第一章绪论

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君行尤
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精品课程生理学教案第一章绪论 [ 目的要求 ]: 1. 掌握机体的内环境和稳态的定义 ; 2. 掌握神经调节的概念及其特点 ; 3. 掌握体液调节的概念及其特点 ; 4. 掌握自身调节的概念 ; 5. 掌握反馈调节定义特点及意义前馈控制系统 ; 6. 熟悉生命的基本特征 : 新陈代谢兴奋性生殖 ; 7. 了解生理学任务研究水平研究方法 [ 重点 ]: 1.

1 精品课程生理学教案第一章绪论 [ 目的要求 ]: 1. 掌握机体的内环境和稳态的定义 ; 2. 掌握神经调节的概念及其特点 ; 3. 掌握体液调节的概念及其特点 ; 4. 掌握自身调节的概念 ; 5. 掌握反馈调节定义特点及意义前馈控制系统 ; 6. 熟悉生命的基本特征 : 新陈代谢兴奋性生殖 ; 7. 了解生理学任务研究水平研究方法 [ 重点 ]: 1. 生理学的任务及其与临床关系 2. 生命的基本特征 3. 内环境与稳态 4. 生理功能的调节 5. 生理功能的自动控制 [ 难点 ]: 1. 可兴奋组织与兴奋性 2. 生理功能的调节 3. 正负反馈与前馈 [ 基本概念 ]: 生理学 (physiology); 慢性实验 (chronic experiment); 急性实验 (acute experiment); 新陈代谢 (metabolism); 兴奋性 (excitability); 兴奋 (excitabition); 刺激 (stimulus); 反应 (response); 抑制 (inhibition); 阈强度 (threshold intensity); 阈值 (threshold); 适应性 (adaptability); 生殖 (reproduction); 自我复制 (self-replication); 内环境 (internal environment); 稳态 (homeostasis); 体液调节 (humoral regulation) ; 自身调节 (autoregulation); 旁分泌 (paracrine); 自分泌 (autocrine); 神经内分泌 (neuroendocrine); 神经调节 (nervous regulation); 反射 (reflex); 反射弧 (reflex arc); 反馈 (feedback); 正反馈 (positive feedback) ; 负反馈 (negative feedback); 前馈 (feed-forward) [ 授课学时 ]:2 学时 [ 使用教材 ]: 王庭槐主编. 生理学, 第 1 版, 高等教育出版社,2004 北京一生理学的研究对象和任务 1. 概念生理学 (physiology) 是研究生命活动规律的科学 2. 生理学研究的三个水平 (1) 细胞分子水平研究细胞生命现象的基本物理化学过程, 如研究神经细胞的动作电位及其产生的离子机制图 1-1 生理学研究的三个水平 1

2 (2) 器官系统水平研究各器官及系统的功能, 如研究心脏的泵血功能呼吸节律的形成机制 (3) 整体水平研究器官系统之间的功能联系以及机体与环境之间的相互关系, 如研究环境温度对人体的影响 3. 生理学与医学的关系人体生理学是人类与疾病斗争的长期实践中形成和发展来的学科, 它与医学有着不可分割密切联系医务工作者必须学习和熟悉人体生理学, 掌握健康人体的生命活动规律, 才能更好认识诊断和防治疾病因此, 人体生理学不仅仅帮助医生用生理学知识理解疾病, 还能为医生认识和处理在临床实践中所遇到的新问题提供理论基础和方法生理学是医学科学的主干课程, 将为后续医学课程的学习奠定基础生理学并不完全归属于医学科学, 它也是独立于医学的重要学科图 1-2 生理学与医学的关系示意图 4. 如何学好生理学深刻理解前后联系比较思维设问学习逻辑推理逆向思维重视实验写好报告二生命的基本特征 1. 新陈代谢 (metabolism) 机体与环境之间不断进行物质交换和能量交换, 以实现自我更新的过程, 称为新陈代谢新陈代谢是生命活动最基本的特征它包括合成代谢和分解代谢两个方面机体从环境中摄取营养物质, 合成为自身物质的过程称为合成代谢机体分解其自身成分并将分解产物排出体外的过程称为分解代谢生物体的基本结构单位细胞只有通过新陈代谢才能不断地获得更新新陈代谢一旦停止, 生命便结束 2. 兴奋性 (excitability) 是指生活的机体或组织细胞对刺激发生反应的能力这种特性不仅完整机体有, 组成机体的每一种生活的组织或细胞也具有这种特性生理学将能引起反应的内外环境条件的变化称为刺激, 刺激引起的机体或组织细胞活动的变化称为反应反应是刺激引起的, 反应又是生命活动的特性 (1) 刺激 (stimulus) 2

3 机体所感受的内外环境条件任何改变称为刺激包括 : 机械 ( 如振动扩张压力 ) 化学温度电声光, 生物放射性等等这些因素要引起机体或组织细胞发生反应, 除能被机体或组织细胞感受外, 还必须具备以下条件 : 1 足够的强度任何性质的刺激没有足够的强度, 就不会引起机体或组织细胞的反应刚刚能引起反应的最小强度刺激称为阈刺激, 其强度称为阈强度, 或称阈值 (threshold), 阈值与兴奋性成反比关系不同组织或同一组织处于不同的机能状态时阈值是不同的小于阈值的刺激称为阈下刺激, 不引起反应 ; 大于阈值的刺激称为阈上刺激, 阈上的任何强度均可引起反应 2 足够的作用时间阈刺激没有对刺激的作用时间予以限制, 即刺激作用的时间足够长假若将刺激强度固定, 则作用时间的长短将决定该刺激能否引起反应, 时间过短不能引起反应事实上, 在每一个刺激强度条件下, 都存在时间的阈值 3 强度的时间变化率一种性质的刺激单纯有足够强度和作用时间, 还不能成为有效刺激, 还必须具备适宜的强度时间变化率强度时间变化率是指作用到组织的刺激需多长时间其强度由零达到阈值而成为有效刺激变化速率过慢或过快, 也不能成为有效刺激 (2) 反应 (response) 机体对刺激所产生反应多种多样, 但都属于各器官或组织细胞的特有功能的表现, 如肌肉收缩神经传导腺体分泌纤毛运动等等这些功能表现若在感受有效刺激后明显加强, 生理学中称为兴奋 (excitation); 感受有效刺激后功能表现明显减弱, 则称为抑制 (inhibition) 抑制并不是无反应, 而是与兴奋过程相对立的另一种主动过程如在动物实验中, 以电刺激家兔颈部交感神经, 动物的心跳加快加强 ( 兴奋 ); 若刺激颈部迷走神经, 心跳减慢减弱, 甚至停止 ( 抑制 ) 神经肌肉腺体三种组织在接受有效刺激后, 在表现功能变化之前, 首先出现的是受刺激部位的电位变化, 并迅速沿神经纤维或肌肉纤维扩布, 生理学将这种可扩布的电位变化称为动作电位此电位变化可用特殊的仪器检测出来神经肌肉腺体三种组织均能在接受刺激后迅速产生特殊生物电反应, 因此三者被称为可兴奋组织 (excitable tissue) 机体或组织对刺激有无反应, 反应程度大小, 一方面取决于刺激的条件 ( 已如前述 ), 另一方面取决于机体或组织是否具有兴奋性死亡了的机体或组织没有兴奋性, 因此, 任何强度的刺激均不能引起反应不同的生活组织兴奋性不同, 同一组织中的不同细胞兴奋性不同, 同一组织或细胞处于不同状态时兴奋性亦不同衡量兴奋性高低的指标是阈值阈值的大小与兴奋性高低呈反变关系, 阈值小表明兴奋性高, 阈值大表明兴奋性低 3. 适应性机体具有根据外环境变化调整机体内部功能活动, 保持体内各生理参数相对恒定的能力, 称为适应性 (adaptability) 根据反应可将适应分为行为适应和生理适应行为适应常有躯体活动的改变, 如机体遇到伤害性刺激时会出现躲避活动这种适应在生物界普遍存在, 属于本能性行为适应在人类, 由于大脑皮层的发达, 使行为适应更具有主动性, 通过意识活动和社会劳动来改造世界, 创造更有利于自身生存的条件生理适应系指身体内部的协调性反应生理适应则以体内各器官系统活动的改变为主如人处在低气压的环境中, 血液中的红细胞数量会明显增加, 以适应氧稀少的环境变化又如在低温环境中, 甲状腺激素分泌增多, 使新陈代谢增强, 增加热量, 以保持体温 4. 生殖生殖是生命的特征之一, 通过生殖人类和生物才能得以延续人类和其它生物一样, 个体生长发育到一定阶段后, 能够产生与自己相似的子代个体 ; 这种功能称为生殖 (reproduction) 或自我复制 (self-replication) 所不同的是人类及高等动物已经分化为雄性与雌性两种个体, 各自发育雄性生殖细胞和雌性生殖细胞, 由这两种生殖细胞结合以后才 3

能产生子代个体三内环境和稳态 * 体液机体内的液体 60% 细胞内液 (intracellular fluid)40% 细胞外液 (extracellular fluid)20%: 包括血浆 (plasma)5% 组织液(interstitial fluid)14% 脑脊液和淋巴液 1% * 内环境 (internal environment ):

) 人体功能活动的调节方式人体为了在不断变化的环境中稳定生存, 必须不断地对环境变化作出适应性反应, 以协调人体与环境的关系要实现人体与环境的协调, 人体内部各器官系统活动必须协调体内务器官各司其职, 但却并不孤立, 每个器官的活动既受其它器官的影响, 又影响其它器官, 器官间互相协调, 互相配合人体这两种协调的实现和维持主要依赖神经调节体液调节和自身调节

4 能产生子代个体三内环境和稳态 * 体液机体内的液体 60% 细胞内液 (intracellular fluid)40% 细胞外液 (extracellular fluid)20%: 包括血浆 (plasma)5% 组织液(interstitial fluid)14% 脑脊液和淋巴液 1% * 内环境 (internal environment ): 细胞生活的体液环境, 即细胞外液图 1-3 内环境 ( 血浆 ) 示意图 * 稳态 ( homeostasis) 内环境理化性质 ( 温度 PH 渗透压化学组成等 ) 的相对恒定目前, 稳态的概念扩展到其他的生命现象泛指凡是通过机体自身的调节机制使某个生理过程保持相对恒定的状态, 如体温的相对稳定图 1-4 内环境稳态示意图四生理功能的调节 ( 一 ) 人体功能活动的调节方式人体为了在不断变化的环境中稳定生存, 必须不断地对环境变化作出适应性反应, 以协调人体与环境的关系要实现人体与环境的协调, 人体内部各器官系统活动必须协调体内务器官各司其职, 但却并不孤立, 每个器官的活动既受其它器官的影响, 又影响其它器官, 器官间互相协调, 互相配合人体这两种协调的实现和维持主要依赖神经调节体液调节和自身调节 1 神经调节 (nervous regulation) 反射是神经调节的基本形式在中枢神经系统参与下, 机体对内外环境变化发生有适应意义的规律性应答反应, 称为反射反射的结构基础是反射弧 : 感受器传入神经中枢传出神经效应器反射弧是一种开放回路, 但效应器内存在感受器, 能将效应器的活动信息反馈地回输到中枢, 及时调整中枢的活动所以整体内的神经调节实际上是闭合回路 4

图 1-5 反射弧的基本组成神经调节的特点 : 反应迅速精确局限短暂反射分类 : 可分为非条件反射和条件反射两大类条件反射是后天获得的, 建立在非条件反射基础上, 其建立过程需要大脑皮层参与 * 体液调节 (humoral regulation) 是体液因素通过血液循环或其他体液途径送到全身各处, 对机体的各种生理功能活动进行调节的方式

脑血管可通过自身调节机制改变其管径, 使脑血流量保持相对恒定 ( 二 ) 人体功能的反馈性控制运用控制论的原理, 用数学和物理学的理论分析研究人体功能的整体性调节, 发现人体功能调节具有控制论的特征人体内的各种调控系统可分为三类分别为非自动控制系统反馈控制系统和前馈控制系统控制信息控制系统受控制系统输出变量 CNS 传出神经效应器生理效应

5 图 1-5 反射弧的基本组成神经调节的特点 : 反应迅速精确局限短暂反射分类 : 可分为非条件反射和条件反射两大类条件反射是后天获得的, 建立在非条件反射基础上, 其建立过程需要大脑皮层参与 * 体液调节 (humoral regulation) 是体液因素通过血液循环或其他体液途径送到全身各处, 对机体的各种生理功能活动进行调节的方式包括由内分泌的激素参与的全身性体液调节, 以及由某些组织细胞产生的乳酸组织胺等化学物质参与的局部体液因素调节两类体液调节的特点是反应比较缓慢持久而弥散化学物质体液运输 * 自身调节 ( autoregulation) 是指器官组织细胞在不依赖于神经或体液调节的情况下自身对刺激产生的适应性反应不依赖神经体液因素例如, 平均动脉压在一定范围内变动时, 脑血管可通过自身调节机制改变其管径, 使脑血流量保持相对恒定 ( 二 ) 人体功能的反馈性控制运用控制论的原理, 用数学和物理学的理论分析研究人体功能的整体性调节, 发现人体功能调节具有控制论的特征人体内的各种调控系统可分为三类分别为非自动控制系统反馈控制系统和前馈控制系统控制信息控制系统受控制系统输出变量 CNS 传出神经效应器生理效应控制系统受控制系统输出变量 - + 反馈 ( 负反馈或正反馈 ) 前馈信息控制系统受控制系统输出变量图 1-6 人体功能的反馈性控制 1 非自动控制系统非自动控制系统是一个开环系统 (open-loop system), 其控制部分不受被控制部分的影响这种控制方式是单向的, 在人体正常生理功能调节中, 这种方式极为少见 2 反馈控制系统反馈控制系统是一个闭环系统即控制部分在发出指示被控部分活动 5

6 过程中, 被控部分发出馈信号返回到控制部分, 控制部分不断根据反馈信号调节自已活动的强弱, 使被控部分得到合适的调节在正常人体内, 多数情况下反馈信号能减低控制部分的活动, 这种反馈称为负反馈 (negative feedback), 在少数情况下, 反馈信号能加强控制部分的活动, 这种反馈称为正反馈 (positive feedback) (1) 正反馈 (positive feedback) 凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相同, 对控制部分的活动起增强作用的, 称为正反馈血液凝固是正反馈的典型例子, 当凝血酶原被激活转变为凝血酶后, 凝血酶反过来促使更多凝血酶原激活, 大大加快了血液凝固过程意义 : 加速生理过程 (2) 负反馈 (negative feedback) 凡反馈信息的作用与控制信息的作用方向相反, 对控制部分的活动起制约或纠正作用的, 称为负反馈负反馈普遍存在机体调节机制中, 在整体机能调节中起更重要的作用人体内很多相对稳定的生理功能, 如当血压下降时, 可引起心率加快, 心肌收缩力加强及血管收缩来提高血压 ; 反之当血压过高时, 可负反馈性减弱心血管活动减弱来维持血压稳定 ( 循环系统中详细讨论 ) 看来, 负反馈有利纠正反应过度意义 : 维持稳态缺点 : 滞后波动 3 前馈控制系统除反馈控制之外, 机体中还有前馈控制前馈 (feed forward) 是指干扰因素在被控部分生理活动出现之前先对控制部分触发生作用, 以影响其所对受控部分的生理活动调节具有前瞻性正常人体在内外环境因素的不断干扰中仍能较好地保持各种机能的稳定, 前馈控制系统在避免负反馈调节的波动和滞后方面起了重要作用条件反射是一种前馈控制如动物见到食物就引起唾液分泌, 这比食物入口后刺激唾液分泌来得更快说明前馈富有预见性, 有利于适应反应如进食时, 迷走神经兴奋, 可引起胰岛素分泌调节血糖水平, 可防止食物消化吸收后发生的血糖过度波动五人体生理学的发展简史生理学成为一门独立的科学是从 17 世纪开始的在 16 世纪, 随着欧洲资本主义兴起和社会生产力的发展, 有力推动了自然科学的发展, 人们对人体的认识也日趋深化 1543 年, 比利时医生维萨利斯 (A. Vesalius) 发表了著名的人体构造一书, 使解剖学发生了革命性进展在 1628 年, 英国医生威廉哈维 (W. Harvey) 通过对鱼蛙狗猪活体解剖实验, 发现了血液循环的机制, 出版了心和血液运动的研究一书他明确地指出, 心脏的搏动是血液循环的动力 ; 血液在心脏和血管中不断地单方向循环流动 ; 以及体循环和肺循环的途径使生理学发生了划时代的进步, 拉开了近代生理学的序幕哈维也自然的成为生理学的奠基人到 18 世纪中叶, 由于瑞士的哈勒 (A.Von Haller) 等的大量成功研究, 才使生理学赋予确切的定义 --Physiology 此后, 随着实验技术和设备的发展, 以及物理学化学生物学组织学的进展, 有利推动了生理学的实验研究 1847 年 Ludwig 发明的记纹鼓以及随后的各种杠杆和机械检压装置, 推动了生理学的发展 20 世纪初, 俄国生理学家巴甫洛夫 (И.П. Павлов) 创建了高级神经活动学说, 对医学, 生理学心理学产生了深远的影响 1939 年美国生理学家坎农 (W.B. Cannon) 提出了内环境稳定和稳态的概念近几年来, 生理学工作者把电子学电子显微镜微量化学分析放射性同位素免疫学遗传学分子生物学及电子计算机等先进技术广泛应用于生理学的研究, 通过对细胞亚细胞和分子水平的细微研究, 来揭示整体生命活动的规律我国近代生理学形成的标志是 1926 年生理学会的成立,1927 年中国生理学杂志问世林可胜教授成为我国近代生理学的奠基人我国生理科学发展到今天, 是许多前辈生理科学家及生理科学工作者长期辛勤工作和无私奉献的结果我们要继承和发杨他们的创业精神, 为生理科学发展贡献力量思考题 6

7 1. 临床上进行高频电疗时, 尽管电流足够大, 为什么患者没有痛的感觉? 2. 在给患者进行肌肉注射时, 为什么要求进针出针快, 推药慢? 3. 试述机体稳态的维持机制 4. 比较正反馈负反馈与前馈之间的异同及生理意义参考文献 1. 姚泰主编. 生理学, 第六版, 北京 : 人民卫生出版社,2004 P47~74 2. 姚泰主编. 人体生理学, 第三版, 北京 : 人民卫生出版社, Guyton AC. Textbook of Medical Physiology. 10th ed, WB Saunders Co, Philadelphia, 2000 P382~429 4.Ganong WF. Review of medical physiology. 20th ed, McGraw-Hill publishing Co, New York, Davies A,Blakeley AGH,Kidd C. Human Physiology. London:Harcourt Publishers Ltd, Fox SI. Human Physiology. 7th ed. New York: McGraw-Hill Co. 7. Silverthorn DU,Ober WC,Garrison CW Human Physiology An Integrated Approach. New Jersey: Prentice-Hall Inc, Berne RM,Levy MN,Koeppen BMl. Physiology. 4th ed. St.Louis: Mosby Electronic Production,1998 Summary Physiology is to study the living phenomena and the function activities of living organs, to explain how they are regulated and integrated. Physiological studies provide an important basis for modern medical sciences. Physiology is composed of studying on three levels of function: cell and molecule level,organ and system level and a general level. Methods used in physiological research include both animal and human experiments. Animal studies can be divided into acute and chronic experiments. Acute experiments consist of manipulations in vivo and in vitro. Chronic experiments shoud be performed on a conscious subject for a long period of time. Metabolism, excitability, adaptability and reproduction are the basic characteristics of life activity. All cells of the body are surrounded by extracellular fluid and so extracellular fluid forms the internal environment of the body. A stable internal environment is necessary for normal cell function and survival of the living organs. Homeostasis is the maintenance of a steady states in the body by coordinated physiological mechanism. Many control systems work to maintain homeostasis. The regulation systems of human body can be divided into nerve regulation, humoral regulation and autoregulation, Many physiological activities are regulated by the nervous system. This is called nervous regulation. A reflex is the basic model of nervous regulation and the reflex arc is the pathway in a reflex. Chemical substances secreted by some tissues arrive at target organs through body fluids and regulate physiological activity of the target organ. This is called humoral regulation. In certain cases, a tissue or organ can respond directly to the environmental change, depending neither on nervous nor on humoral control. This form of regulation is called autoregulation. Feedback is a flow of information along a closed loop. Usually, a constancy of physiological variable requires a feedback mechanism that feeds the output information back to the control system so as to modify the nature of control. Negative feedback system work to restore the normal value of a variable and thus exert a stabilizing influence; while positive feedback amplifies the changes in order to finish 7

8 the certain physiological process. Feedforward control mechanisms often sense a disturbance and can therefore take corrective action that anticipates changes. 8

绪言

绪论生理学 (physiology) 是生物学的一个分支, 它以生物机体的功能 (function) 为研究对象, 是研究生物体的正常生命活动规律的科学动物生理学 (animal physiology) 是生理学的一个分支, 研究动物体的整体及其各个系统的器官

第一章 绪 论

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