绪论和细胞第一和第二章

人体机能学

（MedicalPhysiology&Biochemistry）孙黎明食品质量与安全生物与食品楼10618900998257第一章绪论人体机能学概述生命活动的基本特征机体机能的调节反馈作用概述人体机能学：研究人体功能及其原理的一门科学。综合生理学、生化和病理生理学。研究内容：细胞、器官、系统及整体的各种生命现象和活动规律，各部分间的相互关系，内在的生化反应，人体与环境之间的相互作用病理状态下的生理功能变化及机制概述研究水平：整体；系统；器官；细胞；分子水平。人体机能学与医学的关系人体机能学发展简史（三个阶段）人体机能学是一门实验性科学科学实验是创立和发展人体机能学的源泉。eg.17世纪初，英国医生WilliamHarvey首先用动物活体实验的方法研究了血液循环。在1628年发表的论著《心与血的运动》第一次科学地阐明了血液循环的途径与规律。并指出心脏是循环系统的中心第一阶段：17-18世纪显微镜的发明和物理学、化学的迅速进步.应用显微镜发现了毛细血管，证实了Harvey对循环系统结构的推论；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。

第二阶段：19世纪自然科学的迅速发展，人体机能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。

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。我国现代人体机能学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人体机能学会，出版了《中国人体机能学杂志》。当时我国比较集中的研究工作是关于胃液分泌、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，受到国际人体机能学界的重视。Frank-Starling

离体蛙心实验

1895年英国生理学家欧内斯特.斯塔林（ErnestHenryStarling,1866~1927）内分泌生理学的奠基人之一，也是消化生理学家和循环生理学家研究方向及卓越贡献：血管和心脏的神经分布淋巴液生成、毛细血管通透性和渗透压的生理作用提出“Frank-Starling定律”首次提出激素一词首次发现胰岛素认为机体功能受神经和体液双重调节TheFrank-Starling“LawoftheHeart”

（静脉回流对心功能影响）1914年发现：当静脉回流增加时，心室压增加，每搏心输出量亦随之增加的现象，并总结为：心脏收缩力是收缩前心肌纤维长度的函数。后世称之为“Starling定律”或“Starling效应”，它是近代循环理论中的基本概念。第三阶段：近二三十年来细胞、分子水平的研究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。整体水平研究神经免疫内分泌学等；采用了许多先进技术，使整体人体机能学研究，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。发展总趋势:向微观的细胞分子水平深入发展，向宏观的整体水平加快扩展。研究方法：在体（invivo）：包括急性（麻醉）、慢性（清醒）实验。离体（invitro）：排除整体干扰。人体机能学的应用：医学的基础学科人类自身认识和活动的需要生产实践的需要一、生命活动的基本特征新陈代谢（metabolism）包括物质和能量代谢（构建/同化+破坏/异化）兴奋性（excitability）定义：机体对刺激发生反应的能力，即组织和细胞受到刺激后产生动作电位的能力。刺激（stimulus）：能为机体感受、引起生物体发生一定反应的内外环境变化。物理性刺激：声、光、电、温度等。化学性刺激：酸、碱等化学物质。生物性刺激：细菌、病毒等生物体。反应（response）：接受刺激后机体发生活动状态的改变。兴奋：安静活动，或活动状态加强。抑制：活动安静，或活动状态减弱。兴奋性的电学本质：动作电位阈值：产生反应的最小刺激强度（阈强度）。阈值1/兴奋性生殖（reproduction）二、机体机能的调节内环境与稳态内环境（Internalenvironment）：相对外环境而言，是细胞生存的环境。人体的绝大多数细胞并不直接与外界环境接触,而是浸浴在细胞外液中,细胞外液是细胞在体内直接所处的环境，称为内环境。细胞外液包括：血浆、组织液、淋巴液、脑脊液、房水、关节腔液等。稳态（homeostasis）：Cannon提出在正常生理情况下，内环境的各种理化性质在很小的范围内发生变动。如O2和CO2分压、渗透压、pH、体温等都保持相对稳定的状态，称为稳态。稳态是一种动态平衡①细胞的代谢不断进行就不断的扰乱和破坏内环境稳态。②通过机体的调节使细胞、组织、器官和系统正常功能的行使，参与维持内环境的稳态，使稳态不断的恢复平衡。意义：稳态是机体维持正常生命活动的必要条件。稳态偏离正常则疾病2.1机体机能的调节方式神经调节；体液调节；自身调节；反馈1.神经调节（neuro-regulation）神经系统参与的调节，基本方式为反射。反射（reflex）：机体在CNS参与下对内、外环境变化产生的反应。反射的结构基础：反射弧反射的分类：条件与非条件反射。神经调节特点：快速（传导）精确（反射弧）股四头肌肌腱肌梭（感受器）中枢神经股四头肌膝跳反射2.体液调节（humoralregulation）定义：体液中化学物质参与的调节。具体是指由机体内分泌腺和内分泌细胞分泌的某些特殊化学物质，经体液运输到全身组织细胞，发挥其生理活动调节的方式。作用途径：内分泌：激素旁分泌：激素或代谢产物神经内分泌：神经元内分泌特点：缓慢、持久、广泛。3.自身调节（auto-regulation）定义：指组织、细胞不依赖于神经或体液调节而产生的适应性反应。特点：局限（范围和幅度）eg心肌收缩的力量在一定范围内与收缩前心肌纤维的长度呈正比4.反馈（feedback）

受控部分发出信号影响控制部分活动的过程称为反馈。

促甲状腺激素释放激素（TRH,thyrotropin-releasinghormone

）促甲状腺激素（TSH,thyrotropin,thyroidstimulatinghormone）四碘甲状腺氨酸(T4，甲状腺素)和三碘甲状腺原氨酸(T3)，二者合称为甲状腺激素感受器

控制部分发出信号指示受控部分发生活动，受控部分则发出反馈信号返回到控制部分，使控制部分能根据反馈信号改变自己的活动，从而对受控部分的活动进行调节反馈控制(feed-backcontrol)刺激中枢控制系统传入神经传出神经效应器受控系统反应反馈回路监测装置检测FeedbackcontrolControlelementEffectorPhysiologicalinformationFeedbackinformation反馈控制(feed-backcontrol)分类：正反馈（positivefeedback）：加强。如凝血过程、分娩、Na+通道开放。负反馈（negativefeedback）：减弱。如降压反射，大部分调节过程。前馈（feedforward-feedback）：干扰因素可通过感受器官，作用于控制系统的调节。负反馈控制系统（negativefeedback）概念：如果反馈调节使受控部分的活动向和它原先活动相反的方向发生改变，这种方式的调节称为负反馈。在正常人体内，绝大多数控制系统都是负反馈方式的调节。以调定点为参照水平进行调节。白天晚上副交感正反馈控制系统（positivefeedback）概念：如果反馈调节使受控部分继续加强向原先方向的活动则为正反馈。正反馈在体内较少,它使整个系统处于再生状态,破坏原先的平衡状态。

排尿、排便、血凝、分娩等。意义：使机体的某项生理功能在同一方向上不断加强，以致使这一功能得以迅速完成。血凝过程

thrombin:凝血酶prothrombin：凝血酶原Fibrinogen：纤维蛋白原Fibrin：纤维蛋白向控制部分发出信号，指令受控部分进行某一活动，同时又通过另一快捷途径向受控部分发出前馈信号，及时地调控受控部分的活动。控制系统受控系统监测装置输入信息控制信息输出变量干扰信息前馈信息前馈控制(feed-forwardcontrol)前馈控制系统（feedforward-feedback）

意义：及时调控受控制部分的活动，使活动更加准确与协调。具有适应性、预见性。特点：对受控部分的调控较迅速、使活动幅度小、更加准确。eg1.运动员进场比赛，通过视、听及条件反射调整心血管、呼吸和骨骼肌，以适应比赛的紧张；2.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。3要求将手伸至某一目标物，脑发出神经冲动指令一定的肌群收缩，同时有通过前馈机制，使这些肌肉的收缩活动能适时地受到一定的制约，因而手不会达不到目标物，也不致伸得过远，整个动作能完成的很准确。在这种调控过程中，前馈控制和反馈控制又是常常互相配合的。例如在脑指挥肌肉活动的过程中，肌肉和关节中的感受器将肌肉活动的信息反馈到脑，因此，脑可以对肌肉实际活动的情况与原先设计的动作要求之间的偏差进行分析，再对前馈信号进行调整，在以后再指令作同样的动作时，发出的前馈信号就更加准确，是完成动作能更接近设计的要求。

与前馈控制相比，反馈控制需要较长的时间，因为控制部分要在接到受控部分活动的反馈信号后才能发出纠正受控部分活动的指令，因此受控部分的活动可能发生较大波动。以神经系统对骨骼肌任意活动的控制为例，如果只有反馈控制而没有前馈控制，则肌肉活动时可出现震颤，动作不能快速、准确、协调地完成。

第二章细胞的基本功能细胞：机体结构和功能基本单位细胞的组成：细胞膜：物质转运、信号转导、生物电产生等。细胞质：有多种细胞器如线粒体、内质网、高尔基体等。细胞核：染色体等遗传物质。一、细胞膜的化学组成和分子结构液态镶嵌模型(fluidmosaicmodel):1972年，Singer和Nicolson提出：液态的脂质双分子层为基架，其中镶嵌着具有不同生理功能的蛋白质。化学组成和分子结构脂质双分子层：磷脂双分子层磷脂：70%，长杆状，亲水端由磷酸和碱基组成，疏水性端由脂肪酸烃链组成。磷脂分子由碱基（胆碱、乙醇胺、肌醇、丝氨酸）+甘油+脂肪酸。胆固醇：30%蛋白质：球形蛋白，包括周围蛋白和结合蛋白。运输蛋白：载体、通道和离子泵等。受体：辨认和接受特异的化学性刺激或信号有关的蛋白质。配体+受体细胞特异的生理生化反应特异性抗原：细胞标志作用，如组织相容性抗原，供免疫系统或免疫物质辨认。肌动蛋白：参与细胞膜运动。糖类：寡糖和多糖，与膜上脂质或蛋白质共价结合形成糖脂或糖蛋白。糖链顺序存在特异性：ABO血型系统二、细胞膜的物质转运功能单纯扩散（simplediffusion）定义：高浓度低浓度，脂溶性分子如乙醚，小分子水溶性物质如水、甲醇和溶解的气体等。特点：被动扩散；无须载体；扩散量浓度梯度膜通透性。分类：以“载体”为中介的易化扩散（carrier）：glucose,aminoacid等。特点：结构特异性；饱和现象；竞争抑制。机制：载体蛋白分子内部的变构以“通道”为中介的易化扩散（channel）：离子。特点：蛋白构形决定功能（开放或关闭）；有一定特异性。化学门控通道/配体门控通道：化学信号。如神经-肌接头：AchN-AchRNa+内流终板电位。神经细胞突触后膜：如谷氨酸、门冬氨酸、-氨基丁酸等。

电压门控通道：跨膜电位变化。如神经和肌细胞表面膜，神经干表面膜。易化扩散(facilitateddiffusion)定义：高浓度低浓度，需要特殊蛋白帮助。主要是体内非脂溶性小分子物质如葡萄糖、氨基酸及各种离子等。主动转运（activetransport）定义：低浓度高浓度特点：消耗能量ATP钠钾泵：钠泵，Na+-K+依赖式ATP酶跨膜蛋白质，150KD，、双链组成。作用：每分解1分子ATP，可使3个Na+移出膜外，2个K+移入膜内。钠泵的意义：造成细胞内外Na+、K+分布不均，是生物电产生的基础。[Na+]o/[Na+]I=12,[K+]I/[K+]o=30建立势能储备：glucose继发主动转运吸收。防止细胞水肿。影响因素：低温其它离子泵：钙泵：Ca2+-Mg2+ATP酶，肌浆网膜。碘泵：甲状腺上皮细胞膜，依赖钠泵，主动泵入I-。氢泵：H+-K+-ATP酶，胃腺泌酸细胞。继发性主动转运（secondaryactivetransport）入胞和出胞入胞：包括吞噬和吞饮。如白细胞吞噬作用。出胞：分泌活动。三、细胞的跨膜信号转导通过特异性通道蛋白质完成通过受体蛋白、G蛋白和效应器酶组成的跨膜信号转导通过酪氨酸激酶受体完成的跨膜信号转导1.通过特异性膜通道蛋白质完成的跨膜信号转导化学门控（受体型）：主要分布在肌细胞终板膜、神经元突触后膜等。通道的开闭取决于膜两侧特定的化学性信号。神经-肌接头：Ach+N-AchR通道开放Na+内流终板电位。其他还有氨基酸类递质电压门控（AP,actionpotential）：主要分布神经和肌细胞的表面膜通道的开闭取决于膜两侧跨膜电位的改变。Na+通道等。机械门控通道：感受机械性刺激并可引起细胞功能改变的通道样结构内耳毛细胞（听毛）顶部膜内(听毛)2.通过受体-G蛋白-第二信使系统完成的跨膜信号转导组成：配体(ligand)：信息分子（第一信使：神经递质和激素）受体(receptor)：特异性受体，已知100余种。300以上aa组成。N端较长，细胞膜外，C端较短，细胞膜内。中间端aa组成-螺旋。G蛋白(GTPbindingproteins,鸟苷酸结合蛋白)：-亚单位-GTP为激活状态，激活效应器酶。第二信使（效应器酶）：腺苷酸环化酶(AC)：cAMP磷脂酶C：分解磷脂酰肌醇，产生三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。范围：多数神经递质，肽类激素。

受体-G蛋白-AC途径:物质膜表面的特异受体Gs-(兴奋性G蛋白)激活腺苷酸环化酶胞浆中的ATP分解膜内侧胞浆中cAMP(有时是减少),实现激素对细胞内功能的调节3.由酪氨酸激酶受体(TKR)完成的跨膜信号转导组成：(tyrosinekinasereceptor,TKR)配体：肽类激素如胰岛素，细胞因子如NGF，EGF，FGF，CSF等。TKR膜外侧肽段：决定特异配体。TKR膜内肽段：tyrosinekinase.过程：配体TKR膜外侧肽段激活膜内肽段的蛋白激酶酪氨酸残基磷酸化

细胞内功能改变。特点：受体分子的胞质侧自身具有酶的活性，可直接激活胞质中酶。受体只有一跨膜α-螺旋和一个较短的膜内肽段。

酪氨酸激酶受体重要的受体有鸟苷酸环化酶受体（一）酪氨酸激酶受体特点：膜外侧-配位体结合点深入胞质端-酪氨酸激酶结构域受体与酶是同一蛋白分子肽类激素如胰岛素和细胞因子相应的靶细胞,激活细胞膜酪氨酸激酶受体胞质侧酶活性部位活化胞质酪氨酸激酶结合、激活完成跨膜信号转导一系列细胞内信号分子细胞核内基因转录改变。

（二）鸟苷酸环化酶受体(guanylatecyclase,GC

)

膜外侧-α-螺旋分子N端-配位体结合点

膜内侧-α-螺旋分子C端-鸟苷酸环化酶（GC）结构域,与配位体结合活化。机制GTPGC

CGMP蛋白激酶G（PKG）PKG活化

底物磷酸化四、细胞膜的生物电现象静息电位(restingpotential,RP)：定义：静息状态下，细胞内外存在的电位差值。特点：内负外正；相对稳定。形成离子基础：膜内外离子分布不均；膜对不同离子通透性不同。形成：静息状态，K+外流至平衡电位。电-化学平衡：化学梯度与电位差

K+

通道阻断剂：四乙基胺(TEA)

①安静时——静息电位②受刺激时—动作电位静息电位在大多数细胞是一种稳定的直流电位,但不同细胞的静息电位数值可以不同;只要细胞未受刺激、生理条件不变,这种电位将持续存在。静息电位时膜两侧所保持的外正内负状态称为膜的极化(polarization)膜内外电位差的数值向膜内负值加大的方向变化时，称为膜的超极化(hyperpolarization)膜内电位向负值减小的方向变化，称为去极化或除极化(depolarization)去极化至零电位后膜电位进一步变为正值称为反极化，膜电位高于零电位的部位称为超射（overshoot）。细胞先发生去极化，然后再向正常安静时膜内所处的负值恢复，则称作复极化(repolarization)动作电位(actionpotential,AP)：定义：指可兴奋细胞兴奋时细胞内产生的可扩布的电位变化过程。AP组成及产生机制上升相：去极化相，Na+内流至平衡电位。Na+通道阻断剂：河豚毒(TTX)下降相：复极化相，Na+通道关闭，K+外流。后电位：60-80ms。钠泵活动以完成离子重新分布。阈电位去极化后电位时间（ms）+350-55-70超射超极化后电位