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第一章绪论第一节生理学的研究对象一、生理学的研究对象生理学是生物科学的一个分支，是研究生物机体的各种生命现象，特别是机体各组成部分的功能及实现其功能的内在机制的一门科学。人体生理学的任务是研究人体各个系统的器官和细胞的正常活动过程、它们的功能表现及其内部机制，以及体内不同细胞、器官、系统之间的相互联系和相互作用。二、生理学研究的不同水平生理学研究是在细胞、器官和系统，以及整体这样三个水平上进行的。（一）细胞和分子水平的研究属于细胞生理学的范畴。细胞的生理功能取决于其特殊的基因表达，在不同的环境条件下，各种基因的表达水平也可发生改变，因此生理学的研究还要深入到分子的水平，应用分子生物学的理论和技术来分析和认识细胞的功能及其调节机制。（二）器官和系统水平的研究（三）整体水平的研究整体水平的研究就是以完整的机体为对象，观察和分析在各种环境条件和机体生理条件下各个器官、系统的活动以及它们之间的相互联系、相互制约、相互协调而达到整合、统一的规律。第二节机体的内环境成人体内的液体约占体重的60%,称为体液,其中2/3分布在细胞内，称为细胞内液;1/3分布在细胞外，称为细胞外液。细胞外液中，约1/4分布在心血管系统内，即血浆；其余3/4为分布在组织间隙中的组织液和少量存在于一些体腔内的液体。人体的绝大多数细胞并不直接与外界环境相接触，它们直接接触的是细胞外液。因此细胞外液成为体内细胞直接接触的环境，称之为内环境。内环境的各种物理的和化学的因素是保持相对稳定的，称为内环境的稳态。内环境的稳态是细胞能维持正常生理功能的必要条件，也是整个机体能维持正常生命活动的必要条件。内环境稳态的保持，是机体各个细胞、器官和系统的活动，以及机体与环境相互作用的结果。第三节生理功能的调节一、神经调节神经调节的基本过程是反射。反射活动的结构基础称为反射弧。反射弧由五个基本部分组成，即感受器、传入神经纤维、反射中枢、传出神经纤维和效应器。神经调节的过程迅速，作用比较局限和精确。二、体液调节体液调节是指机体的某些细胞能生成并分泌某些特殊的化学物质，后者经由各种体液途径到达全身组织细胞或某些特殊的组织细胞，通过作用于细胞上相应的受体，改变细胞的活动，从而实现其调节作用。体内有多种内分泌细胞，能分泌各种激素；激素由血液运输至全身各处，调节细胞的活动。有远距分泌、旁分泌、神经分泌等多种形式。三、自身调节许多组织、细胞不依赖于外来的神经或体液因素，自身能对周围环境变化发生相应的反应，称为自身调节。第四节体内的控制系统控制系统由控制部分和受控部分组成，可分为非自动控制、反馈控制和前馈控制。一、非自动控制系统非自动控制系统是一个开环系统，系统内受控部分的活动不会反过来影响控制部分的活动。这种控制方式是单向的，不能起自动控制的作用。二、反馈控制系统是一个闭环系统，控制部分对受控部分发出指令，而受控部分则能将其活动的状况作为反馈信息送回至控制部分，使控制部分能根据反馈信息来改变或调整自己的活动，两者之间形成一个闭环联系。如果反馈信息的作用是减低控制部分的活动，则这种反馈控制称为负反馈；如果反馈信息能加强控制部分的活动，则称为正反馈。（一）负反馈控制系统负反馈控制的作用是使系统的活动保持稳定。内环境理化因素的稳态，就是依靠体内许多的负反馈控制系统的活动来维持的。（二）正反馈控制系统正反馈的结果不是维持系统的平衡或稳态，而是使一个生理过程持续地达到完成。三、前馈控制在控制部分向受控部分发出活动指令的同时，又通过另一快捷通路向受控部分发出前馈信息，因此受控部分在接受来自控制部分的指令进行活动时，能及时得到前馈信息的调控，使活动更加准确。在整个控制过程中，前馈控制常常与反馈控制互相联系和配合。第二章细胞的基本功能细胞是构成人体最基本的功能单位。第一节细胞膜的结构和物质转运功能细胞都被细胞膜(质膜)所包被，由于质膜对各种物质的选择性通透和主动转运，使胞浆与其外部环境相分隔。两者的化学成分显著不同。胞浆内化学成分的相对独立和稳定对维持细胞内功能蛋白的活性和正常新陈代谢具有至关重要的作用。此外，胞浆内的细胞器如线粒体、内质网、溶酶体等也被与质膜相似的膜结构所包被，使各种细胞器内的物质构成不同于胞浆，这对细胞器保持正常的功能活动也是必需的。一、膜的化学组成和分子结构细胞膜和细胞器膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的糖类物质。膜的液态镶嵌模型认为膜是以液态的脂质双分子层为基架，其间镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质。(一)脂质双分子层膜的脂质主要由磷脂和胆固醇组成，磷脂占70%以上，胆固醇不超过30%，此外还有少量的鞘脂。它们以脂质双层的形式存在于细胞膜。磷脂中含量最多的是磷脂酰胆碱，含量最少的是磷脂酰甘油和磷脂酰肌醇。但磷脂酰肌醇在磷脂酶C的作用下可生成第二信使三磷酸肌醇和二酰甘油。磷脂是一种双嗜性分子，其亲水性基团朝向膜外或膜内，而脂酰基链则两两相对，形成膜内部的疏水区。膜脂质熔点低，在体温下呈液态，使膜具有流动性，并使细胞能进行变形运动。胆固醇是膜脂质的另一主要成分，在膜中具有流度阻尼器的功能。当遇到酒精、乙醚、麻醉剂等能使膜的流动性增大的制剂时，胆固醇可使磷脂双层中脂酰基链区的流动性得以保持适度。（二）细胞膜蛋白细胞膜的主要功能都是通过膜蛋白来实现的。根据膜蛋白的功能，可分为酶蛋白、转运蛋白、受体蛋白筹。根据在膜上存在的形式，可分为表面蛋白和整合蛋白。表面蛋白附着于膜的内表面或外表面。整合蛋白是以其肽链一次或及反复多次穿越脂质双层为特征的。穿越质膜的肽链片段主要是以疏水性氨基酸形成的α螺旋，长度为20-30个氨基酸;这些肽段之间的亲水性肽段则构成胞外环或胞内环，分别与细胞外液或细胞内液相接触。与物质跨膜转运功能有关的功能蛋白，如载体、通道、离子泵等，都属于整合蛋白。（三）细胞膜糖类膜中的糖类即寡糖和多糖链以共价键形式与膜蛋白或膜脂质结合，生成糖蛋白或糖脂。二、物质的跨膜转运(一)单纯扩散扩散的方向和速度取决于物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性。通透性取决于物质的脂溶性、分子大小和带电状况。一般来说，脂溶性高(疏水性或非极性程度高)而分子量小的物质容易穿越脂质双层。例如，O2、N2、CO2、乙醇、尿素等都属于这类物质。水分子虽然是极性分子，但它的分子极小，又不带电荷，所以膜对它仍是高度通透的。(二)膜蛋白介导的跨膜转运带电离子和分子量稍大的水溶性分子，其跨膜转运需要膜蛋白的介导来完成。介导物质转运的膜蛋白可分为通道、载体、离子泵和转运体。根据转运的特点，又可分为被动转运和主动转运。1．经载体的易化扩散载体是一些贯穿脂质双层的整合蛋白，在溶质浓度较高的一侧与溶质结合后，发生构象改变，并在溶质浓度较低的一侧解离出溶质。特征是:（1）转运的方向是顺浓度梯度;（2）转运速率随膜两侧溶质浓度差的变化会出现饱和现象;（3）载体结合位点与溶质的结合具有化学结构上的特异性;（4）会出现竞争性抑制。葡萄糖跨膜进入细胞的过程是典型的经载体的易化扩散。中介这一过程的膜蛋白是右旋葡萄糖载体或葡萄糖转运体，2．经通道的易化扩散溶液中的Na+、Cl-、K+、Ca++等离子借助于通道蛋白的介导，顺浓度梯度或电位梯度的跨膜扩散，称经通道的易化扩散。介导这一过程的膜蛋白称离子通道。离子通道有高度的离子选择性，决定于孔道的口径、孔道内壁的化学结构和带电情况等。可分为电压门控通道、化学门控通道和机械门控通道等。（1）电压门控通道通道的开、闭受膜两侧电位差的控制。如Na+通道。（2）化学门控通道通道的开、闭受某些化学物质的控制。通常被神经递质或第二信使物质激活，因此也称配体门控通道。N2型乙酰胆碱受体阳离子通道即是其中的代表。(3)水通道:水分子可经水通道跨膜流动。每种水通道都有不同的组织分布和功能特性。例如AQPl主要分布在红细胞和肾小管;AQP2分布于集合管等。3．主动转运也称原发性主动转运，是指细胞直接利用代谢产生的能量将物质逆浓度梯度或电位梯度跨膜转运的过程。介导这一过程的膜蛋白称为离子泵。离子泵可将细胞内的ATP水解为ADP，并利用高能磷酸键贮存的能量完成离子的跨膜转运。也称作ATP酶。(1)钠-钾泵:简称钠泵也称Na+-K+ATP酶，当细胞内Na+浓度升高或细胞外K+浓度升高时，都可激活钠泵。钠泵每分解1分子ATP，可将3个Na+离子移出胞外和2个K+离子移入胞内，转运过程是通过磷酸化和去磷酸化的反应完成的。钠泵的活动具有重要的生理意义：•维持细胞内高K+、胞浆渗透压和细胞容积的相对稳定。•维持细胞内pH的稳定。•钠泵活动造成的膜内外Na+和K+的浓度差，是细胞生物电活动的前提条件•生电性活动可使膜超极化，并在一定程度上影响静息电位的数值。•Na+在膜两侧的浓度差也是其他物质继发性主动转运的动力。(2)钙泵:也称Ca++-ATP酶。是广泛分布于细胞膜、肌浆网或内质网上的ATP酶。细胞膜钙泵每分解1分子ATP可将1个Ca++由胞浆转运至胞外。4．继发性主动转运许多物质在进行逆浓度梯度或电位梯度的跨膜转运时，所需的能量来自Na+在膜两侧的浓度势能差，后者是钠泵利用分解ATP释放的能量建立的。这种间接利用ATP能量的主动转运过程称为继发性主动转运。溶质与Na+向同一方向的转运，称为同向转运;溶质与Na+向相反方向的转运，称为逆向转运或交换.。(l)Na+-葡萄糖同向转运体:肠上皮细胞膜的顶端膜区，有Na+-葡萄糖的同向转运体;基底侧膜区，膜上有钠泵和葡萄糖载体。钠泵活动造成顶端膜区的膜内、外形成Na+浓度差。膜上的同向转运体利用Na+的浓度势能，将肠腔中的Na+和葡萄糖分子一起转运至上皮细胞内。这一过程是间接利用钠泵分解ATP释放的能量完成的葡萄糖分子主动转运。进如上皮细胞的葡萄糖分子经基底侧膜上的葡萄糖载体扩散至组织液。(2)Na+-Ca++交换体:是细胞膜上的一个逆向转运系统。在大多数组织细胞，以3个Na+内入和1个Ca++外排的化学计量进行活动，以维持胞浆内低游离Ca2+的状态。这在心肌细胞有着特别重要的意义，因为心肌细胞在兴奋-收缩耦联过程中流入细胞内的Ca2+，大部分是经Na+-Ca+交换排出的(少部分由肌膜上的钙泵排出)。(三)出胞和入胞出胞是指细胞内大分子物质或物质颗粒的外排。在粗面内质网的核糖体合成，转移到高尔基复合体，修饰成分泌囊泡，囊泡移向细胞膜的内侧，与细胞膜发生融合、破裂，最后将分泌物排出细胞。出胞有两种形式:二种是胞内合成的大分子物质不间断地排出细胞，它是细胞本身固有的功能活动;另一种则是合成的物质先贮存在胞内，当受到化学信号或电信号的诱导时才排出细胞。入胞是指大分子物质或物质的团块进入细胞的过程。有两种类型，分别称为吞噬和吞饮。吞噬是指物质颗粒或团块进入细胞的过程，只发生在一些特殊的细胞，如巨噬细胞，中性粒细胞等。吞饮过程出现于几乎所有的细胞，又分为液相入胞和受体介导入胞两种。液相入胞是指细胞外液及其所含的溶质连续不断地以吞饮的方式进入胞内，是细胞本身固有的活动。受体介导入胞则是被转运的物质分子首先与膜上的受体结合，移行到复衣凹陷，当受体与其结合物聚积到一定量时，该区进一步内陷、离断、形成吞饮泡，此过程也称为内化。第二节细胞的信号转导膜受体大体可以分为三类:1）G蛋白耦联受体;2）酶耦联受体;3）离子通道。一、G蛋白耦联受体介导的信号转导(一)参与G蛋白耦联受体信号转导的信号分子G蛋白耦联受体介导的信号转导是通过膜受体、G蛋白、G蛋白效应器、第二信使、蛋白激酶等一系列存在于细胞膜、胞浆及核中的信号分子实现的。1．G蛋白耦联受体7次穿膜的肽链构成，也称之为7次跨膜受体。胞浆侧有结合G蛋白的部位，通过与配体结合后的构象变化来结合和激活G蛋白。2．G蛋白GTP结合蛋白是耦联膜受体和效应器蛋白(酶或离子通道)的膜蛋白。3．G蛋白效应器有两种，即催化生成第二信使的酶和离子通道。酶主要是细胞膜上的腺苷酸环化酶(AC)，磷脂酶C(PLC)，磷酸二酯酶（PDE）,以及磷脂酶A2。4.第二信使有cAMP、三磷酸肌醇（IP3），二酰甘油（DG），环一磷酸鸟苷（cGMP）和Ca2+等。第二信