生理学的常用研究方法

,生理学physiology,生理学（physiology）是研究生物机体的生命活动现象、规律和功能的一门科学。任务:研究机体及各组成部分正常活动过程、表现、规律、机制和各部分的相互联系、相互作用。,第一节生理学的研究对象和任务,第一章绪论,二、生理学和医学的关系,生理学以解剖学和组织学为基础，同时又是药理学、病理生理学、病理学、内科学、外科学、妇科学、儿科学等的重要基础。,生理学与医学的关系,人体生理学(Humanphysiology)是研究人体生命活动规律的科学，又是一门重要的基础医学科学。是学习其他基础医学和临床医学的基础和桥梁。整合人体生理学(Integratedhumanphysiology)在人体生理学基础上，进一步强调了人体各生理系统不是独立存在的，而是作为一个机能整体起作用(机体功能的整合)。更进一步强调生理学基础理论的临床内涵(生理学知识和临床学知识的整合)。以问题为基础的学习(ProblemBasedLearning，PBL),历史,三、生理学研究的历史生理学是一门实验科学。生理学几乎所有的知识都是通过实验获得的。英国人哈维是近代生理学的奠基人。,WilliamHarvey(1578-1657),以实验为特征的近代生理学始于17世纪。1628年，英国医生威廉哈维（WilliamHarvey,15781657）发表了有关血液循环的名著心与血的运动一书，这是人类历史上第一次以实验的方法证实了人和高级动物的血液是从左心室射出，通过体循环的动脉血管流向全身组织，然后汇集于静脉血管回到右心房，再经过肺循环进入左心房。因此，心脏被认为血液循环的中心。,WilliamHarvey（站立者）正在给查理一世国王显示羊的心脏,但在哈维时代，由于受研究工具的限制，关于动脉与静脉之间的连接只能依靠臆测，当时他认为动脉血是穿过组织的孔隙通往静脉的。直至1661年，即在哈维逝世后第四年，意大利解剖学家马尔比基（MarcelloMalpighi,16281694）将伽利略（GalileoGalilei,15641642）发明的望远镜改制成显微镜，并用它发现了毛细血管，这才真正将血液循环的全部路径搞清楚，并确立了循环生理的基本规律。,在17世纪，法国哲学家和科学家笛卡儿（RenDescartes,15961650）最早将反射的概念应用于生理学，他认为动物的每一活动都是对外界刺激的必要反应，刺激与反应之间有固定的神经联系，他称这一连串的活动为反射。反射概念直至19世纪初由于脊髓背根司感觉和腹根司运动的发现，才获得结构与功能的依据。这一概念为后来神经系统活动规律的研究开辟了道路。,在18世纪，法国化学家拉瓦锡（AntoineLaurentLavoisier,17431794）首先发现氧气和燃烧原理，指出呼吸过程同燃烧一样，都要消耗O2和产生CO2，从而为机体新陈代谢的研究奠定了基础。意大利生理学家伽伐尼（LuigiGalvani,17371798）在用青蛙的腿做实验时，他以铜丝拴着蛙腿悬挂在一根铁制的杠杆上，当风吹动蛙腿使之偶然碰到铁杠杆时，蛙腿肌肉就发生抽缩，这一现象起先被认为是生物组织的生物电刺激了肌肉而引起肌收缩。,19世纪，生理学开始进入全盛时期。法国的著名生理学家克劳德伯尔纳（ClaudeBernard,18131878），他提出的内环境概念已成为生理学中的一个指导性理论。他指出血浆和其他细胞外液乃是动物机体的内环境，是全身细胞直接生活的环境，内环境的理化性质，如温度、酸碱度和渗透压等的恒定是保持生命活动的必要条件。,1847年，德国生理学家路德维希（CarlFriedrichWilhelmLudwig,18161895）发明了记纹器（Kymograph），这是生物科学史上具有划时代意义的重大事件。利用这套装置，配合当时已经创造的水银检压计以及电计时信号器，便可把血压及心肌等肌肉收缩曲线完整地记录在贴于转动的记纹鼓上的烟熏纸上。这等于让心、肺、胃、肠等器官用各自的语言描绘出自己的活动。记纹鼓便成为生理学实验室的必备仪器，对生命科学的发展起了十分重要的推动作用。,俄国著名生理学家巴甫洛夫（IvanPetrovichPavlov,18491936）设计并改进为巴甫洛夫小胃（Pavlovpouch），分别证实了胃液分泌的调节既有体液机制又有神经机制，因而他们都对消化生理做出了不朽的贡献。从消化液分泌机制的研究转到以唾液分泌为客观指标对大脑皮层的生理活动规律进行了详尽的研究，提出著名的条件反射概念和高级神经活动学说。,(18491936),1904年获诺贝尔医学及生理学奖,德国物理学家和生理学家赫尔姆霍茨（HermannLudwigFerdinandvonHelmholtz,18211894）除运用他丰厚的物理学知识对视觉和听觉生理做出了杰出的贡献外，还创造了测量神经传导速度的简易而相当精确的方法，为后人所称道。,20世纪前半叶，生理学研究在各个领域都取得了丰硕的成果。1906年英国著名生理学家谢灵顿（CharlesScottSherrington,18571952）出版了他的经典著作神经系统的整合作用，他对脊髓反射的规律进行了长期而精细的研究，为神经系统的生理学奠定了巩固的基础。,德国贝林血清疗法防治白喉、破伤风1901年,诺贝尔生理学或医学奖,俄国巴浦洛夫消化生理学1904年,美国兰斯坦纳血型1930年,英国谢灵顿神经元的功能神经反射1932年,英国HodgkinHuxley动作电位产生机理1952年,17,2000年，阿尔维德卡尔森（ArvidCarlsson，瑞典），保罗格林加德（PaulGreengard，美国），EricR.Kandel（美国），关于神经系统信号传导方面的研究。2001年，勒兰德哈特韦尔（LelandH.Hartwell，美国），蒂莫希亨特（R.TimothyHunt，英国），保罗诺斯（PaulM.Nurse，英国），发现细胞周期中的关键调节因子。2002年，悉尼布伦纳（SydneyBrenner，英国），罗伯特霍维茨（H.RobertHorvitz，美国），约翰苏尔斯顿（JohnE.Sulston，英国），发现器官发育和细胞程序性细胞死亡（细胞程序化凋亡）的遗传调控机理。2003年，保罗劳特伯（PaulLauterbur，美国），曼斯菲尔德（PeterMansfield，英国），关于核磁共振成像的研究。2004年，理查德阿克塞尔(美国)和琳达巴克(美国)，关于嗅觉的研究。,2005年，澳大利亚，巴里马歇尔(BarryJ.Marshall)，罗宾沃伦(J.RobinWarren)，发现了幽门螺旋杆菌以及该细菌对消化性溃疡病的致病机理。2006年，安德鲁法尔和克雷格梅洛(美国)，发现了RNA(核糖核酸)干扰机制。2007年，美国科学家马里奥卡佩奇和奥利弗史密西斯、英国科学家马丁埃文斯。在涉及胚胎干细胞和哺乳动物DNA重组方面的一系列突破性发现。2008年，德国科学家哈拉尔德楚尔豪森因发现人乳突淋瘤病毒引发子宫颈癌获此殊荣，两名法国科学家弗朗索瓦丝巴尔西诺西和吕克蒙塔尼因发现人类免疫缺陷病毒获此殊荣。2009年，美国伊丽莎白布莱克本(ElizabethH.Blackburn)、卡罗尔格雷德(CarolW.Greider)、杰克绍斯塔克(JackW.Szostak)因发现端粒和端粒酶保护染色体的机理而获此殊荣。2010年，英国生理学家罗伯特爱德华兹因为在试管婴儿方面的研究。,中国近代生理学的研究自20世纪20年代才开始发展。1926年在生理学家林可胜的倡导下，于1926年成立中国生理学会，翌年创刊中国生理学杂志，新中国成立后，改称为生理学报。中国生理学家在这个刊物上发表了不少很有价值的研究论文，受到国际同行的重视。,19,林可胜是一位具有强烈爱国心和民族意识的科学家,1932年日军在华北古北和喜峰口挑起战争，他曾组织救护队开赴抗日前线林可胜戎装照由协和医生护士参加组成的救护队,冯德培（19071995）中科院生理生化所,蔡翘（1897-1990）,张香桐（19072007）,三个水平,四、生理学研究的三个水平（一）细胞和分子水平的研究方法：,离体细胞,分子实验法,（二）器官和系统水平的研究方法：离体组织、器官实验法,以器官和系统为研究对象，观察其功能、它在机体整个生命活动中所起的作用、功能活动的内在机制及影响因素等。在这个水平进行研究所获取的知识称为器官生理学。,（三）整体水平的研究方法：,以完整的机体为研究对象，观察和分析在各种环境条件和生理情况不同的器官、系统间的相互联系，相互协调，以及完整机体对环境变化发生各种反应的规律。,五、生理学的常用研究方法,（一）动物实验1.慢性实验(chronicexperiment)是以完整、清醒的动物为研究对象，观察和分析在各种环境条件下和机体生理条件下各器官、系统的活动及其机制。优点：便于观察某一器官在正常情况下的生理功能及其与整体的关系。如研究动物的胃液分泌，采用假饲的实验方法。,2.急性实验(acuteexperiment),在体(invivo)实验离体(invitro)实验如：去大脑僵直如：骨骼肌实验装置图,（二）人体实验受到伦理学的限制，主要是进行人群资料的调查：人体血压、心率、肺通气量、肾小球滤过率、红细胞、白细胞、血小板数量。也有少量可以人体进行：高温、低温、低氧、失重、高压等条件下的某些生理活动。,第二节生命现象的基本生理特征,28,一、新陈代谢,新陈代谢是机体主动与外界环境进行物质和能量交换以及体内物质和能量的转变过程。新陈代谢是生命最基本的特征，新陈代谢一旦停止，生命也就停止。包括同化作用（合成代谢）和异化作用（分解代谢）两个方面,29,二、兴奋性,1.兴奋性（应激性、感应性）：组织细胞对外界刺激产生反应的能力2.刺激：能引起机体或其他组织细胞发生反应的环境变化。3.兴奋：组织细胞受外界刺激产生的反应。（组织细胞受外界刺激产生动作电位的能力）4.反应的两种表现：兴奋、抑制5.可兴奋性组织（细胞）：神经、肌肉、腺体,30,三、适应性,1.适应当外界环境发生变化时，机体或其部分组织的机能与结构也将在某种限度内随着发生相应的改变，以求与所在环境保持动态平衡的现象。2.适应性生物体能产生适应的能力,31,四、生长和生殖,1.生长是个体的合成代谢超过分解代谢的结果。2.生殖生物体生长发育到一定的阶段，能够产生与自己相似的子代个体的过程。,一、体液和体液的分布体液:人体细胞内外含有大量液体，总称为体液。分布:细胞内液细胞外液组织液血浆:淋巴液:少量胸膜腔、脑脊腔及关节腔内液体注:膀胱内液体不属于细胞外液,第三节机体的内环境p6,(Bodyinternalenviroment),二、内环境与稳态(一)内环境(internalenvironment),人体的绝大多数细胞并不直接与外界环境接触,而是浸浴在细胞外液中,细胞外液是细胞在体内直接所处的环境，称为内环境。(细胞外液),2.内环境:,1.外环境:,机体整体直接接触和生活的环境。(外界、大气环境),35,(二)稳态(homeostasis)在正常生理情况下，内环境的各种理化性质在很小的范围内发生变动。如O2和CO2分压、渗透压、pH、体温等都保持相对稳定的状态，称为稳态。,稳态的意义,稳态的实现,37,稳态是一种动态平衡细胞的代谢不断进行就不断的扰乱和破坏内环境稳态。通过机体的调节使细胞、组织、器官和系统正常功能的行使，参与维持内环境的稳态，使稳态不断的恢复平衡。意义：稳态是机体维持正常生命活动的必要条件。稳态偏离正常-疾病,稳态的实现,第四节机体生理功能的调节,三种调节方式：,当内、外环境发生改变时，机体各种功能活动发生相应变化，使机体能适应各种不同的生理情况和外界环境的变化，保持内环境相对稳定的过程称为生理功能的调节。,神经调节体液调节自身调节,40,一、神经调节,一、神经调节神经调节：由神经系统的活动调节生理功能的调节方式。调节特点：快速、短暂、精确调节基本方式：反射调节结构基础：反射弧反射弧组成：五部分,41,-换能传入神经传导神经冲动-分析、综合，作出反应传出神经传导神经冲动-相应活动,感受器,神经中枢,效应器,反射弧(reflexarc)：五部分必须完整,42,43,神经调节的特点：反应快作用部位准确作用持续时间短,44,二、体液调节,概念：指由机体内分泌腺和内分泌细胞分泌的某些特殊化学物质，经体液运输到全身组织细胞，发挥其生理活动调节的方式。激素：由内分泌细胞分泌，携带生物学信息，能对组织细胞功能进行调节的化学物质称为激素。激素作用的细胞为靶细胞。靶细胞-受体,45,46,激素运输途径及作用范围全身体液调节体液调节局部体液调节激素分泌的方式：长距离分泌:激素血液运输旁分泌:组织液扩散神经分泌:神经细胞分泌体液调节特点：作用缓慢、广泛、持久。,47,三、自身调节,概念：指机体许多组织、细胞在不依赖于外来的神经、体液因素作用下，自身对周围环境的变化发生的适应性反应，称为自身调节。特点：准确、稳定、调节幅度小，灵敏度低。,48,第五节体内的控制系统,人体生理功能的各种调节形式可用工程技术领域的自动控制理论加以解释。控制部分控制系统的基本组成受控部分监测装置根据控制部分、受控部分的相互关系非自动控制系统控制系统分为反馈控制系统前馈控制系统,49,一、非自动控制系统,控制方式：单向性“开环”的系统机能活动活动或停止控制特点：对受控部分的活动不起调节作用。在人体生理功能调节中，该方式极少见的，仅在反馈机制受到抑制时，机体的反应表现为非自动控制的方式。,指令,控制部分,受控部分,50,二、反馈控制系统特点：“闭环”系统控制方式：双向性（分：正反馈、负反馈）在控制部分-非控制部分双向信息联系控制部分发出控制信号支配受控部分的活动受控部分的功能状态经监测装置检测后发出反馈信号改变控制部分的活动。,51,刺激,感受器,控制系统,中枢,传入神经,传出神经,效应器,受控系统,反应,反馈回路,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到控制部分，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调节,反馈控制(feed-backcontrol),监测装置检测,52,反馈（feedback）受控部分发出反馈信号影响控制部分活动的过程称为反馈。,53,（一）负反馈控制系统概念：如果反馈调节使受控部分的活动向和它原先活动相反的方向发生改变，这种方式的调节称为负反馈。在正常人体内，绝大多数控制系统都是负反馈方式的调节。以调定点为参照水平进行调节。,指令,受控部分,机能活动,负反馈信息,控制部分,负反馈(negativefeedback)：受控部分发出的反馈信