动物生理学——赵茹茜主编

绪论

第一节概述

一、什么是动物生理学

生理学是生物科学的一个分支，是研究有机体正常生命活动规律和机体各组成部分功能的科学。任何生命，从简单的微生物到复杂的高等动物，均有其独特的活动规律和功能特征。因此，根据研究对象的不同，生理学分为微生物生理学、植物生理学、动物及人体生理学等。动物生理学是生理学的重要分支，也是动物学和畜牧兽医学科重要的基础课程。

动物有机体由四大功能系统组成：①支持系统：包括皮肤、被毛、骨骼和肌肉，其作用为构建骨架，决定外貌体型，执行躯体运动功能，同时也参与机体防御和代谢。②维持系统：包括血液、循环、呼吸、消化、泌尿以及能量代谢和体温调节，其作用为执行新陈代谢，维持内环境稳态，维持动物个体的生存。③调节系统：包括神经、内分泌和免疫，其作用为整合协调机体各部分的功能，并作为一个整体适应外界环境的变化。④生殖系统：包括生殖（产仔或产蛋）和泌乳，其作用为复制动物个体，并给新生子代提供营养，确保种系的繁衍。每个功能系统均涉及多种不同的器官，而器官由许多不同的细胞组成，细胞是构成动物机体的最基本单位。

动物生理学的任务是研究动物机体各系统、器官和细胞的正常活动过程和规律，揭示各系统、器官和细胞功能表现的内部机制，探索不同系统、器官和细胞之间的相互联系和相互作用，并阐明机体如何协调各组成部分的功能，并作为一个整体适应复杂多变的生存环境，从而维持个体的生存和种系的繁衍。

二、怎样研究动物生理学

17世纪初，英国医生哈维（William Harvy，1578-1657）首先通过活体解剖和实验手段研究动物的血液循环，证明心脏是循环系统的中心，血液由心脏射入动脉，再由静脉回流入心，不断循环。1628年，哈维的著作《心与血的运动》出版，标志着生理学作为一门实验科学的诞生。

生理学的知识主要是通过观察和实验，并对观察到的现象和实验得出的结果进行分析、推理和归纳所获得的。观察是指对动物生命现象的如实描述；而实验室记录并分析在人为控制或改变某些条件时生命现象的变化，以探求因果关系。

（一）两种研究方式

1. 无假说驱动研究无假说驱动的研究基于细致的观察和大量数据的采集和分析，对各种生理活动的机制进行推测，为假说驱动的研究提供基础资料和新的线索。无假说驱动的研究通常依赖于高通量的技术手段、复杂的仪器设备以及庞大的研究团队。例如，基于各种组学（基因组学、蛋白组学、代谢组学等）的系统生物学，要求采用计算生物学方法对分子、细胞、组织、器官和整体水平获得的大量数据进行分析和整合，在没有任何假说或理论的前提下，客观定量地描述和预测生物功能、表型和行为。

2. 假说驱动研究假说驱动的研究指从背景知识出发，利用理性思维方法对已知的相关科学现象和规律进行概括，并构建科学假说，然后所构建的科学假说，采用不同实验方案从正反两方面对假说进行检验。如果一个假说能被自己和他人反复证实并得到发展，就成为被学术界公认的知识或理论。

需要指出的是，随着人类社会、经济和科技的发展，各种新的信息、知识、技术、观点、思想方法不断出现，动物生理学的知识也不断更新和发展。目前，教科书中的知识，有的会补充，有的会更新，有的甚至会被推翻，被新的理论所替代。

（二）三个研究水平

动物生理学的观察和实验，通常要借助各种研究方法、实验技术与仪器设备。不同的研究技术和仪器设备适用不同层次的研究。通常很难在同一个实验中同时观察从分子、细胞到器官、系统，乃至整体和群体的生命活动，因此，研究工作者往往从不同的角度、采用不同的方法和技术，在不同层次进行研究。动物生理学的研究涉及细胞和分子、器官和系统以及整体和群体三个不同水平。

1. 细胞、分子水平各种生理活动都是在细胞内进行的物理过程和化学反应，如腺细胞的分泌、神经细胞的生物电活动、肌细胞的收缩等。细胞由质膜、胞浆、核及众多的细胞器组成。与动物体一样，细胞也包括支持系统（细胞骨架）、维持系统（能量代谢和物质转运）、调节系统（信息传递和信号转导）以及繁殖系统（增殖与分化）等四大功能系统，可视作动物机体的缩影。

细胞的活动主要取决于组成细胞的各种分子，特别是生物大分子的化学和物理特性，其中以基因表达的调控最为突出。功能基因表达谱的变化会导致蛋白质表达谱的变化，引起细胞功能的改变，甚至影响动物的表观性状。因此，动物生理学的研究必须深入到细胞和分子水平。在细胞分子水平上的研究称为细胞生理学或分子生理学。

2. 器官、系统水平要了解一个器官的功能、活动规律和调控机制，以及在机体、整体中的作用，这就需要对某个器官或功能系统进行观察分析。例如，要了解食物在胃肠道的消化吸收，以及神经、体液因素对其活动的影响，就要以胃肠道作为研究对象。比如采用离体蛙心灌流研究各种理化因素和药物对心脏活动的影响；或采用离体肠段研究肠道运动的神经和体液调节。在器官和系统水平上进行的研究称为器官生理学，或者以研究的器官和系统命名，如消化生理学、生殖生理学、肾生理学等。

3. 整体、群体水平动物机体以整体形式存在。体内各器官、系统之间相互联系、相互影响，才能完成机体正常的生命活动。当外界环境变化时，动物机体以整体的形式做出相应的反应，对环境产生适应。例如，正常情况下，进食时或食物在胃肠道消化吸收时，胃肠道血流量增加，而其他器官的血流量相对减少，而剧烈运动时，肌肉运动增强，心率、呼吸频率与强度也随之增加，骨骼肌血流量增加，同时消化系统、排泄系统功能相对减弱，从而保证机体生命活动的正常进行。动物个体正常的行为表现，以及外界环境变化时行为模式的改变及其内在机制，也属于整体水平的研究。

自然界中，许多动物是群居的，畜牧生产中动物也大多采用群养。动物在群体中的行为表现，或社会行为，与动物个体的健康和群体的生产性能密切相关。同时，动物个体或群体对不同的自然环境或人工养殖环境的适应及其内在机制，也是动物生理学的研究范畴。行为生理学、环境生理学和生态生理学等着重整体和群体水平的研究。动物福利的研究也主要在整体和群体水平进行。

上述三个水平的研究不应该是孤立的，而应相互联系、相互补充，综合分析。动物整体的功能活动绝不是各组成部分功能活动的机械的、简单的总和，而是在整体条件下协调统一的结果。同样，细胞、器官的功能活动也不是各自独立地进行，而是相互联系、补充、协调统一的。所以，只有将细胞、分子水平的微观观察与器官、系统及整体、群体的宏观观察结合起来，才能得出符合客观实际的较为全面的结论。

（三）两类动物实验