人体与动物生理学HumanandAnimalPhysiology

1、1人 体 与 动 物 生 理 学Human and Animal Physiology 2绪 论Chapter 1 Introduction 一、教学目的与要求：1掌握：内环境、稳态的概念；体液调节、负反馈的概念。机体的内环境以及生理功能的调节，正、负反馈的概念。 2熟悉：生理学研究对象、任务。生理功能的控制系统。反射弧五个基本环节；反馈控制系统。反射概念、反射弧五个基本环节；体液调节；自身调节。33了解：生理学的研究对象和任务；生理学研究的三个水平。机体的内环境。生理功能的调节：神经调节；体液调节；自身调节。体内的控制系统：非自动控制系统、反馈控制系统、前馈控制系统。 二、教学重点、难点：重

2、点：1.机体的内环境 2.生理功能的调节 3.反馈控制系统难点：1.反馈控制系统 2.前馈控制系统一、生理学的任务 1、概念与由来：生理学（physiology）是研究生物机体的生命活动现象、规律和功能的一门科学。包括细菌生理学、植物生理学、动物生理学、人体生理学等。 Physiology is the science of studying the functional activities and its mechanisms in biological body. For example: why can heart automatically beat?第一节 生理学的研究对象和任务4

3、52、生命活动的基本表现 蛋白质和核酸是一切生命活动的物质基础。生命活动至少包括以下四种基本活动。 新陈代谢(Metabolism) 生物体对外界环境变化的反应及兴奋性 反应（response）：环境发生变化时，生物体内部的代谢及其外表活动发生的相应改变。兴奋性（excitability）:具有对刺激产生生物电反应的能力。兴奋(excitation)：由相对静止状态转变为活动状态，或功能活动由弱变强。6抑制(inhibition)：由活动状态转变为相对静止状态，或功能活动由强变弱。刺激（stimulus）：能引起生物机体发生反应的各种环境变化。凡能引起某种组织产生兴奋的最弱(最小)刺激强度称阈

4、刺激（threshold stimulation)。 可兴奋组织 (excitable tissues)神经、肌肉和腺体等组织，受刺激后能较迅速地产生特殊的生物电现象（动作电位）及其它反应，在传统的生理学中，将它们统称为可兴奋组织7阈刺激的倒数（1/threshold stimulation）可以作为测定兴奋性高低的指标。 （3）适应性(adaptation):动物机体随外界环境变化调整自身生理机能以适应环境变化的特性。 (4) 生长（growth)与生殖(Reproduction) 生物体能产生与自己相类似的个体称为生殖。一个单细胞经过分裂成为两个子代细胞，就是生殖。因此，生殖也是生命活动的

5、基本表现之一。二、生理学研究的三个水平 生理学是一门实验性科学，其知识主要是通过实验获得的。（一）细胞和分子水平的研究 方法：离体细胞、分子实验法在这个水平上进行研究的对象是细胞和构成细胞的分子，这方面的知识称为细胞生理学(cell physiology)或普通生理学（general physiology)。 79（二）器官和系统水平的研究 方法：离体组织、器官实验法 要了解一个器官或系统的功能，它在机体中所起的作用，它的功能活动的内在机制，以及各种因素对它活动的影响，这都需要从器官和系统的水平上送行现察和研究。10（三）整体水平的研究 方法：活体解剖实验法、慢性实验法从整体水平上的研究，就是

6、以完整的机体为研究对象，观察和分析在各种生理条件下不同的器官、系统之间互相联系、互相协调的规律。 11上述三个水平的研究，它们相互间不是孤立的，而是互相联系、互相补充的。要阐明某一生理功能的机制，一般需要对细胞和分子、器官和系统， 以及整体三个水平的研究结果进行分析和综合，得出比较全面的结论。 近年来随着物理、化学、数学、电子计算机等的发展，应用这些科学成果，研究生理功能活动，发展出很多新兴的研究领域，如数学模型、系统分析、计算机模拟等等。相信随着各学科领域的发展，对生理学的研究会越来越深入。12三、生理学的产生和发展人体生理的知识最初是随着生产和医疗实践而逐渐积累起来的。公元300-400年

7、的黄帝内经一书是我国古代医疗实践经验的理论总结，书中阐述了经络、脏腑、七情六淫、营卫气血等生理学理论。在其他国家，早期对人体生理知识也有不少重要的贡献。例如，古罗马名医Galen曾从人体解剖的知识来推论生理功能，并曾进行初步的动物活体解剖，对医学的贡献很大。 13生理学与医学的关系 生理学的发展与医学的密切联系。在医疗实践中和对人体的一般观察中积累了关于人体生理功能的许多知识，更通过对于人体和动物的实验分析研究，进一步深入探索这些生理功能的内在机制和相互关系，逐渐形成关于人和动物机体功能的系统性理论科学。医学中关于疾病问题的理论研究是以人体生理学的基本理论为基础的；同时，通过医学实践又可以检验

8、生理学理论是否正确，并不断以新的内容和新的问题丰富生理学理论和推动生理学研究。因此，生理学是医学的一门基础理论科学。 14动物生理学与医学的相互关系示意图15生理学真正地成为一门实验性科学是从17世纪开始的。 1628年英国医生Harvey发表动物的血液循环和解剖学研究，奠定了血液循环理论的基础，证明了血液循环的途径，并指出心脏是循环系统的中心。他的结论是在几种动物身上应用活体解剖法通过多次实验而获得的。16在17-18世纪，显微镜的发明和物理学、化学的迅速进步，都给生理学的发展准备了良好的条件。例如，意大利组织学家马尔比基应用显微镜发现了毛细血管结构，证实了Harvey对循环系统结构的推论；

9、物质守恒与能量守恒及转化定律的提出，以及燃烧和呼吸原理的阐明，为机体新陈代谢的研究奠定了基础。 1604荷兰的詹森(1580-1642) 发明第一台显微镜。17到了19世纪，随着其他自然科学的迅速发展，生理学实验研究也大量开展，累积了大量各器官生理功能的知识。例如，关于感觉器官、神经系统、血液循环、肾的排泄功能、内环境稳定等的研究，均为生理功能提供了不少宝贵资料。我国现代生理学也有60余年的历史。1926年北京协和医学院生理系主任林可胜发起创建了中国生理学会，随即出版了中国生理学杂志。学会的成立和专业杂志的出版，对于生理学在我国的发展起了很好的推动作用。 18当时我国比较集中的研究工作是关于胃

10、液分泌、物质代谢、神经肌肉和心血管运动的神经调节等问题，并在学术上作出了贡献，受到国际生理学界的重视。近二三十年来，由于基础科学和新技术的迅速发展，以及相关学科间的交叉渗透，使生理学的研究有了很大的进展。细胞、分子水平的研究，已深入到细胞内部环境的稳态及其调节机制、细胞跨膜信息传递的机制、基因水平的功能调控机制等方面，使生命活动基本规律的研究取得了不少宝贵资料。19在整体水平研究方面，由于学科的交叉渗透，不断产生了研究的新领域，如神经免疫内分泌学等；而且由于采用了许多先进技术，使整体生理学研究，尤其是各种特殊条件下（如劳动、运动、高空、高原、潜水等）的研究，取得了很大进展。生理学向微观的细胞分

11、子水平深入发展，以及向宏观的整体水平加快扩展，是当今发展的总趋势。 20四、生理学的门类及与其他学科的关系（一）生理学的门类根据研究对象分：植物生理学、动物生理学、人体生理学等。根据研究水平分：神经肌肉生理学、感觉器官生理学等。根据医学实践、生产实践等的分类：医用生理学、病理生理学、运动生理学、家畜生理学、宇宙生理学等。（二）生理学与其它学科的关系与普通生物学、解剖学、组织学和胚胎学的关系与物理学、化学、数学的关系与医学的关系与教育学、心理学、体育的关系21(三)生理学发展的分支：比较生理学（comparativephysiology）是用比较的方法研究动物的种族发生和个体发育在不同阶段和不同

12、环境条件下的生理功能特点及其发展规律的科学，是动物生理学的分支。它以系统动物学、比较解剖学和比较组织学为基础，同时又与演化生理学、发育生理学、生态生理学（环境生理学）乃至时间生物学等学科有不可分割的联系。 22“比较生理学”一词，最早由比尔东（Beurdop）提出。1878年法国生理学家贝尔纳（，18131878）把它确定为一门独立的学科。 比较生理学的研究对象是各类动物。研究目的在于利用与人体比较接近的某些哺乳动物生理学或器官生理学实验资料，为人体生理学研究及医疗、医药实践提供科学理论基础。其任务是用比较的方法，从结构差异、进化历史与生态条件等方面，探讨同一种生理机能在各类生物中的演变，从而

13、认识生命的基本特性及其在进化过程中的变化发展与对环境的适应情况。 23比较生理学的研究内容是以比较的观点对不同门类动物体的结构差异、进化历史与生态条件等方面进行研究，探讨同一种机能在各类生物中的演变，以求认识生命的基本特性及其进化过程中的变化与适应。比较生理学具有重要的理论和实践意义，可为科学研究发掘动物模型，如大马哈鱼在产卵后很快就衰老死亡，从大马哈鱼的衰老死亡过程中可以看到在人类和哺乳动物中看不到的一些与衰老有关的变化；24北美沙漠中有一种沙鼠（Psammomysobesus），在完全喂以新鲜饲料时，不患糖尿病，但喂普通饲料时则患糖尿病，这样就可以不必通过外科手术或药物而建立糖尿病的动物模

14、型。此外，在畜牧业中优良品种的选择、疾病的防治、野生动物的驯化饲养等，在对生态平衡的了解等方面，也都离不开对比较生理学的研究。比较生理学还可以为医药卫生与畜牧兽医等提供科学的理论基础。 25心理生理学理论 ：沃尔夫（）的心理应激理论他通过对胃瘘病人观察发现，在精神愉快时，粘膜血管充盈、分泌适量；在愤怒、仇恨时，粘膜充血，分泌增加；但在忧郁自责、孤独时粘膜苍白、血管收缩、分泌减少、运动抑制。他认为这些生理和病理变化是心身疾病结构性改变的前驱。他支持不同的心理刺激能激发全身性非特异性心理应激反应的理论。他以精心设计的科学实验去研究心理因素和情绪对健康和疾病的影响，并以数据形式表示研究中所观察到变化

15、。他采用流行病学的方法证实社会因素和心理因素对健康和疾病的影响的可靠性，他还提出情绪对生理活动的作用还受遗传性器官罹患性和个性特征的影响。26塞尔耶，汉斯的应激理论加拿大心理学家塞尔耶，汉斯（Selge,Hans）认为当人遇到紧张或危险的场面或情境时，身体和精神负担过重，恰逢这时人往往又需迅速作出重大决策来应付这种危机，这是就导致应激状态的产生。在应激状态下，通过下丘脑脑垂体肾上腺轴的一系列作用，肾上腺皮质激素大量产生，使机体处于充分的动员状态，心率血压体温肌肉紧张度，代谢水平等都发生显著变化，从而增加机体活动力量，以应付紧急情境。紧张而持久的应激会产生过度的兴奋，注意和知觉的范围缩小，言语不

16、连贯不规则，行为紊乱等，这种持续的应激状态会通过神经内分泌系统的变化推毁机体的生物化学保护机制，导致胃溃疡，胸腺退化，免疫力下降，甚至发生临床休克或死亡。“怒伤肝”、“喜伤心”、“思伤脾”、“忧悲伤肺”、“恐伤肾” “志意和，则精神专直，魂魄不散，悔怒不起，五脏不受邪矣。” 271990年12月：美国生理学会远景规划委员会在“physiologists”上发表白皮书指出：“整合生理学(integrative physiology)将是未来生理学的主要内容。”整合生理学研究的实质是将整体研究与细胞、分子生物学研究有机结合起来，用分子生物学现象解释其在整体功能调节中的作用，同时探讨整体调节机制在细

17、胞、分子水平的变化。诺贝尔奖金获得者JamesBlack指出：“生理学将渐进地战胜分子生物学”。生理功能整合的研究，是新世纪生理学研究的重要方向之一。“整合生理学(integrative physiology) 第二节 机体的内环境与稳态 (Body internal environment and homeostasis)一、体液和体液的分布体液:机体细胞内外含有大量液体，总称为体液。分布:细胞内液:约2/3，约占体重40。 细胞外液:约1/3，约占体重20。 组织液:约3/4，约占体重15。 血 浆:约1/4，约占体重5。 淋巴液:少量 胸膜腔、脑脊腔及关节腔内液体 26二、内环境与外环境

18、的概念1.外环境: (external environment) 机体整体直接接触和生活的环境。 (外界、大气环境)2.内环境(internal environment) : 细胞直接接触和生活的环境。 (细胞外液)27三、稳态(homeostasis) 1.稳态的概念: 内环境的理、化因素保持相对稳定的状态。2.稳态的含义： 理、化因素在一定水平上恒定。 恒定状态并非固定不变3.稳态的实现:神经、体液机制调节4.稳态的意义:2831维持稳态的生理意义： 稳态是新陈代谢的必要保证。 细胞正常兴奋性的维持需要膜内外离子浓度的相对稳定。 在外界环境剧烈变化（如温度）时，内环境保持相对稳定是机体具有

19、适应能力的前提。 机体的一切调节活动最终的生物学意义在于维持内环境的恒定。第三节 机体生理功能的调节一、神经调节 神经调节：由神经系统的活动调节生理功能 (Nervous regulation) 神经系统 (Nervous system)是调节全身各种功能活动的系统。通过nervous的调节称为nervous regulation。 调节特点：快速、局限、准确、精确、协调 调节基本方式：反射(reflex) 调节结构基础：反射弧（reflex arc） 30反射弧：感受器传入N纤维中 枢传入N纤维效应器34感受器，传人神经，神经中枢，传出神经，效应器二、体液调节(Humoral regulat

20、ion) 体液调节：某些特殊的化学物质经血液运输 调节机体的生理功能。 调节特点：缓慢、广泛、持久 调节方式： 内分泌腺激素血液运输受体生理效应。例：肾上腺：肾上腺髓质：分泌肾上腺素(epinephrine,E)和去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)。 36髓质激素的生理作用：提高中枢神经系统的兴奋性。 增强心血管系统和呼吸系统的活动。促进糖和脂肪的分解代谢。肾上腺皮质激素 球状带分泌的激素以醛固酮为主 主要参与调节体内水盐代谢，故称盐皮质激素 束状带和网状带以分泌皮质醇为主参与体内糖代谢的调节，故称糖皮质激素37 很多内分泌腺并不是独立于神经系统的，它们也直接或间接受到神经系统

21、的调节，因此，也可以将体液调节看成是神经调节的一个环节，成为“神经体液调节”(nervous-humoral regulation)。人体内的功能调节大多是这种复合式的调节。 某些组织产生的一些化学物质，它们并不随血流流到其他器官起作用，而是在组织液中扩散，调节邻近组织的功能活动，称为局部体液因素和旁分泌调节 (paracrine regulation)。例如：组胺、激肽、前列腺素、二氧化碳、腺肝、乳酸等。 三、自身调节（Auto regulation） 自身调节：当体内、外环境变化时，细胞、组织、器官本身不依赖神经与体液调节而产生的适应性反应。 调节特点：范围较小、不十分灵敏 例如将心肌或骨

22、骼肌拉长后，再刺激引起肌肉收缩，其收缩力明显加强。39第四节 体内的控制系统本世纪40年代，通过运用数学和物理学的原理和方法，分析研究各种工程技术的控制和人体的各种功能调节，得出了一些有关调节和控制过程的共同规律，产生了一个新的学科，这就是控制论（cybernetics）。运用控制论原理分析人体的调节活动时，人体的各种功能调节可分为三类控制系统。 任何控制系统都由控制部分和受控部分组成。从控制论的观点来分析，控制系统可分为非自动控制系统、反馈控制系统和前馈控制系统三大类。 一、非自动控制系统 开环系统（open-loop system） ，即受控部分的活动不会反过来影响控制 部分的活动。 控制

23、方式：单向性 控制特点：对受控部分的活动不起调节作用。 在人体生理功能调节中，该方式 极少见。 机能活动受控部分指 令41例如在应激反应中，当应激性刺激特别强大时，可能由于下丘脑神经元和垂体对血中糖皮质激素的敏感性减退，亦即糖皮质激素血中浓度升高时不能反馈抑制它们的活动，使应激性刺激能导致ACTH（促肾上腺皮质激素)与糖皮质激素的持续分泌；这时，肾上腺皮质能不断地根据应激性刺激的强度作出相应的反应（参见第十一章）。在这种情况下，刺激决定着反应，而反应不能改变控制部分的活动。这种控制系统无自动控制的能力。非自动控制系统的活动在体内不多见。二、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

24、制部分的活动。 控制方式：双向性（正反馈、负反馈）受控部分指 令机能活动正 反 馈 信 息指 令受控部分机能活动负 反 馈 信 息控制部分控制部分43在整体，被调节的器官(效应器)，在功能活动发生改变时，往往这一变化的信息又可以通过回路反映到调节系统，改变其调节的强度，形成一种调节回路。人们常常用“反馈” (feed back)一词表示这种调节方式。在反馈控制系统中，反馈信号对控制部分的活动可发生不同的影响：如果它的终产物或结果降低这一过程的进展速度，称为负反馈（negative feedback）；如果是加速或加强这一过程的进展速度则称为正反馈 (positive feedback)。 控制

25、特点：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。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、大量失血出现的“恶性循环”）。45例如：人体的体温经常可稳定在37C左右，就是负反馈调控作用的结果。现在认为下丘脑内有决定体温水平的调定点的神经元，这些神经元发出参考信息使体温调节中枢发出控制信息来调节产热和散热过程，保持体温维持在37C左右。如果人体进行剧烈运动，产热突然增加（即发生干扰信息，使输出变量增加）体温随着升高，则下丘脑内的温度敏感（监测装置）就发生反馈信息与参考信息进行比较，由此产生偏差信息作用于体温调节中枢，从而改变控制信息

26、来调整产热和散热过程，使升高的体温回降，恢复到场37C左右。 46正反馈控制系统数量很少，例如，血液凝固是正反馈控制、排尿反射、正常分娩过程等。 分娩过程是正反馈控制系统活动的实例：当临近分娩时，某些干扰信息可诱发子宫收缩，子宫收缩导致胎儿头部牵张子宫颈部；宫颈受到牵张可反射性导致催产素分泌增加，从而进一步加强宫缩，转而使宫颈进一步受到牵张；如此反复再生，直至胎儿娩出为止。 三、前馈控制(feed-forward contro1) 前馈控制是指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。控制特点：1、快速准确 2、失误48前馈控制系统模

27、式图 :49条件反射活动是一种前馈控制系统活动。例如，动物见到食物就引致唾液分泌，这种分泌比食物进入口中后引致唾液分泌来得快，而且富有预见性，更具有适应性意义。但前馈控制引致的反应，有可能失误；例如动物见到食物后并没有吃到食物，则唾液分泌就是一种失误。在进食过程中，导致迷走神经兴奋，促使胰岛B细胞分泌胰岛素来调节血糖水平，这样可及早准备以防止食物消化吸收后造成血糖水平出现过分波动，这也是前馈控制的例子。50思考：1、反应、反射、反馈有何区别？2、试比较神经调节、体液调节和自身调节的作用、特点及意义。3、举例说明前馈控制的生物学意义是什么？4、要引起组织或细胞反应，刺激必须具备哪些条件？5、试述

28、内环境、稳态及其意义。6、试述生命活动的自动控制原理。51生理学physiology内环境 internal environment神经调节 nervous regulation体液调节 humoral regulation旁分泌 paracrine自身调节autoregulation正反馈positive feedback 组织液 interstitial fluid稳态homeostasis反射弧 reflex arc激素hormone神经分泌 neurosecretion, neurocrine负反馈negative feedback前馈feed-forward52小结： 1、为什么要学

29、习生理学? 2、归纳本章要点 3、怎样学好生理学?相关网站:1. 2. 3. 4. 5. 6. 53参考资料： 1、徐丰彦，张镜如主编，人体生理学，北京人民卫生出版社，19892、王志均，陈孟勤主编，中国生理学史，北京医科大学，中国协和医科大学联合出版社 19933、范少光，人体生理学（第二版，双语教材）北京医科大学出版社.20004、.Guyton AC. Textbook of Medical Physiology. 10th ed, WB Saunders Co, Philadelphia, 2000 P382429 5、.Ganong WF. Review of medical physiology. 20th ed, McGraw-Hill publishing Co, New York, 199954经络是人体结构的一部分。经络学说是研究人体经络