生理学的发展与研究

(一)生理学发展简史

和其他学科一样,生理学知识也来源于实践。以实验为特征的近代生理学始于17世纪。1628年,英国的外科医生威廉哈维(William Harvey)发表了著名的《心与血的运动》一书,这是人类历史上第一次以实验的方法证明心脏是循环系统的中心,血液由心脏射入动脉,再由静脉回流入心,不断循环。从此,生理学被人们承认是一门真正的、独立的、现代的科学。哈维则被公认为现代生理学的奠基人。以后,随着生物学和其他自然科学的发展,许多新的技术应用于生理学实验研究,使生理学的研究日益深入,生理学的知识和理论不断得到发展。19世纪法国的著名生理学家克劳德·伯尔纳(Claude Bernard)提出的内环境概念成为生理学中的一个指导性理论。1929年美国生理学家坎农(W.B.Cannon)在长期研究自主神经系统生理的基础上,提出了著名的稳态概念,进一步发展了伯尔纳的内环境恒定的理论。20世纪初,俄国著名生理学家巴甫洛夫对脑的功能进行了研究,创建了高级神经活动学说,对生理学、医学、心理学甚至哲学产生了深远的影响。中国近代生理学的研究自20世纪20年代才开始发展。林可胜是我国近代生理学和中国生理学会的奠基人,又是我国消化生理学的先驱。1926年在他的倡导下,成立了中国生理学会,翌年创刊《中国生理学杂志》。学会的成立和专业杂志的出版,对于生理学在我国的发展起了很好的推动作用。我国生理学发展到今天的水平,是许多生理学前辈及其后继者长期辛勤劳动和无私奉献的结果。

重点提示

生理学研究的3个水平。

(二)生理学的研究内容和水平

人体的结构和功能十分复杂,在研究机体生命活动现象产生的机制时,需要从不同水平提出问题进行研究。根据研究的层次不同,生理学的研究内容大致可以分为3个不同的水平。

1.整体水平的研究 在生理情况下,机体各个器官和系统的功能互相协调,从而成为一个统一的整体,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,就是以完整的机体作为研究对象,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。例如,观察机体处于高原、太空、潜水等条件下功能活动变化和特征就属于整体水平研究。

2.器官和系统水平研究 在器官和系统水平上对机体功能进行研究,着重观察和研究各个器官或系统的功能,它的功能活动发生机制,以及神经、体液因素对其功能活动的影响。例如,血液循环系统生理功能的研究,需要观察心脏各部分如何协调工作、心脏如何射血、血液在心脏和血管中流动的基本规律以及各种神经、体液因素对心脏和血管功能的影响等方面的知识,就是以心脏、血管以及整个循环系统作为研究对象进行研究得到的。

3.细胞和分子水平研究 生理活动的物质基础是生物机体,构成机体最基本的结构单位是细胞,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进行的研究,其研究对象是细胞和构成细胞的分子。在细胞水平上的研究,多数情况下需要将所研究的细胞从整体上分离下来,放在适当的环境中培养,使细胞仍能保持良好的状态,然后对其功能进行研究。在完整机体内,细胞所处的环境比在离体实验条件下复杂得多。对于任何一种细胞在完整机体中所表现的生理功能的分析,必须考虑到这些细胞在体内所处的环境条件以及各种环境条件可能发生的变化。细胞的生理特性是由构成细胞的各个成分,特别是细胞中各种生物大分子的物理和化学特性决定的,因此,生理学的研究还必须要深入到分子水平。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。

以上3个水平的研究之间不是孤立的,而是互相联系、互相补充的。要阐明某一个生理功能的机制,一般都需要从细胞和分子、器官和系统,以及整体3个水平进行研究,把在不同水平上研究所得到的知识综合起来,才能对机体的功能有全面、完整的认识。

(三)生理学的研究方法

生理学是一门实验性科学,它的知识主要是来自实验研究和临床实践。许多生理学知识是通过在志愿者身上进行观察得到的,但是更多的生理学知识则来自动物实验。人与动物的某些细胞、器官在功能上有着非常相似的基本过程,这就使人们能够在一定范围内选择合适的动物作为研究对象来研究人体的某些生理现象,避免了对人体的伤害。

生理学实验依据实验进程分为慢性实验和急性实验两类。

1.慢性实验 指的是在完整而清醒的动物身上,在机体保持内、外环境相对稳定的条件下,进行各种生理学实验的方法。如在麻醉条件下给犬做胃瘘手术,待其清醒后观察胃液分泌的调节。慢性实验可在较长时间内对该动物重复多次观察。其优点是保存了各个器官的自然联系和相互作用,便于观察在正常情况下的生理功能与整体的关系。缺点是体内因素比较复杂,不易控制,对个别因素的作用及其机制的研究受到一定限制。

2.急性实验 可分为在体实验与离体实验。

(1)在体实验:是在完整的动物身上进行的,动物在麻醉状态或破坏实验动物脑的高级部位的条件下,对动物实施手术暴露出要观察的器官,然后进行观察或实验。如在麻醉后做兔颈动脉插管,观察各种刺激对血压的影响。此方法的优点是保存了被研究器官与其他器官的自然联系和相互作用,便于分析各器官之间的相互影响。

(2)离体实验:将动物的某些细胞或器官从体内分离出来,在特定的实验条件下进行研究。如将兔的一段小肠游离出来,放在一个类似于体内的人工环境中,观察各种刺激下小肠的运动变化。此方法的优点是实验条件易于控制,结果也便于分析,但是所获得的结果不能简单等同于它们在整体条件下的活动情况。

应当指出,动物实验为我们了解人体功能提供了大量可借鉴的资料,但是在应用这些资料时,务必要考虑到动物和人之间的差别,不可简单地把动物实验中观察到的现象直接应用套用于人体。