生理学基础.doc

一、绪论 生理学是生物学的一个分支科学，是研究生物体生命活动规律的科学。也就是说是以生物体的生命活动现象和机体各个组成部分的功能为研究对象的一门科学。 （一）生命活动的基本特征 1.新陈代谢 是指机体与环境之间不断进行的物质交换和能量交换。新陈代谢包括合成代谢和分解代谢两个密不可分的过程。 （1）合成代谢 机体从环境中摄取营养物质，经过改造或转化，以提供建造自身结构所需要的原料和能量的过程。 （2）分解代谢 机体分解自身，将分解的产物及分解过程中释放的能量排到周围环境中去的过程。 2.兴奋性 兴奋性是指细胞、组织（如神经、肌肉、腺体）对刺激发生反应的能力或特性。由于各种细胞、组织在产生反应之前总会出现一种称为动作电位的共同的电变化，因此，也把细胞、组织受刺激时产生动作电位的能力称为兴奋性。 刺激: 引起生物体出现某种反应的环境变化。 兴奋: 组织受刺激产生的生物电反应（动作电位）。 兴奋性: 组织及细胞具有对刺激产生生物电反应(动作电位)的能力。 3.生殖 生物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。 （二）内环境与稳态 1.内环境 整个机体所生存的环境通常称为外环境，而机体细胞直接生存的体内环境则称为内环境。内环境就是指细胞外液。 2.稳态 在神经和体液的调节下，内环境的理化性质（如温度、pH值、渗透压和各种物质的浓度）保持动态的相对稳定，不随外界环境的变化而变化。 稳态为细胞内各种酶促反应和生理功能提供必要的理化条件。稳态一旦破坏，新陈代谢将不能正常进行，机体生存也将受到威胁。 （三）机体生理功能的调节 机体内各组织、器官和系统之间功能活动的相互协调以及它们与外环境的统一，是通过机体内完善的调节系统实现的。调节方式包括神经调节、体液调节和自身调节。 1.神经调节 由神经系统的活动对机体生理功能的调节。基本调节方式是反射。神经调节的特点是反应速度快、精确，效应短暂。 （1）反射与反射弧 反射:是在中枢神经系统参与下，机体对内外环境刺激发生的规律的适应性反应。 反射弧 :反射活动的结构基础是反射弧，它包括5个部分，即感受器、传入神经、反射中枢、传出神经和效应器。反射活动的完成有赖于反射弧的完整性。 （2）非条件反射与条件反射 反射按其形成条件和反射弧的特点可分为两种类型： 非条件反射 是与生俱来的，无须后天训练即可出现的反射活动。反射弧是固定的、终生不变的，为种族共有的。各级中枢均可完成非条件反射。 条件反射 是出生后在一定条件下，经特殊训练形成的反射活动。是在非条件反射的基础上建立的，因而是后天获得的，是个体特有的。条件反射灵活多变，并需要高级中枢存在下才能完成。 2.体液调节 机体某些细胞能生成和分泌某种化学物质，经体液运输，作用于机体的细胞、组织、器官，对其活动进行调节。其特点是：反应速度较慢，不够精确，作用广泛而持久。 （1）激素调节 机体许多内分泌细胞所分泌的各种激素，通过血液循环作用于靶器官、靶组织和靶细胞，对机体的功能进行调节的，称为激素调节。 （2）神经-体液调节（神经分泌） 一些神经元既能分泌激素（神经激素），具有内分泌细胞的作用，又保持典型神经细胞的功能。它们可将从大脑或中枢神经系统其他部位传来的神经信息，转变为激素的信息，起着换能神经元的作用，从而把神经调节与体液调节紧密联系起来，称为神经-体液调节。 （3）局部性体液调节（旁分泌） 除激素外，某些组织、细胞产生的一些物质，虽不能随血液到身体其他部位起调节作用，但可在局部组织液内扩散，改变邻近组织细胞的活动。这种调节可看作是局部性体液调节，或称为旁分泌调节。 3.自身调节 当机体内、外环境发生变化时，器官、组织、细胞可不依赖于神经或体液调节而产生适应性反应。自身调节涉及的范围只限于该器官和组织、细胞，属于局部调节。 （四）人体功能的反馈控制系统 反馈是指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进一步的调节。即受控部分将信息送回到控制部分，纠正和调整控制部分对受控部分的影响。 1.负反馈 反馈信息与控制信息的作用性质相反，使控制部分的作用减弱或停止。负反馈起纠正、减弱控制信息的作用，是维持稳态的重要调节形式。 2.正反馈 反馈信息与控制信息的作用性质相同，起加强控制信息的作用。它适于调节那些需要发动并尽快结束的生理过程，如排尿反射。 二、细胞的基本功能 （一）细胞的跨膜物质转运 细胞内外的各种物质不断地交换，物质通过细胞膜转运的方式基本有以下四种： 1.单纯扩散 在生物体中，一些脂溶性物质顺浓度差或电位差的跨膜物质转运。如：CO2，O2等。是一种不消耗能量的被动的物理过程。 2.易化扩散 在体内，一些不溶于脂质或溶解度甚小的物质，在细胞膜上一些特殊蛋白质的帮助下，沿电化学梯度扩散通过细胞膜的过程。如：葡萄糖，氨基酸及各种离子等。也是一种不消耗能量的被动性转运过程。 易化扩散可分两种，一种是以“载体”为中介的，另一种是以“通道”为中介的。“载体”和“通道”是不同的膜蛋白质。单纯扩散和易化扩散均属被动转运。被动转运是指物质顺电-化学梯度进行跨膜转运的过程，细胞本身无须消耗能量。 3.主动转运 细胞膜通过本身的某种耗能过程，将物质的分子或离子逆电-化学梯度进行跨膜转运。主动转运和被动转运（单纯扩散/易化扩散）的主要区别：主动转运时，膜或膜所属的细胞提供了能量，物质分子或离子可以逆电-化学梯度而移动；而被动转运时，物质分子只能作顺电-化学梯度的移动，膜并未对这种移动提供能量（物质移动所需的能量来自高浓度溶液所含的势能或来自电能，因而不需要另外供能）。 4.出胞和入胞作用 上述三种物质转运方式主要涉及到小分子物质或离子。细胞对于一些大分子物质或固态、液态的物质团块，通过膜的更为复杂的结构和功能的改变，使之进出细胞，分别称之为入胞和出胞。 （二）细胞的兴奋性和生物电现象 1.兴奋和刺激引起兴奋的条件 （1）兴奋和兴奋性 我们知道刺激是指能引起细胞或机体发生反应的内外环境变化。如光、电、机械、化学等刺激。反应是指机体或组织细胞受到刺激后所发生的一切变化。如代谢变化、腺体分泌、肌肉舒缩、神经冲动的形成和传导等。反应有两种形式：兴奋：表现为出现活动或活动增强；抑制：表现为活动停止或减弱。而兴奋的标志是动作电位的产生或增多。因而我们把组织受刺激产生的生物电反应（动作电位）称之为兴奋；而组织及细胞具有对刺激产生生物电反应(动作电位)的能力称之为兴奋性。 （2）刺激引起兴奋的条件 一个刺激能引起兴奋必须具备三个条件：其必须有一定的刺激强度；一定的刺激持续时间；一定的强度-时间变化率。在保持强度-时间变化率恒定的条件下，引起组织兴奋所需要的最小刺激强度与最小刺激持续时间的关系呈反变关系，即在一定范围内，刺激较强时，引起组织兴奋所需要的最小刺激持续时间较短，反之则反。将两者之间的关系在坐标图描出，则可得到一条类似双曲线的曲线，称为时间-强度曲线。从该曲线可知，当刺激强度低于某一强度时，无论刺激时间如何延长，也不能引起组织细胞兴奋，这一刺激强度称基强度。两倍基强度的刺激引起组织兴奋的最短的刺激持续时间称为时值。（3）衡量兴奋性的指标 兴奋性的高低是指兴奋产生的难易程度。兴奋性高的组织细胞容易发生兴奋；组织细胞不容易产生兴奋，表示其兴奋性低。刺激强度是衡量兴奋性的高低的指标。阈强度：刚刚可以引起组织细胞发生兴奋的最小刺激强度。阈刺激：凡刺激强度等于阈值的刺激。阈上刺激：刺激强度高于阈值的刺激。阈下刺激：刺激强度低于阈值的刺激。组织或细胞产生兴奋所需刺激的阈值越高，说明该组织或细胞的兴奋性越低；反之，说明该组织的兴奋性越高。因此，阈值的大小与兴奋性的高低呈反变关系。 2.细胞发生兴奋时兴奋性的变化 在细胞接受一次刺激而出现兴奋的当时和以后的一个短时间内，它们的兴奋性将经历一系列有次序的变化，然后才恢复正常。 神经和骨骼肌细胞兴奋后，兴奋性的周期性变化一般分为四个时相： （1）绝对不应期 可兴奋组织受到一次刺激而发生兴奋后的较短时间内，它无论再次受到多强的刺激，也不能产生动作电位。相当于神经细胞锋电位的持续时间，组织兴奋性为零。Na+通道失活。 （2）相对不应期 在绝对不应期后的一段时间内，高于阈强度的再次刺激能够引起组织产生动作电位。相当于负后电位前半段持续时间，组织兴奋性低于正常水平，失活Na+通道开始恢复。 （3）超常期 相对不应期后，阈下刺激即可引起组织细胞再次兴奋。组织兴奋性高于正常。相当于负后电位后半段持续时间。相当于正后电位持续时间，Na+通道基本复活，但膜电位的绝对值小于静息电位。 （4）低常期 在超常期之后的较长时间内，阈上刺激方可引起组织细胞再次产生动作电位。组织兴奋性低于正常。Na+通道完全恢复，但膜电位的绝对值大于静息电位。 3.静息电位和动作电位及其产生原理 细胞的生命活动自始至终都伴随有电现象，称为生物电。生物电主要有两种形式：静息电位和动作电位。 （1）静息电位 细胞在安静（未受到刺激）的情况下，存在于细胞膜两侧的电位差。一般为内负外正。我们把静息电位时膜两侧所保持的内负外正状态，称膜的极化。静息电位的数值向膜内负值加大的方向变化的过程称为超极化；静息电位的数值向膜内负值减少的方向变化的过程称为去极化；当膜内电位由零变为正值，其膜电位与静息电位的极性相反，称为反极化；细胞膜去极化或反极化后，膜电位又向原初的极化状态恢复的过程称为复极化。 （2）静息电位产生的原理 细胞内外的离子的不均匀分布。K+浓度在细胞内高于细胞外，而Na+浓度则是细胞膜外比膜内要高。膜外的负离子以C1-为主，膜内负离子则以大分子（如蛋白质阴离子A-）为主。 静息状态下膜对不同离子的通透性不同。对K+的通透性大，对N a+的通透性小。对其他离子，特别是对蛋白质阴离子A-无通透性。 基于上述特点，细胞内的K+便顺浓度差向膜外扩散，致使膜外电位变正，膜内因蛋白质阴离子A-无法出细胞而负电荷相对增多，电位变负。膜内外形成的电位差有阻止K+进一步外流的作用。当促进K+外流的浓度差扩散力和阻止K+外流的电场排斥力的力量达到平衡时，膜内外的电位差即为静息电位。因此，静息电位是K+外流所形成的一种接近K+的电-化学平衡电位的电位。 Na+- K+泵维持细胞内外Na+ 、 K+不对称分布。 （3）动作电位 可兴奋细胞受到有效刺激时，膜电位会在静息电位的基础上发生一次快速、可逆、并可扩布性传播的的电位变化。称为动作电位。它是细胞兴奋的标志。它的产生是“全或无”的。动作电位的曲线是由两个部分组成的，即上升支和下降支。 上升支（去极化时相）：细胞膜内电位迅速由静息状态的负电位上升至0，并再由0变成正电位，即出现极化状态的反转。超射值：膜内电位由零变为正的数值。 下降支（复极化时相）：上升支到达高峰后，立即迅速下降到原来的静息电位水平。 根据动作电位的变化曲线，把动作电位分成锋电位和后电位。 a.锋电位：构成动作电位波形主要部分的短促而尖锐的脉冲样电位变化。代表兴奋过程，是兴奋产生和传导的标志。b.后电位：锋电位在其完全恢复到静息电位之前所经历的微小而缓慢的电位波动。包括负后电位与正后电位。c.负后电位（去极化后电位）：锋电位后的下降支到达静息电位之前所经历的微小而缓慢的电位波动。d.正后电位（超极化后电位）：锋电位后的下降支到达静息电位之后所经历的微小而缓慢的电位波动。（4）动作电位产生的原理 上升支的形成 细胞受到有效刺激，膜去极化达到阈电位时，引起电压门控Na+通道开放（激活）， Na+顺电-化学梯度呈再生性内流，直至膜内正电位接近Na+平衡电位。 当细胞受到刺激时，膜对N a+便顺着浓度差流入细胞内，使膜内负电位减少。当膜内负电位减小到膜内的正电荷突然暂时增加，使细胞膜内外暂时处于膜内为正，膜外为负的反极化状态，也就形成了动作电位的上升支。当促进N a+内流的浓度差扩散力与阻止N a+内流的电位差电场斥力这两种力量达到平衡时，Na+净移动通量为0，此电位接近Na+平衡电位。 下降支的形成 Na+通道的迅速失活及电压门控K+通道的开放，是动作电位复极化的主要原因。 经过一短暂时程后，N a+通道失活而关闭，K+通道被激活而开放。Na+内流停止，膜对K+的通透性大大增加，于是，细胞内K+便顺电-化学梯度扩散到细胞外，把正电荷带到细胞膜外，使膜内外电位又回复到静息电位水平，这就形成了动作电位的下降支。 Na+- K+泵的活动，使Na+、 K+重新回到原来的分布状态。 总之，动作电位的上升支是钠内流形成的接近Na+平衡电位的电位变化，而动作电位的下降支则是钾外流形成的。 （5）动作电位的特点 “全或无”现象 该现象表现在两个方面：其一是动作电位一旦产生，其幅值就达最大，增加刺激强度，动作电位的幅值不在增大。其二是不衰减传导。动作电位在细胞膜某处产生后，可沿细胞膜进行传导，无论传导距离多远，其幅度和形状均不改变。 脉冲式传导 由于不应期的存在，使连续的多个动作电位不可能融合在一起，因此两个动作电位之间总是具用一定的间隔，形成脉冲式传导。细胞膜上动作电位产生的最大频率为：1绝对不应期。 （三）兴奋的引起和传播 1.阈电位 能够导致膜对Na+通透性突然激增，诱发细胞膜产生动作电位的临界膜电位的数值。 2.局部反应 阈下刺激虽不能引起动作电位，但可以引起少量的Na+内流，使细胞膜产生一个较小的去极化电位变化，只是这种去极化电位只局限于受刺激部位，且其幅度达不到阈电位水平，不能引发动作电位。这种阈下刺激引起的产生于局部、较小的去极化反应称为局部反应或局部兴奋。局部反应时的电位值称为局部电位。局部兴奋有以下几个基本特性： （1）等级性：不是“全或无”的，而是随着阈下刺激的增大而增大。 （2）衰减性：不能在膜上作远距离的传播，随扩布距离的增加而迅速衰减和消失。局部电位只能沿着膜向邻近作短距离的扩布，并随着扩布距离的增加而迅速衰减乃至消逝，这种扩布方式称为电紧张性扩布。局部兴奋的这种电紧张性扩布还是有重要生理意义的。 （3）总和：局部兴奋是可以互相叠加的，包括时间性总和空间性总和。 3.兴奋在同一细胞上的传导 同一细胞上兴奋的传导是以局部电流为基础的可扩布式传导过程。当细胞膜的某一小段受到足够强度的刺激而出现动作电位时，由于发生动作电位的部位出现了反极化，跨膜电位是外负内正，而邻接的未兴奋部位仍是外正内负。由于细胞内、外液都是导电的，于是在兴奋部位与邻接的未兴奋部位之间产生了局部电流，其结果就使未兴奋部位膜内电位升高，膜外电位降低，产生了去极化。邻近未兴奋部位细胞膜去极化一旦达到阈电位，细胞膜中的钠通道便突然大量开放而产生动作电位。这样的过程在膜表面连续继续进行下去，就表现为兴奋在整个细胞上的传导。动作电位向前传导后，原来去极化的部位又复极化。这种可扩布式传导方式具有安全性。 有髓神经纤维由于髓鞘有绝缘性，兴奋的传布只能在两个朗飞氏结之间形成局部电流，这样动作电位传导表现为跨越髓鞘，在相邻的朗飞氏结相继出现，称兴奋的跳跃式传导。有髓神经纤维由于兴奋是跳跃式传导，加上其轴突较粗、电阻小，因此其传导速度要比无髓神经纤维快得多。 （四）骨骼肌细胞的收缩功能 1.神经-肌接头的兴奋传递 （1）神经-肌接头的兴奋传递的过程： 当运动神经兴奋时，神经冲动以局部电流电传导方式传导到轴突的末梢，使轴突末梢膜前膜）电压依从性Ca2+通道开放、膜对Ca2+的通透性增加，Ca2+由细胞外进入细胞内，胞内的Ca2+浓度增高，促进大量囊泡向轴突膜内侧面靠近，囊泡膜与突触前膜内侧面发生融合，然后破裂，囊泡中的乙酰胆碱（ACh）释放出来。ACh以扩散方式通过突触间隙，与终板膜（突触后膜）上的特异性N受体相结合，使原来处于关闭状态的通道蛋白发生构象变化，使通道开放，Na+、K、Ca2+离子通过细胞膜（主要是Na+内流和少量K外流），其结果是膜内电位绝对值减小，出现终板电位。终板电位与邻近肌膜产生局部电流，使肌膜去极化达阈电位后肌膜上的电压门控Na+通道大量开放，肌膜上出现动作电位，完成兴奋的传递。每一次神经冲动所释放的ACh能够在它引起一次肌肉兴奋后被胆硷酯酶迅速清除。 （2）神经-肌接头的兴奋传递的特点 单向性传递 兴奋只能从突触前膜传向突触后膜，而不能反向。 1对1传递 正常情况下，一次神经冲动所释放的ACh以及它所引起的终板电位的大小，大约超过引起肌细胞膜动作电位所需阈值的34倍，因此神经肌接头处的兴奋传递通常是1对1的，亦即运动纤维每有一次神经冲动到达末梢，都能“可靠地”使肌细胞兴奋一次，诱发一次收缩。接头传递能保持1对1的关系，还要靠每一次神经冲动所释放的ACh能够在它引起一次肌肉兴奋后被胆硷酯酶的降解而被迅速被清除，否则它将持续作用于终板而使终板膜持续去极化，并影响下次到来的神经冲动的效应。 时间延搁 比起神经冲动在神经纤维上的传导，这一过程花费的时间较长，大约1.0ms。因为需要递质的释放、递质与受体结合等。 易受药物和其他环境因素的影响 美洲箭毒和-银环蛇毒可与ACh竞争受体，有肌松剂的作用。有机磷农药和新斯的明选择性抑制胆碱酯酶，引起种种中毒症状（表现为胆碱能功能亢进，肌肉挛缩，造成呼吸肌挛缩）。 2.骨胳肌的兴奋-收缩耦联 是指把肌细胞膜的以电变化为特征的兴奋过程和以肌丝滑行为基础的收缩过程联系起来的中介过程。Ca2+是耦联因子。兴奋-收缩耦联的三个基本步骤:肌细胞膜的电兴奋通过横管系统传向肌细胞深部。三联管处的信息传递。肌浆网（纵管系统）对Ca2+的储存、释放和再聚积。肌肉收缩并非是肌丝本身的缩短，而是由于细肌丝向粗肌丝之间滑行的结果。其过程是：肌细胞膜的动作电位沿膜扩布，并由横管膜传播进入三联体，引起终末池膜对Ca2+的通透性增大，贮存在终池中的Ca2+顺浓度梯度扩散至肌浆中。当肌浆中Ca2+浓度升高到一定程度时，Ca2+一方面与细肌丝上的肌钙蛋白结合，使原肌凝蛋白构型发生变化，将细肌丝上横桥的结合位点暴露出来；另一方面Ca2+促使带有ATP的横桥迅速与前暴露的结合位点结合，通过横桥的摆动，拖动细肌丝向粗肌线之间滑行，肌小节缩短，肌肉收缩。横桥与细肌丝结合位点的结合同时也激活了横桥的ATP酶活性，分解ATP，释放能量供运动使用。 3.肌肉收缩的外部表现 （l）单收缩和强直收缩 肌纤维产生一次动作电位时，肌肉的发生一次收缩和舒张。 如果给肌肉以连续的脉冲刺激，肌肉的收缩情况将随刺激的频率而有不同。a.单收缩：肌肉受到一次阈上剌激产生一次收缩，称为单收缩。在刺激的频率较低时，因每一个新的刺激到来时由前一次刺激引起的单收缩过程（包括舒张期）已经结束，于是每次刺激都引起一次独立的单收缩；b.强直收缩：当刺激频率增加，刺激间隔时间短于一个单收缩所持续的时间时，后来的刺激有可能在前一次收缩的舒张期结束前即到达肌肉，于是肌肉在自身尚处于一定程度的缩短或张力存在的基础上进行新的收缩，发生了所谓收缩过程的复合，即复合收缩。也就是说连续多次阈上剌激可引起的肌肉持续性发生复合收缩，称为强直收缩。强直收缩又可分为不完全强直收缩和完全强直收缩。c.不完全强直收缩：如果刺激频率较低，后一次刺激引起的收缩会复合在前一次刺激引起的收缩的舒张期，这样连续进行下去，肌肉就表现为不完全强直收缩，其特点是每次新的收缩都出现在前次收缩的舒张期过程中，在描记曲线上形成锯齿形；d.完全强直收缩：如果刺激频率继续增加，后一次刺激引起的收缩会复合在前一次刺激引起的收缩的收缩期，那么肌肉就有可能在前一次收缩的收缩期结束以前或在收缩期的顶点开始新的收缩，于是各次收缩的张力或长度变化可以融合而叠加起来，使描记曲线上的锯齿形消失，这就是完全强直收缩。因此强直收缩是指当刺激频率达到一定数值时，可使各个单收缩发生完全总和的收缩形式。 （2）前负荷、后负荷、肌肉的初长度、等长收缩、等张收缩、肌肉收缩能力的概念 前负荷、后负荷、肌肉的初长度 前负荷是指肌肉收缩以前所遇到的负荷或阻力。肌肉收缩之前由于前负荷使之被动拉长而具有的长度称之为初长度。初长度由前负荷的大小决定。肌肉开始收缩之后所承受负荷为后负荷。 等长收缩和等张收缩 等长收缩是指肌肉收缩时只张力的增加，而无长度的缩短，即肌肉开始收缩时表现的是张力增加而长度不度。等长收缩时肌肉没有做功。等张收缩是指肌肉收缩时只有长度的缩短而张力保持不变。 等长收缩：在有后负荷的情况下，肌肉开始收缩时表现的是张力增加而长度不度，这种收缩形式是等长收缩。等张收缩：待肌肉张力随收缩增加到等于稍高于后负荷时，肌肉表现出长度减小而张力不增加，这种收缩形式是等张收缩。 肌肉收缩能力 不依赖于前、后负荷的，把影响肌肉收缩效果的肌肉内部功能的改变定义为肌肉收缩能力的改变。 （3）影响骨骼肌收缩的主要因素 前负荷 在一定范围内，肌肉收缩产生的张力与初长度呈正比，但超过某一限度，则又呈反变关系。也就是说，当前负荷增加的初始阶段，随着初长度的增加，每次收缩所产生的主动张力也相应地增大，但在超过某一限度后，再增加前负荷反而使主动张力越来越小，以致于为零。我们把使肌肉收缩时产生最大主动张力的前负荷称为最适前负荷。而把使肌肉收缩时产生最大主动张力的初长度称为最适初长度。 后负荷 在一定范围内，后负荷越大，产生的张力越大，且肌肉开始缩短的的时间推迟，缩短的速度就越慢。即后负荷减小时，使肌肉产生的张力减小，但可得到一个较大的缩短速度，当后负荷为零时，可以得到该肌肉在当时的功能状态下的最大收缩速度，但这时因无负荷，肌肉并未作功，亦无功率输出。当后负荷增大时，使肌肉产生的张力增大，但肌肉缩短速度减慢，当后负荷的值相当于肌肉所能产生的最大张力，此时，肌肉产生的张力虽然最大，但不能移动负荷，也没有作功和功率输出。 肌肉的收缩能力 肌肉的状态也是可以改变的，它也可以影响肌肉收缩的效率。例如，缺氧、酸中毒、肌肉中能源物质缺乏，以及其他原因引起的兴奋-收缩耦联、肌肉蛋白质或横桥功能特性的改变，都可能降低肌肉收缩的效果，而钙离子、咖啡因、肾上腺素等体液因素则可能通过影响肌肉的收缩机制而提高肌肉的收缩效果。 三、血液 （一）体液和血量 1.体液、细胞内液和细胞外液 人体内的液体总称体液，即体内水分及溶解在其中的溶质总称体液。体液总量约占体重的60%。按其分布分为细胞内液和细胞外液。细胞内的液体称为细胞内液，约占体液的2/3（占体重的40%），而存在与机体细胞外的液体称为细胞外液，约占体液的1/3（占体重的20%），包括血浆、组织液、淋巴液、脑脊液等，它们构成了机体的内环境。 2.血量与失血 血量约占体重的7%8%，足够的血量是维持正常的动脉血压和适当的微循环灌流量的必要条件。 大出血的后果取决于出血的量、速度、部位及人体的一般状态。一般来说，一次出血达总血量10%左右，不会出现临床症状，机体可通过神经和体液的调节使血量逐渐恢复。 （1）反射性的交感神经兴奋，可使容量血管收缩，增加回心血量；大多数器官的阻力血管收缩，维持正常的血压水平；血液量重新分配，保持脑和心脏的血液供应。 （2）由于毛细血管血压降低，组织液的重吸收增加，血浆量在12小时左右恢复。 （3）失血1小时之后，血管紧张素醛固酮和血管升压素生成增加，除引起血管收缩外，还能促进肾小管对Na+和水的重吸收，引起渴觉和饮水行为，有利于血量的恢复。 （4）肝脏加速合成血浆蛋白，可在一天左右复原。 （5）骨髓造血组织加速生成红细胞，但这一过程较慢，约需数周才能完全恢复。 健康人一次失血超过20%全身血量，将出现临床症状。失血超过30%，危及生命。一次大量失血，往往需要进行输血治疗。 （二）血液的组成和主要功能 （1） 血液的组成 血液由血细胞和血浆两部分组成。血细胞可分红细胞、白细胞和血小板三类，其中红细胞所占比例最大。血浆是血液的无形成分，其中水占91%92%，血浆蛋白占7%，还有各种有机物和无机物。 （2 ）血液的基本功能 运输功能 红细胞可运输O2和CO2气体，血浆可运输营养物质、代谢产物，以及各种调节物质、抗原、抗体等，某些血浆蛋白可与脂溶性物质结合，使之成为水溶性物质，以便于运输。 缓冲功能 血液含水有许多缓冲对（NaHCO3/H2CO3，Na2HPO4/NaH2PO4等），可缓冲血浆中酸碱度的变化。血浆的正常pH值是7.357.45。血浆内以NaHCO3/H2CO3这一种缓冲对最重要，只要NaHCO3/H2CO3的浓度比值保持20/1,血浆的pH值即可稳定于7.4左右。人体可通过肾调节血浆中NaHCO3的浓度，通过呼吸调节血浆中H2CO3的浓度，使二者比值保持在上述范围内，血浆pH值即可保持正常。 参加凝血与止血。 （三）血浆晶体渗透压与胶体渗透压的形成及生理意义 血浆渗透压是血浆中溶质颗粒吸引和保留水分子的力量的总和。血浆渗透压在正常人为300 mOsm/kgH2O。包括血浆晶体渗透压和血浆胶体渗透压两部分。 （1）血浆胶体渗透压 是由血浆胶体溶质颗粒（主要是蛋白质）所形成的渗透压（即产生的吸引和保留水分子的力量）。由于血浆蛋白颗粒大、数量少，所产生的血浆胶体渗透压仅约为1.5mOsm/kgH2O，但胶体物质分子量大，不能透过毛细血管，因此，血浆胶体渗透压有调节血管内外水平衡，维持正常血容量的生理意义。 （2）血浆晶体渗透压 是由血浆中晶体溶质颗粒（主要是无机盐）形成的渗透压。由于晶体物质分子量较小，数量多，是产生血浆渗透压的主要力量。由于晶体物质虽可自由通过毛细血管，但难于透过细胞膜，因此，血浆晶体渗透压有调节细胞内外水分平衡，维持血细胞正常大小、形态、功能的生理意义。 （四）红细胞生理 1.红细胞的数量和生理功能 （1）红细胞的正常值 成年男子红细胞总数正常值均为（4.05.5） 1012/L，平均值为5.01012/L（500万个/ mm3），血红蛋白为120160g/L(1216g%)；成年女子红细胞总数正常值均为（3.55.0） 1012/L，平均值为4.21012/L，血红蛋白为110150g/L(1115g%)。 （2）红细胞的功能 红细胞中的血红蛋白具有运输O2和CO2及对酸性或碱性物质起缓冲作用的功能。 2.红细胞的脆性 与血浆渗透压相等的溶液称为等渗溶液，例如5%葡萄糖和0.9% NaCl溶液。渗透压低于血浆渗透压的溶液为低渗溶液，渗透压高于血浆渗透压的溶液为高渗溶液。红细胞在低渗溶液中会溶血，在高渗溶液中会皱缩。当红细胞处于低渗溶液时，水分便进入血细胞内，可致使血细胞胀大破裂，产生溶血，但红细胞膜对低渗溶液有一定的抵抗能力，这种抵抗能力的大小用渗透脆性表示。渗透脆性大，抵抗能力小。所以，红细胞渗透脆性是指红细胞对低渗溶液的抵抗力。抵抗力大的脆性小，反之则脆性大。 3.红细胞的悬浮稳定性和血沉 红细胞因比重较血浆大而呈下降趋势，但由于红细胞与血浆之间的摩擦力阻碍其下沉，使其下沉很缓慢。红细胞的悬浮稳定性是指在正常生理条件下，红细胞在血浆中能够保持悬浮状态而不宜沉降的特性。通常将盛抗凝血的血沉管垂直静置，以红细胞在第一小时末下沉的距离表示红细胞沉降的速度称之为红细胞沉降率（血沉）。其正常值男性为015mm/h，女性为020mm/h。沉降率越小，表示悬浮稳定性越好，某些疾病，如活动期的结核、风湿病等，可见血沉加快。因此，血沉的测定可帮助诊断某些疾病。促进血沉加快的因素在于血浆中某些蛋白质含量的变化。 4.红细胞的比容 用离心的方法所测得的红细胞占全血的容积百分比称红细胞比容。正常值：成年男子为40%50%，成年女子为37%48%。 5.红细胞的生成原料 正常红细胞是在骨髓中发育成熟的。红细胞生成所需的原料主要是蛋白质和铁，均为合成血红蛋白所必须的原料。维生素B12和叶酸是红细胞成熟过程中必要的成熟因子，是促进骨髓中幼红细胞发育成熟的必不可少的的物质，它们作为辅酶参与DNA的合成。缺乏蛋白质和铁会造成小细胞贫血；缺乏维生素B12和叶酸会造成巨幼红细胞贫血。 6.红细胞生成的调节 a.骨髓内的造血过程分为连续的三个阶段：第一阶段是造血（多潜能）干细胞分化形成各系定向祖细胞；第二阶段是各系定向祖细胞继续分化增殖生成各种血细胞的母细胞；第三阶段是各种母细胞发育成熟，最后分别生成各类成熟血细胞。b.人类有两种调节因子分别调节两个不同的发育阶段红系祖细胞的的生长：一是爆式促进因子，促进早期红系祖细胞（又称爆式红系集落形成单位）进入DNA合成期，加强增殖活动。二是主要由肾组织产生的促红细胞生成素（EPO），它作用于晚期红系祖细胞（又称红系集落形成单位），促进其向前体细胞分化。促红细胞生成素的作用可被雄激素、甲状腺激素和和生长素所增强。 并且，雄激素直接刺激骨髓造血红细胞的增殖。 （五）白细胞生理 1.白细胞分类和正常值 正常成人血液中白细胞总数为（410）109/L（400010000/mm3），白细胞有核。根据胞浆中有无特殊的嗜色颗粒，将白细胞分为粒细胞和无粒细胞两大类。粒细胞又分中性粒细胞、嗜酸性粒细胞和嗜碱性粒细胞，无粒细胞则分为单核细胞核核淋巴细胞。其中中性粒细胞约占50%70%，嗜酸性粒细胞占0.55%，嗜碱性粒细胞占010%，单核细胞占2%8%，淋巴细胞占20%40%。 2.各类白细胞的生理功能 A中性粒细胞有吞噬异物的能力，能吞噬细胞、病毒和病原虫等致病物，在血液的非特异性细胞免疫中起重要作用，还可吞噬和清除衰老的红细胞和抗原-抗体复合物等。B嗜碱性粒细胞的颗粒中含有肝素、组胺、趋化因子、过敏性慢反应物质等多中活性物质，这些物质可加速脂肪分解，增加毛细血管通透性，引起平滑肌收缩，从而引起多种过敏反应症状，并可将嗜酸性粒细胞吸引过去，聚集于局部以限制嗜碱性粒细胞在过敏反应中的作用。C嗜酸性粒细胞释放的活性物质，可参与对蠕虫免疫反应，并限制嗜碱性粒细胞在速发型过敏反应中的作用。D单核细胞可转变为巨噬细胞，主要参与防御功能。E淋巴细胞有两种，即B淋巴细胞和T淋巴细胞，前者合成抗体，执行体液免疫；后者完成细胞性免疫。 （六）血小板生理 正常人每立方毫米血液中有1030万个血小板，即100300109个/L。 1.血小板生理特性 （1）粘附：血小板可与非血小板表面的粘着。 （2）聚集：血小板可彼此粘着的现象。 （3）释放：血小板受刺激后，可释放多种活性物质，参与止血核凝血过程。 （4）吸附：血小板能吸附多种凝血因子于其磷脂表面，促进凝血过程的发生。 （5）收缩：血凝块中的血小板将伪足伸入血纤维网，通过收缩蛋白的收缩，使血凝块回缩。 2.血小板的生理功能 其基本功能有：参与生理止血；促进凝血；维持血管内皮的完整性。当血小板数量低于5万个/ mm3，就会出现出血倾向。 （七）生理性止血 生理止血是指小血管玻损，血液从血管中流出，数分钟后出血自行停止的现象。其经历的基本过程首先是受损小血管收缩，可封闭或减小破损口。接着内膜下组织可以激活血小板系统和凝血系统，使血小板粘附、聚集在受损处形成松软止血栓，并且，局部迅速发生凝血反应出现血凝块，与血小板构成牢固止血栓。最后激活抗凝系统和纤溶系统，限制血凝块不断增大和凝血过程蔓延出这一局部。 1.内源性凝血和外源性凝血的概念 血液凝固是指血液由流动的溶胶状态变成不能流动的凝胶状态的过程。血浆中的纤维蛋白原转变为不溶性的纤维蛋白多聚体，并将血细胞网络于其中，形成血凝块。血液凝固12小时后，血凝块发生回缩所释放出的淡黄色液体称为血清。 （1）内源性凝血 完全依靠血浆内的凝血因子逐步使因子X激活而发生凝血的，称为内源性凝血。由因子始动。 （2）外源性凝血 不完全靠血浆内的凝血因子使因子X激活而发生凝血的，称为外源性凝血。由因子始动。 2.血液凝固的三个基本步骤和抗凝 （1）血液凝固的基本反应过程 凝血过程基本上是一系列蛋白质有限水解的过程，凝血过程一旦开始，各个凝血因子便一个激活另一个，形成一个“瀑布”样的反应链直至血液凝固。有12个凝血因子参与，整个过程分三个基本阶段： 第一步： X Xa 第二步： 凝血酶原 凝血酶 第三步： 纤维蛋白原 纤维蛋白 因子X的激活可以通过两种途径：完全依靠血浆内的凝血因子逐步使因子X激活，称为内源性激活途径；如果是靠血管外组织释放的凝血因子参与的因子X的激活，称为外源性激活途径，其凝血所需时间较内源性凝血途径短。 （2）抗凝系统 抗凝系统分细胞抗凝系统和体液抗凝系统。细胞抗凝系统是指网状内皮细胞系统对凝血因子、组织因子、凝血酶原复合物及可溶性纤维蛋白单体的吞噬，以达到抗凝的目的；体液抗凝系统是指血浆中存在很强的抗凝物质，现以查明，血浆中最重要的抗凝物质是抗凝血酶和肝素。抗凝血酶通过本身分子中的精氨酸残基与凝血因子中丝氨酸蛋白酶的活性中心部位的丝氨酸残基的结合，使这些凝血因子灭活。肝素抗凝的主要机制在于它能结合血浆中的一些抗凝蛋白，如抗凝血酶等，使这些抗凝蛋白的活性大为增强。当肝素与抗凝血酶结合，则抗凝血酶与凝血酶的亲和力可增强100倍，使两者结合得更快，更稳定，使凝血酶立即失活。此外，血浆中的蛋白质C系统及组织因子抑制物等均有抗凝作用。 3.纤维蛋白溶解 正常血液中还存在一些可使血液凝固所形成的纤维蛋白再分解的物质。纤维蛋白被分解液化的过程中纤维蛋白溶解。纤维蛋白主要是被在血凝块中缓缓形成的纤维蛋白溶酶所分解，成为可溶解的多肽，使血凝块逐渐液化消失。 （八）血型及输血原则 血型取决于血细胞上抗原物质的类型。红细胞膜上存在的的特异性抗原物质称之为凝集原。而血清中与之相对应的特异性抗体称凝集素。当含有某种凝集原的红细胞和与之相对应的血清凝集素相遇时，就会发生凝集反应，红细胞凝集成团，并会发生溶血反应。临床上最重要的是ABO血型系统。 1.ABO血型的种类及分型原则 在ABO血型系统中，红细胞膜的外表面有两种抗原（凝集原），即A抗原和B抗原，在血浆中存在有两种相应的抗体（凝集素），即抗A与抗B。这些抗原、抗体是具有遗传性的。ABO血型的分型就是根据红细胞膜上抗原的种类及血浆中抗体的情况来确定的。 A型：红细胞膜上仅有A抗原。 B型：红细胞膜上仅有B抗原。 AB型：红细胞膜上有A和B抗原。 O型：红细胞膜上无A和B抗原。 四种血型者血浆中抗体的情况是：A型人血中只有B抗体（抗B）；B型人血中只有A抗体（抗A）；AB型人血中无A，B抗体；O型人血中有A，B两种抗体。2.ABO血型与输血原则 输血的原则是使供血者红细胞膜的凝集原不被受血者血浆中的凝集素所凝集。因此，输血要求同型输血。 在特殊情况下，O型血可输给其他各型人，AB型者可接受其他血型的血。但输血量要少，输血速度宜慢，且必须慎重。其原因是：供血者血浆中的抗A或抗B凝集素可迅速被受血者的血液所稀释，使供血者的凝集素的浓度降低，不足以与受血者红细胞上的凝集原发生凝集反应。 3.交叉配血 由于人类的血液中不止ABO这一种血型系统，因此，临床上在输血前，都进行交叉配血试验。即将供血者的红细胞与受血者的血清（主侧）加在一起，受血者的红细胞与供血者的血清（次侧）加在一起，观察有无凝集反应。主侧和次侧均未出现凝集反应，可安全输血；主侧未出现凝集反应，次侧出现凝集反应，必要时则可考虑少量输血；主侧出现凝集反应，绝对不能输血。 三、血液循环 （一）心脏生理 1.心脏的生物电现象 （1）心室工作细胞的的跨膜电位及产生的机制 静息电位 以心室肌为例，静息电位约为-90Mv。静息电位的形成主要是由于静息状态下，心肌细胞内的K+浓度比细胞外液高，并且此时细胞膜K+对有较高的通透性，于是K+向细胞外扩散形成接近K+电-化学平衡电位的静息电位。 动作电位：由去极化和复极化两个过程组成。共分5个时期。 0期（去极化过程）：膜内电位由-90mV迅速上升为+30mV，即呈反极化状态，构成动作电位的上升支。这是由于细胞膜的快Na+通道突然大量开放，Na+顺浓度和电位梯度由膜外迅速大量流入膜内直至接近Na+电-化学平衡电位。1期（快速复极初期）：除极达到顶峰后，膜内电位迅速下降到0mV。此期的形成主要是膜对K+通透性的一过性增高，K+外流使膜内电位下降所致。 2期（缓慢复极期或平台期）：膜内电位下降速度减慢，基本上停滞于0mV左右的等电位状态。此期是由于膜的慢钙通道开放引起Ca2+缓慢内流，以及K+的通透性增高引起少量K+外流，使复极过程非常缓慢，形成平台。 3期（快速复极未期）：膜电位由0mV下降至-90mV。此时慢钙通道关闭，Ca2+内流停止，膜对K+外流，膜对K+的通性继续增高，K+加外流增多。 4期（静息期）：此期细胞膜上的Na+-k+泵转运功能增强，逆着浓度差泵出Na+，Ca2+，摄回K+。使细胞内外离子浓度恢复静息状态。 （2）心肌自律细胞的跨膜电位及产生的机制：自律细胞没有稳定的静息电位，在3期复极化达到最大复极电位（最大舒张期电位）后，立即开始自动除极。 窦房结P细胞的动作电位及产生机制 窦房结P细胞动作电位与心室肌细胞不同，复极过程没有明显的1期和2期，只有复极3期和4期。 0期排除极：速度缓慢，除极幅度小，仅达0mV左右。是膜上慢钙通道开放，引起Ca2+缓慢内流而形成的。 3期复极：钙通道逐渐失活，同时钾通道开放，Ca2+内流减少，K+外流增加，从而使产生膜的逐渐复极。 4期自动除极：当膜电位达到最大复极电位-60mV时，即开始自动除极，除极达到阈电位水平后，便又产生另一个动作电位。4期自动除极是窦房结细胞动作电位的特点，它主要与K+外流的进行性减少和Na+内流进行性增强有关，其中以前者为主。 蒲肯野细胞的动作电位及产生机制 蒲肯野细胞的动作电位的波形及产生机制与心室肌工作细胞类似，但其0期除极速度更快。4期也自动除极，当膜电位达到最大复极电位-90mV时，即开始自动除极,其机制也主要与K+外流进行性减少和Na+内流进行性增强有关，但以后者为主。 除了按照解剖生理特点将心肌细胞分为工作细胞和自律细胞之外，还可以根据其动作电位的电生理特征，特别是动作电位0期除极的速度，将心肌细胞分为快反应细胞和慢反应细胞，然后再结合其自律性，可将心肌细胞分为以下四种类型： A快反应非自律细胞：包括心房肌细胞和心室肌细胞，0期除极的速度快（由快钠通道的开放引起），4期无自动去极现象。 B快反应自律细胞：浦肯野自律细胞，0期除极的速度快（由快钠通道的开放引起），4期有自动去极现象。 C慢反应自律细胞：窦房结自律细胞，以及房结区和结希区的自律细胞，0期除极的速度慢（由慢钙通道的开放引起），4期有自动去极现象。 D慢反应非自律细胞：结区细胞，0期除极的速度慢（由慢钙通道的开放引起），4期无自动去极现象。 （3）心肌的生理特性 心肌具有自动节律性、兴奋性、传导性和收缩性四种生理特性。 心肌的自动节律性 心肌细胞可分为两大类：一类是普通的心肌细胞，包括心房肌和心室肌，它们执行收缩功能，不具有自动节律性，属于非自律细胞；另一类是特殊分化了的心肌细胞，组成心脏的特殊传导系统，其中主要包括P细胞和溥肯野细胞。这类细胞具有自动产生节律性兴奋的能力，称为自律细胞。 自律细胞在没有外来刺激的条件下，能够自动发生节律性兴奋的特性称为自动节律性。 a.正常起搏点、窦性节律、潜在起搏点、异位起搏点和异位节律心脏各自律细胞在单位时间（每分钟）内能够自动发生兴奋的次数不同。正常情况下，窦房结的自律性最高，整个心脏的兴奋和收缩是由它自动产生的兴奋引起的，所以，窦房结为心脏跳动的正常起搏点。窦性节律由窦房结控制的心跳节律。正常情况下，窦房结以外的自律组织受窦房结的控制，其自律性不能的以表现，成为潜在起搏点。在某些异常情况下，窦房结以外的其它自律细胞也可发生兴奋，成为异位起搏点，心房或心室跟随其它自律细胞的节律而跳动，这种由窦房结以外其它自律细胞控制心脏活动的节律称为异位节律。 b.影响自律性的因素 自律细胞的自动兴奋是4期膜自动去极化，使膜电位从最大复极电位达到阈电位水平而引起的。自律性的高低受下列因素影响： 最大复极电位水平：最大复极电位绝对值减少，自律性增高，反之亦然。 阈电位水平：阈电位水平上移，自律性降低，反之亦然。 4期自动除极速度：除极速度增快，自律性增高。 心肌的兴奋性 所有心肌细胞都有兴奋性。心肌细胞的兴奋性是可变的。 a.兴奋性的周期性变化 绝对不应期和有效不应期：绝对不应期：心肌细胞发生一次兴奋后，0期去极开始到3期复极膜电位达-55mV这段时期内，不论受多强刺激，心肌细胞膜都不会产生任何反应，这时期称为绝对不应期。有效不应期：膜电位由-55mV到-60mV，如果给予强刺激，可发生局部电位，但不能引起动作电位。心肌细胞每兴奋一次，从0期去极开始到3期复极达-60mV这段时期内，任何有效的刺激不能引起心肌细胞膜再产生动作电位，称为有效不应期。 相对不应期：心肌细胞一次兴奋后，在有效不应期后，有一段时间（3期复极从-60mV至 -80mV），用阈上刺激可以引起动作电位。兴奋性低于正常。 超常期：在相对不应期后的一段时间（3期复极从-80mV至-90mV），阈下刺激就能引起心肌细胞产生动作电位。 b.心肌兴奋性变化与收缩活动的关系 心肌兴奋性变化的特点是有效不应期长，相当于整个收缩期和舒张早期。这一特点使心