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书名:生理学(第四版)
定价:51.0
ISBN:9787030487193
作者:高明灿,张义伟
版次:1
出版时间:2016-06
内容提要:
本教材内容包括绪论、细胞的基本功能、血液、血液循环、呼吸、消化和吸收、能量代谢和体温、肾脏的排泄功能、感觉器官的功能、神经系统的功能、内分泌、生殖功能、生长发育与健康及生理学实验指导。为启发学生思维、提高学习兴趣,方便教学和自学,分别在各章正义前后或文中编人了学习要点及思考题,并结合教材内容编人部分案例、知识链接、考点提示,并附有与教材配套的电子课件,以增强其实用性。
目录:
目录
**章绪论1
**节概述1
第二节生命活动的基本特征4
第三节人体与环境7
第四节人体功能的调节8
第二章细胞的基本功能13
**节细胞膜的基本结构和功能13
第二节细胞的生物电现象21
第三节肌细胞的收缩功能28
第三章血液37
**节血液的组成和理化特性37
第二节血细胞生理41
第三节血液凝固和纤维蛋白溶解一49
第四节血量、血型与输血54
第四章血液循环59
**节心脏生理59
第二节心肌细胞的生物电活动及生理特性69
第三节血管生理79
第四节心血管活动的调节89
第五节器官循环96
第五章呼吸100
**节肺通气100
第二节气体交换110
第三节气体在血液中的运输113
第四节呼吸运动的调节116
第六章消化和吸收121
**节概述121
第二节口腔内消化125
第三节胃内消化127
第四节小肠内的消化131
第五节大肠的功能135
第六节吸收137
第七节消化器官活动的调节140
第七章能量代谢和体温143
**节能量代谢143
第二节体温及其调节149
第八章肾脏的排泄功能156
**节概述156
第二节肾小球的滤过功能160
第三节肾小管和集合管的物质重吸收与分泌功能163
第四节尿液的浓缩和稀释171
第五节尿生成的调节175
第六节尿液及其排放181
第九章感觉器官的功能185
**节概述185
第二节一般感觉186
第三节本体感觉187
第四节特殊感觉188
第十章神经系统的功能201
**节神经元活动的一般规律201
第二节反射活动的一般规律207
第三节神经系统的感觉功能211
第四节神经系统对躯体运动的调节216
第五节神经系统对内脏活动的调节222
第六节脑的高级功能与脑电活动228
第十一章内分泌235
**节概述235
第二节下丘脑与垂体239
第三节甲状腺及甲状旁腺244
第四节肾上腺248
第五节胰岛251
第十二章生殖功能254
**节男性生殖254
第二节女性生殖256
第十三章生长发育与健康261
**节人体生长发育261
第二节衰老264
第三节健康266
生理学实验指导268
实验1神经肌肉实验268
实验2血液实验272
实验3血液循环实验277
实验4血液循环实验(哺乳动物)281
实验5呼吸系统实验284
实验6生命体征的测量287
实验7胃肠运动与消化道平滑肌生理特性观察291
实验8影响尿生成的因素293
实验9感觉器官功能实验295
实验10神经系统功能297
生理学教学大纲301
主要参考文献306
在线试读:
**章绪 论
学习要点1.生理学研究的三个水平及内容。2.新陈代谢、兴奋性的概念及意义;刺激与反应、兴奋与抑制、刺激阂与兴奋性。3.内环境及内环境稳态的概念及生理意义。4.机体功能调节的方式及特点;反馈性调节的概念、特点及意义。
**节概 述
一、生理学研究的内容和任务
生理学( physiology)是生物学的一个分支,是研究生物体及其各组成部分正常功能活动规律的科学。因为生物体只在有生命的时候,即活着的时候才能表现出功能活动,所以功能活动又称生命活动,由此也可以说生理学是研究机体生命活动规律的科学。根据生理学研究的对象不同可将其分为细菌生理学、植物生理学、动物生理学和人体生理学等。通常把人体生理学简称为生理学,它是医学的重要基础课程。
人体生理学是以正常人体为对象,研究正常人体的生命活动及其规律。人体在生活过程中产生各种各样复杂的生命活动,如新陈代谢、生长发育、神经活动、躯体运动、腺体分泌、血液循环、呼吸、消化、泌尿、生殖等,并在神经和体液因素的调节下相互协调、相互配合,共同维持整个机体的生命活动。生理学的任务就是要阐明机体及各组成部分功能活动产生的条件、过程和机制,以及内外环境变化对它的影响,从而掌握正常人体生命活动的规律,为认识疾病、防治疾病和促进健康奠定必要的理论基础。
二、生理学的研究方法
生理学是一门实验性科学,其系统理论多来自于实验研究和临床实践。但早期的一些人体生理知识多根据对尸体解剖及动物活体解剖而对人体器官功能所作的推测。生理学真正成为一门实验性科学是从17世纪开始的。1628年,英国医生威廉?哈维( William Harvey)首先在动物身上用活体解剖和科学实验的方法研究了血液循环的途径和规律,发表了著名专著《论心脏与血液的运动》。这标志着生理学成为独立的实验性科学。由于实验的方法会对机体造成不同程度的损伤,因此多数生理实验是在动物身上进行的,只在保证不损伤人体及自愿的条件下才允许对人体进行部分生命指标的实验观察。
(一)动物实验
动物实验包括急性实验和慢性实验两类。
1.急性动物实验急性动物实验又分为离体和在体两种方法:离体实验是将动物的器官、组织取出,置于一个能保持其正常功能活动的人工环境内,观察某种因素对其功能活动的影响。如将蛙心取出,在一定条件下观察离子、药物、温度对心脏活动的影响。在体实验是在麻醉状态下通过手术暴露出要观察的器官,观察和记录某些人为因素对其生理功能的影响。如剖开兔的胸腔暴露心脏,观察某些神经体液因素对心脏搏动的影响。急性动物实验的优点是实验条件比较简单,条件较易控制,便于进行直接的观察,尤其离体实验更能深入到细胞和分子水平,有助于揭示生命现象的本质。但急性动物实验的结果与真实情况可能会有很大的差异。
2.慢性动物实验慢性动物实验是以清醒、健康的动物为研究对象,在接近自然的环境中观察和记录整体或某一器官对各种环境变化的反应规律。实验前一般需对动物进行预处理,待动物康复后再进行观察。如研究某种内分泌功能时,先摘除动物相应的内分泌腺,待其康复后观察内分泌激素缺乏时及人为替代后的生理效应。慢性动物实验适用于观察某一器官或组织在正常情况下的功能和在整体中的作用地位,但不宜用来分析某一器官、组织功能的详细机制,且实验的十扰因素多,实验条件不易控制。
(二)人体实验
人体实验目前主要进行人群资料的调查,如人体血压、心率、肺通气量、肾小球滤过率以及红细胞、白细胞、血小板正常值等就是通过对大批人群采样及数据的统计分析得来的;测试人体在某些特殊环境下(如高温、低温、低氧、失重、高压)的生理活动的变化也可在人体进行。近年来,随着科学技术的快速发展,越来越多的无损伤检测技术被直接应用于人体功能的研究,为探索人体生命的奥秘,丰富生理学理论开辟了更为广阔的前景。
各种实验方法均有优、缺点,各有特殊的意义和适用范围,应根据不同的研究内容和日的,采用不同的实验方法。同时因为人与动物的差异,不可将动物实验结果简单地套用于人体。
三、生理学研究的三个水平
细胞是机体*基本的结构和功能单位,不同细胞构成不同的组织,进而构成机体的器官和系统,各器官、系统在功能上相互协调配合构成一个有机的整体。因此,生理学的研究可分为细胞分子水平、器官和系统水平及整体水平二个不同的研究层次。 (一)细胞和分子水平 细胞和分子水平的研究是以细胞及所含的物质分子为对象,研究人体细胞超微结构的功能以及细胞内各种物质分子的理化变化规律,例如神经递质合成与释放、细胞问的信息转导、肌细胞收缩时的肌丝滑行机制等,目的在于揭示生命活动*本质、*基本的规律。研究方法多为离体细胞实验法和分子实验法。 (二)器官和系统水平 器官和系统水平的研究是以机体的器官、系统为对象,研究各器官和系统的功能、活动机制、活动规律及各种因素对其活动的影响等。例如:心脏搏动是如何发生的,有什么特点,起什么作用,受哪些因素的影响和调节等。常用离体组织、器官实验法研究。 (三)整体水平 整体水平的研究以完整的机体为对象,研究人体各系统之间的相互作用和影响,以及人体与环境之问的相互联系和影响。例如在运动、劳动或环境急剧变化的情况下,人体多种器官和系统的功能都发生相应的改变,但这些变化并非互不相关、各自为政,而是相互联系、相互影响,各种功能相互协调,才能使机体成为一个完整的整体,在变化的环境中维持正常的生命活动。多用活体解剖实验法或慢性实验法进行研究。 上述三个水平的研究互相联系、相互补充、相辅相成。没有微观的细胞分子水平的研究,就无法了解组织和器官功能的细胞内变化及其物质基础;没有综合性整体水平的研究,将无法阐明生命活动的规律及发生机制。因此,对任何一种重要生命现象的认识都必须从不同水平综合研究、综合分析,才能得出正确的结果。
第二节生命活动的基本特征
前已提及,生命活动义称功能活动,是指生命的各种外在表现。如呼吸、心跳、肌肉运动、思维活动以及大家所熟悉的“吃、喝、拉、撒、睡”等都是生命活动。
生命活动的基本特征,是指所有生命个体*本质、都具有的共同特征。自然界中的生命个体种类繁多,生命活动的表现形式各异,如植物的生根、发芽、开花、结果是生命活动;动物的觅食、迁徙、求偶、争斗是生命活动;人体的运动、学习和思维也是生命活动。如此繁多的生命现象,表面虽看不出有什么共同之处,但究其实质却有一些共同的特征。这些共同的特征即生命活动的基本特征,包括新陈代谢、兴奋性、适应性和生殖等。
一、新陈代谢
机体通过不断与周围环境进行物质和能量交换而实现自我更新的过程,称为新陈代谢(Metabolism)。新陈代谢包括合成代谢(同化作用)和分解代谢(异化作用)。合成代谢指机体从外界环境摄取营养物质,并将其转化成构建自身结构所需要的原料和能量的过程;分解代谢是指机体分解自身成分,释放储存的能量供机体生命活动的需要,并把分解终产物排出体外的过程。
新陈代谢中,物质的合成与分解称为物质代谢,物质代谢是生命活动的物质基础,为机体自身成分的不断更新和生长、发育、组织增生、修复提供物质基础;伴随物质代谢而出现的能量的释放、转化、贮存和利用等过程,称为能量代谢,能量代谢则为一切生命活动提供了必需的能源。因此可以说,新陈代谢是一切生命活动的基础,是生命体区别于非生命体的根本标志。新陈代谢一旦停止,人体的功能活动立即丧失,生命也就随之终结。
二、兴奋性
(一)刺激与反应
1.刺激 机体生活在不断变化着的环境之中,机体能对环境变化作出适应性反应。例如,环境温度升高时,机体散热活动增强,表现为皮肤血管扩张、出汗增多等,以防体温过高;反之,环境温度降低时,机体散热减少产热增加,表现为皮肤血管收缩、汗减少或停止,甚至会出现肌肉颤抖,以防体温过低。能引起细胞或机体发生反应的内外环境的变化统称为刺激( stimulus)。刺激的种类很多,按性质不同可分为物理性(如机械、压力、电、温度、声、光等)、化学性(酸、碱)、生物性(如细菌、病毒及其毒素等)以及社会心理性刺激(如情绪波动、社会变革)等。生理实验中常用的是电刺激。
刺激要引起细胞或机体发生反应必须具备三个要素:
(1)足够的刺激强度:任何性质的刺激都必须达到足够的强度才能引起机体发生反应。当其他条件不变时,刚好能引起组织发生反应的*小刺激强度称为阈强度或阈值( threshold),阈值通常被作为衡量组织兴奋性高低的指标。阈值与兴奋性成反变关系,即组织细胞产生兴奋所需要的阈值愈高,说明该组织的兴奋性愈低(不易产生兴奋);反之,说明组织的兴奋性高(容易产生兴奋)。即:
兴奋性*1/阈值
以阈值为标准,把刺激强度等于阈值的刺激称为阈刺激( threshold stimulus);刺激强度小于阈值的刺激称为阈下刺激;刺激强度大于阈值的刺激称为阈上刺激。阈下刺激不能引起细胞兴奋。
(2)足够的刺激作用时间:作用于细胞的阈刺激或阈上刺激,必须有足够的刺激作用时间才能引起反应。
(3)适宜的强度一时问变化率:强度一时间变化率是指单位时问内强度变化的幅度。强度一时间变化率必须达到一定幅度才能成为有效刺激。强度变化率过快或过慢都不能成为有效刺激。
2.反应 机体接受刺激后发生的活动状态(包括内部代谢和外在表现)的改变,称为反应( response),如前面述及的寒冷刺激引起的皮肤血管收缩、高温引起的出汗等均是反应。反应有两种基本表现形式,即兴奋和抑制。
(1)兴奋:细胞或机体接受刺激后由相对静止变为明显活动,或功能活动由弱变强,称为兴奋( excitation)。例如心肌接受肾上腺素刺激后出现心跳加快、加强。近年来生理学家从生物电角度对兴奋的概念有了新的定义,认为尽管不同的可兴奋组织对刺激发生兴奋反应的表现形式不同,但其共同特点是先产生动作电位,然后才出现活动状态的改变。因此,把动作电位作为兴奋的标志或同义语。由此可以认为,兴奋是可兴奋组织接受刺激后产生动作电位的过程。
(2)抑制:细胞或机体接受刺激后由明显活动变为相对静止或功能活动由强变弱,称为抑制( inhibition)。例如心肌接受乙酰胆碱类药物后,使心率减慢,收缩减弱即为抑制。
兴奋和抑制是人体功能活动状态的两种基本表现形式,二者互为前提,既对立又协调,并可随环境的改变相互转化。一种组织接受刺激后究竟是发生兴奋还是抑制,取决于刺激的质和量以及组织接受刺激时的功能状态。同类刺激,由于强度不同,反应可以不同。如巾等强度的疼痛可使人体兴奋,表现为烦躁不安、心跳加快.血压上升等;但过于剧烈的疼痛反而引起抑制,表现为心跳减弱、血压下降,甚至意识丧失。机体的功能状态不同,对同一刺激的反应亦不相同。例如,饥饿和饱食两种不同状态的机体对食物所产生的反应则大不一样。
(二)兴奋性
机体或细胞对刺激发生反应的能力或特性称为兴奋性( Excitability)。兴奋性是生命现象的一个重要特征,任何器官、组织和细胞对刺激发生的反应都必须以兴奋性为前提,丧失了兴奋性,机体就中断了与环境间的联系,生命也将终止。
机体的不同组织在受到刺激而兴奋时可出现不同的反应,如肌细胞表现为收缩、腺细胞表现为分泌、神经纤维表现为发放神经冲动和传导等。近年来电生理研究发现,尽管不同组织细胞受刺激而兴奋时表现形式各异,但有一点是相同的,即在接受刺激发生兴奋反应之前都首先产生动作电位(详见第二章),然后才出现肌肉收缩,腺体分泌等功能变化。可见,动作电位是这些组织兴奋的共同表现,南此,近代生理学从电生理角度,将组织或细胞受到刺激后产生动作电位的反应称为兴奋,将受到刺激产生动作电位的能力或特性称为兴奋性。在人体内因神经、肌肉和腺体组织细胞对刺激反应灵敏,容易发生反应或产生动作电位,故其兴奋性高,称为可兴奋组织。
(三)兴奋性的周期性变化
细胞在接受一次刺激而出现兴奋的当时和此后一段时问内,其兴奋性经历一系列有序的变化,然后才能恢复到正常水平,称为兴奋性的周期变化。它包括以下几个时期:
1.绝对不应期 在组织接受刺激刚发生兴奋后的一段时期,不论再受到多大强度的刺激,都不能再引起兴奋,即兴奋性降低到0。这一时期称为绝对不应期( absolute refractory period, ARP).
2.相对不应期 在绝对不应期之后的一段时问内,给予组织较强的阈上刺激,可使组织产生新的兴奋性。说明这一时期组织的兴奋性逐渐恢复,但仍低于正常时的兴奋性,故称此期为相对不应期( relative refractory period,RRP)。
3.超常期 在相对不应期后,组织细胞的兴奋性高于正常水平,用低于阈强度的刺激也能引起兴奋,故称此期为超常期( supernormal period,SNP)。
4.低常期 超常期后,组织的兴奋性低于正常,此时需用较强的阈上刺激才能引起新的兴奋,所以称为低常期( subnormal period)。
三、适应性
机体根据内外环境变化而调整自身活动以保持自身生存的能力或特性,称为适应性(adaptability)。例如,长期居住高原地区的居民,其血中红细胞的数量和血红蛋白含量远高于平原地区的居民,血液运氧的能力大大提高,以适应高原缺氧而生存。机体的适应能力有一定限度,超过限度机体就会产生适应不全,甚至完全不能适应。以体温为例,当环境温度过高时,人体散热不足,就会出现适应不全的病理现象,表现为中暑,严重时可危及生命。
适应性包括生理性适应和行为性适应。生理性适应是指机体内部的协调性反应,如在高温环境下皮肤血管扩张、血流量增加、汗腺分泌增多等,机体通过加强散热过程而保持体温的相对稳定;行为性适应是生物界普遍存在的、本能性行为,常通过躯体活动的改变而实现,如夏天趋凉、冬天趋暖、遇到伤害性刺激时的躲避活动等。
四、生殖
人体生长发育到一定阶段后,通过男、女成熟生殖细胞的结合,可产生与自身相似的子代个体,这种功能称为生殖( reproduction)。生殖是生物体繁衍后代、延续种系的基本生命特征。
定价:51.0
ISBN:9787030487193
作者:高明灿,张义伟
版次:1
出版时间:2016-06
内容提要:
本教材内容包括绪论、细胞的基本功能、血液、血液循环、呼吸、消化和吸收、能量代谢和体温、肾脏的排泄功能、感觉器官的功能、神经系统的功能、内分泌、生殖功能、生长发育与健康及生理学实验指导。为启发学生思维、提高学习兴趣,方便教学和自学,分别在各章正义前后或文中编人了学习要点及思考题,并结合教材内容编人部分案例、知识链接、考点提示,并附有与教材配套的电子课件,以增强其实用性。
目录:
目录
**章绪论1
**节概述1
第二节生命活动的基本特征4
第三节人体与环境7
第四节人体功能的调节8
第二章细胞的基本功能13
**节细胞膜的基本结构和功能13
第二节细胞的生物电现象21
第三节肌细胞的收缩功能28
第三章血液37
**节血液的组成和理化特性37
第二节血细胞生理41
第三节血液凝固和纤维蛋白溶解一49
第四节血量、血型与输血54
第四章血液循环59
**节心脏生理59
第二节心肌细胞的生物电活动及生理特性69
第三节血管生理79
第四节心血管活动的调节89
第五节器官循环96
第五章呼吸100
**节肺通气100
第二节气体交换110
第三节气体在血液中的运输113
第四节呼吸运动的调节116
第六章消化和吸收121
**节概述121
第二节口腔内消化125
第三节胃内消化127
第四节小肠内的消化131
第五节大肠的功能135
第六节吸收137
第七节消化器官活动的调节140
第七章能量代谢和体温143
**节能量代谢143
第二节体温及其调节149
第八章肾脏的排泄功能156
**节概述156
第二节肾小球的滤过功能160
第三节肾小管和集合管的物质重吸收与分泌功能163
第四节尿液的浓缩和稀释171
第五节尿生成的调节175
第六节尿液及其排放181
第九章感觉器官的功能185
**节概述185
第二节一般感觉186
第三节本体感觉187
第四节特殊感觉188
第十章神经系统的功能201
**节神经元活动的一般规律201
第二节反射活动的一般规律207
第三节神经系统的感觉功能211
第四节神经系统对躯体运动的调节216
第五节神经系统对内脏活动的调节222
第六节脑的高级功能与脑电活动228
第十一章内分泌235
**节概述235
第二节下丘脑与垂体239
第三节甲状腺及甲状旁腺244
第四节肾上腺248
第五节胰岛251
第十二章生殖功能254
**节男性生殖254
第二节女性生殖256
第十三章生长发育与健康261
**节人体生长发育261
第二节衰老264
第三节健康266
生理学实验指导268
实验1神经肌肉实验268
实验2血液实验272
实验3血液循环实验277
实验4血液循环实验(哺乳动物)281
实验5呼吸系统实验284
实验6生命体征的测量287
实验7胃肠运动与消化道平滑肌生理特性观察291
实验8影响尿生成的因素293
实验9感觉器官功能实验295
实验10神经系统功能297
生理学教学大纲301
主要参考文献306
在线试读:
**章绪 论
学习要点1.生理学研究的三个水平及内容。2.新陈代谢、兴奋性的概念及意义;刺激与反应、兴奋与抑制、刺激阂与兴奋性。3.内环境及内环境稳态的概念及生理意义。4.机体功能调节的方式及特点;反馈性调节的概念、特点及意义。
**节概 述
一、生理学研究的内容和任务
生理学( physiology)是生物学的一个分支,是研究生物体及其各组成部分正常功能活动规律的科学。因为生物体只在有生命的时候,即活着的时候才能表现出功能活动,所以功能活动又称生命活动,由此也可以说生理学是研究机体生命活动规律的科学。根据生理学研究的对象不同可将其分为细菌生理学、植物生理学、动物生理学和人体生理学等。通常把人体生理学简称为生理学,它是医学的重要基础课程。
人体生理学是以正常人体为对象,研究正常人体的生命活动及其规律。人体在生活过程中产生各种各样复杂的生命活动,如新陈代谢、生长发育、神经活动、躯体运动、腺体分泌、血液循环、呼吸、消化、泌尿、生殖等,并在神经和体液因素的调节下相互协调、相互配合,共同维持整个机体的生命活动。生理学的任务就是要阐明机体及各组成部分功能活动产生的条件、过程和机制,以及内外环境变化对它的影响,从而掌握正常人体生命活动的规律,为认识疾病、防治疾病和促进健康奠定必要的理论基础。
二、生理学的研究方法
生理学是一门实验性科学,其系统理论多来自于实验研究和临床实践。但早期的一些人体生理知识多根据对尸体解剖及动物活体解剖而对人体器官功能所作的推测。生理学真正成为一门实验性科学是从17世纪开始的。1628年,英国医生威廉?哈维( William Harvey)首先在动物身上用活体解剖和科学实验的方法研究了血液循环的途径和规律,发表了著名专著《论心脏与血液的运动》。这标志着生理学成为独立的实验性科学。由于实验的方法会对机体造成不同程度的损伤,因此多数生理实验是在动物身上进行的,只在保证不损伤人体及自愿的条件下才允许对人体进行部分生命指标的实验观察。
(一)动物实验
动物实验包括急性实验和慢性实验两类。
1.急性动物实验急性动物实验又分为离体和在体两种方法:离体实验是将动物的器官、组织取出,置于一个能保持其正常功能活动的人工环境内,观察某种因素对其功能活动的影响。如将蛙心取出,在一定条件下观察离子、药物、温度对心脏活动的影响。在体实验是在麻醉状态下通过手术暴露出要观察的器官,观察和记录某些人为因素对其生理功能的影响。如剖开兔的胸腔暴露心脏,观察某些神经体液因素对心脏搏动的影响。急性动物实验的优点是实验条件比较简单,条件较易控制,便于进行直接的观察,尤其离体实验更能深入到细胞和分子水平,有助于揭示生命现象的本质。但急性动物实验的结果与真实情况可能会有很大的差异。
2.慢性动物实验慢性动物实验是以清醒、健康的动物为研究对象,在接近自然的环境中观察和记录整体或某一器官对各种环境变化的反应规律。实验前一般需对动物进行预处理,待动物康复后再进行观察。如研究某种内分泌功能时,先摘除动物相应的内分泌腺,待其康复后观察内分泌激素缺乏时及人为替代后的生理效应。慢性动物实验适用于观察某一器官或组织在正常情况下的功能和在整体中的作用地位,但不宜用来分析某一器官、组织功能的详细机制,且实验的十扰因素多,实验条件不易控制。
(二)人体实验
人体实验目前主要进行人群资料的调查,如人体血压、心率、肺通气量、肾小球滤过率以及红细胞、白细胞、血小板正常值等就是通过对大批人群采样及数据的统计分析得来的;测试人体在某些特殊环境下(如高温、低温、低氧、失重、高压)的生理活动的变化也可在人体进行。近年来,随着科学技术的快速发展,越来越多的无损伤检测技术被直接应用于人体功能的研究,为探索人体生命的奥秘,丰富生理学理论开辟了更为广阔的前景。
各种实验方法均有优、缺点,各有特殊的意义和适用范围,应根据不同的研究内容和日的,采用不同的实验方法。同时因为人与动物的差异,不可将动物实验结果简单地套用于人体。
三、生理学研究的三个水平
细胞是机体*基本的结构和功能单位,不同细胞构成不同的组织,进而构成机体的器官和系统,各器官、系统在功能上相互协调配合构成一个有机的整体。因此,生理学的研究可分为细胞分子水平、器官和系统水平及整体水平二个不同的研究层次。 (一)细胞和分子水平 细胞和分子水平的研究是以细胞及所含的物质分子为对象,研究人体细胞超微结构的功能以及细胞内各种物质分子的理化变化规律,例如神经递质合成与释放、细胞问的信息转导、肌细胞收缩时的肌丝滑行机制等,目的在于揭示生命活动*本质、*基本的规律。研究方法多为离体细胞实验法和分子实验法。 (二)器官和系统水平 器官和系统水平的研究是以机体的器官、系统为对象,研究各器官和系统的功能、活动机制、活动规律及各种因素对其活动的影响等。例如:心脏搏动是如何发生的,有什么特点,起什么作用,受哪些因素的影响和调节等。常用离体组织、器官实验法研究。 (三)整体水平 整体水平的研究以完整的机体为对象,研究人体各系统之间的相互作用和影响,以及人体与环境之问的相互联系和影响。例如在运动、劳动或环境急剧变化的情况下,人体多种器官和系统的功能都发生相应的改变,但这些变化并非互不相关、各自为政,而是相互联系、相互影响,各种功能相互协调,才能使机体成为一个完整的整体,在变化的环境中维持正常的生命活动。多用活体解剖实验法或慢性实验法进行研究。 上述三个水平的研究互相联系、相互补充、相辅相成。没有微观的细胞分子水平的研究,就无法了解组织和器官功能的细胞内变化及其物质基础;没有综合性整体水平的研究,将无法阐明生命活动的规律及发生机制。因此,对任何一种重要生命现象的认识都必须从不同水平综合研究、综合分析,才能得出正确的结果。
第二节生命活动的基本特征
前已提及,生命活动义称功能活动,是指生命的各种外在表现。如呼吸、心跳、肌肉运动、思维活动以及大家所熟悉的“吃、喝、拉、撒、睡”等都是生命活动。
生命活动的基本特征,是指所有生命个体*本质、都具有的共同特征。自然界中的生命个体种类繁多,生命活动的表现形式各异,如植物的生根、发芽、开花、结果是生命活动;动物的觅食、迁徙、求偶、争斗是生命活动;人体的运动、学习和思维也是生命活动。如此繁多的生命现象,表面虽看不出有什么共同之处,但究其实质却有一些共同的特征。这些共同的特征即生命活动的基本特征,包括新陈代谢、兴奋性、适应性和生殖等。
一、新陈代谢
机体通过不断与周围环境进行物质和能量交换而实现自我更新的过程,称为新陈代谢(Metabolism)。新陈代谢包括合成代谢(同化作用)和分解代谢(异化作用)。合成代谢指机体从外界环境摄取营养物质,并将其转化成构建自身结构所需要的原料和能量的过程;分解代谢是指机体分解自身成分,释放储存的能量供机体生命活动的需要,并把分解终产物排出体外的过程。
新陈代谢中,物质的合成与分解称为物质代谢,物质代谢是生命活动的物质基础,为机体自身成分的不断更新和生长、发育、组织增生、修复提供物质基础;伴随物质代谢而出现的能量的释放、转化、贮存和利用等过程,称为能量代谢,能量代谢则为一切生命活动提供了必需的能源。因此可以说,新陈代谢是一切生命活动的基础,是生命体区别于非生命体的根本标志。新陈代谢一旦停止,人体的功能活动立即丧失,生命也就随之终结。
二、兴奋性
(一)刺激与反应
1.刺激 机体生活在不断变化着的环境之中,机体能对环境变化作出适应性反应。例如,环境温度升高时,机体散热活动增强,表现为皮肤血管扩张、出汗增多等,以防体温过高;反之,环境温度降低时,机体散热减少产热增加,表现为皮肤血管收缩、汗减少或停止,甚至会出现肌肉颤抖,以防体温过低。能引起细胞或机体发生反应的内外环境的变化统称为刺激( stimulus)。刺激的种类很多,按性质不同可分为物理性(如机械、压力、电、温度、声、光等)、化学性(酸、碱)、生物性(如细菌、病毒及其毒素等)以及社会心理性刺激(如情绪波动、社会变革)等。生理实验中常用的是电刺激。
刺激要引起细胞或机体发生反应必须具备三个要素:
(1)足够的刺激强度:任何性质的刺激都必须达到足够的强度才能引起机体发生反应。当其他条件不变时,刚好能引起组织发生反应的*小刺激强度称为阈强度或阈值( threshold),阈值通常被作为衡量组织兴奋性高低的指标。阈值与兴奋性成反变关系,即组织细胞产生兴奋所需要的阈值愈高,说明该组织的兴奋性愈低(不易产生兴奋);反之,说明组织的兴奋性高(容易产生兴奋)。即:
兴奋性*1/阈值
以阈值为标准,把刺激强度等于阈值的刺激称为阈刺激( threshold stimulus);刺激强度小于阈值的刺激称为阈下刺激;刺激强度大于阈值的刺激称为阈上刺激。阈下刺激不能引起细胞兴奋。
(2)足够的刺激作用时间:作用于细胞的阈刺激或阈上刺激,必须有足够的刺激作用时间才能引起反应。
(3)适宜的强度一时问变化率:强度一时间变化率是指单位时问内强度变化的幅度。强度一时间变化率必须达到一定幅度才能成为有效刺激。强度变化率过快或过慢都不能成为有效刺激。
2.反应 机体接受刺激后发生的活动状态(包括内部代谢和外在表现)的改变,称为反应( response),如前面述及的寒冷刺激引起的皮肤血管收缩、高温引起的出汗等均是反应。反应有两种基本表现形式,即兴奋和抑制。
(1)兴奋:细胞或机体接受刺激后由相对静止变为明显活动,或功能活动由弱变强,称为兴奋( excitation)。例如心肌接受肾上腺素刺激后出现心跳加快、加强。近年来生理学家从生物电角度对兴奋的概念有了新的定义,认为尽管不同的可兴奋组织对刺激发生兴奋反应的表现形式不同,但其共同特点是先产生动作电位,然后才出现活动状态的改变。因此,把动作电位作为兴奋的标志或同义语。由此可以认为,兴奋是可兴奋组织接受刺激后产生动作电位的过程。
(2)抑制:细胞或机体接受刺激后由明显活动变为相对静止或功能活动由强变弱,称为抑制( inhibition)。例如心肌接受乙酰胆碱类药物后,使心率减慢,收缩减弱即为抑制。
兴奋和抑制是人体功能活动状态的两种基本表现形式,二者互为前提,既对立又协调,并可随环境的改变相互转化。一种组织接受刺激后究竟是发生兴奋还是抑制,取决于刺激的质和量以及组织接受刺激时的功能状态。同类刺激,由于强度不同,反应可以不同。如巾等强度的疼痛可使人体兴奋,表现为烦躁不安、心跳加快.血压上升等;但过于剧烈的疼痛反而引起抑制,表现为心跳减弱、血压下降,甚至意识丧失。机体的功能状态不同,对同一刺激的反应亦不相同。例如,饥饿和饱食两种不同状态的机体对食物所产生的反应则大不一样。
(二)兴奋性
机体或细胞对刺激发生反应的能力或特性称为兴奋性( Excitability)。兴奋性是生命现象的一个重要特征,任何器官、组织和细胞对刺激发生的反应都必须以兴奋性为前提,丧失了兴奋性,机体就中断了与环境间的联系,生命也将终止。
机体的不同组织在受到刺激而兴奋时可出现不同的反应,如肌细胞表现为收缩、腺细胞表现为分泌、神经纤维表现为发放神经冲动和传导等。近年来电生理研究发现,尽管不同组织细胞受刺激而兴奋时表现形式各异,但有一点是相同的,即在接受刺激发生兴奋反应之前都首先产生动作电位(详见第二章),然后才出现肌肉收缩,腺体分泌等功能变化。可见,动作电位是这些组织兴奋的共同表现,南此,近代生理学从电生理角度,将组织或细胞受到刺激后产生动作电位的反应称为兴奋,将受到刺激产生动作电位的能力或特性称为兴奋性。在人体内因神经、肌肉和腺体组织细胞对刺激反应灵敏,容易发生反应或产生动作电位,故其兴奋性高,称为可兴奋组织。
(三)兴奋性的周期性变化
细胞在接受一次刺激而出现兴奋的当时和此后一段时问内,其兴奋性经历一系列有序的变化,然后才能恢复到正常水平,称为兴奋性的周期变化。它包括以下几个时期:
1.绝对不应期 在组织接受刺激刚发生兴奋后的一段时期,不论再受到多大强度的刺激,都不能再引起兴奋,即兴奋性降低到0。这一时期称为绝对不应期( absolute refractory period, ARP).
2.相对不应期 在绝对不应期之后的一段时问内,给予组织较强的阈上刺激,可使组织产生新的兴奋性。说明这一时期组织的兴奋性逐渐恢复,但仍低于正常时的兴奋性,故称此期为相对不应期( relative refractory period,RRP)。
3.超常期 在相对不应期后,组织细胞的兴奋性高于正常水平,用低于阈强度的刺激也能引起兴奋,故称此期为超常期( supernormal period,SNP)。
4.低常期 超常期后,组织的兴奋性低于正常,此时需用较强的阈上刺激才能引起新的兴奋,所以称为低常期( subnormal period)。
三、适应性
机体根据内外环境变化而调整自身活动以保持自身生存的能力或特性,称为适应性(adaptability)。例如,长期居住高原地区的居民,其血中红细胞的数量和血红蛋白含量远高于平原地区的居民,血液运氧的能力大大提高,以适应高原缺氧而生存。机体的适应能力有一定限度,超过限度机体就会产生适应不全,甚至完全不能适应。以体温为例,当环境温度过高时,人体散热不足,就会出现适应不全的病理现象,表现为中暑,严重时可危及生命。
适应性包括生理性适应和行为性适应。生理性适应是指机体内部的协调性反应,如在高温环境下皮肤血管扩张、血流量增加、汗腺分泌增多等,机体通过加强散热过程而保持体温的相对稳定;行为性适应是生物界普遍存在的、本能性行为,常通过躯体活动的改变而实现,如夏天趋凉、冬天趋暖、遇到伤害性刺激时的躲避活动等。
四、生殖
人体生长发育到一定阶段后,通过男、女成熟生殖细胞的结合,可产生与自身相似的子代个体,这种功能称为生殖( reproduction)。生殖是生物体繁衍后代、延续种系的基本生命特征。