整合應用生理學 節選

**章 人體生理學的發展 **節 人體生理學的發展及唯物辯證法在其中的作用 人體生理學（human physiology）是研究人體生命活動及其規律的科學，因醫學實踐需要而產生和發展。醫學實踐自有人類以來即已開始，故人體生理學的歷史是古老的。當今的人體生理學知識，是許多世紀以來的醫學家和生理學家在當時的哲學思想指導下，結合其他自然和社會科學知識并應用有關的技術和方法，不斷對人體生命功能活動及其規律進行探索和研究的結果。 一、古代對人體生理功能的認識 古代科學家以樸素的唯物主義思想和自發的辯證觀點來解釋人體和自然界中的各種現象。盡管古代樸素唯物主義肯定了物質是世界的本源，主張世界的物質統一性，但其只把世界的物質歸于某一種或某幾種“原初”物質。古希臘思想家Thales（公元前624—公元前546）拋棄神話性的思維，提出萬物皆產生于水又復歸于水，為用自然來解釋自然開辟了道路。古印度的哲學家認為，土、水、火和氣四種元素是世界的本源。中國思想家把金、木、水、火和土視為宇宙的基本元素。中國傳統醫學認為，精氣是構成人體和維持生命功能的物質基礎，可分為陰、陽兩個方面，二者對立統一，相互消長轉化是體內各種功能發生變化的根本原因。陰陽平衡時，整體生命活動正常；陰陽失調則表現為疾病。陰陽學說是中國傳統醫學理論體系的核心，該學說應用矛盾的觀點，分析人體各種生命活動的內在聯系和體內各種功能活動既對立又統一的規律，使這一理論體系建立在合理的辯證思維的基礎之上。但由于時代的局限，古代人對人體結構和功能的解釋只是一種端測，難免摻雜一些唯心主義的思想觀點，有牽強附會之處。 二、近代人體生理學的發展 隨著意大利文藝復興運動的興起和發展，自然科學也隨之發展起來。人們不再滿足于宗教教義對人體所做的牽強附會的解釋，而是以面向現實的態度去探索人體的真實結構和功能。在近代人體生理學的發展中，Vesalius創立的解剖生理學和Haivey開創的活體解剖研究方法，使生理學成為一門實驗研究性的科學，同時為其后的分析和綜合生理學的發展奠定了基礎。 法國生理學家Bernard（1813—1878）發現，糖和糖原的轉化及糖代謝過程都有神經系統發揮作用，生理活動是體內各部分相互聯系和彼此制約的整體作用過程。他稱這種作用為“生理學的綜合”。美國生理學家Cannon（1871—1945）在Bernard工作的基礎上，提出了內穩態（homeostasis）的概念，把人體內部保持恒定的狀態稱為平衡。他分析指出，整體內功能狀態的協調是一個復雜的過程，需要各器官功能的相互作用和配合，這樣才能在一種變化的狀態中保持相對的恒定。俄國生理學家Pavlov （1849—1936）提出了條件反射和兩個信息系統的學說，證明了人體的生命活動是在大腦皮質的調節下進行的。 三、現代生理學的發展 20世紀以來，科學技術的飛速發展和各自然學科知識的相互交叉和滲透，為生理學的研究提供了新的理論和技術。分子生物學和計算機等技術在生理學研究中的應用，闡明了生命的物質基礎是以核酸和蛋白質等生物大分子物質為主構成的復合體系。隨著生理學的研究進人細胞、亞細胞和分子水平，人們逐步認識到結構基礎對功能的影響。伴隨人類基因組測序工作的完成，生命科學進人了后基因組時代，從而使人們從DNA鏈及其變化中去探索生命活動發生的信息和疾病的產生機制。 近年，國際生理學界又提出了轉化生理學（translational physiology）的概念。這個概念的提出，有助于把分子和細胞水平的研究成果運用到整體水平的研究，同時又把整體水平研究縱向延伸到細胞和分子水平的研究。只有將分子水平的研究與整合生理學的研究結合起來，才有可能真實地闡明人體各系統、器官功能活動相互依存和協調的內在機制，以及神經和體液系統尤其是腦的功能及其對整體活動的調節規律和機制。 四、唯物辯證法在生理學發展中的作用 樸素的唯物主義及唯物辯證法的思想和方法論伴隨著生理學的發生和發展。Hegel （1770—1831）的辯證邏輯（dialectical logic）對人體生命科學的研究具有指導意義。 馬克思和恩格斯創立的辯證唯物主義（dialectical materialism）指導和促進了人們對自然科學和人的生命活動及發生機制的研究。而現代自然科學包括生理學研究的發展，既得益于唯物辯證法的指導作用，又豐富了唯物辯證法的內容，使之也得到進一步的發展。 五、生理學硏究中應堅持的思想和觀點及生理實驗學習和硏究中應注意的問題 （一）生理學研究中應堅持的思想和觀點 基于上述，在生理學的研究和教學工作中，應堅持唯物辯證法的基本思想和觀點，即整體唯物、求實創新、動態發展、相互聯系和既對立又統一的思想和觀點。 應用上述的思想和觀點，馮志強教授在教學和科研工作中逐漸形成了二圓互交（bicyclic intercross）和三圓互交（tricyclic intercross）的理論模式。該模式可應用于生命科學和其他科學體系的思考和研究中，其內涵是在二圓互交或三圓互交中，任一個圓所涉及的因素，既可在不斷變化中相對獨立地行使其功能，又可彼此互交表現為協同或對抗的關系，但相互間始終是作為一個整體在動態發展中發揮作用；相互作用既可使功能更加強大或產生新質，又可通過對抗機制以保持整體功能狀態的相對穩定。例如，交感神經和副交感神經通過二圓互交模式對整體自主性功能活動的調節，血管升壓素（vasopressin，VP）、醛固酮（aldosterone）和心房鈉尿肽（atrial natriuretic peptide，ANP）在整體水和鈉鉀平衡中的調節作用（圖1-1）。 圖1-1 二圓互交和三圓互交理論模式示意圖 A.表示交感神經和副交感神經對整體功能的調節；B.表示血管升壓素、醛固酮和心房鈉尿肽在整體水和鈉鉀平衡中的調節作用 （二）生理實驗學習和研究中應注意的問題 實驗研究是生理學的重要組成部分。實驗研究本身具有創新性、嘗試性、探索性和學習性等特點。學生在生理實驗學習和研究中應培養以下一些特質：創新的意識，辯證的思維，正確對待自己和他人的工作及研究結果，堅忍不拔的精神，揚長避短或及時轉向的靈活性，善于感受學習的快樂，善待實驗動物。 在實驗學習和研究中，個人堅持創新的思想和服從客觀的原則，有助于培養科學精神和學術道德；經歷實驗和研究中的失敗、寂寞與孤獨，有助于磨煉個人的毅力和意志，也使其比他人更能感受到工作中的快樂；善待實驗動物是對生命的尊重，也是一個科學研究工作者必須具有的人文思想和精神。 第二節 生理學研究的宏觀水平和微觀水平 現代辯證層次的人體觀認為，人體是由分子、亞細胞、細胞、器官和系統組成的與環境相統一的有機整體。低層次與高層次之間存在復雜的雙向聯系，低層次是高層次形成的基礎，高層次對低層次具有控制和支配作用。通過體內神經、內分泌和免疫的網絡性調節作用，表現出整體性的功能活動。目前，生理學的研究在整體、系統、器官、細胞、亞細胞和分子（包括基因）水平六個層次上進行，前三者屬宏觀水平（macroscopic level），主要研究機體生命活動的發生機制及其調節規律；后三者相對于前三者屬于微觀水平（microscopic level），主要研究細胞和亞細胞的結構和功能，以及從分子水平研究機體生命活動的機制及規律。 16世紀中葉以來的幾百年中，醫學的研究經歷了解剖生理學、細胞生物學和分子生物學幾個大的發展階段，現已進人基因組學（genomics）和蛋白質組學（proteomics）的時代，但對機體功能活動的系統、綜合、整體性的認識和理解尚存在不足，故在對微觀水平研究的同時，需要注重對宏觀水平的研究。 人體是由多層次結構組成的統一整體，故在生命科學研究中必須堅持人體的整體觀。由于整體功能的復雜性，故在具體研究體內某器官和系統的活動及發生機制時，只能從局部著手去探討其功能活動的變化和規律，或從細胞或分子水平去探索其物理和化學性質的運動變化及規律，方能逐漸闡明其活動的機制。然后，再把有關的結果還原到整體中去思考，以期探討整體生命運動的本質。目前的生命科學研究通常采用這種還原的方法，這種方法是科學且符合認識論規律的。 以下就生理學在宏觀和微觀水平研究的某些內容和進展，以及已獲得的某些成就和相互關系等進行概述。 一、宏觀和微觀水平研究的內容 （一）宏觀水平研究的內容 人體是由不同的功能系統組成的復雜性巨大系統。宏觀水平主要研究體內各系統、器官功能的發生、動態變化及調節機制；各種功能活動間的相互聯系和相互作用及在維持內穩態中的作用；整體功能活動對不斷變化的體 （二）微觀水平研究的內容 1958年英國物理學家Crick創造性地提出遺傳信息傳遞的中心法則（central dogma），闡明了遺傳信息從核酸向蛋白質的流動過程，也就是生命編碼表達成具體生命活動的過程，即DNA（復制）RNA（復制）—蛋白質，使生命*本質的規律得以揭示。由此極大地促進了分子生物學的研究和發展。生理學研究的重心也逐漸轉移到微觀水平。 在微觀水平，研究組成人體各組織器官的細胞結構、亞細胞結構及它們的功能特征；研究核酸、蛋白質、功能基因組及多糖等生物大分子體系各自的結構和功能網絡，以及這些網絡間的相互作用等。其重點是闡明各基因組及所包含的全部基因的功能，功能基因組間的協調作用，各蛋白質組的功能及相互作用，以及它們與整體功能活動發生機制間的聯系。 二、宏觀和微觀水平研究的進展和獲得的成就 近50年來，隨著生物科學新技術的建立和發展，微觀水平的研究已從細胞和分子水平初步闡明了體內某些活動的發生、調節機制，同時認識到自然界的不同生物體的生命本質特征具有高度的一致性，即構成生命體的主要物質是核酸和蛋白質，又因它們間的不同組合和運動形式而表現出極其復雜多變的功能活動。宏觀水平的研究進展相對較慢，但仍然取得了一些成就。 1628年，英國醫生Harvey所著的《心血運動論》一書出版，使生理學成為一門獨立的實驗性學科。從那時起，生理科學家對多種哺乳動物（犬、貓、兔、豬和猴等）體內各系統、器官的生理功能活動及其調節機制等進行了研究，同時采用無創性技術，對人的某些生理功能活動及調節機制等進行了研究。現已基本闡明了體內各系統、器官的生理功能和相互影響，及其在整體生命活動中的地位和意義；提出了一些具有整合意義的生理學理論，并基本闡明了一些具有整合性質的生理功能的發展及其機制，舉例如下。 1.具有整合意義的生理學理論法國生理學家Bernard在1857年提出，體內循環著的體液是機體的內環境，是機體得以自由與獨立生存的前提。1929年，美國生理學家Cannon 提出，細胞外液的理化性質保持相對穩定的狀態即內穩態，其是機體各種生命活動得以協調和穩定進行的條件。內穩態是一個動態發展的概念。在機體與外環境不斷地進行物質、能量和信息交換的過程中，通過體內各系統和器官的協同活動維持了內穩態，以此為基礎，機體又可形成能更好適應環境因素變化的各種生命活動或行為模式，以建立新的內穩態。 加拿大生理學家Selye于1946年提出的應激學說，通常也被視為生理學和醫學中的一種基本理論。Selye觀察到，機體受到劇烈的環境因素變化、交通事故、創傷失血、缺氧、工作負荷過重、人際關系緊張、饑餓及恐懼剌激等時，血中促腎上腺皮質激素（adrenocorticotropic hormone，ACTH）和糖皮質激素（glucocorticoid，GC）濃度升高。他將上述引起ACTH和GC分泌增多的剌激稱為應激剌激（stressor），所發生的機體功能活動變化稱為應激反應（stress reaction）。 在應激狀態下，整體的