1、 第一章第一章 绪论（绪论（Introduction to Physiology）第一节第一节 生理学的研究对象和任务生理学的研究对象和任务一、生理学的任务一、生理学的任务 生理学（生理学（physiology）是生物学的一个分支，是以生物机体的生命）是生物学的一个分支，是以生物机体的生命 活动现象和机体各个组成部分的活动现象和机体各个组成部分的功能功能为研究对象的一门科学。为研究对象的一门科学。Physiology is the science of studying the functional activities and its mechanisms in biological bod
2、y.For example:why can heart automatically beat?本门课程主要讲授人体生理学（本门课程主要讲授人体生理学（human physiology),许多动物的生许多动物的生 理过程与人相似。理过程与人相似。主要内容：不同系统、器官、组织、细胞、分子的功能及其相互协主要内容：不同系统、器官、组织、细胞、分子的功能及其相互协 调；功能调节机制；机体如何适应环境调；功能调节机制；机体如何适应环境二、生理学研究的三个水平二、生理学研究的三个水平（一）整体水平：整合生理学（integrative physiology）in vivo(在体）（二）器官和系统水平:in
3、 vivo,in vitro（离体）（三）细胞和分子水平：细胞生理学（cell physiology）分子生理学（molecular physiology）分子水平向整体水平的回归 生理学是一门实验科学。生理学几乎所有的知识都是通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。英国人过实验获得的。英国人哈维哈维是近代生理学的奠基人。是近代生理学的奠基人。William Harvey (1578-1657)哈维创立血液循环理论的故事哈维创立血液循环理论的故事l 血液循环理论来之不易。l 哲学家亚里士多德亚里士多德的观点：食物在心脏内转变成血液；心脏给血液加热；动脉里充满了空气；心脏
4、产生 “元气”；静脉和动脉血都有涨有落，有时向心脏流入，有时从心脏流出。这种错误观点延续了几百年。亚里士多德亚里士多德的观点 盖仑的理论认为，血液在人体内像潮水一样流动之后，便消失在人 体四周。盖伦曾亲自做过大量的解剖，也对心脏和血管做过细心的研 究，但是却从未想到血液会循环流动；由于他是一位名望极高的神医，于是人们1千年内都把他这种血液理论奉为真理，不许怀疑。l 16世纪，比利时医生维萨里维萨里认为盖仑的理论是错误的。不久，西班牙医生塞尔维特塞尔维特便提出了血液在心肺之间进行小循环的看法，这两位巴黎大学里的同学，相继向权威盖仑进行挑战。但是他们都付出了惊人的代价，维萨里受到宗教裁判所的迫害，
5、被判处死刑。塞尔维特由于出版了基督教的复兴触犯了西班牙教会，与1553年10月，在日内瓦被当作“异教徒”，活活烧死。这两位医生为了研究人的血液循环，向权威挑战，献出了宝贵的生命。William Harvey（站立者）正在给查理一世国王显示羊的心脏 Heart and movement of blood艺术家们描绘的艺术家们描绘的HalesHales做的测量马做的测量马的血压实验，玻璃的血压实验，玻璃管中血液的高度反管中血液的高度反应了血液循环中的应了血液循环中的压力。压力。（1）Kats 有关胆碱酯酶的研究与重症肌无力：有关胆碱酯酶的研究与重症肌无力：（2）Kuffer有关抑制性神经递质有关抑
6、制性神经递质GABA的发现：的发现：第二节第二节 机体的内环境机体的内环境q 体液体液：细胞内液：占体重的 40%细胞外液：占体重的 20%，其中血 浆：占体重的 5%组织液：占体重的 15%q 内环境（内环境（internal environmentinternal environment）：）：细胞外液q 内环境稳态（内环境稳态（homeostasishomeostasis）：）：内环境的理化特性相对恒定 第三节第三节 生理功能的调节生理功能的调节 一、神经调节（一、神经调节（nervous regulation）p 基本方式是基本方式是反射（反射（reflex），反射的结构基础是，反射的
7、结构基础是反射弧反射弧（reflex arc）。非条件反射非条件反射（Unconditioning reflex）:set up before birth 条件反射条件反射（Conditioning reflex）:set up after birthp 反射弧的组成反射弧的组成：感受器（receptor）传入神经（afferent nerve）神经中枢（nerve center)传出神经（efferent nerve)效应器（effector)p 神经调节的特点神经调节的特点：快速、准确、精巧、协调二、体液调节（二、体液调节（humoral regulation）q 全身性体液调节：全身性体
8、液调节：循环循环激素（激素（hormone）；其他化学因子；神经激素；其他化学因子；神经激素q 局部性体液调节：局部性体液调节：旁分泌（旁分泌（paracrine）局部性代谢物质自分泌（自分泌（autocrine）q 体液调节的特点体液调节的特点：反应相对较慢、作用部位广泛、持久 三、自身调节三、自身调节（Autoregulation）q 是组织、细胞本身的特性，不依赖神经、体液调节是组织、细胞本身的特性，不依赖神经、体液调节q 调节能力相对较小调节能力相对较小q 举例：举例：心脏的异长自身调节心脏的异长自身调节血管受牵拉后会收缩血管受牵拉后会收缩脑、肾血流量的自身调节脑、肾血流量的自身调节
9、第四节第四节 体内的控制系统体内的控制系统 一、非自动控制系统一、非自动控制系统(non-automatic control system）q 又称开环系统开环系统（open loop system），信息流单向，只有控制信息，没有反馈信息，不能起调节作用，在体内极少见。例如：depress reaction 二、反馈控制系统二、反馈控制系统（Feedback control system)q 又称闭环系统（闭环系统（closed loop system）或自动控制系统自动控制系统，信息流双向，既有控制信息，又有反馈信息，是机体功能活动相对稳定的主要调节方式。比较器控制系统受控系统监测装置参考
10、信息偏差信息控制信息输出变量反馈信息反馈控制系统模式图反馈控制系统模式图q 负反馈（负反馈（negative feedback）控制系统）控制系统：反馈信息减低控制部分的活动，是维持机体稳态的重要机制。例如：降压反射 缺氧引起呼吸加深加快q 正反馈（正反馈（positive feedback）控制系统：）控制系统：反馈信息加强 强控制部分的活动，其意义是快速彻底完成某一生理过 程。例如：血液凝固 分娩 排尿 钠通道开放 病理情况下的恶性循环：大失血、DICq 前馈（前馈（feedforward）控制系统：）控制系统：控制部分可接受三方面控制部分可接受三方面 的信息：的信息：参考信息 反馈信息
11、前馈信息前馈信息：可根据干扰信号及时调整控制部分的活动，使其更加准确。前馈控制举例：手指精确动作：体温调节：在受到气候变冷的预报后，机体即可动员产热前馈控制系统模式图前馈控制系统模式图控制系统受控系统监测装置输入信息前馈信息前馈信息控制信息输出变量干扰信息监测装置反馈信息第五节第五节 生理学的未来：生理基因组学、系统生物学生理学的未来：生理基因组学、系统生物学和转化医学和转化医学一、一、生理基因组学（physiological genomics）p 近十年来，生理学与基因组学达到了空前的融合。尽管生理基因组学还是一个非常年轻的研究领域，系统生物学概念的引入必将推进生理基因组学达到全新的水平，促
12、进生理科学的新时代得到来。生理学家应迎接这种机遇和挑战，通过扩展和延伸生理学与基因组学的结合，从而对生物学得到系统的理解。p 参考文献：Allen W.Cowley,Jr.,Mingyu Liang.Physiology and genomics:toward systems biology.Acta Physiologica Sinica,2006,58(1):1-4.二、系统生物学二、系统生物学（Systems Biology）p是研究一个生物系统中所有组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的构成，以及在特定条件下这些组分间的相互关系的学科。系统生物学不同于以往的实验生物学仅关心个别的基因和
13、蛋白质，它要研究所有的基因、所有的蛋白质、组分间的所有相互关系。显然，系统生物学是以整体性研究为特征的一种大科学。p作为人类基因组计划的发起人之一，美国科学家莱诺伊胡德（Leroy Hood）也是系统生物学的创始人之一。在胡德看来，系统生物学和人类基因组计划有着密切的关系。正是在基因组学、蛋白质组学等新型大科学发展的基础上，孕育了系统生物学。反之，系统生物学的诞生进一步提升了后基因组时代的生命科学研究能力。正如胡德所说，“系统生物学将是21世纪医学和生物学的核心驱动力”p 系统生物学的基本工作流程（分四个阶段）：系统生物学的基本工作流程（分四个阶段）：第一阶段：第一阶段：对选定的某一生物系统的
14、所有组分进行了解和确定，描绘出该对选定的某一生物系统的所有组分进行了解和确定，描绘出该系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间系统的结构，包括基因相互作用网络和代谢途径，以及细胞内和细胞间的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。的作用机理，以此构造出一个初步的系统模型。第二阶段：第二阶段：系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部系统地改变被研究对象的内部组成成分（如基因突变）或外部生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化，生长条件，然后观测在这些情况下系统组分或结构所发生的相应变化，包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，
15、并把得到包括基因表达、蛋白质表达和相互作用、代谢途径等的变化，并把得到的有关信息进行整合。的有关信息进行整合。第三阶段：第三阶段：把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对把通过实验得到的数据与根据模型预测的情况进行比较，并对初始模型进行修订。初始模型进行修订。第四阶段：第四阶段：是根据修正后的模型的预测或假设，设定和实施新的改变系统是根据修正后的模型的预测或假设，设定和实施新的改变系统状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修状态的实验，重复第二步和第三步，不断地通过实验数据对模型进行修订和精练。系统生物学的目标就是要得到一个理想的模型，使其理论预订和精练。系
16、统生物学的目标就是要得到一个理想的模型，使其理论预测能够反映出生物系统的真实性。测能够反映出生物系统的真实性。p 系统生物学的灵魂：系统生物学的灵魂：整合整合 系统生物学与基因组学、蛋白质组学等各种“组学”的不同之处在于，它是一种整合型大科学。首先，它要把系统内不同性质的构成要素（基因、mRNA、蛋白质、生物小分子等）整合在一起进行研究。经典的分子生物学研究是一种垂直型的研究，即采用多种手段研究个别的基因和蛋白质。而系统生物学则是要把水平型研究和垂直型研究整合起来，成为一种“三维”的研究和多学科交叉研究。p 系统生物学的基础：信息（生物信息学）系统生物学的基础：信息（生物信息学）p 系统生物学
17、的钥匙系统生物学的钥匙 ：干涉：干涉 人为地设定某种或某些条件去作用于被实验的对象，从而达到实验的目的。这种对实验对象的人为影响就是干涉（perturbation）。传统生物学采用非干涉方法如形态观察或分类研究生物体。20世纪形成的分子生物学等实验生物学的特点就是，可以在实验室内利用各种手段干涉生物学材料，如通过诱导基因突变或修饰蛋白质，由此研究其性质和功能。系统生物学同样也是一门实验性科学，也离不开干涉这一重要的工具。三、转化医学（转换医学）三、转化医学（转换医学）（Translational Medicine）是近两三年来国际医学健康领域出现的新概念，是医学研究的一个分支，试图在基础研究与
18、临床医疗之间建立更直接的联系，将基础研究的成果转化成为实际患者提供的真正治疗手段，强调的是从实验室到病床旁的联接。转换医学倡导以患者为中心，从临床工作中发现和提出问题，由基础研究人员进行深入研究，然后再将基础科研成果快速转向临床应用，基础与临床科技工作者密切合作，以提高医疗总体水平。因此转换医学研究主张打破以往研究课题组单一学科或有限合作的模式，强调多学科组成课题攻关小组，发挥各自优势，通力合作。例如，诊断及监测人类疾病的新参数生物标志物的研究，是由基础医学、临床医学和生物信息学等专业研究人员共同组成。这种研究为开发新药及研究新的治疗方法开辟出一条具有革命性意义的新途径，而且有助于探索新的治疗
19、方法，缩短新的治疗方法从实验到临床阶段的时间，进而快速提高医护和治疗工作的质量。北京协和医学院生理学系北京协和医学院生理学系q 1921年随着协和医学院的诞生而成立，是中国生理学的 摇篮。q 在最鼎盛时曾享誉全球，主编的英文“中国生理学杂志”是具有重要国际影响的学术刊物。q 先后有两位院士（林可胜院士，张锡钧院士）担任系主 任，并有六位院士曾在该系学习和工作过。王志均院士为王志均院士为北京协和医学院生理学系北京协和医学院生理学系系史写的系史写的“序序”协和生理学系迥然不同于其他单位的生理学系，它有特殊的历史意义。它是我国近、现代生理学的发源地，是早期培养中国生理学工作者的重要基地。以林可胜先生
20、为首的生理学家们，正是以筚路蓝缕的精神，使我国生理学从萌芽时期走向近代时期。首先，他们创建了中国生理学会，随即创刊了中国生理学杂志(英文)。他们正是以非凡的魄力促进了中国生理学的发展，推动了中国生理学历史车轮的进程，使其早日达到现代水平。因此，协和生理学系的历史功绩是不可磨灭的。19361937年是老协和生理学系兴旺发达的顶峰，它具有全国生理学方面教职工人员的最佳阵容。我有幸在这一年开始在那里进修了三年。当时林可胜先生已在系内工作了11年，他奋发图强，锐意创新，在教学、科研、培养人才和社会活动等方面，都有突出成绩，从而把中国生理学推向国际水平。但不幸的是，1937年“七七“事变的发生，使我国人
21、民坠入了灾难的深渊，民族矛盾跃居第一位。林先生离开了协和，奔赴西南大后方参加救死扶伤工作和战时卫生人员训练工作，生理学系遂由张锡钧先生负责主持，责任是重大的，困难是很多的，但张先生都克服了。这一段历史是我亲身经历的，至今犹历历在目，难以忘怀。19361937年是老协和生理学系兴旺发达的顶峰，它具有全国生理学方面教职工人员的最佳阵容。我有幸在这一年开始在那里进修了三年。当时林可胜先生已在系内工作了11年，他奋发图强，锐意创新，在教学、科研、培养人才和社会活动等方面，都有突出成绩，从而把中国生理学推向国际水平。但不幸的是，1937年“七七“事变的发生，使我国人民坠入了灾难的深渊，民族矛盾跃居第一位
22、。林先生离开了协和，奔赴西南大后方参加救死扶伤工作和战时卫生人员训练工作，生理学系遂由张锡钧先生负责主持，责任是重大的，困难是很多的，但张先生都克服了。这一段历史是我亲身经历的，至今犹历历在目，难以忘怀。Dr.Robert K.S.Lim（1897-1969）简简 历历1897.10.15 出生于新加坡，英籍华人。出生于新加坡，英籍华人。1913-1919 英国爱丁堡大学医学院毕业英国爱丁堡大学医学院毕业。1914-1916 第一次世界大战，被征入伍，第一次世界大战，被征入伍，从事战地从事战地 救护工作。救护工作。1921 获得博士学位（获得博士学位（Ph.D)，师从，师从Sharpy Sch
23、afer 教授教授,从事生理学研究。从事生理学研究。1924-1937 北京协和医学院生理系主任、教授北京协和医学院生理系主任、教授 1937-1948：抗日战争期间任中国红十字会救护委员会：抗日战争期间任中国红十字会救护委员会 主主 任委员，国民党政府军医署署长、国防医学院院长，任委员，国民党政府军医署署长、国防医学院院长，1948年赴台。年赴台。1948-1967：1948年离台赴美，先后在芝加哥大学伊利年离台赴美，先后在芝加哥大学伊利 诺诺斯医学院加州大学克来顿医学院等校任教，斯医学院加州大学克来顿医学院等校任教，1959年任年任 Miles医学研究室主任，医学研究室主任，1967年退休
24、。年退休。1969年因食道癌逝于牙买加，终年年因食道癌逝于牙买加，终年72岁。岁。林可胜戎装照林可胜戎装照由协和医生护士参加组成的救护队由协和医生护士参加组成的救护队左右：林可胜、侯祥传、侯宗濂、沈 淇、Necheles H 等生理学家在学生实验室研究工作研究工作 1924-1937 1924-1937 北京协和医学院生理学系北京协和医学院生理学系v消化生理消化生理:胃液分泌机制胃液分泌机制用组织学方法研究胃腺细胞分泌过程用组织学方法研究胃腺细胞分泌过程胃液基础分泌，胃液成分分析，正常人胃液分泌定量分析，胃液基础分泌，胃液成分分析，正常人胃液分泌定量分析，迷走神经对胃液分泌影响迷走神经对胃液分
25、泌影响去神经活体灌流胃的分泌及胃血管舒缩反应的影响去神经活体灌流胃的分泌及胃血管舒缩反应的影响机械刺激如骨头等坚硬物质对胃液分泌的促进作用机械刺激如骨头等坚硬物质对胃液分泌的促进作用去神经移植胃的研究去神经移植胃的研究脂肪在小肠中抑制胃液分泌和胃运动的作用及其机制脂肪在小肠中抑制胃液分泌和胃运动的作用及其机制脂肪抑制胃液分泌和胃运动的作用机制研究脂肪抑制胃液分泌和胃运动的作用机制研究Lobassov 1897,Lim RKS&Ivy AC 1923Lim RKS et al(Kosaka J,Feng TP,Chang HS,)1925-PUMCFeedingFeedingDenervated
26、 HeidenhainpouchTransplantedpouch in neckGastric secretion口饲口饲Olive oil 50 ml 1.5h后后口饲肉口饲肉150mg 胃液胃液分泌抑制达分泌抑制达2小时（左）用移植于颈部无神经小胃小时（左）用移植于颈部无神经小胃实验，结果相同（右）。实验，结果相同（右）。Dog BBDog A结果：肠段结果：肠段B提取液可抑制去神提取液可抑制去神经海氏小胃分泌，而肠段经海氏小胃分泌，而肠段A提取提取液无效液无效60后后,A、B肠段肠段黏膜黏膜10/N HCl提取液提取液Dog B口饲肉口饲肉150mgA、B提提取液分取液分别注入别注入
27、Dog A 静脉或静脉或皮下皮下Olive oil 50mlDenervated HeidenhainpouchA 1930年林可胜提出脂肪可以刺激小肠或结肠黏膜产生一年林可胜提出脂肪可以刺激小肠或结肠黏膜产生一种物质经血液循环至胃黏膜细胞抑制胃液分泌和胃运动。种物质经血液循环至胃黏膜细胞抑制胃液分泌和胃运动。这种物质与淋巴无关，可能是一种球蛋白，定名为这种物质与淋巴无关，可能是一种球蛋白，定名为Enterogastrone(肠抑胃素）。至今未能提纯，可能是一肠抑胃素）。至今未能提纯，可能是一种多肽，也有人认为可能是抑胃素（种多肽，也有人认为可能是抑胃素（GIP）或促胰液素）或促胰液素（Sec
28、retin)，尚无定论。，尚无定论。肠抑胃素肠抑胃素是中国人在国内首先是中国人在国内首先发现的胃肠道激素，也是胃肠激素领域中早期的经典性发现的胃肠道激素，也是胃肠激素领域中早期的经典性工作。工作。循环生理：心血管中枢的定位研究循环生理：心血管中枢的定位研究 猫脑干加压区，降压区猫脑干加压区，降压区（Alexander 1947)林可胜：延脑第四脑室下凹林可胜：延脑第四脑室下凹上部交感兴奋下凹下部外上部交感兴奋下凹下部外侧交感抑制侧交感抑制林可胜证明：引起痛觉的生林可胜证明：引起痛觉的生物性刺激物是化学性的，外物性刺激物是化学性的，外周痛感受器对化学物质敏感。周痛感受器对化学物质敏感。阿司匹林类
29、药是通过阿司匹林类药是通过“占领占领”痛感受器，而制止疼痛的发痛感受器，而制止疼痛的发生，它的作用在外周，不在生，它的作用在外周，不在中枢中枢局部组织创伤、炎症、温度、毛细血管缺血局部组织释放 K+、H+、5-HT、Bradykinin、PGE伤害性刺激痛感受器兴奋感觉神经神经中枢吗啡吗啡阿司匹林阿司匹林乙酰水杨酸盐乙酰水杨酸盐痛觉生理：镇痛机制研究痛觉生理：镇痛机制研究Asprin (+)Sod-salicylateAsprin (-)Sod-salicylateMorphrine (+)D.DogR.DogSpleenBloodBloodBradykininAsprinA VAVCross
30、-perfused spleen experiments in dogsVpainv在我国首先建立了一套完整的生理学教学体系，首先开在我国首先建立了一套完整的生理学教学体系，首先开办了生理学实验课，编写了实验讲义，成为国内生理学办了生理学实验课，编写了实验讲义，成为国内生理学的典范。同时大力开展研究工作，至的典范。同时大力开展研究工作，至2020世纪世纪3030年代协和年代协和生理系研究和教学工作成绩突出，名扬海内外。生理系研究和教学工作成绩突出，名扬海内外。v大力培养生理学人才，包括青年教师、研究生、进修生，大力培养生理学人才，包括青年教师、研究生、进修生，壮大发展了我国生理学队伍。壮大发展
31、了我国生理学队伍。v于于19261926年创建了中国生理学会，成为我国生理学的学术年创建了中国生理学会，成为我国生理学的学术中心，为促进我国生理学的发展发挥了重要作用。中心，为促进我国生理学的发展发挥了重要作用。v于于19271927年创办中国生理学杂志（英文版），成为反映我年创办中国生理学杂志（英文版），成为反映我国生理学成就，进行国际学术交流的重要刊物，受到国国生理学成就，进行国际学术交流的重要刊物，受到国际生理学界好评。际生理学界好评。著名生理学家张锡钧院士著名生理学家张锡钧院士v 生理学的概念、研究对象和任务、研究层次生理学的概念、研究对象和任务、研究层次v 内环境及其稳态的概念；生理功能的调节方式内环境及其稳态的概念；生理功能的调节方式v 机体的自动控制及其基本原理，反馈的概念机体的自动控制及其基本原理，反馈的概念v 了解世界及我国生理学发展史了解世界及我国生理学发展史
