生理学
绪论
第一节 生理学的研究内容 第二节 生命活动的基本特征 第三节 机体生理功能的调节 第四节 机体功能活动的自动控制原理
第一节 生理学的研究内容
一、生理学的概念、研究对象和任务 二、生理学研究的三个水平 三、生理学的研究方法
一、生理学的概念、研究对象和任务 概念:生理学(physiology)是研究正常生命
近年来,随着克隆(clone)技术的不断成熟与发 展,使人类无性繁殖成为可能,但是生殖性克隆技术 会对人类活动将会产生什么影响还存有很大争议。克 隆技术在推进基因动物研究、攻克遗传性疾病,生产 可供移植的内脏、器官与组织的研究中必将会发挥重 大作用,造福于人类。
第三节 机体生理功能的调节
一个正常的机体在任何时候都是以一个完整、协调、 统一的整体而存在的。机体的完整统一性可表现为组 成人体的各器官、各功能系统功能活动的协调统一。 但是,人体的功能活动状态及生存环境都在不停地变 化。因此,这种自身及其与环境的协调统一随时都会 被破坏。为了使生命活动能够正常地进行,机体就必 须不断地对组成机体的各部分功能活动进行调整,使 其相互配合协调一致,维持稳态。
条件反射是个体出生后,在生活过程中,在一定条 件下,在非条件反射的基础上新建立的反射弧所完成 的反射,如望梅止渴。
条件反射的优越性在于可使大量无关刺激成为某种 环境变化即将到来的信号,使机体提前调节相关的功 能活动。因此,条件反射具有更大的预见性、适应性、 灵活性,大大提高了机体对环境的适应能力。
二、体液调节
1.急性实验 又分为在体实验与离体实验两种:
(1)在体实验 是将动物麻醉后施行手术,暴露 某器官,观察该器官在体内与其他器官仍处于自然联 系状态下的活动规律及各种因素对之产生影响的实验。 在体实验的优点是实验条件易于控制、观察分析较为 客观,如兔的动脉血压调节实验。
(2)离体实验 是将动物的某些器官(如心脏、 肾脏)、组织(如心肌、平滑肌、神经干)或细胞, 用手术的方法将其取出,置于适宜的人工环境中进 行观察,分析它们的活动规律和原理的实验。离体 实验的优点是排除了许多无关因素的影响,实验因 素单纯,结果易于分析。如蟾蜍坐骨神经-腓肠肌标 本制备实验。
生理学的发展同样也离不开自然科学及现 代科学新技术的支持。近年来,随着物理、化 学、生物科学,特别是分子生物学技术在医学 科研中的广泛应用,生理学有了很大的进步, 使人类对生命活动的认识逐步深入,如细胞周 期调控与细胞凋亡、受体生理学、离子通道、 转录因子及自由基学说等。
二、生理学研究的三个水平一反馈控制系统闭环系统,即受控部分的活动会反过来影响控制 部分的活动。
控制方式:双向性(正反馈、负反馈)
控制部分 指 令 受控部分
正反馈信息
控制部分 指 令 受控部分
机能活动 机能活动
负反馈信息
控制特点:
①正反馈是破坏原先的平衡状态。
负反馈是维持系统的平衡或稳态。
②正常机体中有大量的负反馈机制(压力感 受性反射,体温调节),正反馈机制很少 (排尿反射、分娩、以及大量失血时出现的 “恶性循环”)。
生理学与医学有着密切的联系,它是医学的一门 重要基础课程。因为,不了解和掌握正常人体生理 活动的规律与原理,就难以判断疾病的发生与发展。
早在2000多年前《黄帝内经》中,就有许多关于 人体功能活动的描述与记载。如心主血脉,肺主气、 司呼吸,肾主水等。阴阳学说、经络学说阐明了人 体各种功能活动以及各组成部分间的相互依存、对 立、转化、协调统一的关系。
二、兴奋性 (excitability)
机体、组织或细胞对刺激产生反应的能力,称为兴奋性。
机体所处的环境是经常发生变化的。这些变化被机体、组织 或细胞所感受,即引起它们的功能活动发生相应的改变,并与 变化了的环境相适应。这是一切有生命活动的生物体都具有的 能力。
机体、组织、细胞等
电、温度、压 力、化学刺激
当机体环境发生改变时,引起某些内分泌腺或内分泌 细胞的分泌活动,释放激素并通过组织液或血液循环来 调节机体的新陈代谢、生长、发育、生殖及某些器官的 功 能 活 动 , 这 种 调 节 方 式 被 称 为 体 液 调 节 (humoral regulation)。
调节特点:缓慢、广泛、持久
调节过程:内分泌腺→激素→血液运输→靶组织→生 理效应
应用控制论原理对人体的功能活动进行分析时,是 把人体的各种调节功能都看做是自动控制系统。将神 经、体液调节中的调节部分(如神经中枢)看做是控制 部分,将效应器或靶器官看做是受控部分,将受控部 分的状态或所产生的效应看做是输出变量。在控制部 分和受控部分之间,信号通过不同形式(化学的或电的 等)传递信息。
二、前馈控制系统
前馈控制是 控制部分向受控部分发出指令的同时,又通过另
一快捷通路向受控部分发出前馈信息,及时地调控受控部分的 活动。
控制方式:双通路
前馈信息
监视装置
干扰信号
输入信号 控制系统 控制信号 受控系统 输出变量
控制特点:
兴奋的表现形式多种多样,如腺细胞的分泌、肌 细胞的收缩、神经细胞产生神经冲动等。由于这些 不同改变之前均先出现生物电变化,即出现动作电 位(action potential),故动作电位通常被认为是发生 兴奋的客观指标。接受刺激后能产生动作电位的细 胞称为可兴奋细胞(excitable cell),如肌细胞、神经 细胞及腺细胞。
第二节 生命活动的基本特征
生物体最基本的生命活动是新陈代谢、兴奋性与生殖。
一、新陈代谢
物质代谢
新陈代谢
(metabolism)
生命活动的 最基本表现
能量代谢
合
分
成
解
代
代
谢
谢
储存
能量
生命活动
释放
维持体温
合成代谢与分解代谢是物质代谢的两个相互对立而又统一的过程。
物质代谢进行过程中相伴随而进行的能量的储存、释放、转移和利用 的过程称为能量代谢。
2. 慢性实验 是在无菌情况下,对动物施行手术, 暴露、摘除、破坏、切除或移植某些器官;待手术 创伤恢复后,动物在清醒或接近正常生活状态下, 观察其功能活动规律或功能缺损、功能紊乱表现的 实验。此类方法最大的优点在于保存了各器官的自 然关系,动物清醒并接近常态,而且实验可以反复 多次观测。如巴甫洛夫(Ivan Petrovich Pavlov)创 造的多种消化瘘管(唾液、胰液、胆汁等)对食物 化学性消化的研究。
活动现象、规律和功能的一门科学。 研究对象: 动物生理学
人体生理学
研究正常人体生命活动规律的科学,称为 人体生理学。
生命活动是 人体各器官、 各系统功能 活动的综合 表现
心脏的跳动 肌肉的收缩与舒张 神经传导兴奋 消化系统对食物的消化与吸收 肺的呼吸 血液循环 腺细胞的分泌
生理学的任务:
就是探讨各种功能活动的发生原理、发展过程、 活动规律,各种功能活动之间的联系,环境因素改 变对它们的影响,以及整体状态下它们的相互协调 与统一等等。
生理学研究领域也深入到构成细胞的各种分子, 特别是生物大分子(核酸与蛋白质)的理化特性及 功能研究,如肌细胞的收缩是由特殊蛋白质分子排 列方式的改变形成的,心肌细胞电生理学特性决定 了它们的生理学特性及心动周期的活动等。
(二)器官、系统水平
了解一个器官或一个功能系统的活动规律和原理, 以及它们在整体活动中的地位与作用,这就需要对某 个器官或某个功能系统进行观察分析。如食物在口腔、 胃肠内的消化与吸收,以及神经、体液因素对它们活 动的影响等。
三、自身调节(autoregulation)
某些组织或器官不依赖神经、体液调节,其自身对 环境改变作出的适应性反应称为自身调节。
调节特点:自身调节的幅度、范围较小,对刺激的 感受性也较低,不十分灵敏。它是机体调节的辅助方 式。
第四节 机体功能活动的自动控制原理
随着近代生物学的发展,人们认识到人体功能调节 的过程与控制论原理相类似,并且具有自动控制的性 质。因此便运用控制论的理论和方法来研究生物系统, 以了解生物体内的信息接收、传递、处理和反馈过程 与控制规律。
人体感受内、外环境的变化,并相应地调整各种功 能活动,使其相互配合、保持稳态,以适应环境的改 变,这种功能活动称之为调节(regulation)。
调节方式有神经调节、体液调节及自身调节三种。
一、神经调节
神经调节是机体最主要的调节方式 ,它是通过反射 (reflex)活动来实现的。
反射是指在中枢神经系统的参与下,机体对内、外 环境变化所作出的适应性反应。反射是高级的、适应 意义明显的反应活动,它不同于普通细胞、组织或器 官对刺激所作出的简单的反应。
由于体内的内分泌腺或内分泌细胞也直接或间接 地接受神经系统的支配,因此,机体在发动神经调 节的同时,往往还通过传出神经动员相关的内分泌 腺参与反射活动。这种神经调节与体液调节的联合 调节方式,称为神经-体液调节。
神经-体液调节将两种调节的优点联合起来,使机 体调节的效果更加合理、准确,增强了机体对环境 改变的适应能力,使机体与环境的协调统一更加完 善。
生理学是一门实验性科学,其知识主要是通过实验 获得的。针对具体研究对象的不同,可将生理学的研 究分为三个层次 :
细胞和分子水平的研究
方法:离体细胞、分子实验法
器官和系统水平的研究
方法:离体组织、器官实验法
整体水平的研究
方法:活体解剖实验法、慢性实验法
(一)细胞、分子水平的研究
细胞是组成人体最基本的结构与功能单位。人体 的各种功能活动最终都是在细胞内进行的物理与化 学反应,如腺细胞的分泌、神经细胞的生物电活动、 肌细胞的收缩等。
可感受的内、外 环境变化
刺激(stimulus)
机体内部代谢过程及 外部活动的改变 反应(reaction)
反应的两种 表现形式
由安静转变为活动,或由活 动较弱转变为活动加强,称 为兴奋(excitation)。