生理学实验概述

一、生理学实验概述

生理学（physiology）是生物科学的一个分支，是研究生物体及其各组成部分正常功能活动规律的一门科学。生理学是一门实验性科学，其所有知识都来自临床实践和实验研究。生理学实验（physiological experiment）是在人工创造的一定条件下，对生命现象进行客观观察和分析，以获取生理学知识的研究手段。实验教学是整个生理学教学过程的一个重要环节，不仅通过实验让学生去验证、巩固课堂上学的理论知识，了解有关生命活动的规律和机制，更重要的是通过实验培养学生对各种生理现象的观察能力、分析能力、独立思考和解决问题的能力。

本实验指导遵循认识论中“认识—应用—发展”的规律和循序渐进的原则，将实验教学分为以下三个阶段进行。

第一阶段：经典实验——基本能力的训练。一方面进行基本技能的训练，如学习各种实验器械的名称、用法和作用等；练习不同动物的捉拿、麻醉和固定等方法；进行动脉、气管插管等基本技能的操作。另一方面进行验证性的基础实验，学生通过亲自动手做实验，可从实验中得出与理论相近的结果，从而验证理论知识的正确性，巩固对理论知识的理解。

第二阶段：综合性实验——综合能力的提高。综合性实验是一类需要综合运用所学知识来完成的实验。综合性生理实验是在同一时间观察同一动物各系统不同生理功能的变化。综合性实验使学生理解不同细胞、组织、器官和系统在机体中的不同作用以及它们之间相互协调的统一性，从而形成对机体认识的“整体统一观”。增加学生动手操作的机会，培养综合思维的方法，提高利用多系统知识解决问题的综合能力。

第三阶段：探索性实验——科研能力的培养。在前两个阶段的基础上开设学生探索性实验，其本质是“研究性学习”的一种类型，具有科学性、双基性（基本知识和基本技能）、整合性的特点。基本步骤是确定课题、查阅收集并筛选获取信息资料、制订方案、实验操作、数据分析、评价实验结果，最后进行总结与反思，形成小组内集体智慧的结晶。这种新的教学模式努力构建自主、合作、探索的课堂教学方式与生动、活泼、创新的学习方式，使学生的知识与技能、过程与方法等方面得到充分发展，从而实现真正意义上的人格完美和潜能激发，为培养高素质的医学人才奠定坚实的基础。

（一）实验目的

学习生理学实验的目的是通过相应的实验与典型实验设计，验证、巩固和加强相关基本理论，培养理论联系实际和创新思维的能力，提高学习生理学的兴趣与自觉性；使学生了解获得生理学知识的科学方法，初步掌握生理学实验的基本技能和操作技术，并通过对实验的观察、记录和分析综合，培养严肃的科学态度、严谨的科学作风和严密的科学思维；提高学生的创造力，为今后临床实践和科学研究工作提供基本技能。此外，通过实验还能培养学生的团结协作精神。

（二）实验要求

1．实验前

（1）预习实验教材中要进行的实验内容和与实验内容相关的理论知识，根据所学理论知识对实验结果作出预测。

（2）掌握实验目的和原理，了解实验的步骤和操作方法。

（3）检查实验用品（器械和药品）是否齐全。

（4）做好小组成员分工，使每位同学都有机会参与基本操作和仪器的使用。

2．实验时

（1）遵守课堂纪律，准时到达实验室，进实验室前必须穿白大褂；保持实验室安静，不高声喧哗；保持实验室的整洁，不乱扔纸屑和杂物，实验垃圾要扔在指定的地方。

（2）认真听取实验指导教师的讲解和示教操作，要特别注意教师所指出的实验过程注意事项；严格按照实验指导的步骤进行操作，仔细观察实验中出现的现象。

（3）要爱护和节约实验动物，按规定对其进行麻醉、手术和处理；注意实验安全，爱护实验器材，使用仪器设备时必须按照规程操作。

（4）要以严谨、实事求是的科学态度，仔细、耐心地观察实验过程中出现的现象，要联系课堂讲授的内容对实验结果进行科学分析。

（5）实验小组成员在不同实验项目中，应轮流进行各项实验操作，力求每人的学习机会均等。在做哺乳类动物大实验时，组内成员要明确分工、相互配合、各尽其职，并服从统一指挥。

3．实验后

（1）将实验用器械洗擦干净、点清数目，整理后如数归还。如有损坏缺少，应立即报告指导教师。

（2）做好实验室清洁工作，将存活动物、动物尸体、标本及其他废弃品放到指定的地方。

（3）认真收集整理实验所得的记录和资料，对实验结果进行分析和讨论；独立地撰写实验报告，按时送交指导教师评阅。

（三）实验方法

1．急性动物实验

急性动物实验是指选择动物的整体或离体标本，或先给动物机体造成损伤，然后在短期间内观察机体或器官所发生的变化。通常是将动物固定，在局部麻醉或全身麻醉下进行实验。按实验需要可分离出血管或神经，打开胸腔或腹腔，记录各器官的功能活动，如描记血压、呼吸等。这是教学实验中常用的方法，可在短时间内获得实验结果，较易阐明一些现象和理论。一般又可分急性整体动物实验和急性离体实验。

1）急性整体动物实验

急性整体动物实验法是主要在整体水平上研究心血管、呼吸、泌尿和消化功能及其神经体液调节的实验方法。它是生理科学实验中常用的实验方法，也是在近似生理情况下进行的一种实验方法，适用于综合性研究，所得结果较为全面，但整体的实验受到体内神经－体液调节和各种复杂因素的干扰，较难深入了解药物作用的本质和各种变化的细节与内在规律。要分析药物作用机制时还需结合离体实验。两者取长补短、相互补充。

本实验方法是在麻醉条件下，对某一功能系统或器官进行实验，以研究其功能对某种外加因素的反应及机制。这种方法比较简单，易于控制条件，有利于观察器官间的具体关系和分析某一器官功能活动的过程与特点。但是，由于动物失去知觉，破坏了机体与外界的相互作用，与正常生理情况下的功能活动仍有差别。

常用的急性整体动物实验有血压测定、呼吸运动描记、泌尿功能和消化功能测定等。

2）急性离体实验

离体器官、组织实验是将动物的某些器官或组织从体内取出置于特定的生理代用液中，根据不同的实验目的和不同体外特点进行恒温、通氧或恒温灌流及建立与动物机体内环境基本相似的人工环境，以保证器官或组织维持正常活动状态。在此基础上通过一定的检测手段观察并记录其生理活动、病理变化以及各种药物和试剂等施加因素对其生理、生化及形态变化的影响。

急性离体实验方法可排除在整体情况下体内各种复杂因素的干扰，直接观测离体标本的各项指标。各种施加因素可人为调节，实验环境可严格控制，方法精确，研究深入，有利于研究作用机制及对药物的药效做定量研究，以获得准确、可靠的结果。然而，离体器官、组织实验方法也存在一定缺点和局限性。它失去了机体完整统一的内环境和神经－体液调控作用，失去了体内各种组织、细胞之间的正常比例和相互关系，与正常整体情况相距较远，易受外环境各种因素的干扰，不能用于研究药物对精神状态方面的影响。某些药物必须经体内代谢成活性形式才有药理作用，在离体实验中有时得不到正确结果。此外，体外实验所用的药物剂量、浓度、酸碱度、离子含量等，都会影响实验结果。因此，对于一种机制的论证，必须结合整体实验结果加以阐明。离体器官、组织实验常用的方法有离体心脏、离体骨骼肌、离体平滑肌实验法等。

在进行离体器官、组织实验时，处死动物要迅速，避免使用化学刺激、药物及其他一切影响机体内环境的方法。根据动物的解剖特点，分离并摘取所需组织器官，制成标本。注意勿损伤该器官。为了使标本在离体的情况下，还能在一定的时间内保持其近似正常的生理活动，必须尽可能地使标本所处的环境和体内环境相似，即用人工的方法模拟出机体内环境——人工环境，这有赖于生理代用液和恒温、通气、恒流的建立。生理代用液的理化特性（电解质、渗透压、酸碱度、温度等）与体液（细胞外液）相近似，故可用于离体器官组织实验，可以较长时间维持标本的“正常”功能活动。生理代用液的基本要求如下。①电解质：溶液中含有一定比例的不同电解质的离子如Na^＋、Cl^－、K^＋、Ca^2＋、Mg^2＋、H^＋、OH^－等，是维持组织和器官功能所必需的。动物组织、器官不同，对生理代用液中离子的成分和浓度的要求也不同。②等渗：不同动物对同一种物质的等渗浓度要求不相同，如生理盐水溶液，冷血动物应用0．60%～0．75%，而恒温动物应用0．85%～0．90%。③pH值：生理代用液的pH值一般要求在7．0～7．8之间，否则会影响组织、器官的功能。如酸性生理溶液可使哺乳动物的冠状动脉扩张，碱性溶液则使之收缩；酸性生理溶液可使平滑肌松弛。所以，为了调节和稳定生理代用液的pH值，常在生理代用液中加入缓冲液。常用的缓冲对为K₂HPO₄／KH₂PO₄、Na₂CO₃／NaHCO₃等。④能量、营养物：离体实验中一般用葡萄糖提供组织活动所需的能量。

2．慢性动物实验

这类方法是指在无菌条件下，给动物施行一定的实验手术（如各种造瘘术、器官的切除或移植），待其恢复健康后再行实验和观察；或者把一定的物理性、化学性和生物性等致病因素作用于动物，复制成各种疾病模型，详细研究和观察疾病的发生、发展规律或各种实验性治疗措施的效果。

慢性动物实验的最大优点是保持了实验动物机体的完整及其与外界环境的统一性，动物处于比较接近自然的状态。因此，所观察到的实验结果比较符合于客观实际，也比较正确可靠，但由于观察时间长，对实验设备和技术要求高，影响因素较多，因而难度较大。故生理学实验教学中较少采用，而广泛应用于研究工作中。