生理学

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生理学(physiology),研究活机体的正常生命活动规律的生物学分支学科。活机体包括最简单的微生物到最复杂的人体。因为研究对象不同,生理学可分为微生物生理学、植物生理学、动物生理学和人体生理学。动物生理学特别是哺乳动物生理学和人体生理学的关系密切,他们之间具有许多共同点,可结合在一起研究。通常所说的生理学主要是指人体和高等脊椎动物的生理学。

动物生理学从进化角度和个体发育角度去考虑,可以分为比较生理学和发育生理学。前者对无脊椎动物各门及脊椎动物各纲的生理功能进行比较研究,探索他们的生命活动如何与其环境变化相适应。在种类浩繁的无脊椎动物中,昆虫生理学的研究具有特别重要的位置。在脊椎动物中,鱼类、两栖类、鸟类和哺乳类动物的生理学研究具有重要意义。在发育生理学方面,哺乳动物的个体发育各阶段的生理特征的研究,除具有它自身的价值外,对于理解人体发育进程中的生理变化也很有意义。

随着学科的相互渗透,生理学又分化出生物化学和生物物理学。由于近代生理学一开始就运用化学的和物理学的理论和技术进行研究,因而在生理学与生物化学和生物物理学之间要作出截然的划分是不可能的。

近代生理学的研究,不仅描述生命活动的表面现象,而且在整体观点下运用实验的方法探讨机体各部分的功能及其内在的联系。生理学的实验可分为几个层次,也就是从不同的水平进行生理学的实验研究:器官系统水平,细胞组织水平和亚细胞分子水平。迄今为止,大量的生理学研究是集中于机体的器官系统水平,因为这在医学应用和生产实践上是最亟需的基础知识。例如:血液循环生理包括血液运行和心脏血管的功能;呼吸生理包括呼吸道和肺的功能以及气体在血液中的运输;消化生理包括消化管运动和消化液的分泌,以及食物的消化和养料的吸收过程;排泄生理主要讨论肾脏的泌尿过程和输尿管膀胱排尿过程;内分泌生理讨论各种内分泌腺的功能;神经系统是机体各部分功能的调节机构,一方面接受由各种感受器或感觉器官传来的信号而加以整合,另方面对各种器官系统的活动进行调节和控制,从而使机体对体内外环境的变化作出有规律的反应。关于细胞组织水平的研究,乃是探索各种组织细胞的生理特性和活动特征,如神经组织、肌肉组织、上皮组织结缔组织的生理及其相互关系。这一水平的研究在生理学发展上也很早受到重视,从而为理解各器官系统的活动机制提供必需的基础知识。关于亚细胞和分子水平的生理研究,这是近期才发展的领域,如关于细胞膜的物质转运的机制,神经和肌内细胞膜电位变化及其与离子通透性改变的关系,各种肌肉超微结构的功能及其与兴奋──收缩耦联的关系,各种激素生物合成过程及其分泌和作用机制,中枢神经细胞的递质神经激素的研究等。以上 3个层次的研究都属于分析性生理学的范围,这种分析性实验的结果对于近代生理学的发展起了重大作用。

在分析性研究发展的同时,生理学家还重视综合性生理学的研究,那就是探讨人类或动物的整体如何适应于环境的变化。生理学家对人和动物在各种自然环境中或人工模拟的环境中、整体或其某一部分的生理活动如何通过自身内部的调节,从而使机体与环境变化相适应进行研究。例如19世纪的生理学家就已注意到人体和动物在基础或安静情况下的能量代谢,以及不同强度的运动或劳动和不同的营养物质对能量代谢的影响。又如高空、潜水对呼吸和心血管活动的影响,也很早受到生理学家的注意。随着工业和航天事业的发展,于是高温、低温、航天失重时的生理变化的研究,也就应运而生。此外,生理学家利用慢性手术的制备来研究动物机体在健康、清醒的情况下各种消化液分泌的调节机制以及大脑活动的变化等。由于实验技术和生理测试手段的不断创新,使得生理学家有可能在人体或动物不受创伤的条件下研究各种生理活动的变化规律。所有这些综合性或整体生理学的研究对于检验分析性生理研究的结果和解决人体生理学在实际应用中的问题,显得特别有意义。而分析性生理研究越深入细致,对于综合性生理研究结果的认识也越深刻全面。

在研究人体正常生命活动的基础上,还要研究人体的异常生命活动的规律。这样就从生理学领域又派生了病理生理学,这对人类疾病的发生、发展和防治提供了理论依据。

无论人体生理学或动物生理学的研究课题,在初期都是为解决实际问题的需要而由少数人自发地从事工作的。例如人体生理学一向是同医疗实践密切联系着的,因此早期进行人体生理研究的也就是直接参与医疗实践的医务工作者。只是由于医疗实践中提出的生理学问题越来越多,而且要求对这些问题的解决越来越深入,于是才有专门的生理学工作者。动物生理学的研究也是如此。例如畜牧业的发展需要研究家畜家禽的生理,水产业的发展需要研究鱼类和其他水生动物的生理,农作物病虫害的防治需要研究致病动物的生理,养蚕和养蜂业的发展需要研究蚕和蜜蜂的生理。所有这些实际应用问题的解决又反过来促进各有关的专业生理学的发展。

以实验为特征的近代生理学始于17世纪。1628年英国医生W.哈维发表了有关血液循环的名著《动物心血运动的研究》一书,这是历史上首次以实验证明了人和高等动物血液是从左心室输出,通过体循环动脉而流向全身组织,然后汇集于静脉而回到右心房,再经过肺循环而入左心房。这样,心脏便成为血液循环的中心。但在哈维当时由于工具的限制,动脉与静脉之间是怎样连接的还只能依靠臆测,认为动脉血是穿过组织的孔隙而通向静脉。直至1661年意大利组织学家M.马尔皮基应用简单的显微镜发现了毛细血管之后,血液循环的全部路径才搞清楚,并确立了循环生理的基本规律。在17世纪法国哲学家R.笛卡儿首先将反射概念应用于生理学,认为动物的每一活动都是对外界刺激的必要反应,刺激与反应之间有固定的神经联系,他称这一连串的活动为反射。这反射概念直至19世纪初期由于脊髓背根司感觉和腹根司运动的发现,才获得结构与功能的依据。这一概念为后来神经系统活动规律的研究开辟了道路。在18世纪,法国化学家A.-L.拉瓦锡首先发现氧气和燃烧原理,指出呼吸过程同燃烧一样,都要消耗氧和产生二氧化碳,从而为机体新陈代谢的研究奠定了基础。意大利物理学家L.伽伐尼发现动物肌肉收缩时能够产生电流,于是开始了生物电学这一新的生理研究领域。19世纪,生理学开始进入全盛时期。首先应提到法国的著名生理学家C.贝尔纳,他在生理学的多方面进行了广泛的实验研究并作出卓越贡献,特别重要的是他提出的内环境概念已成为生理学中的一个指导性理论。他指出血浆和其他细胞外液乃是动物机体的内环境,是全身细胞直接生活的环境,内环境理化因素如温度、酸碱度渗透压等的恒定是保持生命活动的必要条件。德国的C.F.W.路德维希所创造的记纹器,长期以来成为生理学实验室的必备仪器;他对血液循环的神经调节作出重要贡献,对肾脏的泌尿生理提出有价值的设想。和他同时代的德国R.P.H.海登海因除了对肾脏泌尿生理提出不同的设想外,还首次运用了慢性的小胃制备法以研究胃液分泌的机制,被称为海氏小胃;这小胃制备法后来经俄国的著名生理学家И.П.巴甫洛夫改良成为巴氏小胃,从而分别证明了胃液分泌的调节既有体液机制又有神经机制,他们都对消化生理作出不朽的贡献。德国的物理学家和生理学家H.von亥姆霍兹除运用他的丰富的物理学知识对于视觉听觉生理作出杰出的贡献外,还创造了测量神经传导速度的简写而相当准确的方法,为后人所称道。

20世纪前半期,生理学研究在各个领域都取得了丰富的成果。这里着重介绍几位对神经系统生理学作出特别贡献的科学家。1903年英国的C.S.谢灵顿出版了他的名著《神经系统的整合作用》,对于脊髓反射的规律进行了长期而精密的研究,为神经系统的生理学奠定了巩固的基础。与此同时,巴甫洛夫从消化液分泌机制的研究转到以唾液分泌为客观指标对大脑皮层的生理活动规律进行了详尽的研究,提出著名的条件反射概念和高级神经活动学说。美国的W.B.坎农在长期研究自主神经系统生理的基础上,于1929年提出著名的稳态概念,进一步发展了C.贝尔纳的内环境恒定的理论,认为内环境理化因素之所以能够在狭小范围内波动而始终保持相对稳定状态,主要有赖于自主神经系统和有关的某些内分泌激素的经常性调节。坎农的稳态概念在20世纪40年代由于控制论的结合,乃广泛地认识到机体各个部分从细胞到器官系统的活动,都依靠自身调节机制的作用而保持相对稳定状态,这些调节机制都具有负反馈作用(见内环境与稳态)。从此以后,控制论、系统分析和电子计算机等一系列新观念新技术的引进,使得生理学在定量研究方面迈出了一大步,出现数学生理学这一新边缘学科。

中国近代生理学的研究自20世纪20年代才开始发展。1926年在生理学家林可胜的倡议下,成立中国生理学会,翌年创刊《中国生理学杂志》,新中国成立后,改称《生理学报》。中国生理学家在这个刊物上发表了不少很有价值的研究论文,受到国际同行的重视。

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  1. 绪论
    1. 生理学的研究对象和任务
    2. 生理学的发展简史
    3. 生理功能的调节
    4. 生理功能的调节控制
  2. 细胞的基本功能
    1. 细胞膜的基本结构和物质转运功能
      1. 膜的化学组成和分子结构
        1. 脂质双分子层
        2. 细胞膜蛋白质
        3. 细胞膜糖类
      2. 细胞膜的跨膜物质转运功能
        1. 单纯扩散
        2. 易化扩散
        3. 主动转运
        4. 出胞与入胞式物质转运
    2. 细胞的跨膜信号传递功能
      1. 由具有特异感受结构的通道蛋白质完成的跨膜信号传递
        1. 化学门控通道
        2. 电压门控通道
        3. 机械门控通道
      2. 由膜的特异受体蛋白质、G-蛋白和膜的效应器酶组成的跨膜信号传递系统
    3. 细胞的兴奋性和生物电现象
      1. 兴奋性和刺激引起兴奋的条件
        1. 兴奋性和兴奋含义及其变迁
        2. 刺激引起兴奋的条件和阈刺激
        3. 组织兴奋及其恢复过程中兴奋性的变化
      2. 细胞的生物电现象及其产生机制
        1. 生物电现象的观察和记录方法
        2. 细胞的静息电位和动作电位
        3. 生物电现象的产生机制
      3. 兴奋的引起和兴奋的传导机制
        1. 阈电位和锋电位的引起
        2. 局部兴奋及其特性
        3. 兴奋在同一细胞上的传导机制
    4. 肌细胞的收缩功能
      1. 神经-骨骼肌接头处的兴奋传递
      2. 骨骼肌细胞的微细结构
      3. 骨骼肌的收缩机制和兴奋-收缩耦联
      4. 骨骼肌收缩的外部表现和力学分析
      5. 平滑肌的结构和生理特性
  3. 血液
    1. 血液的组成与特性
      1. 血液的组成
      2. 血液的理化特性
    2. 血细胞及其功能
      1. 红细胞生理
      2. 白细胞生理
        1. 粒细胞
        2. 单核细胞
        3. 淋巴细胞
      3. 血小板生理
      4. 血细胞的破坏
    3. 生理止血、血液凝固与纤维蛋白溶解
      1. 血凝、抗凝与纤维蛋白溶解
        1. 血液凝固
        2. 抗凝系统的作用
        3. 纤维蛋白溶解
        4. 表面激活与血液的其他防卫功能
      2. 血小板的止血功能
        1. 血小板粘附与聚集
        2. 血小板与凝血
    4. 血型与输血原则
      1. 血型与红细胞凝集
      2. 红细胞血型
      3. 白细胞与血小板血型
      4. 输血的原则
  4. 血液循环
    1. 心脏的泵血功能
      1. 心动周期的概念
      2. 心脏泵功能的评定
      3. 心脏泵功能的调节
      4. 心音心音图
    2. 心肌的生物电现象和生理特征
      1. 心肌细胞的生物电现象
        1. 工作细胞的跨膜电位及其形成机制
        2. 自律细胞的跨膜电位及其形成机制
      2. 心肌的电生理特性
        1. 心肌的兴奋性
        2. 心肌的自动节律性
        3. 心肌的传导性和心脏内兴奋的传导
      3. 自主神经对心肌生物电活动和收缩功能的影响
      4. 体表心电图
    3. 血管生理
      1. 各类血管的功能特点
      2. 血流量、血流阻力和血压
        1. 血流量和血流速度
        2. 血流阻力
        3. 血压
      3. 动脉血压和动脉脉搏
        1. 动脉血压
        2. 动脉脉搏
      4. 静脉血压和静脉回心血量
        1. 静脉血压
        2. 重力对静脉压的影响
        3. 静脉血流
      5. 微循环
      6. 组织液的生成
      7. 淋巴液的生成和回流
    4. 心血管活动的调节
      1. 神经调节
        1. 心脏和血管的神经支配
        2. 心血管中枢
        3. 心血管反射
        4. 心血管反射的中枢整合型式
      2. 体液调节
      3. 局部血流调节
      4. 动脉血压的长期调节
    5. 器官循环
      1. 冠脉循环
      2. 肺循环
      3. 脑循环
  5. 呼吸
    1. 肺通气
      1. 呼吸道的主要功能
      2. 肺通气原理
        1. 肺通气的动力
        2. 肺通气的阻力
        3. 呼吸功
      3. 基本肺容积和肺容量
      4. 肺通气量
    2. 呼吸气体的交换
      1. 气体交换原理
      2. 气体在肺的交换
      3. 气体在组织的交换
    3. 气体在血液中的运输
      1. 氧和二氧化碳在血液中存在的形式
      2. 氧的运输
      3. 二氧化碳的运输
    4. 呼吸运动的调节
      1. 呼吸中枢与呼吸节律的形成
      2. 呼吸的反射性调节
      3. 化学因素对呼吸的调节
      4. 周期性呼吸
      5. 运动时呼吸的变化及调节
  6. 消化和吸收
    1. 消化和吸收概述
      1. 消化道平滑肌的特性
      2. 消化腺的分泌功能
      3. 胃肠的神经支配及其作用
      4. 胃肠激素
    2. 口腔内消化
    3. 胃内消化
      1. 胃的分泌
      2. 胃的运动
    4. 小肠内消化
      1. 胰液的分泌
      2. 胆汁的分泌与排出
      3. 小肠液的分泌
      4. 小肠的运动
    5. 大肠内消化
    6. 吸收
      1. 小肠内主要营养物质的吸收
  7. 能量代谢和体温
    1. 能量代谢
      1. 能量代谢测定的原理和方法
        1. 直接测热法
        2. 间接测热法
      2. 影响能量代谢的因素
      3. 基础代谢
    2. 体温及其调节
      1. 体温
      2. 体热平衡
      3. 体温调节
        1. 温度感受器
        2. 体温调节中枢
  8. 尿的生成和排出
    1. 肾的功能解剖和肾血流量
    2. 肾小球的滤过功能
    3. 肾小管与集合管的转运功能
      1. 肾小管与集合管的转运方式
      2. 各段肾小管和集合管的转运功能
    4. 尿液的浓缩和稀释
    5. 肾尿生成的调节
      1. 肾内自身调节
      2. 神经和体液调节
    6. 清除率
    7. 尿的排放
  9. 感觉器官
    1. 视觉器官
      1. 眼的折光系统及其调节
      2. 瞳孔和瞳孔对光反应
      3. 视网膜的结构和两种感光换能系统
      4. 视杆细胞的感光换能机制
      5. 视锥系统的换能和颜色视觉
      6. 视网膜的信息处理
      7. 与视觉有关的其它现象
    2. 听觉器官
      1. 人耳的听阈和听域
      2. 外耳和中耳的传音作用
      3. 耳蜗的感音换能作用
      4. 听神经动作电位
    3. 前庭器官
    4. 嗅觉和味觉
    5. 皮肤感受
  10. 神经系统
    1. 神经元活动的一般规律
      1. 神经元和神经纤维
      2. 神圣元间相互作用的方式
      3. 神经递质
      4. 神经的营养性作用
    2. 反射活动的一般规律
      1. 反射概念
      2. 反射弧
      3. 中枢神经元的联系方式
      4. 反射弧中枢部分的兴奋传布
      5. 中枢抑制
      6. 反射活动的反馈调节
    3. 神经系统的感觉分析功能
      1. 脊髓的感觉传导与分析功能
      2. 丘脑
      3. 感觉投射系统
      4. 大脑皮层的感觉分析功能
      5. 痛觉的病理生理
    4. 神经系统对躯体运动的调节
      1. 脊髓对躯体运动的调节
      2. 低位脑干肌紧张的调节
      3. 姿势反射
      4. 小脑
      5. 基底神经节
      6. 大脑皮层对躯体运动的调节
    5. 神经系统对内脏活动的调节
      1. 自主神经系统
      2. 脊髓对内脏活动的调节
      3. 低位脑干对内脏活动的调节
      4. 下丘脑
      5. 神经、内分泌和免疫功能的关系
      6. 大脑皮层对内脏活动的调节
    6. 脑的高级功能和脑电图
      1. 学习和记忆
      2. 大脑皮层的语言中枢和一侧优势
      3. 脑电图和脑诱发电位
      4. 觉醒和睡眠
  11. 内分泌
    1. 内分泌概述
      1. 激素的分类
      2. 激素作用的一般特性
      3. 激素作用的机制
    2. 下丘脑的内分泌功能
      1. 下丘脑调节肽
      2. 调节下丘脑肽能神经元活动的递质
    3. 垂体
      1. 腺垂体
        1. 生长素
        2. 催乳素
      2. 神经垂体
    4. 甲状腺
      1. 甲状腺激素的合成与代谢
      2. 甲状腺激素的生物学作用
      3. 甲状腺功能的调节
    5. 甲状旁腺和甲状腺C细胞
      1. 甲状旁腺激素
      2. 降钙素
    6. 肾上腺
      1. 肾上腺皮质
      2. 肾上腺髓质
    7. 胰岛
      1. 胰岛素
      2. 胰高血糖素
    8. 松果体其他
      1. 松果体
      2. 胸腺
      3. 前列腺素
  12. 生殖
    1. 男性生殖
    2. 女性生殖
      1. 月经与排卵及激素调节
      2. 卵巢的内分泌功能
      3. 妊娠
  13. 索引
绪论 32

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