中山醫學大學生理科 林則彬教授

第一章 緒 論

生理學的定義

生理學是屬於機能科學的一門學問。藉由物理原理來研究生物所表現的一切活動就稱之為生物物理學(Biophysics)；藉由化學原理來研究生物所表現的一切活動即稱之為生物化學(Biochemistry)。然而藉由物理和化學兩種原理來研究生物從起源，發育和成長等整個生命過程中所表現的種種活動就叫生理學(Physiology)。若研究生物的對象是人類，則研究人體各器官系統的功能及各器官系統如何結合以完成整體的活動即稱之為人體生理學。再從另一角度來做思維，人類生活在浩瀚宇宙之中，人的有機體必需配合著外環境不斷的變化而執行內部構造變化的調整以適應環境而存活，所以吾人可簡單概括言之，研究人體如何生存的一門學科也可以叫做人體生理學。

人體構造和功能上基本單元–細胞

人體可謂是一種多細胞構成的複雜有機體 (Multicellular organism)，從其中雖可分離出最簡單的構造單元，但仍保有生命的特徵，這就是吾人所稱的細胞。每個人有機體的起始乃源自受精卵的單一細胞，透過分裂而成兩個細胞，依此類推。假定細胞的增殖就如此持續下去，終了只是造成一種球狀而有同樣細胞的集合體。事實上，每個細胞在演化過程中都會變成特定而具有特殊功能的細胞。諸如可發展成具有可使力和移動的肌細胞或是形成可產生或傳導電氣的神經細胞。這種由非特定的細胞轉換成具有特殊功能的特定細胞就叫做細胞分化 (Cell differentiation ) 。分化可分為(1)完全分化----如神經細胞和肌細胞，若細胞發生壞死不可能再有增殖的再生能力。(2)未完全分化----如骨髓細胞、皮下組織、腸道上皮細胞和肝細胞，一旦有部份死亡可保有增殖再生的能力。

細胞除了分化成有功能之外，可遷移至新位置，並選擇與同性質的細胞粘附一起造成多細胞的結構，這些多細胞結構就是使人體形成有階級的架構。如同性質的分化細胞可聚成組織 (Tissue; 如上皮、結締、肌肉和神經組織)，不同功能的組織可組成器官 (Organs)，不同功能而有相關連的器官可結合成這些器官系統(organ system)，這些器官系統聯合起來並相互合作才能完成有機體(即人體)生存最重要的功能。

人體的器官系統及功能

當人體每個細胞都可以執行共有的基本活動 (利用氧氣分解從外獲得有機營養物而產生能量並釋出廢物和二氧化碳)而存活下來時，接著器官系統的貢獻就成為人的有機體 (human organ) 生存之重要功能，因為人體內部的細胞是沐浴在細胞外液即吾人所謂細胞的內環境(Internal environment)----相對於圍繞身體外的大氣就叫做外環境(External environment)。該等細胞獲得O₂並釋出CO₂，不像單細胞構成的生物(如阿米巴變形蟲)可直接與外環境接觸。人體細胞必需再透過organ systems聯合運作，才可使內環境璄與外環境取得連絡。舉例來說，如呼吸系統和循環系統共同合作之下內環境和外環境得以聯絡而達成供氧和排出CO₂ 的功能並將O₂ 分配到身體每一部分。同樣地，消化系統和循環系統共同合作使內環境與外環境聯結以達成細胞有效取得營養分和排出廢物的功能。至於其他Organ system各自所擔任主要功能請見表1所列。

但是欲達成細胞內環境組成份的穩定，必需靠不同功能的器官系統聯合運作，這些聯結的器官系統就叫做恆定的調控系統(Homeostatic control system)。

表1

項目 系統 類別	包含的器官或組織	主要功能
1.呼吸系統	鼻、喉、氣管、支氣管(呼吸道)和肝	交換O2和CO2、調節細胞外液的氫離子濃度
2.消化系統	口腔、咽、喉、食道、胃、腸、唾液線、胰、膽囊、脾胃線	消化和吸收有機營養物、鹽和水
3.循環系統	心臟、血管、血液、包括淋巴管和淋巴液	推動血液循環並將血液分佈到身體各部分
4.骨骼肌肉系統	軟骨、骨骼、韌帶、肌腱、關節、骨骼肌	支持、保護、移動、製造血球
5.神經系統	中樞神經(包括腦、脊髓、末稍神經)、神經和神經節、特殊感官	調節和協調身體的許多活動並偵測內外環境的變化、擔任意識、學習和認知
6.內分泌系統	它包括所有分泌荷爾蒙的線體如腦上線、腦下線、甲狀線、胸線、腎上線和兼具內分泌功能的組織器官如下視丘、腎臟、肝臟、心臟、胃腸	調節和協調身體的許多活動
7.免疫系統	白血球、淋巴管和淋巴結、脾臟、胸線和其他淋巴組織	對抗異物之入侵
8.生殖系統	男性：睪丸和副生殖器 女性：卵巢和副生殖器	製造精蟲並將精蟲輸送到女性生殖器 製造卵子，接受精子發展成胎兒

依表1所示將擔負各種不同功能所參與系統及完整列於如下：

1) 就人體自外環境取得O₂和營養物而言

呼吸系統+循環系統(O₂)

消化系統+循環系統(營養物)

2) 就人體內部產生CO₂和廢物釋出體外而言

呼吸系統+循環系統(CO₂)

消化系統----肛門(廢物)

消化系統+循環系統+泌尿系統----廢物

皮膚(汗線)---排泄汗液

3) 就人體擔任各器官聯繫和調控任務而言

神經系統----藉電氣行快速傳遞來達到調節

內分泌系統----藉化學物質(荷爾蒙)行慢速傳遞來達到調

節

4) 就人體擔任保護及排泄和消滅異物(防禦工作)而言

外皮

免疫系統----對異物入侵有排拒和消滅能力

5) 就人體調節體溫而言

神經系統

循環系統

外皮(皮膚上之汗線)

6) 就人體擔任傳宗接代的任務而言

生殖系統----產生男女各別的配子，結合發展成胎兒，產生

新的下一代

人體生理功能的調節方式

人體生理功能的調節方式主要有神經調節和體液調節。在各類調節中，神經調節是人體內最主要的調節方式，其特點是比較迅速而精確。體液調節是體內另一類重要的調節方式，其特點是比較緩慢而持久，它與神經調節相互配合，使生理功能的調節更趨於完善。
 (一)神經調節
神經調節是通過反射而影響生理功能的一種調節方式。所謂反射，是指在中樞神經系統的參與下，身體對內、外環境刺激作出的規律性反應。如我們的手在碰到火焰時會立即縮回，就是通過反射而完成的。當火焰作用於人體局部體表時，刺激了局部皮膚上能夠感受這種刺激的感受裝置，這種感受裝置稱爲感受器，刺激資訊通過感受器後轉變爲神經衝動沿傳入神經傳向中樞神經系統，中樞神經系統將傳入的資訊進行分析處理後轉化爲指令，仍以神經衝動的形式沿傳出神經到逹受刺激肢體的相關肌肉群，亦即反射活動的作用器，結果引起有關肌肉群的收縮，使受刺激肢體脫離火焰刺激源，從而完成反射活動。由此可見，要完成一個反射活動，需要一定的結構基礎，即由感受器、傳入神經、中樞、傳出神經和作用器5個部分組成的反射弧。反射弧在結構和功能上的完整性對於完成反射活動至關重要，反射弧結構上任何一個環節被阻斷，都將使該反射不能進行。
人和高等動物的反射可分爲非條件反射和條件反射兩類。非條件反射是先天遺傳的，是一種初級的神經活動，其反射弧和反射活動都比較固定，數量也較有限，多與維持生命的本能活動有關。如食物直接刺激口腔引起的唾液分泌就是非條件反射的例子。條件反射是後天獲得的，是在非條件反射的基礎上結合個體生活過程中所處的生活條件而建立起來的，所以是一種高級的神經活動。如食物進入狗的口腔而引起唾液分泌，這是非條件反射；而燈光不能刺激狗的唾液分泌，這稱爲無關刺激。但是，如果在狗進食前給予燈光照射，經過若干次反復結合後，單純用燈光照射也能引起狗的唾液分泌，這種條件反射就在非條件反射的基礎上建立起來了。條件反射比非條件反射更具有適應性意義。
 (二)體液調節
體液調節是通過體液中某些化學物質而影響生理功能的一種調節方式。人體內的體液調節，主要是指內分泌細胞所分泌的激素，通過血液循環運輸到逹全身各器官組織或某一器官組織所進行的調節作用。如甲狀腺産生的甲狀腺激素，通過血液運輸到達全身各組織細胞，促進物質代謝與能量代謝，促進生長與發育過程。又如腦下腺垂體分泌的促甲狀腺激素，也通過血液循環遠距離運輸，但它只作用於甲狀腺，促進甲狀腺的腺體增生和促進甲狀腺激素的分泌。

生理功能的回饋調節
前面在神經調節中已經描述了反射活動的過程，外界刺激作用於感受器，經過反射弧的傳送，最終到達作用器，産生某種效應，似乎反射活動到此已經結束。但實際情況並非如此。人體內各種作用器上也都存在著特殊的感受裝置，能夠將作用器活動情況的資訊又傳回到中樞，用以改變中樞的活動狀態，糾正反射活動中出現的偏差，經過這種在中樞和作用器之間多次的資訊往返，使反射活動能夠達到十分精確和協調的程度。如正常人作指鼻試驗時，伸出的手指能夠十分準確而穩定地輕觸自己的鼻尖，這是因爲在這一動作的進行過程中，上肢各部分肌肉在不斷接受中樞控制資訊作出反應的同時，還不斷從肌肉和關節發出返回資訊到達控制這一肢體運動的有關中樞，隨時糾正中樞傳出的控制資訊，使動作不致偏離預定目標。在體液調節中，激素的化學資訊調節著某效應組織、細胞的活動，同時，效應組織、細胞所産生的效應又通過不同的途徑調節著激素的分泌。如胰島素能促進組織、細胞攝取和利用葡萄糖，並抑制糖質增生，從而使血糖濃度降低；反過來，血糖的濃度又是調節胰島素分泌的重要因素。

綜上所述，神經調節和體液調節都是通過閉合環路而完成的，在這種閉合環路的調節過程中，由受控部分發出的資訊反過來影響控制部分活動的調節方式稱爲回饋控制。回饋調節有負回饋和正回饋兩種方式。負回饋是指受控部分發出的訊息反過來減弱控制部分活動的調節方式；正回饋是指受控部分發出的訊息反過來加強控制部分活動的調節方式。在人體內，負回饋極爲多見而重要，其意義在於維持身體生理功能的相對穩定。如當動脈血壓升高時，可通過一定的調節途徑抑制心血管中樞的活動，使血壓下降；而當動脈血壓降低時，又可通過一定的調節途徑增強心血管中樞的活動，使血壓升高，進而維持血壓的相對穩定。正回饋遠不如負回饋多見，其意義在於促使某一生理活動過程很快逹到高潮並發揮最大效應。如在排尿反射過程中，當排尿中樞發動排尿後，由於尿液刺激了尿道(受控部分)的感受器，受控部分不斷發出回饋資訊進一步加強排尿中樞的活動，使排尿反射一再加強，直至尿液排完爲止。