第一章 绪论

1.1 什么是生理学

生物学（biology）是研究生命现象及其活动规律的科学。生理学（physiology）是生物学的一个分支，是研究生物体机能（功能，function）的科学。

按照研究对象的不同，生物学可分为动物学（zoology）、植物学（botany）和微生物学（microbiology）等。按照研究生命现象的不同方面，它又可分为形态学（morphology）、生理学等。形态学是研究生物整体及其组成部分的形态和结构的科学，如解剖学（anatomy）、组织学（histology）等都属于形态学。

研究生物与其所处环境的关系则是生态学（ecology）的任务。

近年来随着生物学的发展又形成了形态学与生理学相结合的涉及更广泛生命现象的新学科，如细胞生物学（cell biology）、分子生物学（molecular biology）、神经生物学（neurobiology）、动物生物学（animal biology）、植物生物学（plant biology）、微生物生物学（biology of microorganisms）等等。

生物学的发展

在生物学发展的早期，主要是观察生物的形态、结构等。古希腊思想家亚里士多德（Aristotle，公元前384-前322）（图1-1）在公元前4世纪就观察描述了五百多种动物，并且解剖了其中的五十多种。由于在动物的分类、形态结构、胚胎发育等方面所做的大量的开创性工作，他被公认为生物学的创始人。

图1-1 亚里士多德（引自罗素，1997）

生物体的形态结构与机能是密切相关的，研究生物体的机能不能脱离对有关结构的了解。形态结构方面的研究是机能方面研究的基础。历史上形态学的发展也早于生理学的发展。近代解剖学的基础是比利时人维萨里（Andreas Vesalius, 1514-1564）（图1-2）奠定的。维萨里认真解剖人类尸体，翔实地观察和记载人体的结构，纠正了许多前人关于人体结构的错误说法，使解剖学成为一门科学，并成为生理学和生物科学的基础。

生理学作为一门独立的科学是从17世纪初叶开始的。英国医生哈维（William Harvey, 1578-1657）（图1-3）首次把实验方法应用于生物学，在前人工作的基础上发现了血液循环。他通过发现血液循环，做出了用实验方法解决生物学问题的榜样，开拓了实验生物学的道路。因此，后人把1628年哈维发现血液循环作为生理学和生物学成为实验科学的里程碑。

图1-2 维萨里（引自Newman,1924）

图1-3 哈维（引自Bayliss,1924）

19世纪英国生物学家达尔文（Charles Robert Darwin,1809-1882）1831年至1836年乘考察船“比格尔”（Beagle）号环球航行，进行地质学和生物学考察，于1859年出版了《物种起源》，提出以共同由来学说和自然选择学说为基础的生物演化学说，在生物学界和思想界引发一场革命（图1-4）。

图1-4 达尔文（引自达尔文，1982）

生理学的研究领域

生理学按照研究对象的不同又可分为研究植物体机能的植物生理学（plant physiology），研究动物体（包括人体）机能的动物生理学（animal physiology）等。

动物生理学是研究动物机体各种机能活动的科学。一般地说，机能或功能的研究包括以下三个方面。

首先是对生理现象或过程的观察与描记。生理学研究首先是对活的机体、活的器官组织进行观察，而它们的活动常常是看不见的或者是不能用肉眼观察清楚的。例如躯体的运动，一般包括许多肌肉的活动。即使离体肌肉的收缩，也是很快的过程。需要把这些活动客观地描记下来，以便进行分析。还有一些活动是在身体内部进行的，例如心脏的活动和消化管的运动，也需要用描记方法把它们记录下来，再进行分析。至于中枢神经系统内部的活动过程，更必须采用特殊的电描记方法进行观察。所以各种描记方法是生理学研究中不可缺少的组成部分。

观察到这些现象之后，要进一步探讨它们的活动规律，以及影响生理活动的各种因素。比如肌肉活动就经常受到多种物理、化学、生物学因素的影响，并随之发生各种改变。这类研究多数是在器官水平上进行的。

其次，生理学还要研究各种活动的机制（mechanism,机理）。所谓机制原是指机器的构造和动作原理，生理学借用这个名词来表示机能的内在的活动方式、内在的原理，包括有关机能与结构的相互关系、机能的变化过程以及这些变化过程的物理学化学性质等。阐明一种生物机能的机制意味着对它从现象的描述进入到较本质的说明。当然对某种机能的机制的研究不可能一蹴而就，而是要有层次地、逐步深入地进行。

再者，生理学还要研究的重要问题是各种机能的控制或调节的问题，包括各种机能在动物体内是怎样调节的，各种机能如何协调起来，在体内密切配合形成一个统一的整体，以及这个统一整体又如何与外界环境相适应等问题。

从生理学发展历史来看，首先是从最明显的、最表面的生理现象，即从器官水平的研究开始；进一步深入到细胞水平、分子水平的研究；同时，也要从整体的方面考虑这些活动是如何控制的，即整体的研究。这三个水平的工作在生理学研究中都是不可缺少的。

为什么要研究生理学

动物生理学（包括人体生理学）的发展在很大程度上首先是与医学的需要和发展密切相关的。为了医治人们的疾病，保护身体健康就需要研究生理学。因为只有了解正常情况下人体的机能和它们的活动规律，才能理解这些机能在疾病条件下的变化，才能采取相应的治疗疾病的措施。由于一般情况下不能对人体进行实验研究，大量的人体生理学的知识一般是先从与人体相近的高等动物机能的研究中得到的。低等动物的结构与机能比较简单，因之也比较容易研究；而对低等动物比较简单的机能的研究往往有助于了解高等动物比较复杂的机能。在一些基本理论问题上，对低等动物的研究曾经使生理学得到重大的进展。因此，研究动物体和人体各种机能的动物生理学是现代医学的重要基础。

随着生产的发展与社会的进步，人们越来越需要更深入地研究生理学。现代畜牧业、渔业的发展需要家畜、家禽和鱼类的生理学知识。现代农业防治虫害需要深入研究昆虫生理学。为了保护劳动者的健康和提高劳动效率，需要研究在不同的劳动条件下人体各方面机能的变化，以便采取保护劳动者健康、提高工效的措施，促进了劳动生理学的发展。近代人类活动的范围日益扩大，进入了一些特殊环境，如深海、高山、高空以至日地空间。为了保证在这些特殊环境中活动的人们的健康，需要研究这些特殊环境对人体机能的影响和应采取的措施，因而产生了潜水生理学、高山生理学、航空生理学、航天生理学等等。体育运动的发展，特别是竞技的需要，刺激了运动生理学的发展。

现代社会工业化的结果，在地球上产生了许多原来的自然环境中很少或没有的物理学和化学的因素，这些因素有的已经对人类的健康和生活环境产生了不利的影响。研究这些环境因素的变化对人体机能的影响，以及如何消除不良的后果，都是或即将是生理学研究的课题。

现代人类社会还面临着人口数量高速增长的大问题。人类必须控制自身的繁殖，这就迫切需要深入研究生殖活动的机制，找到最有效的控制生育的措施，还要解决不孕不育的问题。

由此可见，研究生理学是很有意义的。由于人体和动物体的机能复杂奥妙，探究这些机能也是很有兴趣的。

怎样研究生理学

活力论与机械论

如何看待如此复杂奥妙的生命现象，历史上曾经产生过不同的观点。一种看法叫做活力论（生机论，vitalism），它试图用一种非生物所没有的只存在于生物体内的活力（生命力）来解释生命的本质。另一种看法叫做机械论（mechanism），它反对假设某种神秘的“活力”或“生命力”来解释生命活动，主张用物理学的、化学的概念来解释生命过程。生理学发展的历史证明人和动物体的机能是可以认识的，生命现象是可以逐步应用物质运动的规律（包括物理学和化学的规律）来解释的。虽然生命现象是物质的属性，但它是一种高度组织起来的高度复杂的物质的属性，因而除了服从物理学和化学的一般规律外，还存在这种高度组织起来的物质本身的运动规律，这是研究生命现象时所必须注意的。既要承认生命现象的物质属性，又要注意生命物质的特点和它运动的特殊规律，不可将无机物运动的规律简单地套到生物体上去。

观察与实验

生理学是一门实验科学，它是建立在通过观察（observation）和实验（experimentation）所得到的事实材料的基础之上的。所谓观察，是指对人和动物的生命现象如实地反映、记录；所谓实验，则是指人为地控制或改变某些条件来考察生命现象的变化，以探求因果关系，认识生命现象的内在的活动规律。观察和实验往往是密切联系的： 先观察现象，提出了一些问题或设想；再改变条件观察现象的变化，以求发现其内在的规律。生理学的研究有一个重要的特点，这就是观察或实验的对象必须是活的生物体，至少所研究的这部分机体必须是活的，否则就无法研究其生理机能、生命活动的现象了。因此生理学的研究往往要进行活体解剖，一般是在麻醉的情况下解剖活动物，观察其体内器官的活动。通过这种观察产生了关于这些器官的机能的设想，但这种设想是否正确还要靠实验来检验，即人工改变这些器官活动的条件，再观察器官的机能发生什么变化，是否合乎原来的设想。

分析与综合

人和动物体的机能是复杂的，各种机能之间又是互相联系、互相影响的。要了解这些机能，首先必须把它们分解开来，一部分一部分地研究。生理学常用离体的器官、组织或细胞进行研究。用这种分析的方法可以把复杂的问题简化，所得的结果也比较容易处理。但这类结果只能说是器官或组织在离开整体的条件下机能活动的表现，不能据此而机械地推论这些器官或组织在整体内活动的真实情况。在高度组织起来的完整的动物体内，器官与器官之间，整体与个别器官之间，器官与内环境之间，以及整体与外环境之间，存在着复杂的相互关系，这些关系都是很重要的，不应忽视的。因此，除了用分析的方法研究动物体的机能之外，还要用综合的方法研究动物体的机能。为此，要把通过分解研究所得的多方面的结果综合起来作为一个整体来考虑处理，还要设计一些实验专门研究动物在整体条件下各方面的机能，这样才能得到比较合乎实际的认识。

图1-5 贝尔纳（引自Bernard,1947）

动手与动脑

由于生命现象的复杂性，把实验方法应用于生理学比用于物理学、化学更加困难。在观察和实验中要尽量排除假象，取得可靠的事实材料；在根据这些事实材料进行推理时要多方考虑，严谨慎重，防止得出错误的结论。法国生理学家贝尔纳（Claude Bernard，1813-1878）（图1-5）在谈到生理学实验时指出： “一个实验者必须既是理论家，又是实践家。他必须精通技术以取得实验事实作为科学材料；同时他必须清晰地理解科学理论以指导他对研究自然现象的各式各样的实验进行推理。我们不应把手脑分离，没有头脑的指挥，一只有能力的手也只是一只盲目的手；没有执行任务的手，头脑也是无力的。”

个人与集体

现代生理学所取得的成就是几个世纪以来许多生理学家共同努力的结果。有些人通过观察实验积累了事实材料，有些人在前人和自己工作的基础上得到了突破性的进展，这些生理学家都为生理学的发展作出了自己的贡献。生理学发展到现阶段，许多重要的问题已经很难由某个人或某个研究小组单独解决，需要集体的努力，不仅需要生理学家，还需要物理学家、化学家、数学家等多学科的科学工作者的共同努力才能得到新进展。

现代生理学虽然取得了许多重大的进展，但不要认为一切问题都已经解决了，没有被人们认识的、尚待解决的问题还有很多很多。不过我们相信，经过人们的共同努力，今天还没有认识的，明天、后天总可以逐步被人们所认识。

怎样学习生理学

在这里对初学生理学（包括动物生理学、人体生理学）的大学生如何学好这门课程提供一些建议。

首先，要十分重视生理学实验课。生理学是实验科学，如果不自己动手做实验，就不能真正理解生理学的知识、概念是怎样得来的。因此必须重视生理学实验课，认真做好教学大纲中规定的各个实验。

学习生理学要注重理解,注重思考，不只是注重记忆。生理学的知识、概念不是从天上掉下来的，而是从观察实验中得到的，是经过严密论证的，是合乎逻辑的。因此学习生理学不仅要知其然，还要知其所以然，也就是要懂得这些知识是怎样得来的，是根据哪些实验结果，是怎样推理论证出来的。要理解就必须思考，死记硬背就用不着思考。要多动脑筋，多想问题。多想出智慧，依靠机械背诵是学不好生理学的。真正理解了的内容就不难记住，没有理解的内容只能靠死记硬背，往往容易忘掉。

“动物生理学”一般是大学三年级的课程，在学习生理学之前应该已经学过数学、物理学、化学（包括普通化学、有机化学、物理化学）、普通生物学（或动物生物学）、解剖学等课程，同时可能还在学习细胞生物学、生物化学等课程。这些课程为生理学的教学提供了很好的基础，生理学也正是运用这些基础知识、理论和方法来探讨人和动物体的各种机能。因此学习生理学时应该联系有关的课程，应用所学过的知识和理论来认识生命现象，同时也会加深对这些课程的理解。