緒論和細胞第一和第二章

人體機能學

（MedicalPhysiology&Biochemistry）孫黎明食品質量與安全生物與食品樓10618900998257第一章緒論人體機能學概述生命活動的基本特征機體機能的調節(jié)反饋作用概述人體機能學：研究人體功能及其原理的一門科學。綜合生理學、生化和病理生理學。研究內容：細胞、器官、系統及整體的各種生命現象和活動規(guī)律，各部分間的相互關系，內在的生化反應，人體與環(huán)境之間的相互作用病理狀態(tài)下的生理功能變化及機制概述研究水平：整體；系統；器官；細胞；分子水平。人體機能學與醫(yī)學的關系人體機能學發(fā)展簡史（三個階段）人體機能學是一門實驗性科學科學實驗是創(chuàng)立和發(fā)展人體機能學的源泉。eg.17世紀初，英國醫(yī)生WilliamHarvey首先用動物活體實驗的方法研究了血液循環(huán)。在1628年發(fā)表的論著《心與血的運動》第一次科學地闡明了血液循環(huán)的途徑與規(guī)律。并指出心臟是循環(huán)系統的中心第一階段：17-18世紀顯微鏡的發(fā)明和物理學、化學的迅速進步.應用顯微鏡發(fā)現了毛細血管，證實了Harvey對循環(huán)系統結構的推論；物質守恒與能量守恒及轉化定律的提出，以及燃燒和呼吸原理的闡明，為機體新陳代謝的研究奠定了基礎。

第二階段：19世紀自然科學的迅速發(fā)展，人體機能學實驗研究也大量開展，累積了大量各器官生理功能的知識。

感覺器官、神經系統、血液循環(huán)、腎的排泄功能、內環(huán)境穩(wěn)定等的研究，均為生理功能提供了不少寶貴資料。我國現代人體機能學60余年的歷史1926年北京協和醫(yī)學院生理系主任林可勝發(fā)起創(chuàng)建了中國人體機能學會，出版了《中國人體機能學雜志》。當時我國比較集中的研究工作是關于胃液分泌、物質代謝、神經肌肉和心血管運動的神經調節(jié)等問題，并在學術上作出了貢獻，受到國際人體機能學界的重視。Frank-Starling

離體蛙心實驗

1895年英國生理學家歐內斯特.斯塔林（ErnestHenryStarling,1866~1927）內分泌生理學的奠基人之一，也是消化生理學家和循環(huán)生理學家研究方向及卓越貢獻：血管和心臟的神經分布淋巴液生成、毛細血管通透性和滲透壓的生理作用提出“Frank-Starling定律”首次提出激素一詞首次發(fā)現胰島素認為機體功能受神經和體液雙重調節(jié)TheFrank-Starling“LawoftheHeart”

（靜脈回流對心功能影響）1914年發(fā)現：當靜脈回流增加時，心室壓增加，每搏心輸出量亦隨之增加的現象，并總結為：心臟收縮力是收縮前心肌纖維長度的函數。后世稱之為“Starling定律”或“Starling效應”，它是近代循環(huán)理論中的基本概念。第三階段：近二三十年來細胞、分子水平的研究深入到細胞內部環(huán)境的穩(wěn)態(tài)及其調節(jié)機制、細胞跨膜信息傳遞的機制、基因水平的功能調控機制等。整體水平研究神經免疫內分泌學等；采用了許多先進技術，使整體人體機能學研究，尤其是各種特殊條件下（如勞動、運動、高空、高原、潛水等）的研究，取得了很大進展。發(fā)展總趨勢:向微觀的細胞分子水平深入發(fā)展，向宏觀的整體水平加快擴展。研究方法：在體（invivo）：包括急性（麻醉）、慢性（清醒）實驗。離體（invitro）：排除整體干擾。人體機能學的應用：醫(yī)學的基礎學科人類自身認識和活動的需要生產實踐的需要一、生命活動的基本特征新陳代謝（metabolism）包括物質和能量代謝（構建/同化+破壞/異化）興奮性（excitability）定義：機體對刺激發(fā)生反應的能力，即組織和細胞受到刺激后產生動作電位的能力。刺激（stimulus）：能為機體感受、引起生物體發(fā)生一定反應的內外環(huán)境變化。物理性刺激：聲、光、電、溫度等。化學性刺激：酸、堿等化學物質。生物性刺激：細菌、病毒等生物體。反應（response）：接受刺激后機體發(fā)生活動狀態(tài)的改變。興奮：安靜活動，或活動狀態(tài)加強。抑制：活動安靜，或活動狀態(tài)減弱。興奮性的電學本質：動作電位閾值：產生反應的最小刺激強度（閾強度）。閾值1/興奮性生殖（reproduction）二、機體機能的調節(jié)內環(huán)境與穩(wěn)態(tài)內環(huán)境（Internalenvironment）：相對外環(huán)境而言，是細胞生存的環(huán)境。人體的絕大多數細胞并不直接與外界環(huán)境接觸,而是浸浴在細胞外液中,細胞外液是細胞在體內直接所處的環(huán)境，稱為內環(huán)境。細胞外液包括：血漿、組織液、淋巴液、腦脊液、房水、關節(jié)腔液等。穩(wěn)態(tài)（homeostasis）：Cannon提出在正常生理情況下，內環(huán)境的各種理化性質在很小的范圍內發(fā)生變動。如O2和CO2分壓、滲透壓、pH、體溫等都保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，稱為穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)是一種動態(tài)平衡①細胞的代謝不斷進行就不斷的擾亂和破壞內環(huán)境穩(wěn)態(tài)。②通過機體的調節(jié)使細胞、組織、器官和系統正常功能的行使，參與維持內環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，使穩(wěn)態(tài)不斷的恢復平衡。意義：穩(wěn)態(tài)是機體維持正常生命活動的必要條件。穩(wěn)態(tài)偏離正常則疾病2.1機體機能的調節(jié)方式神經調節(jié)；體液調節(jié)；自身調節(jié)；反饋1.神經調節(jié)（neuro-regulation）神經系統參與的調節(jié)，基本方式為反射。反射（reflex）：機體在CNS參與下對內、外環(huán)境變化產生的反應。反射的結構基礎：反射弧反射的分類：條件與非條件反射。神經調節(jié)特點：快速（傳導）精確（反射?。┕伤念^肌肌腱肌梭（感受器）中樞神經股四頭肌膝跳反射2.體液調節(jié)（humoralregulation）定義：體液中化學物質參與的調節(jié)。具體是指由機體內分泌腺和內分泌細胞分泌的某些特殊化學物質，經體液運輸到全身組織細胞，發(fā)揮其生理活動調節(jié)的方式。作用途徑：內分泌：激素旁分泌：激素或代謝產物神經內分泌：神經元內分泌特點：緩慢、持久、廣泛。3.自身調節(jié)（auto-regulation）定義：指組織、細胞不依賴于神經或體液調節(jié)而產生的適應性反應。特點：局限（范圍和幅度）eg心肌收縮的力量在一定范圍內與收縮前心肌纖維的長度呈正比4.反饋（feedback）

受控部分發(fā)出信號影響控制部分活動的過程稱為反饋。

促甲狀腺激素釋放激素（TRH,thyrotropin-releasinghormone

）促甲狀腺激素（TSH,thyrotropin,thyroidstimulatinghormone）四碘甲狀腺氨酸(T4，甲狀腺素)和三碘甲狀腺原氨酸(T3)，二者合稱為甲狀腺激素感受器

控制部分發(fā)出信號指示受控部分發(fā)生活動，受控部分則發(fā)出反饋信號返回到控制部分，使控制部分能根據反饋信號改變自己的活動，從而對受控部分的活動進行調節(jié)反饋控制(feed-backcontrol)刺激中樞控制系統傳入神經傳出神經效應器受控系統反應反饋回路監(jiān)測裝置檢測FeedbackcontrolControlelementEffectorPhysiologicalinformationFeedbackinformation反饋控制(feed-backcontrol)分類：正反饋（positivefeedback）：加強。如凝血過程、分娩、Na+通道開放。負反饋（negativefeedback）：減弱。如降壓反射，大部分調節(jié)過程。前饋（feedforward-feedback）：干擾因素可通過感受器官，作用于控制系統的調節(jié)。負反饋控制系統（negativefeedback）概念：如果反饋調節(jié)使受控部分的活動向和它原先活動相反的方向發(fā)生改變，這種方式的調節(jié)稱為負反饋。在正常人體內，絕大多數控制系統都是負反饋方式的調節(jié)。以調定點為參照水平進行調節(jié)。白天晚上副交感正反饋控制系統（positivefeedback）概念：如果反饋調節(jié)使受控部分繼續(xù)加強向原先方向的活動則為正反饋。正反饋在體內較少,它使整個系統處于再生狀態(tài),破壞原先的平衡狀態(tài)。

排尿、排便、血凝、分娩等。意義：使機體的某項生理功能在同一方向上不斷加強，以致使這一功能得以迅速完成。血凝過程

thrombin:凝血酶prothrombin：凝血酶原Fibrinogen：纖維蛋白原Fibrin：纖維蛋白向控制部分發(fā)出信號，指令受控部分進行某一活動，同時又通過另一快捷途徑向受控部分發(fā)出前饋信號，及時地調控受控部分的活動。控制系統受控系統監(jiān)測裝置輸入信息控制信息輸出變量干擾信息前饋信息前饋控制(feed-forwardcontrol)前饋控制系統（feedforward-feedback）

意義：及時調控受控制部分的活動，使活動更加準確與協調。具有適應性、預見性。特點：對受控部分的調控較迅速、使活動幅度小、更加準確。eg1.運動員進場比賽，通過視、聽及條件反射調整心血管、呼吸和骨骼肌，以適應比賽的緊張；2.動物見到食物后并沒有吃到食物，則唾液分泌就是一種失誤。在進食過程中，導致迷走神經興奮，促使胰島B細胞分泌胰島素來調節(jié)血糖水平，這樣可及早準備以防止食物消化吸收后造成血糖水平出現過分波動。3要求將手伸至某一目標物，腦發(fā)出神經沖動指令一定的肌群收縮，同時有通過前饋機制，使這些肌肉的收縮活動能適時地受到一定的制約，因而手不會達不到目標物，也不致伸得過遠，整個動作能完成的很準確。在這種調控過程中，前饋控制和反饋控制又是常?；ハ嗯浜系?。例如在腦指揮肌肉活動的過程中，肌肉和關節(jié)中的感受器將肌肉活動的信息反饋到腦，因此，腦可以對肌肉實際活動的情況與原先設計的動作要求之間的偏差進行分析，再對前饋信號進行調整，在以后再指令作同樣的動作時，發(fā)出的前饋信號就更加準確，是完成動作能更接近設計的要求。

與前饋控制相比，反饋控制需要較長的時間，因為控制部分要在接到受控部分活動的反饋信號后才能發(fā)出糾正受控部分活動的指令，因此受控部分的活動可能發(fā)生較大波動。以神經系統對骨骼肌任意活動的控制為例，如果只有反饋控制而沒有前饋控制，則肌肉活動時可出現震顫，動作不能快速、準確、協調地完成。

第二章細胞的基本功能細胞：機體結構和功能基本單位細胞的組成：細胞膜：物質轉運、信號轉導、生物電產生等。細胞質：有多種細胞器如線粒體、內質網、高爾基體等。細胞核：染色體等遺傳物質。一、細胞膜的化學組成和分子結構液態(tài)鑲嵌模型(fluidmosaicmodel):1972年，Singer和Nicolson提出：液態(tài)的脂質雙分子層為基架，其中鑲嵌著具有不同生理功能的蛋白質?；瘜W組成和分子結構脂質雙分子層：磷脂雙分子層磷脂：70%，長桿狀，親水端由磷酸和堿基組成，疏水性端由脂肪酸烴鏈組成。磷脂分子由堿基（膽堿、乙醇胺、肌醇、絲氨酸）+甘油+脂肪酸。膽固醇：30%蛋白質：球形蛋白，包括周圍蛋白和結合蛋白。運輸蛋白：載體、通道和離子泵等。受體：辨認和接受特異的化學性刺激或信號有關的蛋白質。配體+受體細胞特異的生理生化反應特異性抗原：細胞標志作用，如組織相容性抗原，供免疫系統或免疫物質辨認。肌動蛋白：參與細胞膜運動。糖類：寡糖和多糖，與膜上脂質或蛋白質共價結合形成糖脂或糖蛋白。糖鏈順序存在特異性：ABO血型系統二、細胞膜的物質轉運功能單純擴散（simplediffusion）定義：高濃度低濃度，脂溶性分子如乙醚，小分子水溶性物質如水、甲醇和溶解的氣體等。特點：被動擴散；無須載體；擴散量濃度梯度膜通透性。分類：以“載體”為中介的易化擴散（carrier）：glucose,aminoacid等。特點：結構特異性；飽和現象；競爭抑制。機制：載體蛋白分子內部的變構以“通道”為中介的易化擴散（channel）：離子。特點：蛋白構形決定功能（開放或關閉）；有一定特異性。化學門控通道/配體門控通道：化學信號。如神經-肌接頭：AchN-AchRNa+內流終板電位。神經細胞突觸后膜：如谷氨酸、門冬氨酸、-氨基丁酸等。

電壓門控通道：跨膜電位變化。如神經和肌細胞表面膜，神經干表面膜。易化擴散(facilitateddiffusion)定義：高濃度低濃度，需要特殊蛋白幫助。主要是體內非脂溶性小分子物質如葡萄糖、氨基酸及各種離子等。主動轉運（activetransport）定義：低濃度高濃度特點：消耗能量ATP鈉鉀泵：鈉泵，Na+-K+依賴式ATP酶跨膜蛋白質，150KD，、雙鏈組成。作用：每分解1分子ATP，可使3個Na+移出膜外，2個K+移入膜內。鈉泵的意義：造成細胞內外Na+、K+分布不均，是生物電產生的基礎。[Na+]o/[Na+]I=12,[K+]I/[K+]o=30建立勢能儲備：glucose繼發(fā)主動轉運吸收。防止細胞水腫。影響因素：低溫其它離子泵：鈣泵：Ca2+-Mg2+ATP酶，肌漿網膜。碘泵：甲狀腺上皮細胞膜，依賴鈉泵，主動泵入I-。氫泵：H+-K+-ATP酶，胃腺泌酸細胞。繼發(fā)性主動轉運（secondaryactivetransport）入胞和出胞入胞：包括吞噬和吞飲。如白細胞吞噬作用。出胞：分泌活動。三、細胞的跨膜信號轉導通過特異性通道蛋白質完成通過受體蛋白、G蛋白和效應器酶組成的跨膜信號轉導通過酪氨酸激酶受體完成的跨膜信號轉導1.通過特異性膜通道蛋白質完成的跨膜信號轉導化學門控（受體型）：主要分布在肌細胞終板膜、神經元突觸后膜等。通道的開閉取決于膜兩側特定的化學性信號。神經-肌接頭：Ach+N-AchR通道開放Na+內流終板電位。其他還有氨基酸類遞質電壓門控（AP,actionpotential）：主要分布神經和肌細胞的表面膜通道的開閉取決于膜兩側跨膜電位的改變。Na+通道等。機械門控通道：感受機械性刺激并可引起細胞功能改變的通道樣結構內耳毛細胞（聽毛）頂部膜內(聽毛)2.通過受體-G蛋白-第二信使系統完成的跨膜信號轉導組成：配體(ligand)：信息分子（第一信使：神經遞質和激素）受體(receptor)：特異性受體，已知100余種。300以上aa組成。N端較長，細胞膜外，C端較短，細胞膜內。中間端aa組成-螺旋。G蛋白(GTPbindingproteins,鳥苷酸結合蛋白)：-亞單位-GTP為激活狀態(tài)，激活效應器酶。第二信使（效應器酶）：腺苷酸環(huán)化酶(AC)：cAMP磷脂酶C：分解磷脂酰肌醇，產生三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。范圍：多數神經遞質，肽類激素。

受體-G蛋白-AC途徑:物質膜表面的特異受體Gs-(興奮性G蛋白)激活腺苷酸環(huán)化酶胞漿中的ATP分解膜內側胞漿中cAMP(有時是減少),實現激素對細胞內功能的調節(jié)3.由酪氨酸激酶受體(TKR)完成的跨膜信號轉導組成：(tyrosinekinasereceptor,TKR)配體：肽類激素如胰島素，細胞因子如NGF，EGF，FGF，CSF等。TKR膜外側肽段：決定特異配體。TKR膜內肽段：tyrosinekinase.過程：配體TKR膜外側肽段激活膜內肽段的蛋白激酶酪氨酸殘基磷酸化

細胞內功能改變。特點：受體分子的胞質側自身具有酶的活性，可直接激活胞質中酶。受體只有一跨膜α-螺旋和一個較短的膜內肽段。

酪氨酸激酶受體重要的受體有鳥苷酸環(huán)化酶受體（一）酪氨酸激酶受體特點：膜外側-配位體結合點深入胞質端-酪氨酸激酶結構域受體與酶是同一蛋白分子肽類激素如胰島素和細胞因子相應的靶細胞,激活細胞膜酪氨酸激酶受體胞質側酶活性部位活化胞質酪氨酸激酶結合、激活完成跨膜信號轉導一系列細胞內信號分子細胞核內基因轉錄改變。

（二）鳥苷酸環(huán)化酶受體(guanylatecyclase,GC

)

膜外側-α-螺旋分子N端-配位體結合點

膜內側-α-螺旋分子C端-鳥苷酸環(huán)化酶（GC）結構域,與配位體結合活化。機制GTPGC

CGMP蛋白激酶G（PKG）PKG活化

底物磷酸化四、細胞膜的生物電現象靜息電位(restingpotential,RP)：定義：靜息狀態(tài)下，細胞內外存在的電位差值。特點：內負外正；相對穩(wěn)定。形成離子基礎：膜內外離子分布不均；膜對不同離子通透性不同。形成：靜息狀態(tài)，K+外流至平衡電位。電-化學平衡：化學梯度與電位差

K+

通道阻斷劑：四乙基胺(TEA)

①安靜時——靜息電位②受刺激時—動作電位靜息電位在大多數細胞是一種穩(wěn)定的直流電位,但不同細胞的靜息電位數值可以不同;只要細胞未受刺激、生理條件不變,這種電位將持續(xù)存在。靜息電位時膜兩側所保持的外正內負狀態(tài)稱為膜的極化(polarization)膜內外電位差的數值向膜內負值加大的方向變化時，稱為膜的超極化(hyperpolarization)膜內電位向負值減小的方向變化，稱為去極化或除極化(depolarization)去極化至零電位后膜電位進一步變?yōu)檎捣Q為反極化，膜電位高于零電位的部位稱為超射（overshoot）。細胞先發(fā)生去極化，然后再向正常安靜時膜內所處的負值恢復，則稱作復極化(repolarization)動作電位(actionpotential,AP)：定義：指可興奮細胞興奮時細胞內產生的可擴布的電位變化過程。AP組成及產生機制上升相：去極化相，Na+內流至平衡電位。Na+通道阻斷劑：河豚毒(TTX)下降相：復極化相，Na+通道關閉，K+外流。后電位：60-80ms。鈉泵活動以完成離子重新分布。閾電位去極化后電位時間（ms）+350-55-70超射超極化后電位