考研生理physiology生理學(xué)教研室

1、生理學(xué)PHYSIOLOGY生理學(xué)教研室 戎偉芳老紅樓207室Extension 776476 生理學(xué)緒論 什么是生理學(xué)？ 生理學(xué)的幾個(gè)基本原則 內(nèi)環(huán)境 (internal environment) 穩(wěn)態(tài) (homeostasis) 反饋控制 (feedback control) 怎樣學(xué)習(xí)生理學(xué)？生理學(xué)的歷史16世紀(jì) Servetus提出左心和右心分離的觀點(diǎn)1628年 Harvery動(dòng)物心臟與血液運(yùn)動(dòng)的解剖學(xué)論文集；提出心臟作為泵的概念19-20世紀(jì) 生理學(xué)蓬勃發(fā)展時(shí)期，衍生出生物化學(xué)、神經(jīng)生物學(xué)、病理生理學(xué)等學(xué)科; Nobel Prize in Physiology and Medicine1

2、926年 協(xié)和林可勝創(chuàng)建了中國(guó)生理學(xué)會(huì)；出版Chinese Journal of Physiology我國(guó)著名生理學(xué)家有：蔡翹、張香桐等機(jī)體各種生命活動(dòng)的現(xiàn)象、規(guī)律和機(jī)制BiomoleculesCellTissueOrganSystemorganism什么是生理學(xué)？ 生理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性科學(xué)生命活動(dòng)的現(xiàn)象 機(jī)制回答： What ? How ? Why ? When ? Which ?(phenomenon mechanism)生物機(jī)體生命活動(dòng)的規(guī)律與原則還原論的研究思路 Reductionism簡(jiǎn)單化：將復(fù)雜的事物分解為許多簡(jiǎn)單的成分The belief that complicated thi

3、ngs can be explained by considering them as a combination of simple parts 整體 (whole body)器官 (organs)細(xì)胞和細(xì)胞器 (cells and organelles)分子 (molecules)基因 (genes molecular biology) 人類基因組計(jì)劃與后基因組時(shí)代Human Genome Project & The post-genomic era 大量基因的功能尚不明了 科學(xué)家的任務(wù)： 認(rèn)識(shí)各個(gè)基因的功能 生理學(xué)的一個(gè)新的分支：生理基因組學(xué)Physiological genomics

4、to step back up the reductionistic road and achieve an integrated understanding of the genes function at different levels 從基因組到功能后基因組時(shí)代 (postgenomic era)從基因組到功能(from genome to functions)轉(zhuǎn)化性研究 (translational research)整合生理學(xué) (integrative physiology)系統(tǒng)生物學(xué) (systems biology)分工協(xié)作依存整合生理學(xué)(Integrative Physiol

5、ogy)To understand how the functions that we study at one level of reductionism influence the understanding of that same function at other levels of reductionismTo integrate our understanding of life at different levels of reductionism“If we break up a living organism by isolating its different parts

6、 it is only for the sake of ease in analysis and by no means in order to conceive them separately. Indeed when we wish to ascribe to a physiological quality its value and true significance, we must always refer it to this whole and draw our final conclusions only in relation to its effects in the wh

7、ole.Claude Bernard生理學(xué)對(duì)醫(yī)學(xué)生的重要性是一門基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)學(xué)科（課程）掌握生命活動(dòng)的基本規(guī)律學(xué)習(xí)科學(xué)思維方法培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力Nobel Prize for Physiology or MedicineClinical sciencesBasic medical sciencesMedical sciences怎樣學(xué)好生理學(xué)？正確的動(dòng)力 Why learn physiology ?培養(yǎng)興趣 Love of science Insatiable curiosity 掌握重點(diǎn) Basic principles Fundamental knowledge自學(xué)和聽課 Reasonin

8、g, understanding,but not rote learning學(xué)好英語(yǔ) English 細(xì)胞內(nèi)液(intracellular fluid)占體重40 細(xì)胞外液(extracellular fluid)占體重20 Internal environment and homeostasis(機(jī)體內(nèi)環(huán)境與內(nèi)穩(wěn)態(tài)）機(jī)體內(nèi)環(huán)境組織液: 約占體重15 血 漿: 約占體重5 淋巴液: 少量胸膜腔、腦脊腔及關(guān)節(jié)腔內(nèi)液體內(nèi)環(huán)境 Internal environmentClaude Bernard (1878): 生物機(jī)體生活在兩種環(huán)境中 Milieu extrieur (external envir

9、onment) Milieu intrieur (internal environment): A well-controlled liquid environment 細(xì)胞外液 (Extracellular fluid)IonIntracellularExtracellularK+Na+Ca2+Cl-HCO3-140 mM15 mM10-7 M20 mM14 mM4 mM145 mM10-3 M120 mM24 mM內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定Bernard: The constancy of the internal environment (extracellular fluid) is the c

10、ondition of free, independent (normal) lifeThe normal activities of all organ systems create and maintain a constant internal environment穩(wěn)態(tài) HomeostasisWalter Cannon: Homeostasis 機(jī)體內(nèi)環(huán)境的各種成分和理化性質(zhì)(各種生理參數(shù)/指標(biāo)）都保持相對(duì)穩(wěn)定(在很小的范圍內(nèi)波動(dòng))，如全身血量、血壓、各種物質(zhì)在血漿中的濃度、體溫等等穩(wěn)態(tài)是各器官、細(xì)胞維持正?；顒?dòng)和功能的必要條件穩(wěn)態(tài)是各器官、細(xì)胞正?；顒?dòng)的結(jié)果穩(wěn)態(tài)的概念已經(jīng)擴(kuò)展到各個(gè)水

11、平的生理活動(dòng)穩(wěn)態(tài)的概念 內(nèi)環(huán)境的理、化因素(?)保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)穩(wěn)態(tài)的含義 細(xì)胞外液的理、化因素在一定水平上是恒定的。 這個(gè)恒定狀態(tài)并不是固定不變的，是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，在微小波動(dòng)中保持相對(duì)恒定。穩(wěn)態(tài)的意義 維持細(xì)胞、器官、系統(tǒng)乃至整體的正常功能及生命活動(dòng)的必要條件。穩(wěn)態(tài)的實(shí)現(xiàn) 在整體是在神經(jīng)體液機(jī)制調(diào)節(jié)下，通過各器官系統(tǒng)的協(xié)調(diào)活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。 機(jī)體功能的調(diào)節(jié) Regulation of body functions神經(jīng)調(diào)節(jié) (neural regulation)體液調(diào)節(jié) (humoral regulation)自身調(diào)節(jié) (autoregulation) Neural regulation Ref

12、lex Reflex arc Fast, localized, precise, coordinatedHumoral regulation by hormones (or regulation by immune and endocrine system) Endocrine Paracrine Autocrine Neuroendocrine Slow, widespread, sustained Auto-regulation Independent of nerve and hormones localized, limited, low sensitivity eg: cerebra

13、l and renal blood flowControl systemsNon-automatic controlFeed-back control positive feedbackregenerative eg: sodium influx through NaV negative feedbackhomeostasis eg: HPA axisFeed-forward control eg: digestive juice secretionPhysiological activityEffectorControllerReceptorsset pointresetting+-Rece

14、ptorcomparatorSet pointChapter 2 Cell PhysiologyTransport across cell membraneIntercellular communication Electrical activity of excitable cellsContraction of muscles# 1665年，Hooke用自制的顯微鏡觀察軟木的薄片是由許多類似蜂巢的小室組成（細(xì)胞壁），這些小室用拉丁文命名為cellar，后來(lái)用英文的cell 表示細(xì)胞# 1838年，德國(guó)學(xué)者Schleiden和Schwann創(chuàng)立了細(xì)胞學(xué)說(shuō)被恩格斯譽(yù)為是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)

15、現(xiàn)之一 # 1925年，生物學(xué)大師Wilson提出：“一切生命的關(guān)鍵問題都要到細(xì)胞中去尋找”Transport across cell membrane磷脂雙層的屏障作用Passive transportActive transportEndocytosis and exocytosis擴(kuò)散與滲透、主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)1.Passive transportTransport down chemical & electrical gradients across membrane by: Simple diffusion Facilitated diffusion Carriers (transporter

16、s) Ion channels單純擴(kuò)散(simple diffusion) (1)概念:一些脂溶性物質(zhì)由膜的高濃度一側(cè)向低濃度一側(cè)移動(dòng)的過程。CO2i CO2oO2o O2i(2)特點(diǎn): 擴(kuò)散速率高 無(wú)飽和性 不依靠特殊膜蛋白質(zhì)的“幫助” 不需另外消耗能量 擴(kuò)散量與濃度梯度、溫度和膜通透性呈正相關(guān)。(3)轉(zhuǎn)運(yùn)的物質(zhì)： O2、CO2、NH3 、N2 、尿素、乙醚、乙醇、類固醇類激素 等少數(shù)幾種。 膜對(duì)H2O具高度通透性，H2O除單純擴(kuò)散外，還可通過水通道跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)。易化擴(kuò)散(facilitated diffusion) 概念: 一些非脂溶性或脂溶解度甚小的物質(zhì),在膜蛋白質(zhì)的“幫助”下,順電化學(xué)梯度

17、跨膜移動(dòng)的過程。 分類: 經(jīng)載體的易化擴(kuò)散 經(jīng)通道的易化擴(kuò)散載體(carrier)轉(zhuǎn)運(yùn)體(transporter)（1）經(jīng)載體的易化擴(kuò)散:葡萄糖、氨基酸等小分子親水物質(zhì)經(jīng)載體蛋白順濃度梯度跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)的過程。特點(diǎn): 需依靠載體的“幫助” 順濃度梯度，轉(zhuǎn)運(yùn)速度快，不另外消耗能量 選擇性（載體蛋白結(jié)合位點(diǎn)與被轉(zhuǎn)運(yùn)物質(zhì)的結(jié)合有特異性）,如轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的GLUT、轉(zhuǎn)運(yùn)5-HT的SERT等 飽和性（載體和載體結(jié)合位點(diǎn)是有限的） 競(jìng)爭(zhēng)性抑制 （2）經(jīng)通道的易化擴(kuò)散：帶電離子經(jīng)離子通道(ion channel)順電-化學(xué)梯度跨膜擴(kuò)散的過程K+i K+oNa+o Na+i特點(diǎn):需依靠通道蛋白；順電-化學(xué)梯度，轉(zhuǎn)運(yùn)速

18、度極快，不另外消耗能量；離子選擇性：Na+通道,K+通道,Ca2+通道,陽(yáng)離子通道，陰離子通道等；門控（Gating）：通道內(nèi)有一或兩個(gè)閘門樣的結(jié)構(gòu)，控制通道的開放或關(guān)閉。 電壓門控性通道：通道的開閉受膜兩側(cè)的電位差控制。如Nav、Kv等；有三種狀態(tài)開放（激活）、關(guān)閉和失活。 配體門控性通道：通道的開閉受某些化學(xué)物質(zhì)控制，也稱化學(xué)門控性通道，通道本身也被稱為受體，如N2型ACh受體。 細(xì)胞外配體門控通道、細(xì)胞內(nèi)配體門控通道 40離子通道-具有重要生物學(xué)功能的膜蛋白質(zhì)可興奮細(xì)胞 or 非可興奮細(xì)胞Transport against electrochemical gradients; Prima

19、ry active transportion pumpsSecondary active transport co-transport 2. Active transport原發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)離子泵（ion pumps) Na+-K+泵又稱Na+-K+-ATPase，簡(jiǎn)稱鈉泵，是哺乳動(dòng)物細(xì)胞膜上普遍存在的離子泵。陽(yáng)離子結(jié)合位點(diǎn)E1E2磷酸化去磷酸化生理意義：1）維持細(xì)胞內(nèi)外鈉鉀的正常分布；2）建立勢(shì)能儲(chǔ)備，為其它一些物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)的提供了動(dòng)力（如葡萄糖、氨基酸的吸收和細(xì)胞內(nèi)H+的外排等）；3）生電性，影響靜息電位（使膜超極化）。維持Na+o高、K+i高（離子不均勻分布狀態(tài)）2K+泵至細(xì)胞內(nèi);3Na+泵至

20、細(xì)胞外分解ATP產(chǎn)生能量當(dāng)Na+i/K+o激活鈉-鉀泵:其它主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)形式 :鈣泵（Ca2+-Mg2+依賴式ATP酶） 分布在骨骼肌和心肌細(xì)胞的肌漿網(wǎng)上H+-K+泵（H+-K+依賴式ATP酶） 分布在胃粘膜壁細(xì)胞表面繼發(fā)性主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)(聯(lián)合轉(zhuǎn)運(yùn)）概念：間接利用ATP能量的主動(dòng)轉(zhuǎn)運(yùn)過程。 即逆濃度梯度或逆電位梯度的轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)，能量非直接來(lái)自ATP的分解，是來(lái)自膜兩側(cè)Na+差，而Na+差是Na+-K+泵分解ATP釋放的能量建立的。分類： 同向轉(zhuǎn)運(yùn)（symport)：溶質(zhì)與鈉向同一方向的轉(zhuǎn)運(yùn)，如腸粘膜上皮吸收葡萄糖的過程； 逆向轉(zhuǎn)運(yùn)（antiport, exchange）：溶質(zhì)與鈉向相反方向的轉(zhuǎn)運(yùn)，如Na+-

21、Ca+和Na+-H+交換。Na+葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)體(Na+-glucoseSymporter)Na+-葡萄糖同向轉(zhuǎn)運(yùn)體 3. Exocytosis and endocytosistransport of macromolecules across membrane分泌物排出融合處出現(xiàn)裂口囊泡向細(xì)胞膜內(nèi)側(cè)移動(dòng)膜性結(jié)構(gòu)包被=分泌囊泡高爾基復(fù)合體粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)合成蛋白性分泌物出胞(exocytosis)：囊泡膜與細(xì)胞膜的某點(diǎn)接觸并融合囊泡膜成為細(xì)胞膜的組成部分細(xì)胞膜上的受體對(duì)物質(zhì)的“辨認(rèn)”發(fā)生特異性結(jié)合=復(fù)合物復(fù)合物向膜表面的“復(fù)衣凹陷”移動(dòng)“復(fù)衣凹陷”處的膜內(nèi)陷凹陷膜與細(xì)胞膜斷離=吞飲泡吞飲泡內(nèi)受體與其結(jié)合的配體分離入胞(endocytosis):概念: 通過被轉(zhuǎn)運(yùn)物與膜受體的特異性結(jié)合，選擇性地促進(jìn)其進(jìn)入細(xì)胞的一種入胞方式 對(duì)象:血漿低密度脂蛋白顆粒；結(jié)合鐵離子的運(yùn)鐵蛋白；結(jié)合維生