第一章 緒論

1.1 什么是生理學

生物學（biology）是研究生命現象及其活動規律的科學。生理學（physiology）是生物學的一個分支，是研究生物體機能（功能，function）的科學。

按照研究對象的不同，生物學可分為動物學（zoology）、植物學（botany）和微生物學（microbiology）等。按照研究生命現象的不同方面，它又可分為形態學（morphology）、生理學等。形態學是研究生物整體及其組成部分的形態和結構的科學，如解剖學（anatomy）、組織學（histology）等都屬于形態學。

研究生物與其所處環境的關系則是生態學（ecology）的任務。

近年來隨著生物學的發展又形成了形態學與生理學相結合的涉及更廣泛生命現象的新學科，如細胞生物學（cell biology）、分子生物學（molecular biology）、神經生物學（neurobiology）、動物生物學（animal biology）、植物生物學（plant biology）、微生物生物學（biology of microorganisms）等等。

生物學的發展

在生物學發展的早期，主要是觀察生物的形態、結構等。古希臘思想家亞里士多德（Aristotle，公元前384-前322）（圖1-1）在公元前4世紀就觀察描述了五百多種動物，并且解剖了其中的五十多種。由于在動物的分類、形態結構、胚胎發育等方面所做的大量的開創性工作，他被公認為生物學的創始人。

圖1-1 亞里士多德（引自羅素，1997）

生物體的形態結構與機能是密切相關的，研究生物體的機能不能脫離對有關結構的了解。形態結構方面的研究是機能方面研究的基礎。歷史上形態學的發展也早于生理學的發展。近代解剖學的基礎是比利時人維薩里（Andreas Vesalius, 1514-1564）（圖1-2）奠定的。維薩里認真解剖人類尸體，翔實地觀察和記載人體的結構，糾正了許多前人關于人體結構的錯誤說法，使解剖學成為一門科學，并成為生理學和生物科學的基礎。

生理學作為一門獨立的科學是從17世紀初葉開始的。英國醫生哈維（William Harvey, 1578-1657）（圖1-3）首次把實驗方法應用于生物學，在前人工作的基礎上發現了血液循環。他通過發現血液循環，做出了用實驗方法解決生物學問題的榜樣，開拓了實驗生物學的道路。因此，后人把1628年哈維發現血液循環作為生理學和生物學成為實驗科學的里程碑。

圖1-2 維薩里（引自Newman,1924）

圖1-3 哈維（引自Bayliss,1924）

19世紀英國生物學家達爾文（Charles Robert Darwin,1809-1882）1831年至1836年乘考察船“比格爾”（Beagle）號環球航行，進行地質學和生物學考察，于1859年出版了《物種起源》，提出以共同由來學說和自然選擇學說為基礎的生物演化學說，在生物學界和思想界引發一場革命（圖1-4）。

圖1-4 達爾文（引自達爾文，1982）

生理學的研究領域

生理學按照研究對象的不同又可分為研究植物體機能的植物生理學（plant physiology），研究動物體（包括人體）機能的動物生理學（animal physiology）等。

動物生理學是研究動物機體各種機能活動的科學。一般地說，機能或功能的研究包括以下三個方面。

首先是對生理現象或過程的觀察與描記。生理學研究首先是對活的機體、活的器官組織進行觀察，而它們的活動常常是看不見的或者是不能用肉眼觀察清楚的。例如軀體的運動，一般包括許多肌肉的活動。即使離體肌肉的收縮，也是很快的過程。需要把這些活動客觀地描記下來，以便進行分析。還有一些活動是在身體內部進行的，例如心臟的活動和消化管的運動，也需要用描記方法把它們記錄下來，再進行分析。至于中樞神經系統內部的活動過程，更必須采用特殊的電描記方法進行觀察。所以各種描記方法是生理學研究中不可缺少的組成部分。

觀察到這些現象之后，要進一步探討它們的活動規律，以及影響生理活動的各種因素。比如肌肉活動就經常受到多種物理、化學、生物學因素的影響，并隨之發生各種改變。這類研究多數是在器官水平上進行的。

其次，生理學還要研究各種活動的機制（mechanism,機理）。所謂機制原是指機器的構造和動作原理，生理學借用這個名詞來表示機能的內在的活動方式、內在的原理，包括有關機能與結構的相互關系、機能的變化過程以及這些變化過程的物理學化學性質等。闡明一種生物機能的機制意味著對它從現象的描述進入到較本質的說明。當然對某種機能的機制的研究不可能一蹴而就，而是要有層次地、逐步深入地進行。

再者，生理學還要研究的重要問題是各種機能的控制或調節的問題，包括各種機能在動物體內是怎樣調節的，各種機能如何協調起來，在體內密切配合形成一個統一的整體，以及這個統一整體又如何與外界環境相適應等問題。

從生理學發展歷史來看，首先是從最明顯的、最表面的生理現象，即從器官水平的研究開始；進一步深入到細胞水平、分子水平的研究；同時，也要從整體的方面考慮這些活動是如何控制的，即整體的研究。這三個水平的工作在生理學研究中都是不可缺少的。

為什么要研究生理學

動物生理學（包括人體生理學）的發展在很大程度上首先是與醫學的需要和發展密切相關的。為了醫治人們的疾病，保護身體健康就需要研究生理學。因為只有了解正常情況下人體的機能和它們的活動規律，才能理解這些機能在疾病條件下的變化，才能采取相應的治療疾病的措施。由于一般情況下不能對人體進行實驗研究，大量的人體生理學的知識一般是先從與人體相近的高等動物機能的研究中得到的。低等動物的結構與機能比較簡單，因之也比較容易研究；而對低等動物比較簡單的機能的研究往往有助于了解高等動物比較復雜的機能。在一些基本理論問題上，對低等動物的研究曾經使生理學得到重大的進展。因此，研究動物體和人體各種機能的動物生理學是現代醫學的重要基礎。

隨著生產的發展與社會的進步，人們越來越需要更深入地研究生理學。現代畜牧業、漁業的發展需要家畜、家禽和魚類的生理學知識。現代農業防治蟲害需要深入研究昆蟲生理學。為了保護勞動者的健康和提高勞動效率，需要研究在不同的勞動條件下人體各方面機能的變化，以便采取保護勞動者健康、提高工效的措施，促進了勞動生理學的發展。近代人類活動的范圍日益擴大，進入了一些特殊環境，如深海、高山、高空以至日地空間。為了保證在這些特殊環境中活動的人們的健康，需要研究這些特殊環境對人體機能的影響和應采取的措施，因而產生了潛水生理學、高山生理學、航空生理學、航天生理學等等。體育運動的發展，特別是競技的需要，刺激了運動生理學的發展。

現代社會工業化的結果，在地球上產生了許多原來的自然環境中很少或沒有的物理學和化學的因素，這些因素有的已經對人類的健康和生活環境產生了不利的影響。研究這些環境因素的變化對人體機能的影響，以及如何消除不良的后果，都是或即將是生理學研究的課題。

現代人類社會還面臨著人口數量高速增長的大問題。人類必須控制自身的繁殖，這就迫切需要深入研究生殖活動的機制，找到最有效的控制生育的措施，還要解決不孕不育的問題。

由此可見，研究生理學是很有意義的。由于人體和動物體的機能復雜奧妙，探究這些機能也是很有興趣的。

怎樣研究生理學

活力論與機械論

如何看待如此復雜奧妙的生命現象，歷史上曾經產生過不同的觀點。一種看法叫做活力論（生機論，vitalism），它試圖用一種非生物所沒有的只存在于生物體內的活力（生命力）來解釋生命的本質。另一種看法叫做機械論（mechanism），它反對假設某種神秘的“活力”或“生命力”來解釋生命活動，主張用物理學的、化學的概念來解釋生命過程。生理學發展的歷史證明人和動物體的機能是可以認識的，生命現象是可以逐步應用物質運動的規律（包括物理學和化學的規律）來解釋的。雖然生命現象是物質的屬性，但它是一種高度組織起來的高度復雜的物質的屬性，因而除了服從物理學和化學的一般規律外，還存在這種高度組織起來的物質本身的運動規律，這是研究生命現象時所必須注意的。既要承認生命現象的物質屬性，又要注意生命物質的特點和它運動的特殊規律，不可將無機物運動的規律簡單地套到生物體上去。

觀察與實驗

生理學是一門實驗科學，它是建立在通過觀察（observation）和實驗（experimentation）所得到的事實材料的基礎之上的。所謂觀察，是指對人和動物的生命現象如實地反映、記錄；所謂實驗，則是指人為地控制或改變某些條件來考察生命現象的變化，以探求因果關系，認識生命現象的內在的活動規律。觀察和實驗往往是密切聯系的： 先觀察現象，提出了一些問題或設想；再改變條件觀察現象的變化，以求發現其內在的規律。生理學的研究有一個重要的特點，這就是觀察或實驗的對象必須是活的生物體，至少所研究的這部分機體必須是活的，否則就無法研究其生理機能、生命活動的現象了。因此生理學的研究往往要進行活體解剖，一般是在麻醉的情況下解剖活動物，觀察其體內器官的活動。通過這種觀察產生了關于這些器官的機能的設想，但這種設想是否正確還要靠實驗來檢驗，即人工改變這些器官活動的條件，再觀察器官的機能發生什么變化，是否合乎原來的設想。

分析與綜合

人和動物體的機能是復雜的，各種機能之間又是互相聯系、互相影響的。要了解這些機能，首先必須把它們分解開來，一部分一部分地研究。生理學常用離體的器官、組織或細胞進行研究。用這種分析的方法可以把復雜的問題簡化，所得的結果也比較容易處理。但這類結果只能說是器官或組織在離開整體的條件下機能活動的表現，不能據此而機械地推論這些器官或組織在整體內活動的真實情況。在高度組織起來的完整的動物體內，器官與器官之間，整體與個別器官之間，器官與內環境之間，以及整體與外環境之間，存在著復雜的相互關系，這些關系都是很重要的，不應忽視的。因此，除了用分析的方法研究動物體的機能之外，還要用綜合的方法研究動物體的機能。為此，要把通過分解研究所得的多方面的結果綜合起來作為一個整體來考慮處理，還要設計一些實驗專門研究動物在整體條件下各方面的機能，這樣才能得到比較合乎實際的認識。

圖1-5 貝爾納（引自Bernard,1947）

動手與動腦

由于生命現象的復雜性，把實驗方法應用于生理學比用于物理學、化學更加困難。在觀察和實驗中要盡量排除假象，取得可靠的事實材料；在根據這些事實材料進行推理時要多方考慮，嚴謹慎重，防止得出錯誤的結論。法國生理學家貝爾納（Claude Bernard，1813-1878）（圖1-5）在談到生理學實驗時指出： “一個實驗者必須既是理論家，又是實踐家。他必須精通技術以取得實驗事實作為科學材料；同時他必須清晰地理解科學理論以指導他對研究自然現象的各式各樣的實驗進行推理。我們不應把手腦分離，沒有頭腦的指揮，一只有能力的手也只是一只盲目的手；沒有執行任務的手，頭腦也是無力的。”

個人與集體

現代生理學所取得的成就是幾個世紀以來許多生理學家共同努力的結果。有些人通過觀察實驗積累了事實材料，有些人在前人和自己工作的基礎上得到了突破性的進展，這些生理學家都為生理學的發展作出了自己的貢獻。生理學發展到現階段，許多重要的問題已經很難由某個人或某個研究小組單獨解決，需要集體的努力，不僅需要生理學家，還需要物理學家、化學家、數學家等多學科的科學工作者的共同努力才能得到新進展。

現代生理學雖然取得了許多重大的進展，但不要認為一切問題都已經解決了，沒有被人們認識的、尚待解決的問題還有很多很多。不過我們相信，經過人們的共同努力，今天還沒有認識的，明天、后天總可以逐步被人們所認識。

怎樣學習生理學

在這里對初學生理學（包括動物生理學、人體生理學）的大學生如何學好這門課程提供一些建議。

首先，要十分重視生理學實驗課。生理學是實驗科學，如果不自己動手做實驗，就不能真正理解生理學的知識、概念是怎樣得來的。因此必須重視生理學實驗課，認真做好教學大綱中規定的各個實驗。

學習生理學要注重理解,注重思考，不只是注重記憶。生理學的知識、概念不是從天上掉下來的，而是從觀察實驗中得到的，是經過嚴密論證的，是合乎邏輯的。因此學習生理學不僅要知其然，還要知其所以然，也就是要懂得這些知識是怎樣得來的，是根據哪些實驗結果，是怎樣推理論證出來的。要理解就必須思考，死記硬背就用不著思考。要多動腦筋，多想問題。多想出智慧，依靠機械背誦是學不好生理學的。真正理解了的內容就不難記住，沒有理解的內容只能靠死記硬背，往往容易忘掉。

“動物生理學”一般是大學三年級的課程，在學習生理學之前應該已經學過數學、物理學、化學（包括普通化學、有機化學、物理化學）、普通生物學（或動物生物學）、解剖學等課程，同時可能還在學習細胞生物學、生物化學等課程。這些課程為生理學的教學提供了很好的基礎，生理學也正是運用這些基礎知識、理論和方法來探討人和動物體的各種機能。因此學習生理學時應該聯系有關的課程，應用所學過的知識和理論來認識生命現象，同時也會加深對這些課程的理解。