فیزیولوژی چیست؟ | معرفی علم فیزیولوژی و مفاهیم پایه‌ای

فیزیولوژی شاخه ای از علم است که به ما کمک می کند بفهمیم سیستم های بدن چگونه در شرایط سلامت و بیماری عمل می کنند. وقتی بدن به خوبی کار می کند، ریه ها گازها را از هوا به جریان خون منتقل می کنند. در ادامه این مقاله فیزیولوژی، تفاوت آن با آناتومی و پاتوفیزیولوژی، انواع فیزیولوژی و مفاهیم پایه این علم را بررسی می کنیم.

فیزیولوژی چیست؟

فیزیولوژی شاخه ای از زیست شناسی است که عملکرد و سازوکارهای موجودات زنده و اجزای آنها را، از سطح مولکول و سلول تا اندام ها و کل بدن، بررسی می کند. فیزیولوژی انسانی به طور خاص بر عملکرد بدن انسان تمرکز دارد. فیزیولوژی با استفاده از اصول زیست شناسی، شیمی و فیزیک، سازوکار عملکرد سلول ها، بافت ها، اندام ها و سیستم های بدن را بررسی می کند، از نحوه رفتار مولکول ها در سلول ها گرفته تا نحوه همکاری سیستم های اندام ها. فیزیولوژی به ما کمک می کند بفهمیم بدن در شرایط سلامت چه کاری انجام می دهد و در زمان بیماری چه اتفاقی می افتد. بخش عمده ای از فیزیولوژی به تحقیقات پایه ای در آزمایشگاه وابسته است. برخی فیزیولوژیست ها پروتئین ها یا سلول های خاصی را مطالعه می کنند، در حالی که دیگران روی تعامل سلول ها برای تشکیل بافت ها، اندام ها و سیستم های بدن تحقیق می کنند.

برای مطالعه جامع تر عملکرد سیستم های بدن، کتاب فیزیولوژی گایتون و هال یکی از منابع شناخته شده فیزیولوژی پزشکی است.

فیزیولوژیک یعنی چه؟

واژه «فیزیولوژیک» یا Physiological به هر موضوعی گفته می شود که با عملکرد طبیعی بدن یا فرایندهای یک موجود زنده ارتباط داشته باشد. برای مثال افزایش ضربان قلب هنگام فعالیت بدنی، تعریق در هوای گرم و افزایش سرعت تنفس هنگام ورزش، همگی پاسخ های فیزیولوژیک بدن هستند.

بنابراین «فیزیولوژیک» نام یک بیماری نیست، بلکه صفتی برای توصیف فرایندها و تغییراتی است که به نحوه عملکرد بدن مربوط می شوند. زمانی که عملکرد طبیعی بدن در اثر بیماری یا آسیب دچار اختلال می شود، معمولاً برای توضیح مکانیسم های این اختلال از اصطلاح «پاتوفیزیولوژیک» استفاده می شود.

تفاوت فیزیولوژی و آناتومی

آناتومی مطالعه ساختار حیوانات، گیاهان و انسان ها است، در حالی که فیزیولوژی بررسی نحوه عملکرد این ساختارها است. برای مثال، روش های تصویربرداری می توانند ساختارهای بدن را نشان دهند؛ درحالی که آزمون های عملکردی مانند الکتروکاردیوگرام یا اسپیرومتری اطلاعاتی درباره نحوه عملکرد سیستم های بدن ارائه می کنند. اما آزمایش های دیگری مانند آزمایش ادرار، خون یا الکتروکاردیوگرام (EKG) اطلاعاتی درباره فیزیولوژی بدن ارائه می دهند.

تفاوت فیزیولوژی و پاتوفیزیولوژی

پاتوفیزیولوژی شاخه ای از فیزیولوژی است، پاتوفیزیولوژی به بررسی تغییرات عملکردی و بیوشیمیایی بدن در اثر بیماری یا آسیب می پردازد.
برای مثال:
•    نارسایی قلبی می تواند به دلیل فشار خون بالا رخ دهد. در فشار خون بالا، قلب مجبور است سخت تر از حد معمول کار کند. این فشار اضافه می تواند باعث ضعیف شدن و نارسایی قلب شود.
•  در نارسایی پیشرفته کلیه، توانایی کلیه ها برای تصفیه خون و تنظیم مایعات و مواد محلول به شدت کاهش می یابد و مواد زائد و مایعات اضافی می توانند در بدن تجمع پیدا کنند.
•  در دیابت، تنظیم طبیعی قند خون مختل می شود؛ این اختلال می تواند ناشی از کمبود انسولین، کاهش پاسخ سلول ها به انسولین یا ترکیبی از این عوامل باشد و در نتیجه سطح گلوکز خون افزایش پیدا کند.

برای مطالعه ارتباط میان عملکرد طبیعی بدن و تغییراتی که در بیماری رخ می دهد، کتاب فیزیولوژی پیشرفته و پاتوفیزیولوژی منبع تخصصی تری در این زمینه است.

فیزیولوژی در مقابل زیست شناسی

فیزیولوژی بخشی از علم گسترده تر زیست شناسی است. زیست شناسی مطالعه تمام جنبه های زندگی را شامل می شود، از جمله:
•    تولید مثل: زیست شناسی تولید مثل بررسی می کند که چگونه مولکول ها، سلول ها و موجودات کامل — مانند گیاهان و حیوانات — تکثیر می شوند. این شامل تشکیل سلول های اسپرم و تخمک و فرآیند لقاح است.
•    تکامل: درک چگونگی سازگاری موجودات با محیط های خود در طول زمان به زیست شناسان کمک می کند تا بفهمند چگونه زندگی روی زمین شکل گرفته است.
•    رشد: زیست شناسی رشد بر این تمرکز دارد که چگونه یک سلول واحد — مانند یک تخمک بارور — به یک ساختار پیچیده تبدیل می شود. دانشمندان این حوزه تغییرات شکل، اندازه و عملکرد یک موجود زنده را در طول زندگی بررسی می کنند.
•    ترکیب زندگی: همه موجودات زنده از سلول ها تشکیل شده اند و زیست شناسی سلولی تلاش می کند ساختار و عملکرد سلول ها و نحوه ایجاد زندگی توسط آنها را درک کند.
•    رفتار: زیست شناسان رفتاری انسان ها و حیوانات را مطالعه می کنند تا مشخص کنند کدام رفتارها حاصل تعامل عوامل ژنتیکی، رشد، محیط و یادگیری اند هستند.

انواع فیزیولوژی

در این بخش به مطالعه انواع فیزیولوژی می پردازیم.

•    فیزیولوژی انسانی:

فیزیولوژی انسانی بر عملکرد سیستم های مختلف بدن انسان تمرکز دارد، از جمله سیستم های گردش خون، ایمنی، عصبی و تنفسی. با درک نحوه عملکرد هر سیستم در شرایط سلامت و بیماری، دانشمندان می توانند راه های درمان بیماری ها را بیابند.

•    فیزیولوژی سلولی:

سلول ها بلوک های سازنده تمام موجودات زنده هستند. فیزیولوژی سلولی بررسی می کند که داخل سلول ها چه اتفاقی می افتد تا زنده بمانند، از جمله ساختار، عملکرد و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر.

•    فیزیولوژی گیاهی:

در فیزیولوژی گیاهی، دانشمندان بررسی می کنند که چگونه گیاهان در محیط های مختلف رشد کرده و زنده می مانند. آنها اغلب متابولیسم گیاهان، نحوه جذب آب و مواد مغذی از خاک و ساختار ریشه ها و ساقه ها را مطالعه می کنند.

•    فیزیولوژی جانوری:

فیزیولوژی جانوری مطالعه عملکرد سیستم های اندام ها و بافت های بدن حیوانات است. این شامل نحوه پردازش مواد مغذی، تنظیم دمای بدن و واکنش به محیط می شود.

فیزیولوژی چگونه مطالعه می شود؟

فیزیولوژی یک علم تجربی است؛ یعنی پژوهشگران تنها ساختار بدن را مشاهده نمی کنند، بلکه تلاش می کنند سازوکار عملکرد آن را اندازه گیری و توضیح دهند. برای این کار ممکن است فعالیت الکتریکی سلول ها، میزان مواد شیمیایی، فشار و جریان خون، عملکرد عضلات، فعالیت دستگاه عصبی یا پاسخ یک اندام به شرایط مختلف بررسی شود.

مطالعات فیزیولوژی می توانند از سطح مولکول و سلول آغاز شوند و تا بافت، اندام، سیستم های بدن و در نهایت کل موجود زنده ادامه پیدا کنند. پرسش اصلی در فیزیولوژی معمولاً فقط این نیست که «چه اتفاقی در بدن می افتد؟» بلکه تلاش می شود مشخص شود «این اتفاق چگونه و با چه سازوکاری رخ می دهد؟».

فیزیولوژیست کیست؟

فیزیولوژیست فردی است که درباره نحوه عملکرد موجودات زنده تحقیق می کند. موضوع مطالعه یک فیزیولوژیست می تواند از عملکرد یک پروتئین یا سلول آغاز شود و تا نحوه همکاری بافت ها، اندام ها و سیستم های مختلف بدن ادامه پیدا کند. برای مثال یک پژوهشگر ممکن است روی تنظیم ضربان قلب، انتقال پیام های عصبی، عملکرد کلیه ها، هورمون ها یا سازگاری بدن با فعالیت بدنی مطالعه کند.

فیزیولوژیست ها می توانند در دانشگاه ها، مراکز تحقیقاتی، آزمایشگاه ها، صنایع زیست فناوری و دارویی و برخی محیط های مرتبط با علوم سلامت فعالیت کنند. همچنین باید توجه داشت که عبارت «دکتر فیزیولوژی» لزوماً به معنای پزشک نیست؛ این عبارت ممکن است برای فردی به کار رود که مدرک دکتری تخصصی در فیزیولوژی دارد. پزشک و فیزیولوژیست دو عنوان حرفه ای متفاوت اند، هرچند حوزه فعالیت آن ها می تواند در بخش هایی با یکدیگر ارتباط داشته باشد.

آنچه فیزیولوژی درباره بدن به ما می گوید

پزشکان از فیزیولوژی برای درک بهتر عملکرد سیستم های مختلف بدن استفاده می کنند، از جمله:
•    سیستم قلبی عروقی: قلب و عروق خونی
•    سیستم گوارشی: معده، روده ها و سایر اندام های مرتبط با هضم غذا
•    سیستم غدد درون ریز: غددی که هورمون ها را تولید می کنند و عملکردهای بسیاری از بدن را کنترل می کنند
•    سیستم ایمنی: دفاع بدن در برابر میکروب ها و بیماری ها
•    سیستم عضلانی: عضلاتی که برای حرکت بدن استفاده می کنید
•    سیستم عصبی: مغز، نخاع و اعصاب
•    سیستم کلیوی: کلیه ها و سایر اندام هایی که مایعات بدن را کنترل می کنند
•    سیستم تولید مثل: اندام های جنسی
•    سیستم تنفسی: ریه ها و مجاری هوایی
•    سیستم اسکلتی: استخوان ها، مفاصل، غضروف ها و بافت های همبند
برای هر سیستم، فیزیولوژی اطلاعاتی درباره شیمی و فیزیک ساختارهای درگیر ارائه می دهد. به عنوان مثال، فیزیولوژیست ها ممکن است فعالیت الکتریکی سلول های قلب را که ضربان آن را کنترل می کنند، مطالعه کنند یا بررسی کنند که چگونه چشم ها نور را تشخیص می دهند؛ از پردازش ذرات نور توسط سلول های شبکیه گرفته تا ارسال سیگنال های تصویری به مغز.
فیزیولوژی هر قسمت بدن به پرسش های مشخصی درباره عملکرد آن پاسخ می دهد. در فیزیولوژی قلب و عروق بررسی می شود ضربان قلب، فشار خون و جریان خون چگونه تنظیم می شوند. در فیزیولوژی کلیه، تنظیم آب، الکترولیت ها و تعادل اسید و باز اهمیت دارد. فیزیولوژی عصبی انتقال پیام میان سلول های عصبی و نحوه پردازش اطلاعات را بررسی می کند و در فیزیولوژی تنفس، تهویه ریه و تبادل اکسیژن و دی اکسیدکربن مورد مطالعه قرار می گیرد.

این مثال ها نشان می دهند که فیزیولوژی تنها مطالعه یک اندام خاص نیست؛ بلکه ارتباط و هماهنگی میان سیستم های مختلف بدن نیز بخش مهمی از این علم را تشکیل می دهد.
بررسی این سیستم ها بخش مهمی از منابع دانشگاهی این درس است و در کتاب فیزیولوژی پزشکی گانونگ نیز به صورت سیستماتیک دنبال می شود.

نقش فیزیولوژی در حفظ تعادل بدن

فیزیولوژی بر درک این موضوع تمرکز دارد که چگونه بدن انسان در حالی که به شرایط بیرونی سازگار می شود، حالت پایداری را حفظ می کند؛ فرایندی که هومئوستاز نامیده می شود. این علم به بررسی روش هایی می پردازد که سیستم های بدن دمای شما را در محیط های مختلف ثابت نگه می دارند و چگونه بدن سطح قند خون و سایر مواد شیمیایی را حتی هنگام مصرف غذاهای مختلف پایدار نگه می دارد. این ها پرسش هایی هستند که فیزیولوژیست ها تلاش می کنند پاسخ دهند.

فیزیولوژی در پزشکی

فیزیولوژی پزشکی بخشی از فیزیولوژی است که بر عملکرد طبیعی بدن انسان و ارتباط میان سلول ها، بافت ها، اندام ها و سیستم های مختلف بدن تمرکز دارد. در این حوزه بررسی می شود که برای مثال قلب چگونه جریان خون را تنظیم می کند، کلیه ها چگونه در کنترل آب و مواد محلول بدن نقش دارند، دستگاه عصبی چگونه پیام ها را منتقل می کند و دستگاه تنفسی چگونه تبادل اکسیژن و دی اکسیدکربن را انجام می دهد.

شناخت عملکرد طبیعی بدن یکی از پایه های فهم بیماری است. تا زمانی که مشخص نباشد یک اندام یا سیستم در حالت طبیعی چگونه کار می کند، توضیح دقیق اینکه در بیماری چه بخشی از عملکرد آن تغییر کرده دشوار خواهد بود. به همین دلیل فیزیولوژی و پاتوفیزیولوژی ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند.

با روشن کردن عملکردهای طبیعی بدن، فیزیولوژی می تواند به ما بیاموزد چه چیزی در بیماری ها اشتباه پیش می رود. به عنوان مثال، فیزیولوژیست ها دریافته اند که چگونه انواع مختلف سلول های پانکراس هورمون هایی را برای کنترل سطح قند خون آزاد می کنند. این اطلاعات به پزشکان در درک و درمان دیابت کمک می کند.
این حوزه همچنین بینش هایی درباره کارآمدتر کردن عملکرد بدن انسان ارائه می دهد. فیزیولوژی اغلب بخشی از پزشکی ورزشی است؛ جایی که آگاهی از نحوه سازگاری بدن با چالش های فیزیکی به ورزشکاران حرفه ای کمک می کند عملکرد خود را بهبود دهند، از آسیب دیدگی جلوگیری کنند و سریع تر بهبود یابند.

درس و رشته فیزیولوژی چیست؟

فیزیولوژی در علوم پزشکی هم یک درس پایه و هم یک حوزه مستقل علمی و پژوهشی است. دانشجویان در درس فیزیولوژی با عملکرد طبیعی سلول ها، اندام ها و سیستم هایی مانند قلب و عروق، دستگاه عصبی، کلیه، تنفس، دستگاه گوارش و غدد درون ریز آشنا می شوند و ارتباط میان این سیستم ها را مطالعه می کنند.

در سطح پژوهشی نیز فیزیولوژی حوزه گسترده ای است و پژوهشگران می توانند بر موضوعاتی مانند فیزیولوژی سلولی، عصبی، قلب و عروق، کلیه، غدد، تنفس یا سازگاری بدن با فعالیت بدنی تمرکز کنند. ساختار دقیق رشته ها و برنامه های دانشگاهی فیزیولوژی بسته به دانشگاه و نظام آموزشی هر کشور متفاوت است.

تاریخچه فیزیولوژی

آناتومی قابل مشاهده است و پزشکان و دانشمندان قدیمی آن را از طریق کالبدشکافی، جراحی و مشاهده مطالعه کرده اند. اما درک چگونگی عملکرد بدن بسیار دشوارتر است و همین موضوع باعث شده فیزیولوژی به عنوان یک علم مدرن شناخته شود.

پیشرفت های علمی

در قرن هفدهم، میکروسکوپ ها به کشف سلول هایی که بدن انسان را تشکیل می دهند، کمک کردند و منجر به درک جدیدی از فیزیولوژی شدند. در زمان های اخیر، ابزارهایی مانند فناوری های تعیین توالی ژن و انواع جدید اسکن های بدنی دیدگاه فیزیولوژیست ها نسبت به بدن انسان را گسترش داده اند.

نکات کلیدی

فیزیولوژی شاخه ای از زیست شناسی است که عملکرد موجودات زنده، از جمله انسان، را مطالعه می کند. این علم می پرسد چرا بدن ما دارای عملکردهای خاصی — مانند تنفس یا هضم غذا — است و تلاش می کند درک کند که چگونه سیستم های مختلف بدن ما با همکاری یکدیگر ما را زنده و سالم نگه می دارند. با مطالعه فیزیولوژی، دانشمندان می توانند اطلاعات بیشتری در مورد حفظ سلامت بدن به دست آورند.

برای مطالعه عمیق تر فیزیولوژی از چه منابعی استفاده کنیم؟

پس از آشنایی با مفاهیم پایه فیزیولوژی، انتخاب منبع به سطح مطالعه و هدف شما بستگی دارد. برخی کتاب ها برای توضیح جامع و مرحله به مرحله مباحث طراحی شده اند و برخی منابع برای مرور سریع تر یا بررسی عمیق تر مکانیسم ها مناسب ترند. به همین دلیل بهتر است پیش از انتخاب کتاب، سطح علمی، حجم مطالب و هدف مطالعه خود را مشخص کنید.

برای بررسی دقیق تر منابع دانشگاهی فیزیولوژی می توانید راهنماهای جداگانه مربوط به فیزیولوژی گایتون و هال، فیزیولوژی کوستانزو و Medical Physiology بورون و بولپپ را مطالعه کنید.

نتیجه گیری

فیزیولوژی شاخه ای از زیست شناسی است که عملکرد سیستم ها و اندام های مختلف بدن موجودات زنده را بررسی می کند و به درک فرآیندهای شیمیایی و فیزیکی که در بدن رخ می دهند کمک می کند. این علم، نه تنها نقش حیاتی در فهم کارکردهای بدن در حالت سلامت و بیماری دارد، بلکه در حوزه های مختلف پزشکی، مانند تشخیص و درمان بیماری ها، ارتقای عملکرد ورزشی، و پیشگیری از آسیب ها نیز کاربرد گسترده ای دارد. با مطالعه فیزیولوژی، دانشمندان می توانند نحوه سازگاری بدن با شرایط مختلف محیطی را شناسایی کنند و راه های موثری برای حفظ تعادل بدن، یا همان هومئوستاز، ارائه دهند. این دانش همچنین پایه گذار درک عمیق تر بیماری ها و توسعه روش های درمانی نوآورانه است که به بهبود کیفیت زندگی انسان کمک می کند.

منبع: WebMD