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1、生 理 学,欢迎大家来一起学习、讨论“生理学”！,一、生命活动的基本特征,（一）、新陈代谢（metabolism） 物质代谢 能量代谢 （二）、兴奋性（excitability） 机体对内、外环境变化产生反应的能力。 “刺激”与“反应” 刺激（stimulus）：可被机体感受并引起反应的 体内、外环境的变化。 分类：机械性、化学性、生物性、社会心理性刺激 等； 伤害性、非伤害性； 反应（response)：机体应答刺激所产生的变化 兴奋（excitation) 抑制 (inhibition),前 言,（三）、适应性（adaptability） 机体根据内外环境的变化而调整体内各部分活动和关系的
2、功能。 行为适应：本能性行为适应 生理适应：身体内部的协调性反应（四）、生殖（reproduction）,前 言,（一）、细胞和分子水平：,各个器官的功能都是由构成该器官的各个细胞的特性决定的，在细胞和分子水平上对生物体进行的研究，其研究对象是细胞和构成细胞的分子。在这个水平上进行研究和获取知识的学科称为细胞生理学(cell physiology)或分子生理学 (molecular physiology) 。,二、生理学研究的三个水平,前 言,（二）器官和系统水平,要了解一个器官或系统的功能，它在机体中所起的作用，它的功能活动的内在机制，以及各种因素对它活动的影响，都需要从器官和系统的水平上进
3、行观察和研究。 这个水平上的研究所获得的知识，就是器官生理学(organ physiology)。,前 言,（三）整体水平：整合生理学（integrative physiology） 在生理情况下，各个器官和系统的功能互相协调，从而使机体能够成为一个完整的整体，并在不断变化着的环境中维持正常的生命活动。从整体水平上的研究，就是要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下不同的器官、系统之间互相联系、互相协调，以及完整机体对环境变化发生各种反应的规律。所以整体水平上的研究比细胞水平和器官、系统水平上的研究更加复杂。,前 言,三、机体生理功能的调（一）、神经调节（nervous
4、regulation） 基本方式是反射（reflex），反射的结构基础是反射弧（reflex arc）。 非条件反射（Unconditioning reflex）: set up before birth 条件反射（Conditioning reflex）: set up after birth 反射弧的组成： 神经调节的特点：快速、准确、精巧、协调神经调节的多级调控：脑、脊髓,前 言,前 言,前 言,（二）、体液调节（humoral regulation） 全身性体液调节： 循环激素（hormone）；其他化学因子；神经激素 局部性体液调节：旁分泌（paracrine）局部性代谢物质自分泌（
5、autocrine） 体液调节的特点：反应相对较慢、作用部位广泛、持久,前 言,（三）、自身调节 （Autoregulation） 是组织、细胞本身的特性，不依赖神经、体液调节 调节能力相对较小 举例：心脏的异长自身调节血管受牵拉后会收缩脑、肾血流量的自身调节,前 言,四、体内的控制系统,人体功能调节过程和工程控制有许多共同的规律。从控制论的角度来看，人体内存在数以千计的各种控制系统(control system)；甚至在一个细胞内也存在着许多极其精细复杂的控制系统，对细胞的各种功能进行调节。从控制论的观念来分析，任何控制系统都由控制部分和受控部分组成。控制系统可分为三大类： 非自动控制系统、
6、反馈控制系统、前馈控制系统,前 言,（一）、非自动控制系统 非自动控制系统是一种“开环”系统。控制部分发出指令到达受控部 分，而受控部分的活动不会反过来影响控制部分的活动。 控制方式：单向性,控制特点： 对受控部分的活动不起自动调节作用；仅在反馈机制受到抑制时，机体的反应表现为非自动控制。 例如：应激时，因压力感受器受抑制，应激刺激引起交感神经系统高度兴奋，使心率加快、血压升高，而这些信息不能引起明显的神经调节活动，故心率、血压维持在高水平。,前 言,（二）、反馈控制系统(feedback control system) 反馈控制系统是一种“闭环”系统，控制部分发出信号，指示受控部分活动，而受
7、控部分的活动可被一定的感受装置感受，感受装置再将受控部分的活动情况作为反馈信号送回到控制部分，控制部分可以根据反馈信号来改变自己的活动，调整对受控部分的指令，因而能对受控部分的活动进行调节。,控制方式：双向性,前 言,1、正反馈控制系统 正反馈(positive feedback)：反馈信息的作用性质与控制信息的作用性质相同的反馈。,正反馈控制系统的意义：有助于一个完整生理过程的完成。 血液凝固 排尿 分娩 ,前 言,排尿反射的正反馈控制,前 言,分娩的正反馈控制,前 言,2、负反馈控制系统 负反馈(negative feedback)：反馈信息的作用性质与控制信息的作用性质相反的反馈。,负反
8、馈控制系统的作用：维持内环境稳态。 血压调节 体温调节 ,前 言,前 言,颈动脉窦和主动脉弓压力感受性反射 （负反馈调节）,（三）、前馈控制系统(feed-forward control system) 前馈控制：控制部分向受控部分发出指令的同时，又通过另一快捷通路向受控部分发出前馈信息，及时地调控受控部分的活动。 控制方式：双通路,控制特点：前馈控制可更快的对活动进行控制，使活动更加准确，可使机体对环境变化做预见性和超前性活动，减少负反馈的波动性和滞后性。,前 言,在进食过程中，导致迷走神经兴奋，促使胰岛B细胞分泌胰岛素来调节血糖水平，这样可及早准备以防止食物消化吸收后造成血糖水平出现过分波
9、动。,前 言,反馈与前馈的比较,前 言,结 论 机体生存在两个环境中，一个是不断变化的外环境，另一个是相对稳定的内环境。 体内所有生命活动的机制，尽管种类不同，功能各异，但只有一个目的：保持内环境的稳态，稳态是正常生命活动的必要条件。 稳态是一个动态平衡，机体通过神经、体液、自身调节保持内环境的相对稳定。 各种功能活动通过反馈机制达到自动而精确的调节。,前 言,第二章 细胞生理学,细胞生理学,一、细胞膜的结构和物质转运功能,（一）、细胞膜的结构概述 细胞膜主要由脂质和蛋白质组成，此外还有极少量的糖类物质。,液态镶嵌模型（fluid mosaic model）的基本内容是：膜以液态的脂质双分子层
10、为基架，其中镶嵌着具有不同分子结构和生理功能的蛋白质。,细胞生理学,细胞生理学,1、脂质双分子层 细胞膜是由两层类脂分子构成，膜的脂质中以磷脂和胆固醇为主，还有少量鞘脂类物质。每一脂质分子的头端为亲水性的极性基团磷脂和碱基，尾端是疏水性的非极性基团脂肪酸链部分，因而形成脂质双分子层结构。,细胞生理学,2、细胞膜蛋白质1.表面蛋白 表面蛋白又称周围蛋白。2.内在蛋白 内在蛋白又称镶嵌蛋白或结合蛋白。 物质转运 受体 传递信息 催化作用 标志作用,细胞膜上的蛋白质有多种功能：,细胞生理学,3、细胞膜糖类 细胞膜含糖类很少，多与膜脂质或蛋白质结合，形成糖脂和糖蛋白。其糖链绝大部分裸露在膜的外表面一侧
11、。功能： 1.作为细胞或蛋白质的“标记” 2.可作为膜受体的可识别部分，能特异地与某种递质、激素或其他化学信息分子相结合。,细胞生理学,（二）、细胞膜的物质转运功能,1、 单纯扩散概念：是一种简单的物理扩散，没有生物学的转运机制参与。扩散的方向和速度：取决于物质在膜两侧的浓度差和膜对该物质的通透性。影响扩散量的因素：浓度差：是物质扩散的动力；通透性：通透性愈大，扩散量也愈大。,细胞生理学,2、 易化扩散,1.载体介导的易化扩散 载体蛋白质有较高的结构特异性。 饱和现象。 竞争性抑制。,细胞生理学,载体介导的易化扩散,细胞生理学,2.通道介导的易化扩散,门控离子通道分为三类：1. 电压门控通道：
12、在膜去极化到一定电位时开放，如神经元上的Na+ 通道；2. 化学门控通道：受膜环境中某些化学物质的影响而开放,这类化学物质（配基）主要来自细胞外液，如激素、递质等；3. 机械门控通道：当膜的局部受牵拉变形时被激活，如触觉的神经末梢、听觉的毛细胞等都存在这类通道。,细胞生理学,通道介导的易化扩散示意图,细胞生理学,3、主动转动,概念：细胞通过本身的某种耗能过程，将某种物质的分子或离子由膜的低浓度一侧移向高浓度一侧的过程。分类：原发性主动转运：直接利用ATP能量继发性主动转运：间接利用ATP能量,细胞生理学,原发性主动转运示意图,细胞生理学,钠钾泵,简称钠泵，也称Na+-K+依赖式。作用：在消耗代
13、谢能的情况下逆浓浓度差将细胞内的3个Na+移出膜外，同时把细胞外的2个K+移入膜内，因而保持了膜内高K+和膜外高Na+的不均衡离子分布 。意义：钠泵活动造成的细胞内高K+是许多代谢过程的必需条件；钠泵将Na+排出细胞将减少水分子进人细胞内，对维持细胞的正常体积有一定意义；钠泵活动最重要的在于它能逆浓度差和电位差进行转运，因而建立起一种势能贮备。这种势能是细胞内外Na+和K+等顺着浓度差和电位差移动的能量来源。,细胞生理学,继发性主动转运示意图,细胞生理学,4、入 胞 和 出 胞,细胞生理学,三、细胞的跨膜信号转导功能,跨膜信号转导方式分为三类： G蛋白耦联受体介导的信号转导； 酶耦联受体介导的
14、信号转导； 离子通道介导的信号转导。 每类都通过各自不同的细胞信号分子完成信号转导。,细胞生理学,由膜受体-G-蛋白-膜效应器酶组成的跨膜信号传递系统和第二信使类物质的生成,细胞生理学,四、细胞的生物电现象,生物电（bioc-lectricity） ：是指一切活细胞无论处于静息状态还是活动状态都存在的电现象。两种表现形式：安静时具有的静息电位和受刺激时产生的动作电位(AP action potential)。,细胞生理学,（一）、细胞的兴奋性 兴奋和兴奋性的概念 兴奋性是指可兴奋组织或细胞（神经细胞、肌肉细胞、腺细胞）对外界刺激发生反应(AP)的能力。,细胞生理学,1.刺激stimulatio
15、n：外环境及内外环境的变化。 刺激的形式：物理 化学 机械等 刺激的三要素：强度；持续时间；强度-时间变化率 阈强度(阈值) threshold intensity (value) :刺激的持续时间固定,引起细胞或组织发生反应(产生AP)的最小刺激强度。 阈刺激threshold stimulus:具有阈强度的刺激 阈上刺激 ； 阈下刺激2.反应response:可兴奋组织或细胞对刺 激所发生的应答。 兴奋excitation 抑制inhibition,细胞生理学,（二）静息电位与动作电位,静息电位（resting potential，RP）是指细胞处于静息状态时，细胞膜两侧存在的电位差。意义
16、：是动作电位产生的基础。,细胞生理学,1.在微电极尖刚插入膜内的瞬间,记录仪器显 现一个突然的电位跃变；2.静息电位是一个稳定的直流电位；3.范围:-10mV-100mV(随细胞种类而不同); 极化(polarization):外正内负 去极化(depolarization):|RP|值减小 超极化(hyperpolarization):|RP|值增大 反极化(reversepolarization):去极到正值 复极化(repolarization):去极后向RP恢复 超射(overshoot):膜电位高于0电位部分,细胞生理学,1.生物电活动的基础: 钠钾泵活动造成膜内外离子不均衡分布:
17、胞外Na+胞内Na+,胞内K+胞外K+2.离子扩散与离子平衡电位： 扩散驱动力：浓度差和电位差 膜通透性：安静状态下,膜主要对K+通透 扩散平衡：电位差=浓度差,驱动力=0 根据Nernst公式可计算出离子平衡电位,RP相当于EK，但实测值总是小于Nernst公式的计算值，原因是静息时，细胞膜对Na+等离子也存在一定的通透性,细胞生理学,钠平衡电位(+50+70mV),离子平衡电位 ion equilibrium potential,钾平衡电位(-90-100mV),细胞生理学,影响RP因素： 胞内、外的K+: K+o与 K+ i的差值决定EK， K+o EK 膜对K+、Na+通透性: K+的
18、通透性,则RP,更趋向于EK Na+的通透性,则RP,更趋向于ENa Na+-K+泵的活动水平,细胞生理学,动作电位(action potential,AP)是指细胞受刺激（不小于阈值）时在静息电位（RP）基础上产生的可扩布的快速的电位倒转和复原。,细胞生理学,（1）不是“全或无”的，而是随着阈下刺激的增大而增大；（2）不能在膜上作远距离的传播； （3）局部兴奋是可以互相叠加的,局 部 兴 奋,阈电位：能触发动作电位的膜电位临界值 。阈电位大约比正常静息电位的绝对值小1020mV 。,细胞生理学,动作电位的产生机制,动作电位期间,膜G Na首(对Na离子的通透性 即电导)先增加,随即又衰减,在
19、其衰减的同时GK增大。,膜电导变化的实质是实质是膜上离子通道随机开放和关闭的总和效应,细胞生理学,AP的超射值等于Na+平衡电位(+50+70mV),受刺激后膜对Na+通透膜外Na+经通道异化扩散扩散的Na+抵消膜内负电位，形成正电位直至正电位增加到足以对抗由浓度差所致的Na+内流,细胞生理学,Na+通道激活开放,Na+内流形成AP上升支； K+通道激活开放,K+外流形成AP下降支,细胞生理学,动 作 电 位 的 特 点,动作电位呈“全或无”现象：动作电位一旦产生就达到它的最大值，其变化幅度不会因刺激的加强而增大；不衰减性传导：动作电位一旦在细胞膜的某一部位产生，就会立即向整个细胞膜传布，而它
20、的幅度不会因为传布距离的增加而减小，可迅速扩布到整个细胞膜；脉冲式：由于绝对不应期的存在，动作电位不能重合在一起，动作电位之间总有一定的间隔而形成脉冲式图形。,细胞生理学,1、 形态结构运动终板,递质囊泡（Ach）,运动终板膜,肌 小节,接头间隙,接头前膜,（三）、肌肉的收缩,细胞生理学,2、神经肌接头处的兴奋传递,动作电位到达神经末梢Ca2+通道开放 Ca2+进入轴突末梢，囊泡向接头前膜移动并与之融合 通过出胞作用将囊泡中的ACh释放到接头间隙ACh与ACh受体结合 化学门控通道开放Na+内流终板膜去极化形成终板电位 扩散到相邻肌细胞膜总和达阈电位肌细胞膜爆发动作电位。,细胞生理学,细胞生理
21、学,Ach的释放：量子式释放Ach的灭活：胆碱脂酶（被新斯的明抑制）N型受体阻断剂：箭毒、银环蛇毒神经肌肉接头处兴奋传递的特征a、单向传递b、时间延阁c、易受环境因素变化的影响d、是1对1的传递,细胞生理学,3、横纹肌细胞的微细结构 （1）肌原纤维 明带：长度可变，其正中的暗线为Z线 暗带：长度固定，正中相对透明区为H带 H带中央的暗线称为M线。（2）肌小节：两条Z线间的区域 长度=1/2明带*2 + 暗带 （1.5-3.5m ）,细胞生理学,细胞生理学,粗肌丝 (thick filament),肌凝蛋白(肌球蛋白，myosin)组成 横桥 (cross bridge)：1. 可逆性与细肌丝结
22、合，拖动细肌丝滑行；2.具有ATP酶活性。,细胞生理学,肌动蛋白,原肌球蛋白,肌钙蛋白,钙离子,细胞生理学,细胞生理学,细胞生理学,细胞生理学,1.横管或T管：将肌细胞膜其他部位传来的动作电位传导到肌细胞深部。 2. 纵管或L管(即肌浆网。终末池-Ca2+的贮存/释放(Ca2+通道)和再聚集(Ca2+泵)。 三联管结构：兴奋-收缩藕联的结构基础 。由每一横管和来自两侧肌小节的纵管终末池构成,4、肌管系统,细胞生理学,细胞生理学,细胞生理学,细胞生理学,5、骨骼肌的兴奋收缩耦联肌细胞的动作电位与收缩之间的联系起来的过程。,1兴奋通过横管系统传导到肌细胞内部三联体结构处。 2三联体结构处的信息传递
23、：横管膜上的动作电位产生的电流或诱发细胞膜产生的IP3（三磷酸肌醇），均可导致Ca2+通道开放，Ca2+顺浓度梯度从肌质网内流入胞浆，触发肌丝滑行。 3肌浆网对Ca2+的贮存、释放和再聚集：肌浆网膜上的钙泵把肌浆中的Ca2+主动转运到肌浆网内（肌浆Ca2+浓度较低而肌浆网内Ca2+浓度较高）。,细胞生理学,当肌浆网膜对Ca2+通透性增高时，肌质网中Ca2+顺浓差扩散到肌浆中触发肌肉收缩。随后，肌浆网膜上钙泵的活动增强，导致Ca2+在肌质网内的再聚集和肌浆中Ca2+浓度降低，肌肉舒张。 由于Ca2+的再聚集是由钙泵消耗ATP而完成的，所以肌肉的舒张和收缩一样，都属主动过程。,细胞生理学,细胞生理
24、学,6、影响横纹肌收缩效能的因素1、前负荷对骨骼肌收缩的影响：前负荷：肌肉在收缩前就作用于肌肉的负 荷，将肌肉拉长于某一状态。 最适初长度：使肌肉收缩时产生最大张力的 初长度。 最适前负荷：产生最适初长度的前负荷。在最适初长度和前负荷时，肌张力最大，收缩速度最快，缩短的长度最大，横桥与细肌丝结合最多，作功效率最高。,细胞生理学,最适初长度或最适前负荷时，肌小节内的粗细肌丝处于最理想的重叠状态，每一个横桥附近都有能与之起作用的细肌丝存在，可出现最佳收缩效果。,最适初长度,细胞生理学,细胞生理学,等长收缩： 张力增加、长度不变等张收缩： 张力不变、长度缩短单收缩 一次收缩，随后舒张强直收缩 出现连续收缩 ，强而持续。,7、骨骼肌收缩的形式,张力,细胞生理学,细胞生理学,8、平滑肌,细胞生理学,细胞生理学,
