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一生理学的概念及其研究方法生理学（physiology）是生命科学的一个重要分支概念与本质normalphysiologicfunctionandregulation研究生物体正常功能活动的规律（功能发生机制）环境、条件变化对生理功能活动的影响及其对内外环境变化的适应（影响、变化机制）功能活动是生命的直接表现，研究功能活动（变化）规律也就是生命活动的规律。我国著名生物学家贝时璋教授指出：“什么是生命活动？根据生物物理学观点，无非是自然界三个量综合运动的表现，即物质、能量和信息在生命系统中无时无刻地在变化，这三个量有组织、有秩序的活动是生命的基础。”而正是这个信息流起着调节、控制物质与能量代谢的作用。所以，著名物理学家薛定谔在讨论“生命是什么”这个问题时，更进一步提出“生命的基本问题是信息问题”这一观点。生理学包含的内容很多，简单地讲，就是在形态结构的基础上探讨其功能活动规律。功能活动需要信息的调节，信息又需要以信号编码来体现。生物信号可分为三大类：a.生物大分子结构信号：蛋白质、多糖、糖蛋白、糖脂类、核酸。分子的结构在决定分子内/分子间识别上起着重要作用，核酸在生长发育、遗传中（跨代传递）起重要信息传递作用。b.物理信号：光、电、磁。c.化学信号：递质、激素、局部化学介导因子等。功能活动以新陈代谢为基础（物质+能量变化）——物质流、能量流；信号调控新陈代谢，各部分协调一致——信息流。信息是物质、能量变化的先导，信息使得元件成为活的整体，信息使得生命体能够适应生存。所以，现代生理学的概念将信息流（信号的获得、转换、编码，信号传递系统）作为重要内容贯穿于生命活动规律的研究中。当然，我们所学的生理学仅以器官生理学为主，探讨正常人体及高等动物的器官功能为主要内容。一般将生理学分为四个方面：普通生理学(Generalphysiology)：研究生命的共同基本特征，如代谢、兴奋、传导、传递、运动、分泌、通讯、调节、整合等普通规律，在生物多样性的基础上，从细胞生理、分子生物学角度研究其共同规律。专门动物生理学：根据研究对象（动物/器官），可按动物种类分，亦可按器官分。所以器官生理学的实质就是专门生理学。应用生理学(Appliedphysiology)：畜牧兽医、劳动保护、儿童发育、老年保健、体育运动、宇宙航行等。比较生理学(Comparephysiology)：不同动物比较，不同生态环境比较，不同发育阶段比较。生命科学的发展正在着手解决生物学中最引人注意的神经、发育、进化生物学，关系到人类社会可持续发展的环境生物学等问题。要寻求解决问题的答案，不能低估比较生理学的作用。为什么要学习、研究生理学：1)从功能上构建现代生物学体系，揭示生命活动的本质及规律；2)医学发展、人类健康的需要；3)现代畜牧业、渔业、农田害虫生物防治；4)劳动保健、航空、潜水、体育运动；5)环境变化对人体健康影响、控制；6)人口数量增长与人口控制；7)哲学、心理学、教育学。公元前384-322年，古希腊哲学家亚里士多德(Aristoteles)是古希腊哲学家中知识最渊博的，由于对脑的认识不到位，充满了唯心主义，认为人具有理性的灵魂，理性活动产生与血液有关，有赖于心脏的功能；脑是无血的，与精神活动无关。法国哲学家R.Descartes(1596-1650)创立了神经反射论，但：1）将人看作机器，如同牵拉绳子敲钟，形成了机械唯物论的思想观点；2）认为人体中有灵魂存在，由松果体中理性灵魂所主宰，二元论哲学思想限制了他用反射论继续指导研究人的精神活动。英国生理学家谢灵顿C.S.Sherrington(1857-1952)：研究发现脊髓反射，提出了神经整合。1906年出版了神经科学巨著《神经系统的整合作用》，但在哲学思想上是二元论，相信人是灵魂与肉体的复合体，认为反射只适应于因果关系，明显的不随意躯体运动，思想、精神领域是神经生理学所不能到达的。二元论哲学思想限制了反射概念的进一步发展。生理学研究方法层次：整体水平：a.机体与环境的适应；b.机体内部各系统、器官之间的协调。器官水平：各器官、系统的作用，活动的特殊性，活动的机理，影响因素，活动所需条件。细胞分子水平：揭示普遍规律，深层次展现原理，信息流的研究就具有代表性。方法：急性：活体解剖法（急性在体实验），离体器官组织法慢性：无菌、无痛，接近正常状态现代技术：物理学方法，微电极，膜片钳，CT，磁共振，化学方法，递质、受体、通道蛋白分析，放免，免疫组化，计算机，神经网络二生理学的发展史公元129-199年，古罗马名医盖伦（C.Galen），由人体结构推断功能16世纪，比利时解剖学家维萨（A.Vesalius），《人体结构》（1543年）1628年，英国名医WilliamHarvey，《心血运动论》，用捆扎手臂的方法证明了血液不断地、均匀地流经身体各部分，静脉从身体各部分把血液不断地送回心脏，静脉瓣膜防止血液倒流，动物体内的血液是循环不息地流动着，这就是心脏搏动的机能，这也是心脏运动收缩的唯一目的。Harvey的贡献不仅是在前人工作的基础上发现了血液循环，他通过发现血液循环将实验方法引入了生物学，使生理学成为实验科学的里程碑。意大利学者M.Malpighi应用显微镜发现了动脉-静脉之间的结构。法国哲学家R.Decartes提出反射的概念意大利学者L.Galvani1786年发现两种金属组成的回路把新制备的蛙的神经肌肉标本连接起来，马上就会使肌肉抖动，提出蛙体内存在神经电流。1843年，EmilDuBois-Reymond发现外周神经断面与完整表面之间有一稳定的电位（损伤电位），刺激外周神经引起活动时必定伴随出现这个损伤电位的暂时减小或消失，刺激终止后，损伤电位又恢复。这是第一次成功地显示了神经冲动的通过伴随着一个电信号。1863年，谢切诺夫发表了脑反射，认为脑活动的实质是反射，突破了Decartes和Sherrington的观点。Decartes：机械唯物论，二元论（松果体）；Sherrington：神经整合，二元论，反射只适应于因果关系明显的活动。巴浦洛夫在19世纪末20世纪初提出了条件反射1902年，Bernstein提出膜学说1949年，Hodgkin与Huxley提出离子学说1902年，StarlingandBayliss发现了内分泌，创立了激素的概念，确定了内分泌与体液调节。Wertheimer（法）;ClaudeBernard（法1850）;Dolinski（俄1894）;Popielski（俄1896）2000年10月9日，三位神经科学家分享诺贝尔生理学或医学奖：①瑞典哥德堡大学神经药理学家阿尔维德•卡尔森（ArvidCarlssion），50年来对DA进行了系统地研究：a.证明DA是一种重要的神经递质；b.证明黑质－纹状体DA系统是锥体外系调节运动的重要环路，L-Dopa治疗帕金森氏综合症；c.苯丙胺促进了DA释放，诱发精神病，阻断DA受体治疗精神病，5-HT重摄取抑制剂抗抑郁症。②保罗•格林加德（PaulGreengard），美国洛克菲勒大学分子和细胞神经科学教授，1968-1983年任耶鲁大学药理学和精神病学教授。a.慢突触传递：DA、NA、5-HT、神经肽经R-G-CAmp-Pr.磷酸化，属于慢突触传递；b.在蛋白质磷酸化方面突破性发现阐明DA等递质发挥作用的分子机制，特别是影响蛋白质磷酸化的药物作用机理的认识大大加深了一步③埃里克•坎德尔（EricKandel），美国哥伦比亚大学神经生物学家。a.建立学习记忆模型——海兔，发现了习惯化、敏感化；b.短时程记忆和长时程记忆，短时程记忆：每个动作电位所释放的递质增加，由5-HT介导，经R-G-AC-PKAK+通道磷酸化，K+电流下降动作电位时程延长，Ca2+内流增多。长时程记忆：cAMP-PKA调控亚基到核内，使Camp反应元件结合蛋白磷酸化c.突触可塑性。1925年回国的协和医学院教授林可胜，在消化、循环、痛觉生理学方面均作出了突出的成就1920-1936年，发现进食脂肪可引起胃液分泌的抑制，提出了肠抑胃素的概念（enterogastrone）；1936-1938年，发现延髓加压区（心交感中枢）、减压区（交感抑制中枢）；1956-1969年，证明阿斯匹林镇痛作用在外周，阻断痛觉神经冲动。1925年回国任复旦大学教授的蔡翘1929年，著《生理学》，倡导以祖国语言讲课；在肝脏糖代谢、溶血、止血及军事医学研究；在间脑与中脑之间，发现了以小细胞为主的神经核团，其功能超出视觉系统——蔡氏区。张锡钧30年代在英国伦敦皇家医学研究所Dale实验室用蛙腹直肌测定Ach的生物学方法，成为该方面研究的经典技术，所以Dale实验室以Ach作为神经化学传递获诺贝尔奖的成就有张锡钧的贡献；证明加压素的释放是通过脑内有关通路及Ach介导实现的，提出了迷走-垂体后叶反射学说。冯德培在英国伦敦大学Hill实验室工作，主要研究神经或肌肉放热问题，提出肌肉代谢因拉长面增加的现象，被A.V.Hill称为冯氏效应；神经肌肉接头处化学传递研究的先驱者之一；神经-肌肉间的营养关系研究。张香桐50年代初，第一代从电生理角度探索脑的奥秘的世界科学家之一，提出了背景光不但能提高视觉中枢的兴奋性，而且还可以提高整个中枢神经系统的兴奋性——张氏效应；通过对皮层神经元树突的研究，提出了树突在脑复杂的整合功能中起重要作用——树突功能研究的先驱者之一；首次提出了大脑-丘脑之间的循环通路，对脑电梭形波产生具有关键作用；针刺原理研究，提出中央中核-大脑皮层-束旁核-中央外侧核的神经回路，对痛觉信号的传入起调节作用。三生命的基本特征——兴奋性（excitability）兴奋性(excitability)：刺激引起生物电和其它反应的能力/特性。刺激（stimulus）：作用于机体的各种内外环境变化。有效刺激反应（response）：机能状态或活动形式的变化。兴奋（excitation）：兴奋性的表现excitation与inhibition①生物电反应的过程及其表现；②功能活动的变化表现。四稳态与生理功能活动的调节稳态（Homeostasis）：稳态是一种状态，一种可变的，但又相对恒定的状态；负反馈是稳态得以保持的基本要素；稳态是调节机制的作用所向，可随时间推移而变动，变化保持在紧密的控制之下。内环境与稳态的概念19世纪法国实验生理学家克劳·伯尔纳（CludeBernard）提出内环境相对稳定。1857年提出，在生物体内组织实际上不直接接受外环境的作用，而是被一种其它的内环境所防护着，这个内环境主要由在体内循环的体液所组成；在他最后的著作《普通生理学教程：动植物共同的生命现象》中进一步指出内环境的稳定是自由和独立生活的首要条件，所有的生命机制尽管多种多样，但只有一个目标，就是保持内环境中生活条件的稳定。50年后，美国生理学家坎农（W.B.Cannon）于20世纪20年代末提出Homeostasis。1929年Cannon在其著名论文《生理稳态的组织》中指出，外界环境的变化使生物体内部产生扰乱，正常情况下这些扰乱保持在很狭窄的范围内，因为系统内的自动调整装置表现出作用，防止了大的波动。由于稳定状态的协调的生理反应很复杂，很特殊，建议用Homeostasis一词。生理学基本原则：Homeostasis←→excitation生理活动的调节——稳态的维持神经调节nervousregulation反射reflex递质transmitter调质modulator体液调节humoralregulation内分泌激素hormone旁分泌paracrine神经——体液调节自身调节autoregulationNeuro-endocrine-immunomodulation,NEIM免疫系统具有极其精细的调节，以往认为不受神经调节。近10余年研究（放射自显影、放射受体分析法）证明：免疫细胞上有递质和激素受体a.类固醇激素受体；b.儿茶酚胺受体；