第一節 生理學的研究內容和研究方法

一、生理學(physiology)是生物科學的一個分支,是研究正常情況下生物體的各種生命現象和功能活動規律的科學。生理學的研究內容是揭示機體各種正常的生命現象和功能的產生機制,機體各組成部分功能活動的相互協調,內外環境的變化對功能活動的影響及機體的相應調節。人體生理學是研究人體生理功能的科學,是醫學的重要基礎課程。在學習了人體解剖學和人體組織學的基礎上,學習生理學能夠了解人體各個組成部分的正常功能,進而才能理解疾病發生的形態和功能的改變,才能理解各種藥物治療疾病的原理,才能認識疾病的臨床表現,得出正確診斷,採取合適的治療方法。因此,生理學起著聯繫基礎學科和臨床學科的重要橋樑作用。作為醫護人員,掌握生理學的基本知識是正確認識疾病的基礎。同時,在臨床實踐中會不斷地遇到新的問題,生理學的基本理論和基本方法又是指導科學思維的重要依據。

二、生理學的研究方法

生理學的發展是在醫學實踐中,伴隨著科學技術的進步不斷積累起來的。生理學的知識都是來自於臨床實踐和實驗研究,是一門實驗科學。最初人們只能通過肉眼對一些生命現象進行觀察和比較,推測人體器官的功能。十七世紀初,英國的醫生哈維(Harvey)首先採用活體解剖和科學實驗的方法研究了動物的血液循環。1628年,哈維所著的《心與血的運動》出版,這是歷史上第一部基于實驗證據的生理學著作,標誌著生理學真正成為一門實驗性科學。

由於人與動物的機體在結構和功能上有很多相似之處,一般情況下生理學的實驗主要在動物身上進行,只有一些損傷性小的、不危及健康的實驗才能在人體進行,而且需要得到受試者本人的同意。

動物實驗通常分為急性實驗(acute experiment)和慢性實驗(chronic experiment)。急性實驗有在體實驗(experiment in vivo)和離體實驗(experiment vitro)。在體實驗一般是在動物麻醉狀態下,施加一定的實驗因素,觀察和紀錄某些生理功能的變化。例如對家兔進行氣管插管記錄呼吸運動,觀察各種化學因素及迷走神經對呼吸運動的影響。急性在體實驗條件易於控制,便於觀察和記錄。離體實驗是將器官組織或細胞,從體內分離出來,在一定的實驗條件下進行研究。例如通過離體蛙心灌流,觀察各種體液因素對心臟功能活動的影響。離體實驗可排除其他影響因素,易於控制實驗條件,實驗結果易於分析,可進行細胞或分子水平的研究。但是由於實驗對象已經脫離整體,其在特定實驗條件下的功能活動與在整體條件時可能會存在差異。慢性實驗一般是在動物清醒狀態下,在一段時間內,觀察完整機體內某些器官組織的生理指標變化。通常預先對動物進行某些預防處理或施加一定的實驗因素,例如觀察胃液的分泌,需要預先進行胃造術,使之體表可以收集到胃液,待動物康復後再進行實驗觀察。慢性實驗時除施加的實驗因素以外,機體接近自然生理狀態,但是由於整體條件下體內各種因素的互相影響較為複雜,實驗結果相對不易分析。以上所述的急慢性動物實驗是生理學常用的實驗方法,很多生理學的知識都是通過動物實驗獲得的。

人體試驗主要用於進行性生理指標的人群資料調查,如血細胞、血壓、心律的正常值等。隨著科學技術的進步,一些新的無創傷性實驗手段的開發,拓展了人體試驗的應用範圍,特別是對腦的高級神經活動的研究。近年來,仿真學在生理學研究中的應用,也促進了生理學研究發展。

在生理學的研究中,人們從不同層面、不同角度進行觀察,主要分為以下三個層次進行研究:

1.細胞和分子水平──細胞是構成機體最基本的結構和功能單位,而細胞主要是由許多種生物大分子構成的。研究細胞的生理特性;生物大分子的物理、化學和生物學特性等,有利於認識生命現象的本質。例如,肌肉收縮是通過收縮蛋白和調節蛋白的活動完成的;細胞興奮時表現為細胞膜通道蛋白通透性的改變和離子的跨膜移動等。

2.器官和系統水平──主要研究器官和系統的功能活動規律、調節機制,及各種因素對器官與系統的功能活動影響。例如,對血液循環系統生理功能、血管內血流動力學和心血管活動調節等相關內容。

3.整體水平──主要研究機體在各種環境條件和生理情況下,機體的功能活動是在各個器官、系統的相互影響和協調作用下完成的,並不是各個器官生理功能的簡單總和。因此,從細胞和分子水平及器官和系統水平的研究結果,也需要在整體水平上進行驗證。

因此,只有通過在細胞和分子、器官和系統以及三個水平的研究,才能夠對生理功能活動的機制進行全面了解。

 

第二節  機體的內環境和穩態

一、機體的內環境

機體的液體稱體液(body fluid),正常成人的體液量約占體重的60%。其中,約2/3(約占體重40%)分布在細胞內,稱為細胞內液(intracellular fluid);其餘約1/3(約占體重20%)分布在細胞外,稱為細胞外液。細胞外液包括血漿、組織液(interstitial fluid)、淋巴液、腦脊液等。血漿約占細胞外液量的1/4(約占體重5%),組織液約占細胞外液量的3/4(約占體重15%)。人體內絕大部分細胞不能與外界環境直接接觸,而是生存於細胞外液中,生理學中將細胞外液稱為機體的內環境(internal environment)。細胞通過細胞膜與細胞外液進行物質交換,從細胞外液中攝取氧和其他物質,同時將二氧化碳(CO2)和其他代謝產物排入細胞外液。血漿在血管內流動,通過毛細血管壁與組織液進行物質交換。

二、內環境的穩態及生理意義

內環境穩態(Homeostasis)是指內環境的各種物理、化學性質保持相對穩定的狀態。例如,正常情況下,人體的體溫、血漿pH值、滲透壓、各種離子濃度等都只在一定範圍內波動。內環境穩態的維持是各種細胞、器官的正常生理活動的結果;而內環境的穩態又是體內細胞、器官維持正常生理活動和功能的必要條件。當機體內外環境變化時,內環境的穩態被破壞,通過調節相應組織器官的功能活動,恢復內環境理化性質,維持內環境的穩態。例如,通過呼吸系統的活動,攝入機體所需要的氧,排出細胞代謝產生的CO2;通過泌尿系統的活動,排出代謝產物;通過消化系統的活動,攝入機體所需要的營養物質補充營養;通過循環系統的活動,為細胞輸送代謝活動的營養物質,同時將代謝產物運送到排泄器官。可見,伴隨生命活動的進行,內環境穩態是一個動態平衡過程。

內環境穩態的重要生理意義,在於它是維持機體生命活動的必要條件。只有細胞外液保持足夠的代謝所需營養物質,適宜的理化環境(如溫度、pH、滲透壓等),才能保證細胞正常代謝活動。內環境穩態的破壞,將引起疾病,甚至危及生命。臨床上常通過檢測血漿的各種理化指標,判斷內環境的情況。體內各組織器官的正常功能活動是維持內環境穩態的保證,當細胞外液的某些成分發生變化時,說明某些器官或系統出現了功能障礙。

 

第三節 機體生理功能的調節

機體能根據內外環境變化,對各器官系統的功能活動進行調節,以適應生存環境,維持內環境的穩態。

一、機體生理功能的調節方式

機體生理功能的調節方式有神經調節,體液調節和自身調節。

(一)神經調節

神經調節(neuroregulation)是指通過神經反射而影響生理功能的調節方式。神經系的活動通過神經纖維的聯繫,對機體各組織器官和系統的生理功能發揮調節作用。神經調節的基本方式是反射(reflex),反射活動結構基礎是反射弧。反射弧由五個部份組成,即感受器,傳入神經神經中樞傳出神經和效應器。感受器能接受機體內部或外部環境的某種刺激,將這種變化轉換成神經信號,經傳入神經傳至相應的中樞,中樞對傳入信號進行整合分析,並發出傳出信息,通過傳出神經將中樞指令傳送至效應器,使效應器活動發生改變。例如動脈壓力感受性反射在維持動脈血壓相對穩定中起重要的作用。當某種原因使動脈血壓升高時,主動脈弓和頸動脈竇壓力感受器將血壓變化的信息,經傳入神經傳入到延髓心血管中樞,經中樞對傳入信息的整合分析發出調節指令,再經支配心血管的交感神經和迷走神經傳出,改變心臟和血管的活動,使動脈血壓恢復到原先的水平。機體的許多生理功能活動都接受到神經系統的調節。神經調節的特點是反應發生比較迅速,持續時間相對較短,作用侷限而精確。

(二)體液調節

體液調節(humoral regulation)是指體內某些特殊的化學物質(激素等)經體液途徑,對機體器官和組織的功能活動進行調節的方式。體內某些內分泌細胞分泌的激素(hormone)可經血液循環作用相應靶細胞,調節靶細胞的活動,這種方式稱為遠距分泌(relecrine),可進行全身性體液調節。有些生物活性物質不經過血液循環,例如,通過在組織液中擴散,作用於鄰近的細胞這種方式稱為旁分泌(panacrine)。還有的細胞分泌的生物活性物質反過來作用於自身或周圍的同類細胞,對其活動進行調節,這種方式稱為自分泌(autocrine)。通過旁分泌和自分泌的形式可進行局部性體液調節。此外,有些神經元能合化的化學物質釋放入血液,經血液運輸作用於靶細胞,這種方式為神經分泌(neurocrine)。例如,下丘腦的視上核和竇旁核合成的血管升壓素和催產素,由神經軸突沿下丘腦垂體束送至神經垂體儲存。機體需要時經神經末稍釋放入血,作用於靶細胞。體液調節的特點是作用相對較慢作用範圍較廣,作用的持續時間相對較長。

(三)自我調節

自我調節(autoregulation)是指細胞組織和器官不依賴於神經或體液調節,自身環境刺激發生的適應性反應。自身調節是通過組織細胞本身的生理特性實現的。例如當腎動脈灌注壓在一定範圍內升高時,小動脈管壁受到牽張刺激增加血管平滑肌發生收縮反應,血管口徑縮小,反之當腎動脈灌注壓在一定範圍內降低時,小動脈血管平滑肌舒張,血管口徑增大。這樣,當動脈血壓在一定的範圍內波動時,通過這種自身調節,能夠使腎血流量保持相對恆定,這種現象在離體實驗中也可以看到。自身調節的特點是調節的幅度較小,作用局限,靈敏度低。

※名詞解釋※

視上核:視上核位於下丘腦的視上區,視上區位於視交叉的背面,其中最重要的核團有視上核和室旁核。

下視丘:是調節內臟活動和內分泌活動的較高級神經樞所在,位於下丘腦的下方。

 

靶細胞:某種細胞成為另外細胞或抗體的攻擊目標時,前著就叫後者的靶細胞,能接受內分泌細胞分泌激素刺激的器官或細胞稱為靶器官或靶細胞。

 

視交叉:視交叉為一呈長方形的神經纖維塊,位於蝶骨神經溝之後上方,第三腦室前壁和底部的交界處,構成第三腦室隱窩的向前。

 

第三腦室-腦室為腦內部充滿腦脊液的一組腦腔隙結構,它延伸至脊髓形成中央管。腦室表面覆蓋有上皮狀的室管膜。組成一腦室系統由四個腦室組成,左右側腦室(第一和第二腦室)第三腦室、第四腦室。

     

旁分泌-是指細胞分泌物不進入血液循環,而是通過擴散作用於鄰近靶細胞。

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