整合应用生理学

**章 人体生理学的发展 **节 人体生理学的发展及唯物辩证法在其中的作用 人体生理学（human physiology）是研究人体生命活动及其规律的科学，因医学实践需要而产生和发展。医学实践自有人类以来即已开始，故人体生理学的历史是古老的。当今的人体生理学知识，是许多世纪以来的医学家和生理学家在当时的哲学思想指导下，结合其他自然和社会科学知识并应用有关的技术和方法，不断对人体生命功能活动及其规律进行探索和研究的结果。 一、古代对人体生理功能的认识 古代科学家以朴素的唯物主义思想和自发的辩证观点来解释人体和自然界中的各种现象。尽管古代朴素唯物主义肯定了物质是世界的本源，主张世界的物质统一性，但其只把世界的物质归于某一种或某几种“原初”物质。古希腊思想家Thales（公元前624—公元前546）抛弃神话性的思维，提出万物皆产生于水又复归于水，为用自然来解释自然开辟了道路。古印度的哲学家认为，土、水、火和气四种元素是世界的本源。中国思想家把金、木、水、火和土视为宇宙的基本元素。中国传统医学认为，精气是构成人体和维持生命功能的物质基础，可分为阴、阳两个方面，二者对立统一，相互消长转化是体内各种功能发生变化的根本原因。阴阳平衡时，整体生命活动正常；阴阳失调则表现为疾病。阴阳学说是中国传统医学理论体系的核心，该学说应用矛盾的观点，分析人体各种生命活动的内在联系和体内各种功能活动既对立又统一的规律，使这一理论体系建立在合理的辩证思维的基础之上。但由于时代的局限，古代人对人体结构和功能的解释只是一种端测，难免掺杂一些唯心主义的思想观点，有牵强附会之处。 二、近代人体生理学的发展 随着意大利文艺复兴运动的兴起和发展，自然科学也随之发展起来。人们不再满足于宗教教义对人体所做的牵强附会的解释，而是以面向现实的态度去探索人体的真实结构和功能。在近代人体生理学的发展中，Vesalius创立的解剖生理学和Haivey开创的活体解剖研究方法，使生理学成为一门实验研究性的科学，同时为其后的分析和综合生理学的发展奠定了基础。 法国生理学家Bernard（1813—1878）发现，糖和糖原的转化及糖代谢过程都有神经系统发挥作用，生理活动是体内各部分相互联系和彼此制约的整体作用过程。他称这种作用为“生理学的综合”。美国生理学家Cannon（1871—1945）在Bernard工作的基础上，提出了内稳态（homeostasis）的概念，把人体内部保持恒定的状态称为平衡。他分析指出，整体内功能状态的协调是一个复杂的过程，需要各器官功能的相互作用和配合，这样才能在一种变化的状态中保持相对的恒定。俄国生理学家Pavlov （1849—1936）提出了条件反射和两个信息系统的学说，证明了人体的生命活动是在大脑皮质的调节下进行的。 三、现代生理学的发展 20世纪以来，科学技术的飞速发展和各自然学科知识的相互交叉和渗透，为生理学的研究提供了新的理论和技术。分子生物学和计算机等技术在生理学研究中的应用，阐明了生命的物质基础是以核酸和蛋白质等生物大分子物质为主构成的复合体系。随着生理学的研究进人细胞、亚细胞和分子水平，人们逐步认识到结构基础对功能的影响。伴随人类基因组测序工作的完成，生命科学进人了后基因组时代，从而使人们从DNA链及其变化中去探索生命活动发生的信息和疾病的产生机制。 近年，国际生理学界又提出了转化生理学（translational physiology）的概念。这个概念的提出，有助于把分子和细胞水平的研究成果运用到整体水平的研究，同时又把整体水平研究纵向延伸到细胞和分子水平的研究。只有将分子水平的研究与整合生理学的研究结合起来，才有可能真实地阐明人体各系统、器官功能活动相互依存和协调的内在机制，以及神经和体液系统尤其是脑的功能及其对整体活动的调节规律和机制。 四、唯物辩证法在生理学发展中的作用 朴素的唯物主义及唯物辩证法的思想和方法论伴随着生理学的发生和发展。Hegel （1770—1831）的辩证逻辑（dialectical logic）对人体生命科学的研究具有指导意义。 马克思和恩格斯创立的辩证唯物主义（dialectical materialism）指导和促进了人们对自然科学和人的生命活动及发生机制的研究。而现代自然科学包括生理学研究的发展，既得益于唯物辩证法的指导作用，又丰富了唯物辩证法的内容，使之也得到进一步的发展。 五、生理学硏究中应坚持的思想和观点及生理实验学习和硏究中应注意的问题 （一）生理学研究中应坚持的思想和观点 基于上述，在生理学的研究和教学工作中，应坚持唯物辩证法的基本思想和观点，即整体唯物、求实创新、动态发展、相互联系和既对立又统一的思想和观点。 应用上述的思想和观点，冯志强教授在教学和科研工作中逐渐形成了二圆互交（bicyclic intercross）和三圆互交（tricyclic intercross）的理论模式。该模式可应用于生命科学和其他科学体系的思考和研究中，其内涵是在二圆互交或三圆互交中，任一个圆所涉及的因素，既可在不断变化中相对独立地行使其功能，又可彼此互交表现为协同或对抗的关系，但相互间始终是作为一个整体在动态发展中发挥作用；相互作用既可使功能更加强大或产生新质，又可通过对抗机制以保持整体功能状态的相对稳定。例如，交感神经和副交感神经通过二圆互交模式对整体自主性功能活动的调节，血管升压素（vasopressin，VP）、醛固酮（aldosterone）和心房钠尿肽（atrial natriuretic peptide，ANP）在整体水和钠钾平衡中的调节作用（图1-1）。 图1-1 二圆互交和三圆互交理论模式示意图 A.表示交感神经和副交感神经对整体功能的调节；B.表示血管升压素、醛固酮和心房钠尿肽在整体水和钠钾平衡中的调节作用 （二）生理实验学习和研究中应注意的问题 实验研究是生理学的重要组成部分。实验研究本身具有创新性、尝试性、探索性和学习性等特点。学生在生理实验学习和研究中应培养以下一些特质：创新的意识，辩证的思维，正确对待自己和他人的工作及研究结果，坚忍不拔的精神，扬长避短或及时转向的灵活性，善于感受学习的快乐，善待实验动物。 在实验学习和研究中，个人坚持创新的思想和服从客观的原则，有助于培养科学精神和学术道德；经历实验和研究中的失败、寂寞与孤独，有助于磨炼个人的毅力和意志，也使其比他人更能感受到工作中的快乐；善待实验动物是对生命的尊重，也是一个科学研究工作者必须具有的人文思想和精神。 第二节 生理学研究的宏观水平和微观水平 现代辩证层次的人体观认为，人体是由分子、亚细胞、细胞、器官和系统组成的与环境相统一的有机整体。低层次与高层次之间存在复杂的双向联系，低层次是高层次形成的基础，高层次对低层次具有控制和支配作用。通过体内神经、内分泌和免疫的网络性调节作用，表现出整体性的功能活动。目前，生理学的研究在整体、系统、器官、细胞、亚细胞和分子（包括基因）水平六个层次上进行，前三者属宏观水平（macroscopic level），主要研究机体生命活动的发生机制及其调节规律；后三者相对于前三者属于微观水平（microscopic level），主要研究细胞和亚细胞的结构和功能，以及从分子水平研究机体生命活动的机制及规律。 16世纪中叶以来的几百年中，医学的研究经历了解剖生理学、细胞生物学和分子生物学几个大的发展阶段，现已进人基因组学（genomics）和蛋白质组学（proteomics）的时代，但对机体功能活动的系统、综合、整体性的认识和理解尚存在不足，故在对微观水平研究的同时，需要注重对宏观水平的研究。 人体是由多层次结构组成的统一整体，故在生命科学研究中必须坚持人体的整体观。由于整体功能的复杂性，故在具体研究体内某器官和系统的活动及发生机制时，只能从局部着手去探讨其功能活动的变化和规律，或从细胞或分子水平去探索其物理和化学性质的运动变化及规律，方能逐渐阐明其活动的机制。然后，再把有关的结果还原到整体中去思考，以期探讨整体生命运动的本质。目前的生命科学研究通常采用这种还原的方法，这种方法是科学且符合认识论规律的。 以下就生理学在宏观和微观水平研究的某些内容和进展，以及已获得的某些成就和相互关系等进行概述。 一、宏观和微观水平研究的内容 （一）宏观水平研究的内容 人体是由不同的功能系统组成的复杂性巨大系统。宏观水平主要研究体内各系统、器官功能的发生、动态变化及调节机制；各种功能活动间的相互联系和相互作用及在维持内稳态中的作用；整体功能活动对不断变化的体 （二）微观水平研究的内容 1958年英国物理学家Crick创造性地提出遗传信息传递的中心法则（central dogma），阐明了遗传信息从核酸向蛋白质的流动过程，也就是生命编码表达成具体生命活动的过程，即DNA（复制）RNA（复制）—蛋白质，使生命*本质的规律得以揭示。由此极大地促进了分子生物学的研究和发展。生理学研究的重心也逐渐转移到微观水平。 在微观水平，研究组成人体各组织器官的细胞结构、亚细胞结构及它们的功能特征；研究核酸、蛋白质、功能基因组及多糖等生物大分子体系各自的结构和功能网络，以及这些网络间的相互作用等。其重点是阐明各基因组及所包含的全部基因的功能，功能基因组间的协调作用，各蛋白质组的功能及相互作用，以及它们与整体功能活动发生机制间的联系。 二、宏观和微观水平研究的进展和获得的成就 近50年来，随着生物科学新技术的建立和发展，微观水平的研究已从细胞和分子水平初步阐明了体内某些活动的发生、调节机制，同时认识到自然界的不同生物体的生命本质特征具有高度的一致性，即构成生命体的主要物质是核酸和蛋白质，又因它们间的不同组合和运动形式而表现出极其复杂多变的功能活动。宏观水平的研究进展相对较慢，但仍然取得了一些成就。 1628年，英国医生Harvey所著的《心血运动论》一书出版，使生理学成为一门独立的实验性学科。从那时起，生理科学家对多种哺乳动物（犬、猫、兔、猪和猴等）体内各系统、器官的生理功能活动及其调节机制等进行了研究，同时采用无创性技术，对人的某些生理功能活动及调节机制等进行了研究。现已基本阐明了体内各系统、器官的生理功能和相互影响，及其在整体生命活动中的地位和意义；提出了一些具有整合意义的生理学理论，并基本阐明了一些具有整合性质的生理功能的发展及其机制，举例如下。 1.具有整合意义的生理学理论法国生理学家Bernard在1857年提出，体内循环着的体液是机体的内环境，是机体得以自由与独立生存的前提。1929年，美国生理学家Cannon 提出，细胞外液的理化性质保持相对稳定的状态即内稳态，其是机体各种生命活动得以协调和稳定进行的条件。内稳态是一个动态发展的概念。在机体与外环境不断地进行物质、能量和信息交换的过程中，通过体内各系统和器官的协同活动维持了内稳态，以此为基础，机体又可形成能更好适应环境因素变化的各种生命活动或行为模式，以建立新的内稳态。 加拿大生理学家Selye于1946年提出的应激学说，通常也被视为生理学和医学中的一种基本理论。Selye观察到，机体受到剧烈的环境因素变化、交通事故、创伤失血、缺氧、工作负荷过重、人际关系紧张、饥饿及恐惧剌激等时，血中促肾上腺皮质激素（adrenocorticotropic hormone，ACTH）和糖皮质激素（glucocorticoid，GC）浓度升高。他将上述引起ACTH和GC分泌增多的剌激称为应激剌激（stressor），所发生的机体功能活动变化称为应激反应（stress reaction）。 在应激状态下，整体的