生理学绪论与细胞的基本功能

本节导读

这一节对应大纲第一章生理学的前两条：「绪论」和「细胞的基本功能」。绪论讲生理学研究什么、生命活动有哪些基本特征、机体怎样调节自己；细胞一条讲物质怎样进出细胞、信号怎样跨过细胞膜、电信号怎样产生和传导、骨骼肌怎样收缩。

这些内容是后面心肌电生理、神经递质、肾小管转运的底子，选择题里多以概念辨析和「哪种机制」的形式出现。学完这一节，你应该能区分五种转运方式，说清静息电位和动作电位的离子基础，讲出骨骼肌从神经冲动到收缩的完整链条。

绪论：生命活动的特征与调节

生理学是研究生物体及其各组成部分正常功能活动规律的科学，可以从细胞和分子、器官和系统、整体三个水平研究。生命活动的基本特征，教材一般归纳为新陈代谢、兴奋性、适应性和生殖四项。

三种调节方式

调节方式	怎么起作用	特点
神经调节	基本方式是反射，结构基础是反射弧（感受器、传入神经、中枢、传出神经、效应器）	迅速、精确、短暂
体液调节	激素等化学物质经血液或组织液作用于靶细胞	缓慢、广泛、持久
自身调节	组织细胞不依赖神经和体液，自身对刺激发生适应性反应	幅度小、灵敏度低，但对局部稳定有意义

有些内分泌腺本身受神经支配，比如交感神经兴奋使肾上腺髓质分泌增多，这种情况叫神经-体液调节。

反馈与前馈

控制部分发出控制信息，受控部分的活动结果又作为反馈信息回到控制部分。反馈信息使受控部分的活动向与原来相反的方向改变，叫负反馈，它是维持稳态的主要方式；反馈信息使活动不断加强、直到过程完成，叫正反馈，例如排尿反射、分娩和血液凝固。前馈则是在干扰引起偏差之前就发出纠正信号，比如看到食物时消化液已开始分泌。

内环境与稳态

体液分为细胞内液和细胞外液，细胞外液是细胞直接生活的环境，称为内环境。稳态是指内环境的理化性质（温度、酸碱度、渗透压、各种离子浓度等）在一定范围内保持相对稳定的状态，它是一种动态平衡，不是固定不变。

细胞膜的物质转运

细胞膜的基本结构用液态镶嵌模型解释：脂质双分子层为基架，其间镶嵌着具有不同功能的蛋白质。脂溶性小分子能直接穿过脂质层，离子和大部分水溶性分子要靠膜蛋白帮助。

转运方式	方向与耗能	要点	举例
单纯扩散	顺浓度差，不耗能	不需要膜蛋白	O2、CO2 等气体分子
经通道的易化扩散	顺浓度差，不耗能	速度快，有门控（电压、化学、机械）	动作电位时 Na+ 内流
经载体的易化扩散	顺浓度差，不耗能	有特异性、饱和现象、竞争性抑制	葡萄糖进入红细胞
原发性主动转运	逆浓度差，直接分解 ATP	由离子泵完成	钠-钾泵
继发性主动转运	逆浓度差，间接耗能	借 Na+ 的浓度势能，同向或逆向转运	小肠上皮吸收葡萄糖

大分子和颗粒物质靠出胞和入胞进出细胞，比如神经末梢释放递质是出胞。

载体、通道和离子泵

载体与被转运物质结合后变构，把物质带到膜另一侧；通道开放时离子顺电化学梯度快速通过；离子泵本身是 ATP 酶。钠-钾泵就是 Na+、K+ 依赖式 ATP 酶，每分解 1 分子 ATP，泵出 3 个 Na+、泵入 2 个 K+。它维持细胞内高 K+、细胞外高 Na+ 的浓度差，这个浓度差是静息电位和动作电位的基础，也是继发性主动转运的动力。

跨膜信号转导

水溶性信号分子（多数激素、递质）不能进入细胞，要靠膜受体把信号传进去；脂溶性的类固醇激素可以进入细胞，与细胞内的受体结合。

途径	受体的特点
离子通道型受体介导	受体本身就是离子通道，配体结合后通道开放
G 蛋白偶联受体介导	受体激活 G 蛋白，再经效应器（如腺苷酸环化酶）生成第二信使 cAMP 等
酶联型受体介导	受体本身有酶活性或与酶结合，如酪氨酸激酶受体
核受体介导	受体在胞质或核内，激素-受体复合物直接调节基因转录

这几条途径的分子细节在分子生物学「细胞信号转导」一节（第 9 节）展开。

兴奋性与生物电

兴奋性是可兴奋细胞（神经、肌肉、腺体）受刺激后产生动作电位的能力。刺激要引起兴奋，需要足够的强度、足够的持续时间和一定的强度变化率；刚能引起兴奋的最小刺激强度叫阈强度（阈值），阈值越低，兴奋性越高。

静息电位

静息时膜内负、膜外正，神经细胞约 -70 mV，骨骼肌细胞约 -90 mV。静息时膜对 K+ 通透性较大，K+ 顺浓度差外流，形成内负外正的电位差，所以静息电位接近 K+ 的平衡电位。

动作电位

受到阈刺激时，膜电位去极化到阈电位，电压门控 Na+ 通道大量开放，Na+ 快速内流形成上升支，膜内电位短暂变正（超射）；随后 Na+ 通道失活、K+ 通道开放，K+ 外流形成下降支（复极化）。动作电位有三个特点：「全或无」、不衰减性传导、脉冲式（不能叠加）。

兴奋后兴奋性依次经历绝对不应期（任何刺激都不能引起兴奋）、相对不应期、超常期和低常期。阈下刺激只引起局部电位，局部电位幅度随刺激强度变化、传播时逐渐衰减、可以总和。

兴奋的传导

动作电位以局部电流的方式沿细胞膜传导。有髓神经纤维的局部电流在相邻郎飞结之间跳跃，叫跳跃式传导，比无髓纤维快得多。

骨骼肌的收缩

超微结构与肌丝滑行

肌原纤维由粗肌丝（肌球蛋白）和细肌丝（肌动蛋白、原肌球蛋白、肌钙蛋白）规则排列而成，两条 Z 线之间是一个肌节。横管与两侧终池组成三联管。收缩时细肌丝向粗肌丝之间（M 线方向）滑行，肌节缩短，暗带长度不变，明带和 H 带变窄。

神经-肌接头的兴奋传递

神经冲动到达接头前膜 → Ca2+ 内流 → 含乙酰胆碱（ACh）的囊泡出胞 → ACh 与终板膜上的 N2 型 ACh 受体结合，通道开放 → 终板电位 → 邻近肌膜产生动作电位。ACh 随即被终板膜表面的胆碱酯酶水解，一次冲动只引起一次肌肉兴奋，呈一对一的关系。

兴奋-收缩耦联与收缩形式

肌膜动作电位沿横管传入，终池释放 Ca2+，Ca2+ 与肌钙蛋白结合，原肌球蛋白移位，横桥与肌动蛋白结合并摆动，肌肉收缩；Ca2+ 被钙泵收回终池，肌肉舒张。结构基础是三联管，关键离子是 Ca2+。

收缩形式：长度不变、张力增加的叫等长收缩，张力不变、长度缩短的叫等张收缩；单个刺激引起单收缩，连续刺激频率加快时出现不完全强直收缩和完全强直收缩，正常体内的骨骼肌收缩多是完全强直收缩。

易错提醒

• ❌ 内环境就是细胞内液。
  ✅ 内环境指细胞外液，是体内细胞直接生活的环境。

• ❌ 阈值越高，组织的兴奋性越高。
  ✅ 阈值与兴奋性呈反比，阈值越低越容易兴奋。

• ❌ 单纯扩散和易化扩散都要消耗能量。
  ✅ 两者都是被动转运，区别在于是否借助膜蛋白。

• ❌ 骨骼肌收缩时粗、细肌丝本身都缩短了。
  ✅ 肌丝长度不变，是细肌丝向粗肌丝之间滑行。

• ❌ 兴奋-收缩耦联的关键离子是 Na+。
  ✅ 起耦联作用的是终池释放的 Ca2+。

例题精讲

例题 1

关于局部电位，下列说法正确的是：

• A. 具有「全或无」的特点
• B. 可以发生时间总和与空间总和
• C. 能不衰减地传播到远处
• D. 只有阈上刺激才能引起

答案：B

解析：阈下刺激引起的局部电位幅度随刺激强弱而变，向周围扩布时逐渐衰减，几个局部电位可以叠加（时间总和、空间总和），叠加到阈电位就能触发动作电位。全或无、不衰减传导是动作电位的特点；局部电位恰恰是阈下刺激引起的。

例题 2

骨骼肌收缩时，下列关于肌节变化的描述，正确的是：

• A. 暗带缩短，明带不变
• B. 暗带长度不变，明带和 H 带变窄
• C. 粗肌丝缩短，细肌丝不变
• D. 明带、暗带等比例缩短

答案：B

解析：按肌丝滑行学说，收缩时细肌丝滑入粗肌丝之间，粗肌丝所在的暗带长度不变，只含细肌丝的明带和暗带中央只有粗肌丝的 H 带变窄，肌节缩短。

例题 3

交感神经兴奋时，肾上腺髓质分泌的肾上腺素增多，进而使心跳加快、血压升高。这种调节方式属于：

• A. 神经调节
• B. 体液调节
• C. 自身调节
• D. 神经-体液调节

答案：D

解析：内分泌腺（肾上腺髓质）本身受交感神经支配，神经调节在前、激素经血液起作用在后，两者串联成一个调节过程，称为神经-体液调节。只答神经调节或体液调节都只说了一半。

本节小结

• 三种调节：神经调节迅速精确短暂，体液调节缓慢广泛持久，自身调节幅度小、灵敏度低；负反馈维持稳态，正反馈使过程加速完成。
• 内环境是细胞外液，稳态是相对稳定的动态平衡。
• 被动转运顺浓度差不耗能（单纯扩散、易化扩散），主动转运逆浓度差耗能；钠-钾泵泵出 3 个 Na+、泵入 2 个 K+。
• 静息电位接近 K+ 平衡电位；动作电位上升支靠 Na+ 内流、下降支靠 K+ 外流，具有全或无、不衰减、不叠加的特点。
• 神经-肌接头靠 ACh 与 N2 型受体传递；兴奋-收缩耦联的结构基础是三联管，关键离子是 Ca2+。