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第一章 绪 论

第一节 生理学的任务和研究方法

一、生理学及其任务

生理学（physiology）是研究生物体及其组成部分正常功能活动规律的一门科学。 生理学的研究对象是生物体，任务是阐明机体及其各组成部分所表现出来的生命现象、活动规律及其产生机制，以及机体内外环境变化对这些功能性活动的影响和机体所进行的相应调节，并揭示各种生理功能在整体生命活动中的意义。 二、生理学和医学的关系

生理学是一门重要的基础医学理论课程，起着承前启后的作用。 三、生理学的研究方法

生理学是一门实验性科学。生理学实验可分为动物实验和人体实验。生理学实验主要在动物身上进行。动物实验又可分为急性动物实验和慢性动物实验，其中前者又可分为离体实验和在体实验。

四、生理学研究的不同水平

1.器官和系统水平的研究：主要研究各器官和系统的活动规律、调节机制及其影响因素等。

2.细胞和分子水平的研究：在于探索细胞及其所含生物大分子的活动规律。 3.整体水平的研究：以完整的机体为研究对象，观察和分析在各种生理条件下不同器官、系统之间相互联系、相互协调的规律。

第二节 机体的内环境与稳态

一、机体的内环境

细胞外液是细胞直接接触和赖以生存的环境，被称为机体的内环境(internal environment)。 二、内环境的稳态

稳态（homeostasis）,也称自稳态，是指内环境理化性质相对恒定的状态。稳态的维持是机体自我调节的结果。稳态是维持机体正常生命活动的必要条件。

第三节 机体生理功能的调节 一、生理功能的调节方式

机体对各种功能活动的调节方式主要有三种，即神经调节、体液调节和自身调节。一般认为神经调节作用迅速、精确和短暂，起主导作用；而体液调节则相对缓慢、持久而弥散；自身调节的幅度和范围都较小。 1.神经调节（nervous regulation）：是通过反射而影响生理功能的一种调节方式，是人体生理功能中最主要的形式。反射（reflex）是指机体在中枢神经系统参与下，对内外环境刺激所做出的规律性应答。反射的结构基础是反射弧，由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器五个部分组成。

2.体液调节（humoral regulation）:是指机体内某些特殊的化学物质经体液途径影响生理功能的一种调节方式。作用方式包括远距分泌、旁分泌、自分泌和神经分泌。

3.自身调节（autoregulation）:是指组织细胞不依赖于神经或体液因素，自身对环境刺激发生的一种适应性反应。 二、体内的控制系统

运用数学和物理学的原理和方法，分析研究机器和动物体内的控制和通信的一般规律的学科,称为控制论。生理学中则主要探讨器官和系统水平以及整体水平的控制系统。任何控制系统都由控制部分和受控部分组成，人体内的控制系统可分为非自动控制系统、反馈控制

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系统和前馈控制系统三大类。

1.非自动控制系统：由控制部分对受控部分发出活动的指令，但受控部分的活动不会影响控制部分的活动。其控制方式是单向的，是一个开环系统，在人体功能调节中较为少见。

2.反馈控制系统:控制部分发出指令控制受控部分的活动，而控制部分自身的活动又接受来自受控部分返回信息的影响。由受控部分发出的信息反过来影响控制部分的活动，称为反馈。反馈控制系统是一个闭环系统，因而具有自动控制的能力。反馈控制系统的缺点是反应有一定的波动和时间滞后现象。

(1)负反馈：受控部分发出的反馈信息调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着与它原先活动相反的方向改变，称为负反馈。人体内负反馈极为多见， 如减压反射。

(2)正反馈：受控部分发出的反馈信息促进与加强控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝着与它原先活动相同的方向改变,称为正反馈。体内正反馈较少见，如血液凝固。

3.前馈控制系统:控制部分在反馈信息尚未到达前已受到纠正信息（前馈信息）的影响，及时纠正其指令可能出现的偏差,这种自动控制形式称为前馈。前馈作用迅速，并具有预见性，因而适应性更大；缺点是有时会发生失误。

第二章 细胞的基本功能

第一节 细胞膜的结构和物质转运功能

一、细胞膜的结构概述

机体的每个细胞都被一层薄膜所包被，称为细胞膜。细胞膜主要有脂质和蛋白质组成，此外还有少量的糖类物质。Singer和 Nicholson于1972年提出的液态镶嵌模型，即膜的基架是液态的脂质双分子层，其中镶嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质。

1.脂质双分子层

(1)成分：膜脂质主要由磷脂、胆固醇和少量糖脂构成。

(2)结构：磷脂、胆固醇和糖脂都是一些双嗜性分子，这些分子以脂质双层的形式存在于质膜中，亲水端朝向细胞外液或胞质，疏水的脂肪酸烃链则彼此相对，形成膜内部的疏水区。

(3)特点： ①流动性 ②稳定性

2.细胞膜的蛋白：根据膜蛋白在膜上存在的形式，可分为表面蛋白和整合蛋白两类。与物质跨膜转运功能有关的功能蛋白，如载体、通道，都属于整合蛋白。细胞膜的功能主要是通过膜蛋白来实现的，膜蛋白的种类及含量越多，该细胞的功能也就越复杂。

3.细胞膜的糖类：细胞膜所含糖类甚少，主要是一些寡糖和多糖链，它们以共价键的形式和膜脂质或膜蛋白结合，形成糖脂或糖蛋白。结合于糖脂或糖蛋白上的糖链仅存在于膜的外侧，通常具有受体或抗原的功能。 二、物质的跨膜转运

质膜不仅在维持细胞正常的代谢活动中起重要的屏障作用，在物质的跨膜转运中也起重要的参与作用。脂溶性的和少数分子很小的水溶性物质可直接穿越细胞膜；大部分水溶性溶质分子和所有离子的跨膜转运需要有膜蛋白介导来完成；大分子物质或物质团块则以复杂的出胞或入胞的方式整装进出细胞。

1.单纯扩散

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(1)概念：脂溶性的和少数分子很小的水溶性的物质通过脂质双层由高浓度一侧向低浓度一侧转运的过程，称为单纯扩散。如氧气、二氧化碳、水等的跨膜转运。

(2)影响因素：某物质通过膜的难易程度取决于它们的脂溶性和分子大小，扩散的方向和速度取决于膜两侧该物质的浓度差和膜对该物质的通透性。

(3)特点：不需要外力帮助，也不消耗能量，是一被动过程。 2.膜蛋白介导的跨膜转运：介导转运的膜蛋白可分为载体蛋白（简称载体，也称转运体）和离子通道（简称通道）两大类。有些载体具有ATP酶活性，称为离子泵，离子泵由于具有分解ATP的能力，也称为ATP酶。

(1)通道介导的跨膜转运：通道介导的跨膜转运都是被动的，也称为经通道易化扩散。这种跨膜转运的特征是：①高速度；②离子选择性；③门控。根据对不同刺激的敏感性，离子通道通常可分为化学门控通道、电压门控通道以及机械门控通道等。

(2)载体介导的跨膜转运：跨膜转运的特征是：①转运速率存在饱和现象；②载体与溶质的结合具有结构特异性；③结构相似的溶质经同一载体转运时有竞争抑制。载体介导的跨膜转运可分为三种形式：

1）经载体易化扩散：

2）原发性主动转运：特点是：①在物质转运过程中，细胞要代谢供能；②物质转运是逆电-化学梯度进行的。

在细胞膜上普遍存在的离子泵是钠-钾泵（sodium potassium pump），简称钠泵，也称Na+-K+ -ATP酶。钠泵的主要功能包括：①钠泵活动造成的细胞内高K+

是许多代谢反应进

行的必要条件；②维持胞内渗透压和细胞容积；③建立Na+

的跨膜浓度梯度，为继发性主动转运的物质提供势能储备；④钠泵活动造成的跨膜浓度梯度，是细胞发生电活动的前提条件；⑤钠泵活动是生电性的，可直接影响膜电位，使膜内电位的负值增大。

3）继发性主动转运：如葡萄糖在小肠黏膜上皮的主动吸收，就是由Na+

-葡萄糖同向转运体和钠泵的耦联活动而完成的。

3.出胞和入胞

出胞和入胞主要是依靠细胞本身的活动来完成的，也需要细胞代谢供能。

第二节 细胞的信号转导

一、离子通道型受体介导的信号转导

离子通道型受体属于化学门控通道，也称递质门控通道或促离子型受体。如骨骼肌终板膜上的N2型ACh受体阳离子通道。离子通道型受体介导信号转导的特点是路径简单、速度快，对外界作用出现反应的位点较局限。 二、G蛋白耦联受体介导的信号转导

1.主要的信号蛋白

(1)G蛋白耦联受体:又称促代谢型受体。G蛋白耦联受体种类繁多，构成细胞膜上最大的受体分子超家族,每种受体都由一条包含7次跨膜α螺旋的肽链构成,故也称为7次跨膜受体。G蛋白耦联受体与配体结合后，通过构象变化引起对G蛋白的结合和激活。

(2)G蛋白：鸟苷酸结合蛋白简称G蛋白，通常是指由α、β和γ三个亚单位构成的三聚体G蛋白。G蛋白的种类很多，所有G蛋白的共同特征是其中的α亚单位同时具有结合GTP或GDP的能力和具有GTP酶活性。G蛋白的分子构象有结合GDP的失活态和结合GTP的激活态两种，并能互相转化，在信号转导中起着分子开关的作用。G蛋白激活后，可进一步激活膜的效应器蛋白，把信号向细胞内转导。

(3)G蛋白效应器：包括酶和离子通道两类，主要的效应器酶有腺苷酸环化酶（AC）、磷脂酶C（PLC）、磷脂酶A2和磷酸二酯酶等，它们催化生成（或分解）第二信使物质，将信号转导到细胞内。

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(4)第二信使: 是指激素、递质、细胞因子等信号分子作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子，能把细胞外信号分子携带的信息转入胞内。较重要的有环-磷酸腺苷（cAMP）、三磷

酸肌醇（IP、二酰甘油（DG）、环-磷酸鸟苷（cGMP）和Ca2+

3）等。

2.主要的G蛋白耦联受体信号转导途径 (1)受体-G蛋白-AC途径 (2)受体-G蛋白-PLC途径

3.注意：①不同的G蛋白可激活不同的酶，产生不同的信使分子；②G蛋白效应器和第二信使具有多样性；③第二信使物质的生成要经过一系列酶催化反应，故有生物放大作用；④ 第二信使是通过其相应的蛋白激酶的活化引起一连串的底物蛋白(酶)磷酸化而发生效应；⑤G蛋白耦联受体介导的信号转导的特点是效应出现较慢、反应较灵敏、作用较广泛。 三、酶联型受体介导的信号转导

酶联型受体也是一种跨膜蛋白，但每个受体分子只有1次穿膜。它往往既有与信号分子结合的位点，起受体的作用，又具有酶的催化作用，通过它们的这种双重作用完成信号转导。 较重要的有酪氨酸激酶受体、酪氨酸激酶结合型受体和鸟苷酸环化酶受体。

第三节 细胞的电活动

一切活细胞无论处于安静或活动状态都存在电的活动，这种电的活动称为生物电。人体和各器官表现的电现象，是以细胞水平的生物电现象为基础的，而细胞生物电又是细胞膜两侧带电离子的不均匀分布和一定形式的跨膜移动的结果。 一、膜的被动电学特性和电紧张电位

1.膜电容：细胞膜具有显著的电容特性，且膜电容较大；当膜上的离子通道开放而引起带电离子的跨膜流动时，就相当于在电容器上充电或放电，从而在膜两侧产生电位差，即跨膜电位，简称膜电位。

2.膜电阻：通常用它的倒数膜电导G来表示。对带电离子而言，膜电导是膜对离子通透性的观测指标；细胞膜对某离子电导的变化与其对该离子的通透性的变化是完全一致的。

3.轴向电阻：沿细胞的长轴存在，数值决定于胞质溶液本身的电阻和细胞的直径；细胞直径越大，轴向电阻越小。

4.电紧张电位：由膜的被动电学特性决定其空间分布的膜电位称为电紧张电位。电紧张电位的幅度达到一定水平，就会引起相当多的钠通道或钙通道的激活，从而引发动作电位；细胞膜电紧张电位发生的速度和扩布的范围也是影响动作电位产生和传播速度的重要因素。 二、静息电位及其产生机制

1.细胞的静息电位

(1)概念：静息时，质膜两侧存在着外正内负的电位差称为静息电位（resting potential，RP）。

(2)特征：①通常是平稳的直流电位；②不同细胞静息电位的数值可以不同，并且只要细胞未受刺激、生理条件不变，这种电位将持续存在。

(3)注意：①平稳的静息电位存在时细胞膜电位外正内负的状态称为极化；②静息电位（的绝对值）增大的过程或状态称为超极化；③静息电位（的绝对值）减小的过程或状态称为去极化或除极化；④去极化至零电位后膜电位如进一步变为正值，则称为反极化，膜电位高于零电位的部分称为超射；⑤细胞膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程，称为复极化。

2．静息电位产生的机制

(1)膜学说: 1902年Bernstein认为生物电现象的各种表现，主要是由于细胞内外离子分布不均匀以及在不同状态下，细胞膜对不同离子的通透性不同。

(2)机制：静息电位主要是由K+外流形成的,非常接近于K+

的平衡电位。

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