانگذار فیزیولوژی تجربی یاد می‌شود.

«جین فرنل» (Jean Fernel) (1497-1558)، یک پزشک فرانسوی بود که برای اولین بار اصطلاح فیزیولوژی را (کلمه‌ای با ریشه زبان یونان باستان) معرفی کرد که به معنی مطالعه طبیعت است.

فرنل همچنین اولین کسی بود که کانال ستون فقرات را توصیف کرد (فضایی در ستون فقرات که نخاع از آن عبور می‌کند). یکی دیگر از جهش‌های پیشرو در دانش فیزیولوژی با انتشار کتاب «ویلیام هاروی» (William Harvey) با عنوان تئوری آناتومیکی بر پایه حرکات قلب و خون در جانوران بود که در سال 1628 منتشر شد.

هاروی اولین کسی بود که گردش خون سیستمی و گردش خون از طریق مغز و بدن که به وسیله قلب ایجاد می‌شود را توصیف کرد.

شاید جای تعجب داشته باشد که تا سال 1800 بسیاری از اقدامات پزشکی مبتنی بر اخلاط چهارگانه بقراط انجام می‌گرفت (برای مثال حجامت). در سال 1838، هنگامی که تئوری سلولی «ماتیاس شلیدن» (Matthias Schleiden) و «تئودور شوآن» (Theodor Schwann) در مجامع علمی مطرح شد، که می‌گفت بدن از سلول‌های کوچک منفرد ساخته شده است، تغییر فکری در زمینه‌های مختلف پزشکی رخ داد.

پس از سال ۱۸۳۸، زمینه‌های مختلف علم فیزیولوژی گسترش یافت و به سرعت پیشرفت کرد:

• «جوزف لیستر» (Joseph Lister): در سال 1858 این دانشمند در ابتدا به مطالعه آسیب انعقادی و التهاب به دنبال جراحت در بدن پرداخت و در ادامه موفق به کشف و استفاده از ضد عفونی کننده نجات بخش شد.
• «ایوان پاولوف» (Ivan Pavlov): در سال 1891 پاسخ‌های شرطی فیزیولوژیکی در سگ‌ها را مورد بررسی قرار داد.
• «آگوست کروگ» (August Krogh): در سال 1910 به دلیل کشف نحوه تنظیم جریان خون در مویرگ‌ها، جایزه نوبل را به دست آورد.
• «اندرو هاکسلی و آلن هاودکین» (Andrew Huxley and Alan Hodgkin): در سال ۱۹۵۲ مکانیسم یونی را کشف کردند که بر اثر آن انتقال پالس‌های عصبی صورت می‌گیرد.
• اندرو هاکسلی و «هیو هاکسلی» (Hugh Huxley): در سال 1954 با کشف رشته‌های لغزنده در عضلات اسکلتی پیشرفت‌هایی در مطالعه ماهیچه‌ها ایجاد کردند.

سیستم‌های بیولوژیکی (Biological Systems)

سیستم‌های بیولوژیکی مهمی که در مطالعه فیزیولوژی انسان مورد بررسی قرار می‌گیرند به شرح زیر هستند:

• سیستم گردش خون (Circulatory System): این سیستم زیستی از بخش‌های مختلفی از جمله قلب، رگ‌های خونی و سلول‌های خون تشکیل شده است که با مطالعه آن، نحوه عملکرد گردش خون در بیماری و سلامتی بدن مورد شناسایی قرار می‌گیرد.
• سیستم گوارش و دفع مواد زائد (Digestive/Excretory System): مراحل حرکت مواد جامد از دهان به مخرج در این سیستم انجام می‌شود. مطالعات این سیستم شامل بررسی طحال، کبد و لوزالمعده، تبدیل غذا به سوخت و خروج نهایی آن از بدن است.

• سیستم غدد درون ریز (Endocrine System): مطالعه سیستم غدد درون ریز در واقع شناخت هورمون‌های غدد درون ریز است که سیگنال‌هایی را در سراسر ارگانیسم منتقل می‌کنند و به سلول‌های بدن کمک می‌کنند تا به صورت هماهنگ به این سیگنال‌ها پاسخ دهند. غدد درون ریز اصلی شامل غدد هیپوفیز، تیروئید، آدرنال، لوزالمعده، پاراتیروئید و غده‌های جنسی بدن هستند. این غده‌ها به صورت تخصصی هورمون‌ها را آزاد می‌کنند اما تقریباً تمام اندام‌ها هورمون‌های غدد درون ریز را ترشح می‌کنند.
• سیستم ایمنی (Immune System): سیستم دفاعی طبیعی بدن از گلبول‌های سفید، تیموس و سیستم‌های لنفاوی تشکیل شده است. یک مجموعه پیچیده از گیرنده‌ها و مولکول‌ها برای محافظت از میزبان در برابر حملات پاتوژن‌ها ترکیب می‌شوند. مولکول‌هایی مانند آنتی بادی و سیتوکین‌ها از جمله‌ مولکول‌های سیستم ایمنی هستند که کاملا به صورت اختصاصی عمل می‌کنند.
• سیستم پوششی (Integumentary System): پوست، مو، ناخن، غدد عرق و غدد چربی (ترشح کننده یک ماده روغنی یا موم) از اجزای تشکیل دهنده سیستم پوششی به شمار می‌آیند.
• سیستم عضلانی اسکلتی (Musculoskeletal System): اسکلت و ماهیچه‌ها‌، تاندون‌ها، رباط‌ها و غضروف‌ها از بخش‌های مهم سیستم عضلانی اسکلتی هستند. مباحث دیگر سیستم عضلانی اسکلتی که در فیزیولوژی مورد مطالعه قرار می‌گیرند شامل مغز استخوان (جایگاه ساخت گلبول‌های قرمز خون به شمار می‌آید) و چگونگی ذخیره کلسیم و فسفات در استخوان‌ها هستند.

• سیستم عصبی (Nervous System): سیستم عصبی مرکزی (مغز و نخاع) و سیستم عصبی محیطی از اجزای تشکیل دهنده دستگاه عصبی بدن به شمار می‌آیند. مطالعه سیستم عصبی شامل تحقیق در مورد حواس پنجگانه بدن، حافظه، احساسات، حرکت و تفکر است.
• سیستم کلیوی / ادراری (Renal/Urinary System): بخش‌های مختلف این سیستم شامل کلیه‌ها، حالب‌ها، مثانه و مجاری ادراری است، این سیستم آب را از خون خارج کرده و ادرار تولید می‌کند و به این ترتیب مواد و ترکیبات زائد را از بدن دفع می‌کند.

• دستگاه تولید مثلی (Reproductive System): این سیستم متشکل از غدد جنسی و اندام‌های جنسی است. مطالعه این سیستم همچنین شامل بررسی نحوه ایجاد و پرورش جنین به مدت 9 ماه در رحم است.
• دستگاه تنفسی (Respiratory system): اجزای تشکیل دهنده سیستم یا دستگاه تنفسی از بینی، نازوفارنکس، نای و ریه‌ها تشکیل شده است. این سیستم موجب ورود اکسیژن به بدن و دفع دی اکسید کربن از سلول‌ها طی فرایند دم و بازدم می‌شود.

برای هر سیستم، فیزیولوژی ساختارهای شیمیایی و فیزیکی درگیر را مورد بررسی قرار می‌دهد. به عنوان مثال، فیزیولوژیست‌ها فعالیت الکتریکی سلول‌های قلب را کنترل می‌کنند تا ضربان آن را تعیین کنند. آن‌ها همچنین در حال تحقیق در مورد فرآیندی هستند که به وسیله آن چشم‌ها نور را تشخیص می‌دهند، این فرایند از شناخت چگونگی پردازش نور‌هایی که فوتون نامیده می‌شوند، توسط سلول‌های موجود در شبکیه تا چگونگی ارسال سیگنال‌های مشخصات تصویر از چشم به مغز را در بر می‌گیرد.

فیزیولوژی حول محور درک چگونگی فرایند حفظ بدن انسان در حالی که با شرایط بیرونی سازگار است، مطالعه می‌کند، این فرایند پایدار که هومئوستازی نام دارد با عملکرد هماهنگ سیستم‌های مختلف، شرایط بدن برای حفظ عملکرد مناسب و در سازگاری با محیط ایجاد می‌شود. چگونه سیستم‌های اندام دمای بدن را در محیط‌های مختلف نسبتاً پایدار می‌کنند؟ چگونه بدن انسان حتی هنگام خوردن غذاهای مختلف قند خون و سایر مواد شیمیایی را ثابت نگه می‌دارد؟ اینها انواع سؤالاتی هستند که فیزیولوژیست‌ها می خواهند به آن‌ها پاسخ دهند.

فیزیولوژی در پزشکی

با شناخت دقیق و مطالعه بر روی عملکردهای طبیعی بدن‌، فیزیولوژیست‌ها می‌توانند در مورد آنچه که در هنگام بروز یک بیماری در بدن اتفاق می‌افتد، اطلاعات دقیقی کسب کنند. به عنوان مثال، فیزیولوژیست‌ها متوجه شده‌اند که چگونه انواع مختلف سلول‌های لوزالمعده برای کنترل سطح قند خون هورمون‌هایی را آزاد می‌کنند. این اطلاعات به پزشکان کمک می‌کند تا بیماری دیابت را بشناسند و در نهایت روش‌های درمانی موثر برای این بیماری را شناسایی کنند.

فیلم آموزش فیزیولوژی Physiology – تکمیلی در فرادرس

کلیک کنید

علوم فیزیولوژیک همچنین دیدگاه‌های واضحی در مورد چگونگی ایجاد عملکردهای کارآمد بدن انسان را ارائه می‌دهند. این بخش اغلب بخشی از پزشکی ورزشی محسوب می‌شود، جایی که دانستن چگونگی سازگاری بدن با چالش‌های بدنی به ورزشکاران حرفه‌ای کمک می‌کند تا عملکرد خود را بهبود بخشند، از صدمه‌های فیزیکی جلوگیری کنند و سریع‌تر بهبود یابند.

شاخه‌های مختلف علم فیزیولوژی

همان طور که در بالا اشاره شد، فیزیولوژی علم بسیار گسترده‌ای است که خود شاخه‌های مختلفی را در بر می‌گیرد، در این بخش به شاخه‌های مختلف فیزیولوژی می‌پردازیم:

• فیزیولوژی سلولی (Cell Physiology): در این شاخه به مطالعه چگونگی عملکرد سلول و برهمکنش‌های سلول‌ها با یکدیگر می‌پردازیم؛ فیزیولوژی سلولی بر انتقال مولکول‌های مختلف از غشای سلول و همچنین انتقال پیام بین سلول‌های عصبی یا نورون‌ها تمرکز دارد.

• فیزیولوژی سیستم‌ها (Systems Physiology): این شاخه از فیزیولوژی بر ریاضیات و محاسبات و همچنین مدلسازی سیستم‌های پیچیده زیستی تمرکز دارد. فیزیولوژی سیستم‌ها به دنبال راهی است برای توصیف سلول‌های منفرد و اجزای تشکیل دهنده آن‌ها که موجب می‌شوند یک سیستم بتواند به تغییرات محیطی پاسخ دهد. متخصصان این شاخه اغلب به مطالعه شبکه‌های متابولیکی و سیگنال سلولی نیز می‌پردازند.
• فیزیولوژی تکاملی (Evolutionary Physiology): شاخه‌ای از فیزیولوژی است که به مطالعه سیستم یا بخش‌های سیستم‌ها که در طول نسل‌های مختلف سازگاری و تغییرات مختلف پیدا کرده‌اند، می‌پردازد. موضوعات تحقیقی این شاخه زمینه‌های زیادی را در بر می‌گیرد که از جمله آن‌ها می‌توان به نقش رفتاری در تکامل، انتخاب جنسی و تغییرات فیزیولوژیکی در رابطه با تغییرات زمین شناسی و جغرافیایی اشاره کرد.
• فیزیولوژی دفاعی (Defense Physiology): تغییراتی که به عنوان واکنشی در برابر خطرات احتمالی محسوب می‌شوند، مانند آمادگی برای پاسخ‌های گریز و یا مبارزه، در حوزه مطالعات این شاخه از فیزیولوژی قرار می‌گیرند.
• فیزیولوژی ورزشی (Exercise Physiology): این شاخه در مورد فیزیولوژی حرکات و فعالیت‌های فیزیکی بدن مطالعه می‌کند. مباحث مطالعاتی این شاخه شامل «بیوانرژیتیک» (bioenergetics)، «بیوشیمی» (biochemistry)، «عملکرد قلب و ریه» (cardiopulmonary function)، «بیومکانیک» (biomechanics)، «هماتولوژی» (hematology)، فیزیولوژی ماهیچه‌های اسکلتی، «عملکرد تومورهای نورواندوکرین» (neuroendocrine function) و فعالیت سیستم عصبی هستند.

شاخه‌ها و مباحثی که در بالا مطرح شد تنها بخشی از علم فیزیولوژی را در بر می‌گیرند.

مقایسه فیزیولوژی و آناتومی

آناتومی بدن انسان قابل مشاهده است و پزشکان و دانشمندان باستان آن را از طریق برش، جراحی و مشاهده مستقیم مورد مطالعه قرار دادند. اما کشف چگونگی عملکرد بدن سخت‌تر است. این بدان معناست که فیزیولوژی نسبت به آناتومی یک علم مدرن‌تر به شمار می‌آید.

فیلم آموزش مقدماتی فیزیولوژی Physiology – به زبان ساده در فرادرس

کلیک کنید

فیزیولوژی مطالعه چگونگی عملکرد بدن انسان است. این علم عملکرد اصلی شیمیایی و فیزیک بدن را توصیف می‌کند، از نحوه رفتار مولکول‌ها در سلول‌ها تا نحوه عملکرد سیستم‌ها و چگونگی همکاری اندام‌ها با یکدیگر در این علم مورد بررسی قرار می‌گیرند. فیزیولوژی در واقع، کمک می‌کند تا درک کنیم که در یک بدن سالم چه اتفاقاتی در زندگی روزمره می‌افتد و هنگام بیمار شدن چه مشکلاتی در عملکرد اجزای بدن رخ می‌دهد.

بیشتر داده‌های علم فیزیولوژی به مطالعات تحقیقاتی اساسی انجام شده در آزمایشگاه بستگی دارند. برخی از فیزیولوژیست‌ها پروتئین‌ها یا سلول‌های منفرد را مطالعه می‌کنند، در حالی که برخی دیگر ممکن است در مورد چگونگی تعامل سلول‌ها برای تشکیل بافت‌ها، اندام‌ها و سیستم‌هایی در بدن تحقیقات خود را انجام دهند.

علم آناتومی انسان مطالعه ساختارهای بدن را در بر می‌گیرد، در حالی که فیزیولوژی، مطالعه چگونگی عملکرد این ساختارها است. تکنیک‌های اسکن یا تصویربرداری‌هایی مانند اشعه ایکس یا سونوگرافی می‌توانند آناتومی بدن را نشان دهد، اما پزشکان از آزمایشات دیگری مانند ادرار و آزمایش خون یا الکتروکاردیوگرام (EKG) برای شناسایی جزئیات در مورد فیزیولوژی بدن استفاده می‌کنند. از این رو، آناتومی بسیار با حوزه علم فیزیولوژی مرتبط است. در واقع آناتومی بر مطالعه بخش‌های مختلف ساختارهای بدن تمرکز دارد، در حالی که فیزیولوژی در مورد چگونگی عملکرد این بخش‌ها و ارتباط آن‌ها با یکدیگر مطالعه می‌کند.