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阅读 6171 次 历史版本 0个 创建者:小白饭 (2011/3/7 14:16:39)  最新编辑:小白饭 (2011/3/7 14:16:39)
生理學
英文:physiology
同义词条:physiology
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  生理學(physiology)是生物科學的一個分支,是以生物機體的生命活動現象和機體各個組成部分的功能爲研究對象的一門科學。

概述

 
生理學
生理學
  生理學是研究活機體的正常生命活動規律的生物學分支學科,包括,個體、器官、細胞和分子層次的生理活動研究,以及實驗生理學分子生理學系統生理學等。活機體包括最簡單的微生物到最複雜的人體。 因爲研究對象不同,生理學可分爲微生物生理學、植物生理學動物生理學人體生理學。動物生理學特别是哺乳動物生理學和人體生理學的關係密切,他們之間具有許多共同點,可結合在一起研究。通常所說的生理學主要是指人體和高等脊椎動物的生理學。生理學是醫學的三大基礎課程之一,也是生命科學的基礎課程。其基本内容包括細胞生理學心血管系統呼吸系統神經系統消化系統激素等,及影響和調節這些功能的因素。

發展簡史

 
  以實驗爲特征的近代生理學始於17世紀。1628年英國醫生哈維發表了有關血液循環的名著《動物心血運動的研究》一書,這是歷史上首次以實驗證明了人和高等動物血液是從左心室輸出,通過體循環動脈而流向全身組織,然後匯集於靜脈而回到右心房,再經過肺循環而入左心房。這樣,心髒便成爲血液循環的中心。

  但哈維當時由於工具的限制,動脈與靜脈之間是怎樣連接的還隻能依靠臆測,認爲動脈血是穿過組織的孔隙而通向靜脈。直至1661年意大利組織學家馬爾皮基應用簡單的顯微鏡發現了毛細血管之後,血液循環的全部路徑才搞清楚,並確立了循環生理的基本規律。

  在17世紀法國哲學家笛卡兒首先將反射概念應用於生理學,認爲動物的每一活動都是對外界刺激的必要反應,刺激與反應之間有固定的神經聯繫,他稱這一連串的活動爲反射。反射概念直至19世紀初期由於脊髓背根司感覺和腹根司運動的發現,才穫得結構與功能的依據。這一概念爲後來神經系統活動規律的研究開辟了道路。

  在18世紀,法國化學家拉瓦錫首先發現氧氣和燃燒原理,指出呼吸過程同燃燒一樣,都要消耗和產生二氧化碳,從而爲機體新陳代謝的研究奠定了基礎。意大利物理學家伽伐尼發現動物肌肉收縮時能夠產生電流,於是開始了生物電學這一新的生理研究領域。

  19世紀,生理學開始進入全盛時期。首先應提到法國的著名生理學家貝爾納,他在生理學的多方面進行了廣泛的實驗研究並作出卓越貢獻,特别重要的是他提出的内環境概念已成爲生理學中的一個指導性理論。他指出血漿和其他細胞外液乃是動物機體的内環境,是全身細胞直接生活的環境,内環境理化因素如溫度、酸鹼度和滲透壓等的恒定是保持生命活動的必要條件。

  德國的路德維希所創造的記紋器,長期以來成爲生理學實驗室的必備儀器,他對血液循環的神經調節作出重要貢獻,對腎髒的泌尿生理提出有價值的設想。和他同時代的德國海登海因除了對腎髒泌尿生理提出不同的設想外,還首次運用了慢性的小胃制備法以研究胃液分泌的機制,被稱爲海氏小胃;這小胃制備法後來經俄國的著名生理學家巴甫洛夫改良成爲巴氏小胃,從而分别證明了胃液分泌的調節既有體液機制又有神經機制,他們都對消化生理作出不朽的貢獻。

  德國的物理學家和生理學家亥姆霍茲除運用他的豐富的物理學知識對於視覺和聽覺生理作出傑出的貢獻外,還創造了測量神經傳導速度的簡寫而相當准確的方法,爲後人所稱道。

  20世紀前半期,生理學研究在各個領域都取得了豐富的成果。1903年英國的謝靈頓出版了他的名著《神經系統的整合作用》,對於脊髓反射的規律進行了長期而精密的研究,爲神經系統的生理學奠定了鞏固的基礎。與此同時,巴甫洛夫從消化液分泌機制的研究轉到以唾液分泌爲客觀指標對大腦皮層的生理活動規律進行了詳盡的研究,提出著名的條件反射概念和高級神經活動學說。

  美國的坎農在長期研究自主神經系統生理的基礎上,於1929年提出著名的穩態概念,進一步發展了貝爾納的内環境恒定的理論,認爲内環境理化因素之所以能夠在狹小範圍内波動而始終保持相對穩定狀態,主要有賴於自主神經系統和有關的某些内分泌激素的經常性調節。

  坎農的穩態概念在20世紀40年代由於控制論的結合,乃廣泛地認識到機體各個部分從細胞到器官系統的活動,都依靠自身調節機制的作用而保持相對穩定狀態,這些調節機制都具有負反饋作用。從此以後,控制論、系統分析和電子計算機等一系列新觀念新技術的引進,使得生理學在定量研究方面邁出了一大步,出現數學生理學這一新邊緣學科。

  中國近代生理學的研究自20世紀20年代才開始發展。 1926年在生理學家林可勝的倡議下,成立中國生理學會翌年創刊《中國生理學雜志》,新中國成立後,改稱《生理學報》。中國生理學家在這個刊物上發表了不少很有價值的研究論文,受到國際同行的重視。

研究内容

 
  因爲研究對象不同,生理學可分爲微生物生理學、植物生理學、動物生理學和人體生理學。動物生理學特别是哺乳動物生理學和人體生理學的關係密切,他們之間具有許多共同點,可結合在一起研究。通常所說的生理學主要是指人體和高等脊椎動物的生理學。

  動物生理學從進化角度和個體發育角度去考慮,可以分爲比較生理學和發育生理學。前者對無脊椎動物各門及脊椎動物各綱的生理功能進行比較研究,探索他們的生命活動如何與其環境變化相適應。

  在種類浩繁的無脊椎動物中,昆蟲生理學的研究具有特别重要的位置。在脊椎動物中,魚類、兩棲類、鳥類和哺乳類動物的生理學研究具有重要意義。在發育生理學方面,哺乳動物的個體發育各階段的生理特征的研究,除具有它自身的價值外,對於理解人體發育進程中的生理變化也很有意隨着學科的相互滲透,生理學又分化出生物化學和生物物理學。

  由於近代生理學一開始就運用化學的和物理學的理論和技術進行研究,因而在生理學與生物化學和生物物理學之間要作出截然的劃分是不可能的。

  近代生理學的研究,不僅描述生命活動的表面現象,而且在整體觀點下運用實驗的方法探討機體各部分的功能及其内在的聯繫。

  生理學的實驗可分爲幾個層次,也就是從不同的水平進行生理學的實驗研究:器官系統水平,細胞組織水平和亞細胞及分子水平。迄今爲止,大量的生理學研究是集中於機體的器官系統水平,因爲這在醫學應用和生產實踐上是最亟需的基礎知識。

  例如:血液循環生理包括血液運行和心髒、血管的功能;呼吸生理包括呼吸道和肺的功能以及氣體在血液中的運輸;消化生理包括消化管運動和消化液的分泌,以及食物的消化和養料的吸收過程;排泄生理主要討論腎髒的泌尿過程和輸尿管、膀胱的排尿過程;内分泌生理討論各種内分泌腺的功能;神經系統是機體各部分功能的調節機構,一方面接受由各種感受器或感覺器官傳來的信號而加以整合,另方面對各種器官系統的活動進行調節和控制,從而使機體對體内外環境的變化作出有規律的反應。

  關於細胞組織水平的研究,乃是探索各種組織細胞的生理特性和活動特征,如神經組織、肌肉組織。上皮組織和結締組織的生理及其相互關係。這一水平的研究在生理學發展上也很早受到重視,從而爲理解各器官系統的活動機制提供必需的基礎知識。

  關於亞細胞和分子水平的生理研究,這是近期才發展的領域,如關於細胞膜的物質轉運的機制,神經和肌内細胞膜的電位變化及其與離子通透性改變的關係,各種肌肉的超微結構的功能及其與興奮——收縮耦聯的關係,各種激素的生物合成過程及其分泌和作用機制,中樞神經細胞的遞質和神經激素的研究等。以上3個層次的研究都屬於分析性生理學的範圍,這種分析性實驗的結果對於近代生理學的發展起了重大作用。

  在分析性研究發展的同時,生理學家還重視綜合性生理學的研究,那就是探討人類或動物的整體如何適應於環境的變化。生理學家對人和動物在各種自然環境中或人工模擬的環境中、整體或其某一部分的生理活動如何通過自身内部的調節,從而使機體與環境變化相適應進行研究。

  例如,19世紀的生理學家就已注意到人體和動物在基礎或安靜情況下的能量代謝,以及不同強度的運動或勞動和不同的營養物質對能量代謝的影響。又如高空、潛水對呼吸和心血管活動的影響,也很早受到生理學家的注意。隨着工業和航天事業的發展,於是高溫、低溫、航天失重時的生理變化的研究,也就應運而生。此外,生理學家利用慢性手術的制備來研究動物機體在健康、清醒的情況下各種消化液分泌的調節機制以及大腦活動的變化等。

  由於實驗技術和生理測試手段的不斷創新,使得生理學家有可能在人體或動物不受創傷的條件下研究各種生理活動的變化規律。所有這些綜合性或整體生理學的研究對於檢驗分析性生理研究的結果和解決人體生理學在實際應用中的問題,顯得特别有意義。而分析性生理研究越深入細致,對於綜合性生理研究結果的認識也越深刻全面。

  在研究人體正常生命活動的基礎上,還要研究人體的異常生命活動的規律。這樣就從生理學領域又派生了病理生理學,這對人類疾病的發生、發展和防治提供了理論依據。

  無論人體生理學或動物生理學的研究課題,在初期都是爲解抉實際問題的需要而由少數人自發地從事工作的。例如人體生理學一向是同醫療實踐密切聯繫着的,因此早期進行人體生理研究的也就是直接參與醫療實踐的醫務工作者。隻是由於醫療實踐中提出的生理學問題越來越多,而且要求對這些問題的解抉越來越深入,於是才有專門的生理學工作者。

  動物生理學的研究也是如此。例如畜牧業的發展需要研究家畜家禽的生理,水產業的發展需要研究魚類和其他水生動物的生理,農作物病蟲害的防治需要研究致病動物的生理,養蠶和養蜂業的發展需要研究蠶和蜜蜂的生理。所有這些實際應用問題的解決又反過來促進各有關的專業生理學的發展。

  生理學的任務主要是闡明機體及其各組成部分所表現的各種正常的生命現象、活動規律及其產生機制,以及機體内、外環境變化對這些功能性活動的影響和機體所進行的相應調節,並揭示各種生理功能在整體生命活動中的意義。

研究方法

 
  人體生理學的形成和發展與醫學有極其密切的關係。人類在對疾病的長期鬥爭中,積累了關於人體功能活動的知識,古代的醫學家加以總結概括,寫入他們的醫學著作中,這便是我們現在能找到的古代生理學理論。我國兩千多年前的醫書《内經》,就寫了經絡、髒腑、七情六淫、營衛氣血等生理學理論。古希臘醫書中也同樣有他們的生理學概念的描述。16世紀,Jean Fernel開始用亞里士多德(Aristotle)提出的physiologla(生理學)一詞,來稱呼研究人體結構與功能的這部分醫學。事實上,直到17世紀,人體生理學不過是醫學中的一章,而且是與解剖學描述結合在一起的。1628年Wil1iam  Harvey出版了他發現血液循環的實驗研究論文,標志着生理學開始成爲一門獨立的科學。關於生理學與醫學的關係,19世紀法國著名的生理學家Claude  Bernard曾經十分中肯地指出:“醫學是關於疾病的科學,而生理學是關於生命的科學。所以後者比前者更有普遍性。這就是爲什麼說生理學必然是醫學的科學基礎。一個醫師要研究生病的人,要用生理學來闡明和發展關於疾病的科學。”人體生理學作爲一門重要的醫學基礎理論課,不隻是因爲“不了解正常功能就不能理解疾病”,而更重要的是,醫生在長期的臨床實踐中將遇到許多新問題,而認識和處理這些新問題以促使醫學科學向前發展,常常要求助於生理學的理論和它的方法。

  人體生理學是一門自然科學,關於人體功能活動規律的任何理論和假設,都隻能從實際觀察中來,而且必須通過設計完善的實驗來檢驗、修正和發展,這樣,人們對人體生理功能的認識才能日益深入、日益精確。但人體生理學又有别於物理、化學等一般自然科學,它的實驗方法又有自己的特點。正如恩格斯在百餘年前指出的:“生理學當然是有生命的物體的物理學,特别是它的化學,但同時它又不再專門是化學,因爲一方面它的活動範圍被限制了,另一方面它在這里又升到了更高的階段。”17世紀初生理學的實驗研究,就主要是利用物理學與化學的基本方法與技術對生物體進行觀察;此後生理學的方法又隨着數、理、化等基本科學及其應用技術的發展而提高。

  生理學的奠基人William Harvey 首先將動物實驗方法引進這一學科領域。他曾提出:“穫得關於心髒的知識的唯一可能途徑,就是剖開動物觀察活着的器官。”因爲除了思維、意識等高級神經功能以外,内髒系統與運動系統以及神經系統的一般功能,在人與高等動物是相類似的;所以,利用動物實驗來研究人體生理學是合乎邏輯的,如所選用的動物在進化過程中愈接近於人,則愈能反映人體的功能活動規律。用多種動物觀察同一器官的功能活動,可以從共同的表現中找出具有普遍性的規律,很可能也適用於人體。1847年Ludwig發明記紋鼓(Kymograph),以後又使用了各種杠杆和機械檢壓裝置,於是在動物實驗中對各種功能活動的觀察能更細致、准確、較易於作客觀記錄和定量分析。這些實驗技術因而推動了生理學的發展。但直到20世紀中,生理學還主要是研究各器官的功能及其調節的器官生理學。在器官水平的生理學研究中,所用動物實驗的方法大體上可分爲慢性實驗與急性實驗兩大類,而急性實驗又可分爲在體(in vivo)與離體(in  vitro)兩種。慢性動物實驗方法主要是在無菌條件下對健康動物進行手術,暴露要研究的器官(如消化道各種造瘺手術)或摘除、破壞某一器官(如切除某一内分泌腺、破壞迷路等),然後盡可能在接近通常生活的情況下,觀察所暴露器官的某些功能,觀察摘除或被破壞某器官後所產生的功能紊亂等。這種實驗方法便於觀察某一器官在正常情況下的功能活動以及它在整體功能活動中的地位,但不便於具體分析這一器官的生理特性以及與其它器官之間的具體關係。急性在體實驗方法是在無痛條件下剖開動物,對某一兩個器官進行實驗觀察。這種方法比慢性實驗法簡單,易於控制條件,有利於觀察器官間的具體關係和分析某一器官功能活動的過程與特點,但這與正常生活情況下的功能活動仍有差别。急性離體實驗方法是從動物體内取出某一器官(如心髒)或某組織(如肌肉、神經),置於適宜的人工環境中使之在數小時或稍長的時間内能保持生理功能。這種方法有利於排除其它因素影響,觀察某一器官、組織的基本生理特性,但不一定能代表它在正常機體内的情況。

  近二、三十年來,由於基礎科學和新技術的迅速發展,使得人體生理學的研究有了很大的進展。一方面研究深入到細胞各亞微結構的功能和細胞内生物分子的各種物理化學變化。這種細胞、分子水平的研究,主要是利用了細胞分離和培養技術、生物電子學技術、超微量測定、電子顯微鏡、組織化學、同位素技術等。這部分研究可稱爲細胞與分子生理學。由於這類實驗研究不僅闡明了有關器官、組織功能活動的原理,而更重要的是可以闡明生命活動的基本規律,對於研究其它生理學課題都有指導作用,所以常稱之爲普通生理學。另一方面,對整個人體功能活動的研究也有了很大的進展。人們在勞動、運動時,或處於高空、高原、潛水等條件下,人體功能活動特征和變化以及人體與環境的關係。各功能系統之間的相互關係等,都是研究人體生理學的主要着眼點。進行這些整體水平的生理學研究,首先要用不傷害人體的觀測技術,其次要同時處理多方面複雜因素的影響。長期以來,由於這兩個問題不能解決,整體水平的生理學研究成效不大。近年來,由於生物電子學的發展,遙控、遙測、體表無創檢測等技術日益完善,特别是電腦技術的應用,使得各種特殊條件下的人體生理學研究有了很大進展。

  生理學既然是研究生命活動規律的科學,必然要以活着的機體、器官或組織細胞作爲實驗觀察的對象,即使作模擬、作數學模型、作系統分析(system  ana1ysis),也必須以對活機體、器官、組織細胞的觀察爲依據。在生理學實驗中,既要能夠全面、透徹地揭示出所研究的功能活動的規律,同時又要求所觀察的機體、器官、組織細胞能保持其正常狀態,而這兩方面常常難於兼顧。解決這個問題的關鍵是,不但要有深思熟慮的實驗設計,而且必須有適當的技術手段。正如恩格斯所指出的,生理學是進入了更高級階段的物理學和化學。生理科學研究中所運用的技術幾乎都是從其它精密基礎學科領域和工業技術中引進並加以改造應用的。因此,生理學的發展在很大程度上依賴於精密基礎科學的發展和工業技術的水平。但更有決定意義的是,生理科學工作者要及時把握這些方面的新成就,並善於改造和應用這些新成就。

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