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普通高等教育“十二五”国家级规划教材
卫生部“十二五”规划教材
全国高等医药教材建设研究会规划教材
全国高等学校教材
人民卫生出版社
生理学
第 8版
第一章 绪论
第一节 生理学的任务和研究方法
一、生理学及其任务
生理学(physiology)是生物科学的一个分支，是研究生物体及其各组成部分正常功能活
动规律的一门科学。生物体(organism)也称有机体，简称机体，是自然界中有生命的物体的
总称，包括一切动物、植物和微生物。人和许多高等动物的机体结构复杂，由不同的系统、
器官、组织和细胞所组成，各系统和器官具有不同的功能，如呼吸、消化、排泄、血液循环、
肌肉收缩等，并在神经和内分泌系统的调节下相互协调，相互配合，相互制约，共同维持整
个机体的生命活动。生理学的任务是阐明机体及其各组成部分所表现的各种正常的生命现
象、活动规律及其产生机制，以及机体内、外环境变化对这些功能性活动的影响和机体所进
行的相应调节，并揭示各种生理功能在整体生命活动中的意义。
二、生理学和医学的关系
生理学的发展和医学的发展是紧密联系在一起的。在漫长的人类发展史上，人们在寻求
对疾病医治的过程中，必然要求对疾病产生机制和人体正常功能的许多知识进行探索。生理
学的知识是随人类社会的发展，特别是在医学实践、科学研究和技术发展的过程中不断积累
起来的。无论是在我国还是西方国家，一些经典的医学著作中都有对人体器官生理功能的描
述。例如，我国古医书《黄帝内经》中就有对经络、脏腑、七情六淫、营卫气血等生理学理
论的记载；古希腊医师和医学理论家 Galen曾对多种动物(包括猴)进行活体解剖，并用解剖
学的知识来推断人体生理功能。长期以来，医学中关于疾病的理论研究都以人体生理学为基
础，反过来，临床实践也能检验生理学理论是否正确，并进一步丰富铈发展生理学理论。
在现代医学课程体系中，人体生理学(human physiology)是一门重要的基础医学理论课
程。它以人体解剖学、组织学为基础，同时又是药理学、病理学等后续课程和临床各课程的
基础，起着承前启后的作用。对医护人员来说，不具备人体生理学的基本知识，就不能正确
认识疾病；不仅如此，在他们认识和处理临床实践中所遇到的许多实际问题中，生理学的基
本理论和基本方法也是科学的思维方式和重要的研究手段。
三、生理学的研究方法
生理学是一门实验性科学，它的所有知识都来自临床实践和实验研究。但早期的一些人
体生理知识多来源于对尸体解剖和动物活体解剖而对人体器官功能所作的推测。而生理学真
正成为一门实验性科学是从 17世纪开始的。1628年，英国医生 Harvey所著的《心与血的
运动》一书出版，是历史上第一部基于实验证据的生理学著作。Harvey首次在若干种动物
身上应用活体解剖的方法，并经反复多次实验观察，推断出血液循环的途径：心脏是循环系
统的中心，血液由心脏射入动脉，再由静脉回流人心脏而不断循环。随后显微镜的发明和毛
细血管的发现，证实了 Harvey对循环系统结构的正确推论。19O2年，英国生理学家 Bayliss
和 Starling在研究胰液分泌调节的机制中，大胆地冲破了当时“神经反射”这个传统观念的
束缚，发现了历史上第一个激素，并将它命名为促胰液素；1921年，加拿大青年生理学家
和医生 Banting和他的学生 Best发现了胰岛素；1982年，澳大利亚医生 Mar—shall和病理
学家’Warren证实了引起消化性溃疡的重要病因是幽门螺杆菌的感染。这样的事例不胜枚
举。所以，生理学的知识除来自临床实践外，主要来源于实验研究，现代生理学的发展更是
如此。
一般而言，生理学实验(physiolocal experiment)是在人工创造的一定条件下，对生命现象
进行客观观察和分析，以获取生理学知识的一种研究手段。进行生理学实验时，往往需要对
完整机体或某一器官、组织或细胞的某一特定功能活动进行孤立的分析，并测试各种因素对
它的影响。实验往往会给机体造成一定的损害，甚至危及生命。因此，生理学实验主要在动
物身上进行；仅在不损害健康，并得到受试者本人同意的情况下，人体实验才允许有限进行。
由于人与动物的机体在结构和功能上具有诸多相似之处，因此，利用动物实验的结果来推断
人体生理功能是完全可能的。另外，由于动物机体的结构和功能相对简单，或在某些方面更
具有典型性或优越性，在研究一些基本生命活动或特殊功能活动时则更为适合。例如，利用
枪乌鲗的巨大神经轴突来研究细胞生物电，比在其他生物材料上进行研究要容易得多；猫的
防御反应较为明显，因而在进行这方面研究时，猫为首选动物。但人体的许多功能活动，尤
其是高级神经活动，与动物相比已发生质的变化，因而利用动物进行这方面的实验则有一定
的局限性。所以，在进行动物实验时，应根据不同的研究内容选择适当的动物或动物材料，
在推断人体功能活动规律时，须注意到人与动物结构和功能上的差异，不能简单地将动物实
验的结果直接套用于人体。
(一) 动物实验
1．急性动物实验 急性动物实验(acute animal experiment)可分为离体和在体实验两种方
法。离体实验(experiment in vitro)是从活着的或刚处死的动物身上取出所需要的器官、组织、
细胞或细胞中的某些成分，置于一个能保持其正常功能活动的人工环境中，观察某些人为的
干预因素对其功能活动的影响。例如，对离体蛙心或动物血管条进行灌流，可用于研究某些
生物活性物质或药物对心肌或血管平滑肌收缩力的影响；应用膜片钳技术可研究细胞小片膜
上单个离子通道的电流特性。在体实验(experiment in vivo)是在动物麻醉条件下，手术暴露
某些所需研究的部位，观察和记录某些生理功能在人为干预条件下的变化。例如，以动脉插
管记录动物血压，可用于观察某些神经或体液因素对血压的影响；将玻璃微电极插入脑内某
些部位进行细胞外或细胞内记录，观察神经元在接受某些刺激时放电活动的变化，以了解这
些神经元的生理功能。急性动物实验的优点是实验条件比较简单，条件较易控制，便于进行
直接的观察和细致的分析；离体实验则更能深入到细胞和分子水平，有助于揭示生命现象中
最为本质的基本规律。但急性动物实验的结果可能与生理条件下完整机体的功能活动有所不
同，尤其是离体实验的结果，此时被研究的对象，如器官、组织、细胞或细胞中的某些成分
已经脱离整体，它们所处的环境已发生很大的改变，实验结果与在整体中的真实情况相比，
可能会有很大的差异。
2．慢性动物实验 慢性动物实验(chronic animal experiment)以完整、清醒的动物为研究
对象，且尽可能保持外界环境接近于自然，以便能在较长时间内观察和记录某些生理功能的
改变。实验前一般需对动物作某些预处理，待动物康复后再进行观察。例如，研究唾液的分
泌调节时，可预先将唾液腺导管开口移至颊部体表，观察时就能方便地从体表收集到唾液腺
分泌的纯净唾液；研究某种内分泌功能时，常先摘除动物某个内分泌腺，以便观察这种内分
泌激素缺乏时以及人为替代后的生理功能改变，用以了解这种内分泌激素的生理作用。慢性
动物实验适用于观察某一器官或组织在正常情况下的功能以及在整体中的作用地位，但不宜
用来分析某一器官或组织细胞生理功能的详细机制。与急性动物实验相比，慢性动物实验的
干扰因素较多，实验条件较难控制。
(二) 人体实验
人体实验由于受到伦理学的限制，目前主要是进行人群资料调查，例如，人体血压、心
率、肺通气量、肾小球滤过率，以及红细胞、白细胞和血小板数量的正常值就是通过对大批
人群采样，再进行数据的统计学分析而获得的。有些实验研究也可在人体进行，例如，测试
人体在高温、低温、低氧、失重和高压等一些特殊环境下某些生理活动的变化。
总之，各种实验方法各有其优、缺点。对某种生理功能的研究，究竟适宜采用哪些实验
方法，应根据实际情况加以选择。
四、生理学研究的不同水平
完整人体可划分为执行不同生理功能的若干系统，如呼吸系统、消化系统等，各系统都
由若干器官相互联结而形成，如呼吸系统由鼻腔、喉、气管、支气管和肺所构成，而消化系
统则由口腔、咽、食管、胃、小肠和大肠所组成。各器官又由不同的组织和细胞按一定的形
式所组成。因此，对人体生理功能的全面研究，大致可分为以下三个不同水平。
(一)器官和系统水平
人们对生理学的研究最早是从器官和系统水平开始的，并获得和积累了大量的生理学基
本知识。这一水平的研究主要是各器官和系统的活动规律、调节机制及其影响因素等。如心
脏的射血、肺的呼吸、小肠的消化和吸收、肾的尿生成等。器官和系统水平的研究有利于把
复杂的整体化整为零，从而能更加方便，也更加准确地把握整个机体生命活动的规律。进行
这一水平的研究可应用多种方法，包括急性和慢性动物实验，但更多采用急性动物实验的方
法，急性动物实验法既可进行在体实验，也可进行离体实验。这一水平的研究及其所获知识
和理论称为器官生理学(organ physiology)。
(二)细胞和分子水平
细胞是组成机体最基本的结构和功能单位，而细胞及其亚微结构又由多种生物大分子所
构成。所以，细胞和分子水平的研究在于探索细胞及其所含生物大分子的活动规律。例如，
骨骼肌收缩时的肌丝滑行；细胞兴奋时，细胞膜上通道蛋白通透性的改变和离子的跨膜移动；
细胞在不同环境因素刺激下基因表达的改变等。这一水平的研究一般采用离体实验的方法，
所获得的知识和理论称为细胞生理学(cell physiology)或普通生理学(general physiology)。
(三)整体水平
人们从器官和系统以及细胞和分子水平所获得的对机体功能的认识，最终都要在整体水
平上加以综合并得到验证。整体水平的研究主要包括机体内各器官、系统之间的相互联系和
相互影响，内、外环境变化对机体生理功能的影响，以及机体对环境变化所做出的各种相应
应答。例如，体内神经系统、内分泌系统对其他器官和系统活动的调节；运动、创伤、紧张、
恐惧等生理和心理因素，或地理、气候、社会等环境因素对机体生理功能的影响；机体在环
境急剧变化时所产生的应急反应，或在某些特殊环境，如高温、低氧(高原)、失重(航天)、
高压(潜水)等情况下的习服(acclimatization或 accustomization)，即机体为能适应新环境生存
而产生一系列适应性改变。急性和慢性动物实验都可用于这一水平的研究，但由于在实验过
程中发生变化的参数，即变量很多，因而结果分析比较困难。然而，变量越多的实验，即综
合程度越高，则可能更加接近实际情况。
第二节 机体的内环境和稳态
一、机体的内环境
(一)体液及其组成
人和动物体内含有大量液体，机体内的液体称为体液(body fluid)。正常成年人的体液量
约占体重的 60％，其中约 2/3(约占体重的 40％)分布于细胞内，称为细胞内液(intracenular
fluid，ICF)；其余约 1/3(约占体重的 20％)分布于细胞外，称为细胞外液(extracellular fluid，
ECF)。细胞外液中约 3/4(约占体重的 15％)分布于细胞间隙内，称为组织间液(interstitial fluid，
ISF)或组织液(tissue fluid)；其余约 1/4(约占体重的 5％)则在血管中不断地循环流动，即为血
浆(plasma)。此外，还有少量的淋巴和脑脊液等。
(二)体液的分隔和相互沟通
人体各部分体液彼此隔开，因而各部分体液的成分有较大的差别(见第二、三章)，但各
部分体液又相互沟通。细胞膜既是分隔细胞内液与组织液的屏障，又是两者之间相互沟通的
渠道，有些物质可自由通过细胞膜的脂质双分子层结构，但有些物质则须经膜上镶嵌的特殊
蛋白质才能从膜的一侧转移到另一侧，水的跨膜移动主要受细胞膜两侧渗透压和静水压梯度
的驱使(见第二章)。同样，毛细血管壁既是分隔血浆与组织液的屏障，也是两者之间相互沟
通的桥梁，体液跨毛细血管壁移动也取决于管壁两侧的渗透压和静水压梯度(见第四、八章)。
血浆是沟通各部分体液并与外界环境进行物质交换的重要媒介，因而是各部分体液中最为活
跃的部分。
(三)内环境的概念及其提出
人体内绝大多数细胞并不与外界环境相接触，而是浸浴于机体内部的细胞外液中，因此
细胞外液是细胞直接接触和赖以生存的环境。生理学中将围绕在多细胞动物体内细胞周围的
体液，即细胞外液，称为机体的内环境(internal environment)，以区别于整个机体所处的外环
境。这一重要概念是由法国生理学家 Claude Bernard于 1852年首先提出的。他观察到细胞
外液的理化性质变动非常小，又观察到高等动物机体许多特性保持恒定的程度高于低等动
物，因而认为这种差异是由于在进化中发展了内环境的缘故。他指出：机体生存在两个环境
中，一个是不断变化着的外环境，另一个是比较稳定的内环境，因而机体在外环境不断变化
的情况下仍能很好地生存，内环境的相对稳定是机体能自由和独立生存的首要条件。
二、内环境的稳态
(一)稳态的概念及其提出
稳态(homeostasis)也称自稳态，是指内环境的理化性质，如温度、pH、渗透压和各种液
体成分等的相对恒定状态。稳态的概念是由美国生理学家 Cannon于 1929年首次提出的。
内环境理化性质的相对恒定并非固定不变，而是可在一定范围内变动但又保持相对稳定的状
态，简言之，是一种动态平衡。例如，人的正常体温可在 37℃上下波动，但每天的波动幅
度不超过 1℃；血浆 pH可在 7.35~7.45之间波动；血浆中各种离子浓度的波动范围也很小，
如血钾浓度仅在 3.5~5.5mmol/L之间，而血钙浓度仅在 2.25~2.75mmol/L之间的狭小范围内
波动。稳态是生理学中最重要的基本概念之一。
(二)稳态的维持和生理意义
稳态的维持是机体自我调节的结果。在正常情况下，由于细胞的代谢，机体将不断消耗
氧和营养物质，并不断产生 CO2和 H+等代谢产物，外界环境因素，如高温、严寒、低氧或
吸入过多 CO2、饮食不当引起腹泻或呕吐等也会干扰稳态。但机体可通过多个系统和器官
的活动，使遭受破坏的内环境及时得到恢复，从而维持其相对稳定。例如，通过加强散热或
产热可调节体温；经由呼吸系统的活动可摄入氧和排出 CO2；依靠消化系统的活动可补充
各种营养物质；通过泌尿系统的活动则能将 H+与多种代谢产物排出体外。在这些系统的功
能活动中，血液和循环系统参与多种物质的运输。稳态的维持还有赖于运动系统的活动，使
机体得以觅食和脱离险境。神经和内分泌系统则通过调节各系统的活动，使稳态的调节更趋
协调和完善。因此，稳态的维持需要全身各系统和器官的共同参与和相互协调。
稳态具有十分重要的生理意义。因为细胞的各种代谢活动都是酶促生化反应，因此，细
胞外液中需要有足够的营养物质、氧和水分，以及适宜的温度、离子浓度、酸碱度和渗透压
等。细胞膜两侧一定的离子浓度和分布也是可兴奋细胞保持其正常兴奋性和产生生物电的重
要保证(见第二章)。稳态的破坏将影响细胞功能活动的正常进行，如高热、低氧、水与电解
质以及酸碱平衡紊乱等都可导致细胞功能的严重损害，引起疾病，甚至危及生命。因此，稳
态是维持机体正常生命活动的必要条件。
(三)稳态概念的扩展
在生理学中，目前关于稳态的概念已被大大扩展，不再局限于内环境的理化性质，而是
扩大到泛指体内从细胞和分子水平、器官和系统水平到整体水平的各种生理功能活动在神经
和体液等因素调节下保持相对稳定的状态。维持各种生理功能活动的稳态主要依靠体内的负
反馈控制系统(见后文)。
第三节 机体生理功能的调节
人体各组成部分是按一定的形式组织起来的。作为一个有序的整体，人体具有较完备的调节
系统和控制系统，能对各系统、器官、组织和细胞的各种生理功能进行有效的调节和控制，
维持机体内环境乃至各种生理功能活动的稳态；也能适时地对外界环境变化做出适应性反
应，调整机体各组成部分的活动，以应对外界环境所发生的改变。
一、生理功能的调节方式
(一)神经调节
神经调节(neuroregulation)是通过反射而影响生理功能的一种调节方式，是人体生理功能
调节中最主要的形式。反射(reflex)是指机体在中枢神经系统的参与下，对内、外环境刺激所
做出的规律性应答。例如，肢体被火灼痛时立即回撤就是一种反射。反射的结构基础是反射
弧(reflex arc)，由感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器五个部分组成。感受器
(receptor)是指接受某种刺激的特殊装置；效应器(effecter)则为产生效应的器官。神经中枢简
称中枢(center)，是指位于脑和脊髓灰质内的调节某一特定功能的神经元群。传入神经(afferent
nerve)是从感受器到中枢的神经通路；而传出神经(efferent nerve)则为从中枢到效应器的神经
通路。在上述肢体回撤反射中，当局部体表接近火焰时，皮肤感受器可感受到这种伤害性刺
激，并将刺激信号转变为传入神经上的神经冲动传向中枢，信号经中枢分析处理后再以神经
冲动的形式沿传出神经到达效应器，即有关肌群，结果引起肌群收缩，使受刺激肢体撤离刺
激源，从而完成反射。反射须在反射弧的结构和功能完整的基础上才得以正常进行；反射弧
的任何一个环节被阻断，反射将不能完成。反射可简单也可复杂。例如，膝反射(见第十章)
在中枢只经过一次突触传递即可完成，而心血管反射、呼吸反射等则须经中枢神经系统中多
级水平的整合才能完成。
(二)体液调节
体液调节(humoral regulation)是指体内某些特殊的化学物质通过体液途径而影响生理功
能的一种调节方式。一些内分泌细胞分泌的激素(hormone)可循血液途径作用于全身各处的
靶细胞(target cell)，产生一定的调节作用，这种方式称为远距分泌(telecrine)。例如，甲状腺
激素分泌后由血液运送到全身组织，对体内几乎所有细胞都有调节作用，主要是促进细胞的
物质代谢和能量代谢，也能促进机体的生长发育。有些细胞产生的生物活性物质可不经血液
运输，而是在组织液中扩散，作用于邻旁细胞，这种方式称为旁分泌(paracrine)。如生长抑
素在胰岛内抑制 A细胞分泌胰高血糖素就是以这种方式进行的。一些神经元也能将其合成
的某些化学物质释放入血，然后经血液运行至远处，作用于靶细胞，这些化学物质被称为神
经激素(neurohormone)，如血管升压素，它由下丘脑视上核和室旁核的大细胞合成，先沿轴
突运抵神经垂体储存，然后释放入血，作用于肾小管上皮细胞和血管平滑肌细胞。神经激素
分泌的方式称为神经分泌(neurosecretion)。
人体内多数内分泌腺或内分泌细胞接受神经的支配，在这种情况下，体液调节成为神经调节
反射弧的传出部分，这种调节称为神经-体液调节(neurohumoral regulation)。如肾上腺髓质受
交感神经节前纤维的支配，交感神经兴奋时，可引起肾上腺髓质释放肾上腺素和去甲肾上腺
素，从而使神经与体液因素共同参与机体的调节活动。
(三)自身调节
自身调节(autoregulation)是指组织细胞不依赖于神经或体液因素，自身对环境刺激发生
的一种适应性反应。例如，在一定范围内增加骨骼肌的初长度可增强肌肉的收缩张力；肾动
脉灌注压在 80~180mmHg范围内变动时，肾血流量基本保持稳定，从而保证肾泌尿活动在
一定范围内不受动脉血压改变的影响。
上述三种调节方式中，一般认为，神经调节比较迅速、精确而短暂，而体液调节则相对
缓慢、持久而弥散；但并不绝对，有些神经调节活动，若经过中枢神经元的环状联系或发生
突触可塑性改变时，也可产生较持久的效应。自身调节的幅度和范围都较小，但在生理功能
调节中仍具有一定意义。神经调节、体液调节和自身调节相互配合，可使生理功能活动更趋
完善。
二、体内的控制系统
机器的自动控制或动物(包括人)体内的各种功能调节，都可以看成是其内部各组成部分之间
的信息传送过程。运用数学和物理学的原理和方法，分析研究机器和动物(包括人)体内的控
制和通信的一般规律的学科，称为控制论(cybernetics)。控制论着重分析研究信息传送过程
中的数学关系，而不涉及过程内在的物理、化学、生物或其他方面的现象。人体内存在数以
千计的控制系统(control system)，甚至在一个细胞内也存在许多精细复杂的控制系统，精确
地调控细胞的各种功能活动。但有关细胞和分子水平控制系统的内容，习惯上放在细胞生物
学、分子生物学和生物化学等学科中研究，而生理学中则主要探讨器官和系统水平以及整体
水平的控制系统。从控制论的观点分析，人体内的控制系统可分为非自动控制系统、反馈控
制系统和前馈控制系统三类。
(一)非自动控制系统
在非自动控制系统中，控制部分发出指令控制受控部分的活动，而其自身的活动不受来
自受控部分或其他纠正信息的影响，因而它不起自动控制的作用。非自动控制系统在人体生
理功能调节中较为少见。
(二)反馈控制系统
在这类控制系统中，控制部分发出指令控制受控部分的活动，而控制部分自身的活动又
接受来自受控部分返回信息的影响。由受控部分发出的信息反过来影响控制部分的活动，称
为反馈(feedback) (图 1-1)。反馈有负反馈和正反馈两种形式。反馈控制系统是一个闭环系统
(closed-loop system)，因而具有自动控制的能力。
1．负反馈 受控部分发出的反馈信息调整控制部分的活动，最终使受控部分的活动朝
着与它原先活动相反的方向改变，称为负反馈(negative feedback)。人体内的负反馈极为多见，
在维持机体生理功能的稳态中具有重要意义。动脉血压的压力感受性反射就是一个极好的例
子。当动脉血压升高时，可通过反射抑制心脏和血管的活动，使心脏活动减弱，血管舒张，
血压便回降；相反，当动脉血压降低时，也可通过反射增强心脏和血管的活动，使血压回升，
从而维持血压的相对稳定。须指出的是，在神经调节、体液调节和自身调节的过程中有许多
环节都可通过负反馈而实现自动控制，人体生理活动中有很多这样的例子。
负反馈控制都有一个调定点(set point)。调定点是指自动控制系统所设定的一个工作点，
使受控部分的活动只能在这个设定的工作点附近的一个狭小范围内变动。如正常动脉血压的
调定点约为 100mmHg，当各种原因使血压偏离调定点时，即可通过上述反馈控制(压力感受
性反射)，使血压回到正常水平，从而维持正常血压的相对稳定。调定点并非永恒不变，而
是在一定情况下可发生变动，这称为重调定(resetting)。例如，当高血压患者的血压持续升
高时，血压调定点可上移，此时动脉血压可在较高水平上保持相对稳定，表明压力感受性反
射在高血压情况下仍能行使其调节功能，只是工作点水平有所变动。
2．正反馈 受控部分发出的反馈信息促进与加强控制部分的活动，最终使受控部分的
活动朝着与它原先活动相同的方向改变，称为正反馈(positive feedback)。正反馈远不如负反
馈多见，其意义在于产生“滚雪球”效应，或促使某一生理活动过程很快达到高潮并发挥最
大效应。如在排尿反射过程中，当排尿中枢发动排尿后，由于尿液刺激了后尿道的感受器，
后者不断发出反馈信息进一步加强排尿中枢的活动，使排尿反射一再加强，直至尿液排完为
止。在病理情况下出现的恶性循环也是一种正反馈，如发生心衰时，由于心脏射血无力，心
室搏出量减少，射血后残留在心室内的血量增多，结果导致心室扩大和心肌耗氧量增多，心
脏因负担加重，收缩力进一步减弱。如此反复，最终将导致死亡。
(三)前馈控制系统
控制部分在反馈信息尚未到达前已受到纠正信息(前馈信息)的影响，及时纠正其指令可
能出现的偏差，这种自动控制形式称为前馈(feed-forward) (见图 1-1)。体内前馈控制的例子
有很多。例如在寒冷环境中，当体温降低到一定程度时，便会刺激体温调节中枢，使机体的
代谢活动加强，产热增加，同时皮肤血管收缩，使体表散热减少，于是体温回升。但实际上
正常人的体温是非常稳定的。因为除上述反馈控制外，还有前馈控制的参与，人们可根据气
温降低的有关信息，通过视、听等感觉器官传递到脑，脑就立即发出指令增加产热活动和减
少机体散热。这些产热和散热活动并不需要等到寒冷刺激使体温降低以后，而是在体温降低
之前就已经发生。条件反射也是一种前馈控制。例如，食物的外观、气味等有关信号在食物
进入口腔之前就能引起唾液、胃液分泌等消化活动；运动员在到达运动场地尚未开始比赛之
前，循环和呼吸活动就已发生改变等，都属于条件反射，也属于前馈控制。正常人将手伸向
某一预定目标时的动作十分准确而稳定。在进行这一动作的过程中，于中枢发出运动指令的
同时，通过前馈控制，可使受控的肌群收缩活动受到一定制约，手不会不及目标，也不会超
越目标。当然，在这一动作过程中，除前馈控制外，还有反馈控制，即肌肉和关节不断发回
反馈信息，也有纠正中枢指令的作用。但假如只有反馈而无前馈，肌肉运动时将出现震颤，
动作将不能快速、准确和协调地进行。可见，反馈具有“滞后”和“波动”的缺点，而前馈
则较快速，并具有预见性，因而适应性更大。但前馈控制有时会发生失误，这是前馈控制的
一个缺点，如见到食物后引起唾液和胃液分泌，然而可能因为某种原因，结果并没有真正吃
到食物，则唾液和胃液的分泌就成为一种失误。
(朱大年)
第二章 细胞的基本功能
细胞(cell)是构成人体最基本的功能单位。根据不同的结构和功能进行分类，人体的细胞有
二百余种。每种细胞都分布于特定的部位，执行特定的功能，但对某些细胞群体乃至所有细
胞而言，许多基本的功能活动是共同的。本章主要介绍细胞的这些具有共性的基本功能，包
括细胞的物质跨膜转运功能、信号转导功能、生物电现象和肌细胞的收缩功能。
第一节 细胞膜的结构和物质转运功能
一、 细胞膜的结构概述
机体的每个细胞都被细胞膜(cell membrane)所包被。细胞膜也称质膜(plasmalemma)。质膜和
细胞内包被各种细胞器的膜具有相同的化学组成和结构，主要由脂质(lipid)和蛋白质(protein)
组成，此外，还有少量糖类物质。以红细胞膜为例，膜内蛋白质、脂质和糖类在重量上分别
占 52％、40％和 8％。但这种比例在不同种类的细胞可相差很大。一般而言，功能活跃的细
胞，其膜蛋白含量较高，如在小肠绒毛上皮细胞，其膜蛋白与脂质的重量比可高达 4.6﹕1；
而功能简单的细胞，膜蛋白质含量相对较低，如在形成神经纤维髓鞘的施万细胞，上述比例
仅为 0.25﹕1。目前虽无可用于直接观察各种化学成分在膜中排列形式的技术，但 Singer和
Nicholson于 1972年提出的膜结构的液态镶嵌模型(fluid mosaic mode1)一直得到多方面研究
结果的支持，已被大家公认。这一模型学说认为，膜的基架是液态的脂质双分子层，其间镶
嵌着许多具有不同结构和功能的蛋白质。
(一)脂质双分子层
膜脂质主要由磷脂(phospholipid)、胆固醇(cholesterol)和少量糖脂(glycolipid)构成。在大
多数细胞的膜脂质中，磷脂占总量的 70％以上，胆固醇不超过 30％，糖脂不超过 10％。磷
脂中含量最多的是磷脂酰胆碱，其次是磷脂酰丝氨酸和磷脂酰乙醇胺，含量最少的是磷脂酰
肌醇。磷脂、胆固醇和糖脂都是双嗜性分子(amphiphilic molecule)。磷脂分子中的磷酸和碱
基、胆固醇分子中的羟基以及糖脂分子中的糖链等亲水性基团分别形成各自分子中的亲水
端，分子的另一端则是疏水的脂肪酸烃链。这些分子以脂质双层(lipidbilayer)的形式存在于
质膜中，亲水端朝向细胞外液或胞质，疏水的脂肪酸烃链则彼此相对，形成膜内部的疏水区。
膜脂质双层中的脂质构成是不对称的，含氨基酸的磷脂(磷脂酰丝氨酸，磷脂酰乙醇胺，磷
脂酰肌醇)主要分布在膜的近胞质的内层，而磷脂酰胆碱的大部分和全部糖脂都分布在膜的
外层。
膜脂质的熔点较低，在体温条件下呈液态，因而膜具有流动性；但脂质双层的流动性只
允许脂质分子作侧向运动，形成一种二维流体。膜脂质的流动性可使嵌入脂质双分子层中的
膜蛋白也发生移动、聚集和相互作用，细胞的许多基本活动，如膜上功能蛋白的相互作用、
入胞、出胞、细胞的运动、分裂、细胞间连接的形成等都有赖于质膜保持适当的流动性。影
响膜流动性的因素包括：①胆固醇的含量。胆固醇分子中的类固醇核与膜磷脂分子的脂肪酸
烃链平行排列，在膜中起“流度阻尼器”的功能，可降低膜的流动性。②脂肪酸烃链的长度
和饱和度。如果脂肪酸烃链较短，饱和度较低，则膜的流动性较大；反之，如果烃链较长，
饱和度较高，则膜的流动性就较小。⑧膜蛋白的含量。研究证实，环绕嵌入蛋白质周围的脂
质的运动是受限的，这部分运动受限的脂质占脂质总量的 20%~90%，随蛋白质嵌入的数量
而改变。因此，镶嵌的蛋白质越多，膜的流动性越低。
(二)细胞膜的蛋白
细胞膜的功能主要是通过膜蛋白来实现的。根据膜蛋白在膜上的存在形式，可分为表
面蛋白(peripheral protein)和整合蛋白(integral protein)两类。表面蛋白约占膜蛋白的 20％~30
％，它们通过肽链中带电氨基酸残基与脂质的极性基团以静电引力相结合，或以离子键与膜
中的整合蛋白相结合，附着于膜表面，主要是在膜的内表面。例如，红细胞膜内表面的骨架
蛋白就属于表面蛋白。整合蛋白约占膜蛋白的 70％~80％，它们以其肽链一次或反复多次穿
越膜的脂质双层为特征。肽链也具有双嗜性，即可区分为亲水性和疏水性区段。穿越脂质双
层的肽段以疏水性残基为主，肽键之间易形成氢键，因而以仅螺旋结构存在；暴露于膜外表
面或内表面的肽段是亲水性的，形成连接这些α跨膜螺旋的细胞外环或细胞内环。由于脂质
双层中疏水区的厚度约 3nm，因而穿越质膜疏水区的跨膜片段约需 18~21个氨基酸残基，
以形成足够跨越疏水区厚度的α螺旋。事实上，目前正是根据肽链中所包含的足够长度的疏
水性片断的数目，来推测可能存在的跨膜α螺旋的数目。例如，G蛋白耦联受体蛋白的肽链
包含 7个疏水性片断，因而推测它是一个 7次跨膜的受体蛋白。与物质跨膜转运功能有关的
功能蛋白，如载体(carrier，或称转运体，transporter)、通道(channel)和离子泵(ion pump)等，
都属于整合蛋白。
(三)细胞膜的糖类
质膜中糖类的含量约为 2％~10％，主要是一些寡糖和多糖链，它们以共价键的形式
与膜蛋白或膜脂质结合，生成糖蛋白(glycoprotein)或糖脂(glycolipid)。结合于糖蛋白或糖脂
上的糖链仅存在于细胞膜的外侧，通常具有受体或抗原的功能。例如，霍乱毒素的受体就是
一种称为 GM1的糖脂；而红细胞膜上 ABO血型系统的抗原，就是由结合于糖蛋白和糖脂
上的寡糖链所决定的(见第三章)。
二、物质的跨膜转运
质膜是细胞与周围环境之间的屏障，各种离子和水溶性分子都很难穿越脂质双层的疏水
区，因而胞质中溶质的成分和浓度与细胞外液显著不同。质膜不仅在维持细胞正常的代谢活
动中起重要的屏障作用，而且在实现膜两侧物质有选择的交流，即物质跨膜转运中也起重要
的参与作用。质膜对不同理化性质的溶质具有不同的转运机制：脂溶性的和少数分子很小的
水溶性物质可直接穿越细胞膜；大部分水溶性溶质分子和所有离子的跨膜转运需要由膜蛋白
介导来完成；大分子物质或物质团块则以复杂的入胞或出胞的方式整装进出细胞。
(一)单纯扩散
单纯扩散(simple diffusion)是一种简单的穿越质膜的物理扩散，没有生物学转运机制参
与。能以单纯扩散跨膜流动的物质都是脂溶性的和少数分子很小的水溶性物质，如 O2、CO2、
N2、水、乙醇、尿素、甘油等。扩散的方向和速度取决于该物质在膜两侧的浓度差和膜对
该物质的通透性，后者取决于物质的脂溶性和分子大小。例如，O2、CO2、N2等脂溶性小
分子的扩散速度很快；水(分子量 18D)、乙醇(分子量 46D)、尿素(分子量 61D)和甘油(分子
量 92D)等很小的极性分子，扩散速度略慢。较大的极性分子，如葡萄糖(分子量 180D)，则
很难以单纯扩散方式直接通过质膜。此外，质膜对各种离子，尽管其直径很小，但都高度不
通透。实验表明，纯脂质双层对 Na+、K+等离子的通透能力比对水的通透能力小约 109倍。
(二)膜蛋白介导的跨膜转运
大部分水溶性溶质分子和所有离子的跨膜转运都是由膜蛋白介导的。介导转运的膜蛋
白可分为两大类，即载体蛋白(简称载体)和通道蛋白(简称通道)。有些载体具有 ATP酶活性，
称为离子泵。由膜蛋白介导的跨膜转运可分为被动转运(passive transport)和主动转运(active
transport)两大类。被动转运本身不需要消耗能量，是物质顺浓度梯度和(或)电位梯度进行的
跨膜转运；主动转运是消耗能量的、逆浓度梯度和(或)电位梯度的跨膜转运，可分为原发性
主动转运和继发性主动转运两种形式。
1．通道介导的跨膜转运 由于经通道介导的溶质几乎都是离子，因而通道也称离子通
道(ion channel)。离子通道是一类贯穿脂质双层、中央带有亲水性孔道的膜蛋白。所有的离
子通道均无分解 ATP的能力，因此通道介导的跨膜转运都是被动的，称为经通道易化扩散
(facilitated diffusion via ion channel)。当孔道开放时，离子可顺浓度梯度和(或)电位梯度经孔
道跨膜流动，无需与脂质双层相接触，从而使对脂质双层通透性很低的带电离子，能以极快
的速度跨越质膜。据测定，经通道扩散的转运速率可达每秒 106~108个离子，远大于载体的
每秒 1O2~105个离子或分子的转运速率，这是通道与载体之间最重要的区别。但离子通道
绝不仅仅是一种单纯的亲水性孔道，离子选择性(ion selectivity)和门控(gating)特性是它有别
于简单孔道的两个基本特征，也是它调控离子跨膜转运的基本机制。
通道的离子选择性是指每种通道都对一种或几种离子有较高的通透能力，而对其他离子
的通透性很小或不通透。例如，钾通道对 K+和 Na+的通透性之比约为 100﹕1；乙酰胆碱受
体阳离子通道对小的阳离子，如 Na+、K+都高度通透，而 Cl-则不能通透。根据通道对离子
的选择性，可将通道分为钠通道、钙通道、钾通道、氯通道和非选择性阳离子通道等。
离子通道的第二个特性是它的门控特性。在通道蛋白分子内有一些可移动的结构或化学
基团，在通道内起“闸门”作用。许多因素可刺激闸门运动，导致通道的开放或关闭，这一
过程称为门控。在静息状态下，大多数通道都处于关闭状态，只有受到刺激时才发生分子构
象变化，引起闸门开放。根据对不同刺激的敏感性，离子通道通常分为受膜电位调控的电压
门控通道 (voltage-gated ion channel)，受膜外或膜内化学物质调控的化学门控通道
(chemically-gated ion channel)，以及受机械刺激调控的机械门控通道(mechanically-gated ion
channel)等。电压门控通道分子内具有带电的电位感受区，通常在膜去极化(膜内电位负值减
小)时发生移动，引起分子构象变化和闸门开放(图 2-1A)。电压门控通道的开闭还涉及细胞
的电活动，相关的门控机制将在第三节中予以阐述。化学门控通道也称配体门控通道
(ligand-gated ion channel)，通道本身具有受体功能，即是一个兼具通道和受体功能的蛋白分
子。例如，乙酰胆碱受体阳离子通道在膜外侧有两个乙酰胆碱(acetylcholine，Ach)结合位点，
结合 ACh分子后将引起通道构象变化和闸门开放(图 2-1B)。激动离子通道的配体也可能来
自胞内。如 ATP敏感钾通道是一种受胞内 ATP抑制的钾通道，与 ATP结合后通道关闭；缺
血或缺氧时，胞内 ATP减少，部分与通道结合的 ATP被解离而使通道开放。机械门控通道
通常由质膜感受牵张刺激而引起其中的通道开放或关闭。如下丘脑内有些对渗透压敏感的神
经细胞，其质膜上的机械门控通道可在胞外低渗时由于细胞肿胀、质膜张力增加而关闭(图
2-1c)。此外，也有少数几种通道始终是持续开放的，这类通道称为非门控通道，如神经纤
维膜上的钾漏通道，细胞间的缝隙连接通道等。通道的开启和关闭除调控物质的跨膜转运外，
还与信号的跨膜转导和细胞电活动有关(见下文)。
2．载体介导的跨膜转运载体也称转运体，是介导小分子物质跨膜转运的另一类膜蛋
白。与通道的离子选择性相似，每种载体也只能特异性地转运一种或几种溶质，但它完成这
种选择性的机制与通道不同，它是通过载体分子上的结合位点与被转运物在分子结构上的特
异性结合而实现的。被转运物与载体结合后可引发载体蛋白的构象变化，分子构象的改变使
被转运物从膜的一侧转移到另一侧，并随之与载体解离，即经历一个结合一构象变化一解离
的过程(图 2-2A)。这使得溶质经载体转运的速度远低于离子通道(见前述)，并出现饱和现象
(saturation)。如图 2-2B所示，当底物(指被转运物)浓度达到一定数值时，转运速度不再随底
物浓度的增加而继续增大，此时转运速度达最大值，与底物浓度的关系曲线形成平台。载体
促进物质跨膜转运的过程类似于酶一底物反应的过程，跨膜扩散速度与底物浓度的关系曲线
也很像酶促反应的初速度与底物浓度的关系曲线，因此在酶一底物反应中使用的两个特征常
数，最大反应速度 Vmax和米氏常数(Michealis constant)Km，通常也被用来描述载体介导的
跨膜转运。在这里，Vmax是指最大扩散速度，反映某种载体蛋白构象转换的最大速率；Km
是指达最大扩散速率一半时所需的底物浓度(见图 2-2B)，反映载体蛋白对被转运物分子的亲
和力和转运效率。Km值越小，表示亲和力和转运效率越高，反之亦然。如果有两种结构相
似的物质能被同一载体转运，则将发生竞争抑制(competitive inhibition)，Km值较大或浓度
较低的物质，其转运将受到抑制。此外，与经通道转运不同的是，经载体的转运有被动转运
(经载体易化扩散)和主动转运两种方式，后者可再分为原发性主动转运和继发性主动转运两
种形式。
(1)经载体易化扩散：经载体易化扩散(facilitated diffusion via carrier)是指水溶性小分子物
质经载体介导顺浓度梯度和(或)电位梯度进行的被动跨膜转运(见图 2-2A)。有的载体只能将
一种物质从膜的一侧转运至另一侧，这称为单(物质)转运(uniport)，其载体称为单(物质)转运
体(uniporter)，如质膜上转运葡萄糖的载体。有的载体则可同时转运两种或两种以上物质。
如果被转运的分子或离子都向同一方向运动，即称为同向转运(symport)，其载体称为同向转
运体(symporter)，如钠一葡萄糖同向转运体等；如果被转运物彼此向相反的方向运动，则称
为反向转运 (antiport)或交换 (exchange)，其载体称为反向转运体 (antiporter)或交换体
(exchanger)，如钠氢交换体、钠钙交换体等。经载体易化扩散是物质跨膜转运的重要途径。
体内许多重要的物质，如葡萄糖、氨基酸、核苷酸等都是经载体而跨膜转运的；各种继发性
主动转运(见下文)过程也都需要载体的参与。
葡萄糖跨膜进入细胞的过程是典型的经载体易化扩散。中介这一过程的栽体是右旋葡萄
糖载体，称为葡萄糖转运体(glucose transporter，GLUT)。根据分子克隆的研究，该蛋白至少
有 5种亚型，即 GLUT 1~5。它们各自分布于不同的组织，并具有不同的功能特性。GLUT1
是分布于多种组织细胞上的一种基本的葡萄糖载体；GLUT 2主要分布于肝细胞；GLUT 5
分布于小肠黏膜上皮。肌肉和脂肪等组织细胞有 GLUT1和 GLUT4两种葡萄糖载体，其中
GLUT 4在膜上的数量受胰岛素调节。在没有胰岛素的情况下，GLUT 4以囊泡的形式储存
于胞质中，胰岛素与其受体结合后，经一系列信号转导过程，在几分钟内即可启动出胞。使
GLUT 4插入细胞膜中，提高细胞转运葡萄糖的能力。糖尿病病人常伴有 GLUT 4数量或功
能的下降，是发生胰岛素抵抗的原因之一。
(2)原发性主动转运：原发性主动转运(primary active transport)是指离子泵利用分解
ATP产生的能量将离子逆浓度梯度和(或)电位梯度进行跨膜转运的过程。在哺乳动物细胞上
普遍存在的离子泵有钠-钾泵(sodium potassium pump)和钙泵(calcium pump)。钠一钾泵主要
分布在质膜上，而钙泵除存在于质膜上外，更集中地分布于内质网或肌质网膜上。
钠一钾泵简称钠泵，也称 Na+,K+-ATP酶(Na+,K+-ATPase)。钠泵每分解 1分子 ATP可
将 3个 Na+移出胞外，同时将 2个 K+移入胞内，每个转运周期约需 10ms。由于钠泵的活动，
可使细胞内的 K+浓度约为细胞外液中的 30倍，而细胞外液中的 Na+浓度约为胞质内的 10
倍。当细胞内的 Na+浓度升高或细胞外的 K+浓度升高时，都可使钠泵激活，以维持细胞内
外的 Na+、K+浓度梯度。
细胞膜上的钠泵不断将 ATP储存的化学能转变为维持 Na+、K+跨膜梯度的位能，其消
耗的能量在哺乳动物细胞占代谢产能的 20％~30％，在某些活动的神经细胞甚至高达 70％。
可见，钠泵的活动对维持细胞的正常功能具有重要作用。钠泵的主要功能包括以下几个方面：
①钠泵活动造成的细胞内高 K+为胞质内许多代谢反应所必需。例如，核糖体合成蛋白质就
需要高 K+环境。②维持胞内渗透压和纽胞容积。在静息状态下，膜对 Na+、K+、Cl-都有
一定的通透性，虽然对 K+的通透性相对较高，但由于膜内有机负离子(带负电的蛋白质、核
苷酸等)几乎不能跨膜移出，因而限制了 K+的外漏，而 Na+和 Cl-却不断漏入胞内。钠泵起
着一条漏船上的排水泵的作用，把漏入胞内的 Na+不断转运出去，以保持细胞正常的渗透压
和容积。③建立 Na+的跨膜浓度梯度，为继发性主动转运的物质提供势能储备。例如，在
Na+-H+交换、Na+-Ca2+交换，以及葡萄糖和氨基酸在小肠和肾小管被吸收的过程中，H+、
Ca2+、葡萄糖和氨基酸的逆浓度梯度转运，都是利用 Na+经主动转运造成的跨膜浓度梯度
作为驱动力的。④由钠泵活动形成的跨膜离子浓度梯度也是细胞发生电活动的前提条件(见
第三节)；⑤钠泵活动是生电性的，可直接影响膜电位，使膜内电位的负值增大。
哇巴因是一种钠泵的特异性抑制剂。临床上常使用小剂量的哇巴因类药物抑制心肌细胞
膜上的钠泵，通过降低质膜两侧Na+的浓度差以减小Na+-Ca2+交换的驱动力，使胞质内Ca2+
浓度增加，从而产生强心效应。
体内广泛分布的另一种离子泵是钙泵(calcium pump)，也称 Ca2+-ATP酶，它位于质膜、
内质网或肌质网膜上。质膜钙泵每分解 1分子 ATP，可将 1个 Ca2+由胞质内转运至胞外；
肌质网或内质网钙泵则每分解 1分子ATP可将 2个Ca2+从胞质内转运至肌质网或内质网内。
两种钙泵的共同作用可使胞质内游离 Ca2+浓度保持在 0.1~0.2μmol/L的低水平，仅为细胞
外液中 Ca2+浓度(1~2mmol/L)的万分之一。在胞内如此低浓度的游离 Ca2+背景下，细胞对
胞质内 Ca2+浓度的增加将变得非常敏感，以致经钙通道流入胞质内的 Ca2+成为触发或激活
许多生理过程的关键因素，如肌细胞的收缩、腺细胞分泌囊胞中内容物的释放、突触囊胞中
递质的释放，以及某些酶蛋白和通道蛋白的激活等。
除钠泵和钙泵外，体内还有两种较为重要的离子泵，它们都是质子泵。一种是主要分
布于胃腺壁细胞膜和肾小管闰细胞膜上的 H+,K+-ATP酶，其主要功能是分泌 H+；另一种是
分布于各种细胞器膜上的 H+-ATP酶，可将 H+由胞质内转运至溶酶体、内质网、突触囊泡
等细胞器内，以维持胞质的中性和细胞器内的酸性，使不同部位的酶都处于最适 pH环境中，
同时也建立起跨细胞器膜的 H+浓度梯度，为溶质的跨细胞器膜转运提供动力(见下文)。
(3)继发性主动转运：继发性主动转运(secondary active transport)是指驱动力并不直接
来自 ATP的分解，而是来自原发性主动转运所形成的离子浓度梯度而进行的物质逆浓度梯
度和(或)电位梯度的跨膜转运方式。事实上，继发性主动转运就是经载体易化扩散与原发性
主动转运相耦联的主动转运系统。葡萄糖在小肠黏膜上皮的主动吸收就是一个典型的继发性
主动转运。它是由 Na+-葡萄糖同向转运体和钠泵的耦联活动而完成的(图 2-3)。用药物抑制
钠泵活动一段时间后，葡萄糖转运随即减弱或消失，表明葡萄糖转运对钠泵活动的依赖性。
氨基酸在小肠也是以同样的方式被吸收的。
继发性主动转运在体内广泛存在，如跨质膜的 Na+-H+交换、Na+- Ca2+交换、Na+-K+-Cl-
同向转运、葡萄糖和氨基酸在小肠黏膜上皮被吸收和在肾小管上皮被重吸收、甲状腺上皮细
胞的聚碘、神经递质在突触间隙被轴突末梢重摄取、突触囊泡从胞质中摄取神经递质等都属
于继发性主动转运。在绝大多数情况下，溶质跨质膜转运的动力来自钠泵活动建立的 Na+
的跨膜浓度梯度，而溶质跨细胞器膜转运的动力则来自质子泵(H+-ATP酶)活动建立的 H+
的跨膜浓度梯度。例如，去甲肾上腺素被神经末梢重摄取的过程需经过两次跨膜，首先是借
助于 Na+的跨膜梯度，将递质与 Na+、Cl-一起经位于神经末梢质膜上的去甲肾上腺素转运
体同向转运至胞质内，然后再利用 H+的跨膜梯度，经位于突触囊泡膜上的单胺类递质转运
体与 H+反向交换，每进入囊泡 1个去甲肾上腺素分子，同时排出 2个 H+。
(三)出胞和入胞
大分子物质或物质团块不能穿越细胞膜，它们可通过形成质膜包被的囊泡，以出胞或入胞的
方式完成跨膜转运(图 2-4)。
出胞(exocytosis)是指胞质内的大分子物质以分泌囊泡的形式排出细胞的过程。例如，外分泌
腺细胞将合成的酶原颗粒和黏液排放到腺导管腔内，内分泌腺细胞将合成的激素分泌到血液
或组织液中，以及神经纤维末梢将突触囊泡内神经递质释放到突触间隙内等都属于出胞。分
泌物通常是在粗面内质网的核糖体上合成，再转移到高尔基体被修饰成由膜结构包裹的分泌
囊泡，这些囊泡逐渐移向细胞膜的内侧，并与细胞膜发生融合、破裂，最后将分泌物排出细
胞，而囊泡膜随即成为细胞膜的组分。由于在出胞过程中囊泡膜融人细胞膜，因而会使细胞
膜表面积有所增加。出胞的完成有两种形式，一种是囊泡所含的大分子物质以上述方式不间
断地排出细胞，它是细胞本身固有的功能活动，如小肠黏膜杯状细胞持续分泌黏液的过程；
另一种是合成的物质首先储存于细胞膜内侧或某些特殊的部位，须在细胞受到某些化学信号
或电信号的诱导时才排出细胞，因而是一种受调节的出胞过程。如神经末梢递质的释放就是
动作电位到达神经末梢时才引起的出胞过程，这一过程最终由进入胞内的 Ca2+触发。
入胞(endocytosis)是指大分子物质或物质团块(如细菌、细胞碎片等)借助于细胞膜形成
吞噬泡或吞饮泡的方式进入细胞的过程。以吞噬泡或吞饮泡的形式入胞的过程分别称为吞噬
(phagocytosis)和吞饮(pinocytosis)。吞噬仅发生于一些特殊的细胞，如单核细胞、巨噬细胞
和中性粒细胞等，形成的吞噬泡直径较大(1~2μm)；吞饮则可发生于体内几乎所有的细胞，
形成的吞饮泡直径较小(0.1~0.2μm)。吞饮又可分为液相入胞(fluidphase endocytosis)和受体
介导入胞(receptor mediated endocytosis)两种形式。液相入胞是指细胞外液及其所含的溶质以
吞饮泡的形式连续不断地进入胞内，是细胞本身固有的活动。进入细胞的溶质量和溶质的浓
度成正比。与出胞时相反，入胞时由于一部分细胞膜形成吞饮泡，因而会使细胞膜表面积有
所减小。受体介导入胞则是通过被转运物与膜受体的特异性结合，选择性地促进被转运物进
入细胞的一种入胞方式。如图 2-4所示，被转运物的分子首先与膜上的受体结合，并移行到
膜上一些称为有被小窝的部位。有被小窝区域的质膜内表面含有许多网格蛋白，后者是一种
三脚蛋白，有助于局部质膜形成吞饮泡。当受体复合物在有被小窝处聚集到一定程度时便触
发入胞，形成有被囊泡并进入胞质。有被囊泡表面的网格蛋白随即与囊泡分离，并重新回到
质膜的有被小窝部位。有被囊泡失去网格蛋白后成为吞饮泡，吞饮泡随即与胞内体融合。胞
内体内部的 pH值很低，这种酸性环境有助于受体与其相结合的配体(被转运物)分离。受体
与配体分离后胞内体又分为两部分，包含配体的囊泡转运到高尔基体或溶酶体被进一步利
用；包含受体的囊泡则向细胞膜移动，与细胞膜的内侧接触、融合而成为细胞膜的组分，实
现受体的再利用，而细胞膜表面积也能保持相对恒定。受体介导入胞是一种非常有效的转运
方式。溶质选择性地进入细胞时，并不同时进入较多的细胞外液，而且即使溶质的浓度很低，
也不影响有效的入胞过程。许多大分子物质都是以这种方式进入细胞的，如运铁蛋白、低密
度脂蛋白、维生索 B12转运蛋白、多种生长因子、一些多肽类激素(如胰岛素)等。人体血浆
中的低密度脂蛋白(1ow density lipoprotein，LDL)就是在细胞膜上的 LDL受体介导下入胞而
被利用的。某些人由于缺乏 LDL受体，使 LDL不能被正常利用，血浆中 LDL浓度升高，
LDL颗粒中含有大量胆固醇，因而可导致高胆固醇血症。
第二节 细胞的信号转导
作为多细胞动物机体中的每一个细胞，都在一定的部位执行专门的功能；而机体为适应内、
外环境变化所完成的任何一种生命活动，都需要其中许多细胞相互协调、相互配合地工作，
这就使各种细胞间形成复杂的信号交流机制。这些信号主要是以各种类型的化学物质作为信
息的载荷体，如激素、神经递质和细胞因子等，也包括一些物理性的信号，如电、光和机械
牵张等。这些生物信号主要由体内的细胞产生和分泌，也可来自外环境。当它们作用于另一
些细胞(靶细胞)的受体后，便可对靶细胞的代谢、功能、分化、生长、形态结构、生存状态
等方面产生影响。这些能与受体发生特异性结合的活性物质也称配体(ligand)。根据配体的
不同作用方式，可大体将它们分为两类：一类以疏水性的类固醇激素为代表，它们以单纯扩
散的方式透过细胞膜，与胞内受体结合并发挥作用(见第十一章)；另一类是属于亲水性分子
的信号物质，其数量较大，它们首先作用于质膜上的受体，再经跨膜的和细胞内的信号转导
(signal transduction)而产生生物学效应。物理信号也通过跨膜信号转导的方式发挥作用。根
据膜受体的结构和功能特性，跨膜信号转导的路径大致可分为三类，即离子通道型受体介导
的信号转导、G蛋白耦联受体介导的信号转导和酶联型受体介导的信号转导。
一、离子通道型受体介导的信号转导
离子通道型受体(ion channel receptor)分子是一种同时具有受体和离子通道功能的蛋白
质分子，属于化学门控通道。它们接受的化学信号绝大多数是神经递质，故也称递质门控通
道(transmitter gated ion channel)，又由于激活后可引起离子的跨膜流动，所以又称促离子型
受体(ionotropic receptor)。这类受体与神经递质结合后，引起突触后膜离子通道的快速开放
和离子的跨膜流动，导致突触后神经元或效应器细胞膜电位的改变，从而实现神经信号的快
速跨膜转导。例如，骨骼肌终板膜上的 ACh受体阳离子通道被神经末梢释放的 ACh激活后，
引起 Na+和 K+的跨膜流动，使膜两侧离子浓度和电位发生变化，并进一步引发肌细胞的兴
奋和收缩；神经元膜上的 A型γ-氨基丁酸受体是氯通道，在被递质激活后可使通道开放，
引起 Cl-内流，使膜内负电位增大，对突触后神经元产生抑制效应。离子通道型受体介导信
号转导的特点是路径简单，速度快，从递质结合至产生电效应的时间仅约 0.5ms，这与神经
电信号的快速传导是相适应的。
电压门控通道和机械门控通道常不称为受体，但事实上，它们是接受电信号和机械信
号的“受体”，并通过通道的开放、关闭和离子跨膜流动将信号转导到细胞内部。例如，心
肌细胞 T管膜上的 L型钙通道(L-type Ca2+ channel)就是一种电压门控通道，动作电位发生
时，T管膜的去极化可激活这种钙通道，它的开放不仅引起 Ca2+本身的内流，而且内流的
Ca2+又作为细胞内信号，进一步激活肌质网的钙释放通道，引起胞质内 Ca2+浓度升高和肌
细胞收缩(见第四节)，从而实现动作电位(电信号)的信号转导；神经末梢的电压门控钙通道
可被沿神经纤维传来的动作电位激活，内流的 Ca2+作为细胞内信号可进一步触发突触囊泡
中递质的释放；对血管壁的牵张刺激(如血压升高)可激活血管平滑肌细胞的机械门控离子通
道，使通道开放，引起 Ca2+内流，内流的 Ca2+作为细胞内信号，可进一步引发血管收缩，
从而实现管壁牵张刺激的信号转导。以上例子说明电压门控通道和机械门控通道不仅是物质
(离子)的跨膜转运通路，更重要的是它们在实现体内各种电信号和机械信号的跨膜转导中所
起的介导作用。
二、G蛋白耦联受体介导的信号转导
G蛋白耦联受体(G protein-linked receptor)本身不具备通道结构，也无酶活性，它是通
过与脂质双层中以及膜内侧存在的包括 G蛋白等一系列信号蛋白质分子之间级联式的复杂
的相互作用来完成信号跨膜转导的(图 2-5)，因此也称促代谢型受体(metabotropic receptor)。
这里所涉及的信号蛋白包括 G蛋白耦联受体本身、G蛋白、G蛋白效应器、第二信使和蛋
白激酶等。
(一)主要的信号蛋白
1．G蛋白耦联受体 G蛋白耦联受体分布于所有的真核细胞，种类繁多，人类基因组
中编码这类受体的基因多达 2000个左右，它们构成细胞膜上最大的受体分子超家族。G蛋
白耦联受体的配体种类也很多，包括去甲肾上腺素、多巴胺、组胺、5-羟色胺等生物胺，缓
激肽、促甲状腺激素、黄体生成素、甲状旁腺激素等多肽和蛋白类激素，乙酰胆碱、光子、
嗅质和味质等。所有 G蛋白耦联受体分子都由一条包含 7次跨膜α螺旋的肽链构成，N端
在胞外，C端在胞质侧，也称 7次跨膜受体。受体蛋白的胞外侧有配体结合部位，胞质侧有
G蛋白结合部位。受体在与配体结合后，其分子发生构象变化，引起对 G蛋白的结合和激
活。
2．G蛋白 鸟苷酸结合蛋白(guanine nucleotide binding protein)简称 G蛋白(G protein)，
是耦联膜受体与下游效应器(酶或离子通道)的膜蛋白，存在于质膜的胞质面。G蛋白通常是
指由α、β和γ三个亚单位构成的三聚体 G蛋白。根据其α亚单位基因序列的同源性可将
G蛋白分 4类，即 Gs、Gi、Gq和 G12：家族，每类又分为若干亚型，总计 20多种。所有
G蛋白的共同特征是具有结合 GTP或 GDP的能力和具有 GTP酶活性。
G蛋白的分子构象有结合 GDP的失活态和结合 GTP的激活态两种，在信号转导中两
种构象相互交替，起着分子开关(molecular switch)的作用(图 2-6)。经受体活化进入激活态的
G蛋白可进一步激活下游的效应器(酶或离子通道)，使信号通路瞬间导通；在回到失活态后，
信号转导即终止。
3．G蛋白效应器 G蛋白效应器(G protein effector)包括酶和离子通道两类。主要的效
应器酶有腺苷酸环化酶(adenylyl cyclase，AC)、磷脂酶 C(phospholipase C，PLC)、磷酸酶
A2(phospholipase A2，PLA2)和磷酸二酯酶(phosphodiesterase，PDE)等，它们催化生成(或分
解)第二信使物质，将信号转导至细胞内。此外，某些离子通道也可接受 G蛋白直接或间接
(通过第二信使)的调控(见下文)。
4．第二信使 第二信使(second messenger)是指激素、递质、细胞因子等信号分子(第一
信使)作用于细胞膜后产生的细胞内信号分子。通常是由效应器酶作用于胞内底物产生的小
分子物质，可通过进一步激活蛋白激酶或离子通道等方式产生以靶蛋白构象变化为塞础的级
联反应和细胞功能改变。较重要的第二信使有环-磷酸腺苷(cyclic adenosinemonophosphate，
cAMP)、三磷酸肌醇(inositol triphosphate，IP3)、二酰甘油(diacylglycerol，DG)、环-磷酸鸟
苷(cyclic guanosine monophosphate，cGMP)和 Ca2+等。
(二)主要的 G蛋白耦联受体信号转导途径
1．受体-G蛋白-AC途径 参与这一信号转导途径的 G蛋白属于 Gs和 Gi家族，如
果活化受体耦联的 G蛋白属于 Gs家族，则激活态的 Gs可进一步激活腺苷酸环化酶(AC)。
AC是一类 12次穿膜的大分子蛋白质，其催化活性部位位于胞质侧，可催化胞内的 ATP生
成 cAMP。如果活化受体激活的 G蛋白属于 Gi家族中的某一亚型，这类 G蛋白被活化后则
可抑制 AC的活性，从而降低胞质内 cAMP的水平。
作为细胞内的一个信号分子，cAMP主要通过激活蛋白激酶 A(PKA)来实现其信号转
导作用。PKA属于丝氨酸／苏氨酸蛋白激酶，可通过对底物蛋白的磷酸化而发挥其生物学
效应。由于 PKA磷酸化的底物蛋白不同，因此在不同的靶细胞中具有不同的效应。例如，
在肝细胞内，PKA可激活磷酸化酶激酶，后者促使肝糖原分解；在心肌细胞，PKA可使钙
通道磷酸化，增加细胞膜上有效钙通道的数量，因而可增强心肌收缩；在胃黏膜壁细胞，
PKA的激活可促胃酸分泌；而在海马锥体细胞，PKA则可抑制 Ca2+激活的钾通道，使细胞
去极化，延长其放电时间。
2．受体-G蛋白-PLC途径 许多配体与受体结合后，可经 Gi家族或 Gq家族中的某些亚
型激活磷脂酶 c(PLC)，PLc可将膜脂质中含量甚少的二磷酸磷脂酰肌醇(phos-phatidylinositol
bisphosphate，PIP2)迅速水解为两种第二信使物质，即三磷酸肌醇(IP3)和二酰甘油(DG)。IP，
是水溶性的小分子物质，它在生成后离开细胞膜，与内质网或肌质网膜上的 IP3受体(IP，
receptor，IP3R)结合。IP3R是一种化学门控的钙释放通道(Ca2+ release channel)，激活后可
导致内质网或肌质网中的 Ca2+释放和胞质中 Ca2+浓度升高。脂溶性的二酰甘油生成后仍留
在细胞膜内，它与 Ca2+和膜磷脂中的磷脂酰丝氨酸共同将胞质中的蛋白激酶 C(PKC)结合于
膜的内表面，并使之激活。胞质内增加的 Ca2+和激活的 PKC可进一步作用于下游的信号蛋
白或功能蛋白。
Ca2+既是电流的载荷体，又可起信号分子的作用。Ca2+作为第二信使，通过与多种底
物蛋白结合而发挥其调节作用。细胞内这种与 Ca2+结合的蛋白统称为钙结合蛋白
(Ca2+-binding protein，CaBP)，它们的种类很多，其中分布最广、功能最多的是钙调蛋白
(calmodulin，CaM)。Ca2+与 CaM 的复合物(Ca2+?CaM)有多种生理功能。如在平滑肌，
Ca2+?CaM可结合于肌球蛋白轻链激酶(myosin light chain kinase，MLCK)并使之活化，导致
肌球蛋白轻链磷酸化和平滑肌收缩；在血管内皮细胞，Ca2+?CaM可结合并激活一氧化氮合
酶(nitric oxide synthase，NOS)，由后者催化生成的 NO扩散至平滑肌，可引起血管舒张。
Ca2+?CaM还可通过激活依赖于 CaM的蛋白激酶，促使底物蛋白磷酸化来发挥调节作用。
除 CaM外，Ca2+还可通过其他 CaBP发挥作用。如在骨骼肌，Ca2+与肌钙蛋白结合可引发
肌肉收缩；在心肌，Ca2+可与肌质网上的 ryanodine受体结合，诱发肌质网释放 Ca2+(见第
四节)；Ca2+还可结合并激活 PKC，使底物蛋白磷酸化而发挥调节作用。
PKC也是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，激活的 PKC可使底物蛋白磷酸化而产生多种生物
效应。例如， PKC可使 Na+-H+交换体磷酸化，增强 Na+-H+交换，提高细胞内的 pH值；
PKC对豚鼠心室肌细胞质膜的钠泵、钙泵和 Na+-Ca2+交换体的磷酸化作用可增强它们的活
性，促进胞内 Ca2+的外排。
除通过 PLC产生 IP3、DG和升高细胞内 Ca2+浓度而起信号转导作用外，G蛋白还
可通过激活磷脂酶 A2、磷酸二酯酶，以及调节离子通道等途径实现和影响跨膜信号转导。
G蛋白耦联受体介导的信号转导过程，需要多级信号分子的中继，因而也需要较长的
反应时间，从几百毫秒到几分钟，较离子通道受体介导的信号转导慢得多。但是，较慢的转
道过程也可扩展信号分子作用的空间范围，包括胞质的各个部分和细胞核，调制基因的转录
过程。多级信号转导还能明显增强信号的放大作用。一个被配体活化的受体分子，可激活数
百个 G蛋白，一个被 G蛋白激活的效应器酶又可催化生成许多第二信使分子，而每个第二
信使分子又可激活许多蛋白激酶或离子通道，如此便可产生至少几千倍的放大效应。．
G蛋白功能的丧失或亢进和许多疾病的发生有关。假性甲状旁腺功能低下就是由于病
人甲状旁腺激素靶细胞中的 Gsα亚单位不能对激素和受体的刺激发生反应，导致甲状旁腺
功能低下的一系列症状；但病人血浆中的激素水平并不降低，因而称之为假性甲状旁腺功能
低下。目前发现，约 40％垂体生长激素细胞肿瘤的瘤细胞膜有 Gsα亚基的突变，突变的
Gsα亚单位自身的 GTP酶活性降低，导致激活态 Gs失活减慢，使 AC持续被激活，最终使
胞内 cAMP的基础水平显著升高(可达正常的 20余倍)。过分增高的 cAMP可引起垂体生长
激素细胞增生和肿瘤形成。霍乱引起的水样腹泻也是由 G蛋白功能异常所造成的。位于肠
黏膜上的霍乱弧菌可分泌霍乱毒素，毒素的 A亚单位进入细胞后可将辅酶 1分子的 ADP-
核糖转移至 Gsα亚单位，使后者失去 GTP酶活性而长久保持激活状态，从而导致腺苷酸环
化酶被持续活化，cAMP大量生成。肠腺细胞膜上有一种依赖于 cAMP的氯通道，后者在高
浓度 cAMP的作用下持续开放，造成胞内 Cl-大量外流，Na+和水也随之大量流入肠腔，从
而形成水样腹泻。
三、酶联型受体介导的信号转导
酶联型受体也是一种跨膜蛋白，但每个受体分子只有 1次穿膜。它结合配体的结构域
(受体部分)位于质膜的外表面，而面向胞质的结构域则具有酶活性，或者能与膜内侧其他酶
分子直接结合，调控后者的功能而完成信号转导。酶联型受体有几个类型，其中较重要的有
酪氨酸激酶受体、酪氨酸激酶结合型受体和鸟苷酸环化酶受体。
(一)酪氨酸激酶受体和酪氨酸激酶结合型受体
酪氨酸激酶受体(tyrosine kinase receptor，TKR)也称受体酪氨酸激酶(receptor tyrosine
kinase)，是指受体分子的膜内侧部分本身具有酪氨酸激酶活性的受体。能与这类受体结合而
完成信号转导的细胞外信号分子主要是各种生长因子，如表皮生长因子、血小板源生长因子、
成纤维细胞生长因子、肝细胞生长因子和胰岛素等。当受体的细胞外部分与配体结合后便可
引起受体分子胞质侧部分酪氨酸激酶的活化，继而触发各种信号蛋白沿不同路径的信号转
导。酪氨酸激酶结合型受体(tyrosine kinase associated receptor)与前一类受体不同，受体分子
本身没有蛋白激酶活性，但一旦与配体结合即可在胞质侧结合并激活某种胞质内的酪氨酸激
酶。当胞质内的酪氨酸激酶被激活后又可磷酸化下游的信号蛋白，从而实现信号转导或产生
生物学效应。这类受体可接受的细胞外信号主要是由巨噬细胞和淋巴细胞产生的各种细胞因
子和一些肽类激素，如干扰素、白细胞介素、生长激素、催乳素和促红细胞生成素等。这两
类受体的信号转导过程需要多种细胞内信号蛋白逐级反应，有些过程最终通过基因表达的改
变而产生生物学效应，因此从接受刺激到引起生物学效应，通常需要几分钟乃至几小时以上。
主要的生物学效应大多涉及细胞的代谢、生长、增殖、分化和存活等相对缓慢的过程。
(二)鸟苷酸环化酶受体
鸟苷酸环化酶受体(guanylyl cyclase receptor)的分子只有一个跨膜α螺旋，分子的 N
端有配体结合位点，位于膜外侧；C端有鸟苷酸环化酶(guanylyl cyclase，GC)结构域，位于
膜内侧。受体一旦与配体结合，将激活 GC活性。与 AC激活不同的是此过程不需要 G蛋白
参与。GC被激活后可催化胞质内的 GTP生成 cGMP，后者可结合并激活依赖 cGMP的蛋白
激酶 G(protein kinase G，PKG)。和 PKA、PKC一样，PKG也是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，
通过对底物蛋白的磷酸化而实现信号转导。心房钠尿肽(atrial natriuretic peptide，ANP)和脑
钠尿肽(brain natriuretic peptide，BNP)是鸟苷酸环化酶受体的重要配体，可刺激肾脏排泄钠
和水，并使血管平滑肌松弛。
一氧化氮(nitric oxide，NO)的受体也是一种 GC，但这种 GC存在于胞质内，称为可
溶性 GC，NO作用于可溶性 GC后，可使胞质内 cGMP的浓度和 PKG活性升高，引起血管
平滑肌舒张等反应。
细胞跨膜的和胞内的信号转导是目前生命科学研究的热点之一。本节只是纲要性地叙
述跨膜信号转导的主要通路。事实上，每条通路上都存在着许多精细的调节，各通路之间也
存在着复杂的相互联系和相互作用，形成一个错综复杂的信号网络。
第三节 细胞的电活动
神经、肌肉等组织在进化过程中获得了高度精确和快速产生与传播一种特殊信号的能
力，在这些组织中，它们可以非常快的速度在同一细胞膜表面和细胞之间传播；前文述及的
化学信号经血流运行或分子扩散传播的速度，以及信号跨膜和在细胞内转导的速度都无法与
之相比。这种快速传播的信号就是电信号，它与神经、肌肉等组织的功能活动紧密相关。临
床上，用放置于体表一定部位的电极把这种电信号引导并记录下来，就成为心电图、脑电图、
肌电图等临床诊断用的体表电图。但是，电信号的产生和传播都是在质膜两侧进行的，所以
要了解细胞电活动的机制和各种体表电图的产生原理，需首先了解跨膜电位的特性及其产生
机制。细胞的跨膜电位大体上有两种表现形式，即安静状态下相对平稳的静息电位和受刺激
时发生的可传播的、迅速波动的动作电位。
一、膜的被动电学特性和电紧张电位
细胞膜作为一个静态的电学元件时所表现的电学特性，称为膜的被动电学特性．它包
括静息状态下的膜电容、膜电阻和轴向电阻等。
(一)膜电容和膜电阻
细胞膜脂质双层构成的绝缘层把含有电解质的细胞内液和细胞外液分隔开，其形式类
似于一个平行板电容器，因此细胞膜具有电容的特性。以脂质双层为基质的细胞膜具有较高
的介电常数，为 3~5，膜的厚度仅 6nm，故膜电容(membrane capacitance，Cm)较大，约 1
μF/cm2。当膜上的离子通道开放而引起带电离子跨膜流动时，就相当于在电容器上充电或
放电，从而在膜两侧产生电位差，即跨膜电位 (transmembrane potential)，简称膜电位
(membrane potential)。按膜电容 1μF/cm2。推算，使 1μm2的细胞膜膜电位改变 10mV，需
要 660个单价离子的跨膜流动。
单纯的脂质双层几乎是绝缘的，在 1cm2的面积上，其电阻高达 106~109Ω；但生物膜
的电阻要小得多，只有 103Ω左右。这主要是由于生物膜的脂质双层中嵌入了许多离子通道
和转运体，犹如嵌入了许多小的导体，离子通道和转运体的数量越多，膜电阻就越小。膜电
阻(membrane resistance，Rm)通常用它的倒数膜电导(membrane conductance)G来表示，单位
是 Siemens，缩写为 S。对带电离子而言，膜电导是膜对离子通透性的观测指标(见下文)。
绝大多数有关膜对离子通透性的研究都是利用电学方法进行的。
质膜除具有膜电容和膜电阻的特性外，沿细胞的长轴还存在轴向电阻(Ri)。它的数值决定于
胞质溶液本身的电阻和细胞的直径；细胞直径越大。轴向电阻越小。
由于质膜兼有电容和电阻的特性，因此可用并联的阻容耦合电路来描述它的电学特性。
如图 2-7A所示，细胞膜可分成许多小的片段，每一小片膜都有各自的膜电容(Cm)和膜电阻
(Rm)，彼此间在膜内由轴向电阻(Ri)相连，在膜外由细胞外液(由于电阻很小，通常忽略不计)
短路连接。利用膜的等效电路，可分析在静息时和受刺激时膜电流与膜电位的变化规律。
(二)电紧张电位
实验证明，如果在神经纤维的某一点向轴浆内注入电流，该电流将沿轴浆向该点的两侧
流动(轴向电流)，由于轴向电阻的存在及沿途不断有电流跨膜流出(跨膜电流)，不论是轴向
电流还是跨膜电流，都将随着距原电流注入点距离的增加而逐渐衰减(图 2-7B)。前文已指出，
膜本身的电学特性相当于并联的阻容耦合电路，跨膜电流流过时必然产生膜电位的变化，随
着跨膜电流的逐渐衰减，膜电位也逐渐衰减，并形成一个规律的膜电位分布(图 2-7C)，即注
入电流处的膜电位最大，其周围一定距离外的膜电位将作为距离的指数函数衰减，这种由膜
的被动电学特性决定其空间分布的膜电位称为电紧张电位(electrotonic potential)。用正、负
两个电极从膜外侧施加电刺激也会出现类似的效应，只是在正电极和负电极下发生电紧张电
位的极性不同。胞质内的正电荷会流向负电极的下方，相当于上述经插入胞内的电极注入电
流，因而在负电极下方产生去极化电紧张电位(图 2-7C)；胞内的负电荷则流向正电极下方，
相当于从细胞膜接触电极的部位向膜内注入了负电荷，因而在正电极下方会产生与图 2-7C
方向相反的超极化电紧张电位。这样，当用细胞外电极刺激组织时，只有在出现去极化电紧
张电位的负电极下方才可能产生动作电位(见下文)。
电紧张电位完全是由膜固有的静息电学特性所决定的。其产生过程中如果幅度较小，
一般也不会引起膜自身所包含的离子通道的激活和膜电导的改变。但它与动作电位的产生和
传播有着密切关系。一个去极化电紧张电位，如果其幅度达到一定水平，就会引起相当多的
钠通道或钙通道激活，从而引发动作电位(图 2-12)；细胞膜电紧张电位发生的速度和扩布的
范围也是影响动作电位产生和传播速度的重要因素(见下文)。
二、静息电位及其产生机制
(一)静息电位的记录和数值
静息时，质膜两侧存在着外正内负的电位差，称为静息电位(resting potential，RP)。记
录静息电位时，可将无关电极置于细胞外，记录电极插入细胞内，这种记录方式称为细胞内
电位记录。图 2-8是记录神经纤维跨膜电位的示意图，图中置于细胞外的电极接地，因此记
录到的电位是以细胞外为零电位的膜内电位。例如，骨骼肌细胞的静息电位约-90mV，神经
细胞约-70mV，平滑肌细胞约-55mV，红细胞约-10mV。膜内电位负值的减小称为静息电位
减小，反之，则称为静息电位增大。静息电位通常是平稳的直流电位，但在中枢内的某些神
经细胞和具有自律性的心肌和平滑肌细胞，也会出现自发性的静息电位波动。人们通常把平
稳的静息电位存在时细胞膜电位外正内负的状态称为极化(polarization)；静息电位增大的过
程或状态称为超极化 (hyperpolarization)；静息电位减小的过程或状态称为去极化
(depolarization)；去极化至零电位后膜电位如进一步变为正值，则称为反极化，膜电位高于
零电位的部分称为超射(overshoot)；质膜去极化后再向静息电位方向恢复的过程称为复极化
(repolarization)。
(二)静息电位产生的机制
静息电位仅存在于膜的内、外表面之间。在膜的外表面有一薄层正离子，内表面有一
薄层负离子，每一离子层的厚度都不足 1nm，两层之间可形成很大的电位梯度。例如，当静
息电位为-80mV时，在厚度约 6nm的质膜两侧可形成并保持 133 000V/cm的电位梯度。形
成这种状态的基本原因是离子的跨膜扩散。产生离子扩散的条件有两个：一是钠泵的活动，
可形成膜内、外离子的浓度差(表 2-1)，使细胞外 Na+浓度约为细胞内的 10倍，而细胞内
K+浓度约相当于细胞外液的 30倍；二是静息时膜对某些离子，主要是对 K+具有一定的通
透性。某种离子在细胞静息时的通透性越大，这种离子的跨膜扩散对静息电位的贡献就越大。
1．离子跨膜扩散的驱动力和平衡电位当某种离子跨膜扩散时，它受到来自浓度差和
电位差的双重驱动力，两个驱动力的代数和称为电化学驱动力(electrochemical driving force)。
例如，当质膜只对溶液中的一种离子有通透性时，该离子将顺浓度差跨膜扩散，但扩散的同
时也在膜两侧形成逐渐增大的电位差，且该电位差造成的驱动力与浓度差的驱动力的方向相
反，成为阻止离子进一步跨膜扩散的力量，直至电位差驱动力增加到等于浓度差驱动力时达
到稳态，此时的跨膜电位差称为该离子的平衡电位。可见。当膜电位处于某一离子的平衡电
位时，该离子的电化学驱动力为零，此时尽管膜对该离子有通透性，但没有离子的跨膜净移
动。每种离子都可以根据它在膜两侧的浓度，利用 Nernst公式计算出它的平衡电位，即
(2-1)
式中 Ex为某离子 X+的平衡电位，R为气体常数，T为绝对温度，F为法拉第常数，
Z为原子价， [X+]o和[X+]i分别为该离子在膜外侧和膜内侧溶液中的浓度。如果离子 X+
为单价，环境温度设定为 29.2℃，同时将自然对数转换为常用对数，Ex的单位用 mV表示，
则式 2-1可改写为 (2-2)
将膜内侧和膜外侧溶液中的 K+浓度代入式中，即可计算出 K+平衡电位(K+ equilibrium
potential，EK)，而将膜内、外侧的 Na+浓度代入式中，则同样可计算出 Na+平衡电位(Na+
equilibrium potential， ENa)。在哺乳动物，多数细胞的 EK 为 -90~-100mV， ENa 为
+50~+70mV(图 2-9)。其他离子的平衡电位也可按此式计算。在静息状态下，质膜对各种离
子具有不同的通透性，某种离子的平衡电位对静息电位的影响，决定于膜对这种离子的通透
性。
2．膜对离子的通透性和静息电位的形成如前所述，静息电位主要是由于静息时离子跨膜扩
散形成的，因此膜对哪一种离子的通透性较高，则该离子的跨膜扩散对静息电位的影响就较
大，静息电位也就更接近于该离子的平衡电位。事实上，在静息状态下，质膜对 K+的通透
性较高，大约是 Na+的 10~100倍。这是由于质膜上存在经常处于开放状态的非门控钾通道，
如神经纤维膜上的钾漏通道、心肌细胞膜上的内向整流钾通道(见第四章)等。这使静息电位
非常接近 K+平衡电位。但以神经和骨骼肌为检测对象时，静息电位通常都在-70~ -90mV，
其负值总是不同程度地小于 K+平衡电位(图 2-9)，这是因为膜对 Na+亦有一定的通透性，扩
散内流的 Na+可部分抵消由 K+扩散外流所形成的膜内负电位。
除 K+和 Na+外，膜两侧溶液中的主要离子还有 Cl-、Ca2+和有机负离子。一般认为．
膜对 Cl-不存在原发性主动转运，因此，Cl-在膜两侧的分布是被动的；膜电位并不决定于
Cl-平衡电位(Cl- equilibrium potential，ECl)，相反，膜电位的大小可决定 Cl-在膜内的浓度(可
用 Nemst方程式算出)；并且，Cl-平衡电位总是等于或接近静息电位。Ca2+在细胞膜两侧的
浓度都很低(表 2-1)，且膜对 Ca2+的通透性也很低，其作用可以忽略。有机负离子，如带负
电的蛋白质和核苷酸等，是使细胞内液保持电中性酶主要负离子，膜对它们几乎不通透，它
们聚积在膜内侧，是膜内侧负电荷的主要载荷体。
3．钠泵的生电作用通过钠泵活动，除可建立和维持膜两侧的离子浓度差外，还可直
接影响静息电位。钠泵每分解一分子 ATP，可使 3个 Na+排出胞外和 2个 K+进入胞内，结
果使膜内电位的负值增大(超极化)，但钠泵的生电作用对静息电位的贡献并不很大。且可因
细胞的不同种类和状态有所差异。例如，消化道平滑肌细胞静息时出现的慢波电位(见第六
章)，就与钠泵活动的周期性增强有关。
根据以上静息电位的形成机制，可将影响静息电位水平的因素归纳为以下三点：①由
于膜内、外 K+浓度差决定 EK，因而细胞外 K+浓度的改变可显著影响静息电位，如细胞外
K+浓度升高将使 EK的负值减小，导致静息电位相应减小(去极化)；②膜对 K+和 Na+的相
对通透性可影响静息电位的大小，如果膜对 K+的通透性相对增大，静息电位将增大(更趋向
于 EK)，反之，膜对 Na+的通透性相对增大，则静息电位减小(更趋向于 ENa)，如在心肌和
骨骼肌细胞，K+与 Na+通透性的比值为 20~100，静息电位为-80~-90mV，而平滑肌细胞的
上述比值为 7~10，静息电位仅-55mV；③钠泵活动的水平也可直接影响静息电位，活动增
强将使膜发生一定程度的超级化。
动作电位及其产生机制
(一)细胞的动作电位
在静息电位的基础上，给细胞一个适当的刺激，可触发其产生可传播的膜电位波动，
称为动作电位(action potential，AP)。不同细胞的动作电位具有不同的形态。例如，枪乌鰂
大神经轴突动作电位时程很短，呈尖峰状，而心室肌细胞动作电位时程较长，期间形成一个
平台。图 2-8B 是细胞内记录的神经纤维动作电位。膜电位首先从-70mV 迅速去极化至
+50mV，形成动作电位的升支 (去极相)，随后迅速复极至接近静息电位水平，形成动作电
位的降支(复极相)，两者共同形成尖峰状的电位变化，称为锋电位(spike potential)。锋电位
是动作电位的主要组成部分，具有动作电位的主要特征。锋电位持续约 1ms，在锋电位后出
现的膜电位低幅、缓慢的波动，称为后电位。后电位包括两个成分，前一个成分的膜电位仍
小于静息电位，称为负后电位(negative after-potential)，后一个成分大于静息电位，称为正后
电位(positive after-potential)。负后电位和正后电位是沿用电生理学发展早期使用细胞外记录
方法时对动作电位后电位的命名，如果使用现代电生理学的细胞内记录方法，也可将它们分
别称为后去极化(after depolarization)和后超极化(after hyperpolarization)。
动作电位有两个重要的特性，即它的“全或无”特性和可传播性。刺激神经、肌肉引
发动作电位需要一定的强度。能引发动作电位的最小刺激强度，称为刺激的阈值(threshold)。
刺激强度未达到阈值，动作电位不会发生；刺激强度达到阈值后，即可触发动作电位，而且
其幅度立即到达该细胞动作电位的最大值，也不会因刺激强度的继续增强而随之增大。这一
现象称为动作电位的“全或无”特性。动作电位产生后，并不局限于受刺激局部，而是沿质
膜迅速向周围传播，直至整个细胞都依次产生一次动作电位，这称为动作电位的可传播性。
而且动作电位在同一细胞上的传播是不衰减的，其幅度和波形始终保持不变。
(二)动作电位的产生机制
前文已述，细胞在静息状态下，膜内、外表面各有一层负电荷和正电荷，以形成静息
电位。发生膜电位波动的原因是离子跨膜流动引起的膜内、外表层电荷的改变。物理学上通
常是以正离子的移动方向来表示电流的方向。如果细胞受刺激时引起离子流动，造成膜外的
正电荷流入膜内，称为内向电流(inward current)。内向电流使膜内电位的负值减小，引起膜
的去极化。通常 Na+和 Ca2+由细胞外向细胞内的流动都属于内向电流。反之，如果离子流
动造成正电荷由胞内流出胞外，则称为外向电流(outward current)。外向电流使膜两侧外正内
负的电位差增大，引起膜的复极化或超极化。通常 K+由胞内流出，或 Cl-由胞外流入胞内，
都属于外向电流。据此不难想象，动作电位的去极相是内向电流形成的，而复极相则是外向
电流形成的。离子跨膜流动的产生需要两个必不可少的因素：一是膜两侧对离子的电化学驱
动力；二是膜对离子的通透性。
1．电化学驱动力 电化学驱动力决定离子跨膜流动的方向和速度。当膜受到刺激而
通透性发生改变时，带电离子将依从电化学驱动力的方向跨膜流动，并引起膜电位变化，这
是发生任何膜电位变化，包括发生动作电位的基础。离子在膜两侧受到的电化学驱动力是由
该离子在膜两侧溶液中的浓度和膜电位共同决定的。离子在膜两侧溶液中的浓度决定该离子
的平衡电位，即电化学驱动力等于零的电位。在动作电位期间，尽管离子发生跨膜流动，但
离子的平衡电位不会有明显变化。据测定，每次动作电位进入胞内的 Na+和流出的 K+均只
占胞质内离子总量的几万分之一，因此，不会显著影响膜两侧的离子浓度差。驱动力的改变
主要由膜电位变化而引起。实际上，只要膜电位偏离平衡电位，就会对该离子产生相应的驱
动力。换言之，某离子在膜两侧受到的电化学驱动力应为膜电位(Em)与该离子的平衡电位(Ex)
之差，即(Em-Ex) (图 2-9)。例如，静息时的膜电位 E。为-70mV，ENa和 Ek分别为+60mV
和-90mV，此时对 Na+的驱动力为
Em-ENa=-70mV- (+60mV)=-130mV
对 K+的驱动力则为
Em-Ek=-70mV-(-90mV)=+20mV
在这里，负值代表内向驱动力，推动产生内向电流；正值代表外向驱动力，推动产生
外向电流。但在整个动作电位期间，膜电位将发生大幅度的改变，因此，膜对离子的每个瞬
间的电化学驱动力也将随着膜电位的变化而发生相应变化。当膜电位去极化至+30mV的锋
电位水平时，膜对 Na+的驱动力为
Em-ENa=+30mV-(+60mV)=-30mV
对 K+的驱动力则为
Em-Ek=+30mV-(-90mV)=+120mV
由此可见，在静息电位条件下，Na+受到很强的内向驱动力，一旦膜对 Na+的通透性
增大，将出现很强的引起去极化的内向电流；而在锋电位期间，K+受到很强的外向驱动力。
2．动作电位期间膜电导的变化 直接测定动作电位期间膜对离子通透性的动态变化，
是揭示动作电位产生原理的关键。为了实现对快速变化的离子通透性的动态测量，通常是使
用电学测量的方法，测量参数包括膜电容、膜电流、膜电位和膜电导(膜电阻的倒数)等。其
中膜电导相当于膜对离子的通透性，反映膜对离子的通透能力。由于离子跨膜流动时会产生
膜电流，这就为测定膜电导提供了一个很方便的途径，即可以在电化学驱动力(Em-Ex)保持
不变的条件下直接测量某种离子 x的膜电流(Ix)，再利用欧姆定律来计算该离子的膜电导
(Gx)，即
Gx= (2-3)
但是，如前所述，动作电位期间，各种离子的电化学驱动力并不恒定，总是随膜电位的变化
而变化。因此，只有在膜电位保持不变的情况下观测膜电流的变化，才能反映出膜对该离子
的通透性，亦即膜电导的改变。电压钳(voltage clamp)技术采用一个反馈电路，能使膜电位
Em被钳制(固定)于任一水平，因而能保证在测量膜电流期间的电化学驱动力保持不变。例
如，要测量膜的钠电导 GNa，首先要利用电压钳装置把膜电位 E。固定于给定的水平，从而
使电化学驱动力(Em-ENa)也保持恒定，与此同时记录 Na+电流 INa，就可以利用欧姆定律由
INa推算出膜的钠电导 GNa，即
GNa= (2-4)
同样可利用记录的钾电流 Ik，推算出膜的钾电导 Gk，即
Gk= (2-5)
为了观测动作电位期间膜对离子通透性变化的时间依赖性和电压依赖性，通常是将膜
电位固定在一个给定值后持续一段时间，同时记录膜电流的变化，用观测到的膜电流的变化，
就可计算出膜电导随时间的变化，即对时间的依赖性。如图 2-10A所示，将枪乌铡大神经
纤维从-65mV迅速钳制到-9mv，持续时间 5ms，由于膜的突然去极化，可引起对离子通透
性的变化(产生机制见下文)，表现为膜电流的幅度随时间而变化，即在膜电位钳制于-9mv
期间，首先出现一个向下的内向电流，随后又出现一个向上的外向电流(图 2-10B)。但单纯
利用电压钳只能观察膜电流的方向和幅度的变化，不能区分电流由哪种离子所携带，因此需
要与其他研究方法结合起来分析电流的离子成分。图 2-10c和 D是利用药理学方法来分析膜
电流的实验结果。当应用钠通道特异性阻断剂河豚毒后，内向电流全部消失，表明这一内向
电流是 Na+电流(INa)；而当应用钾通道特异性阻断剂四乙铵后．延迟出现的外向电流完全
消失，表明这部分外向电流是 K+电流(Ik)。利用被钳制的电位值和记录的膜电流值，根据公
式 2-4和 2-5便可分别计算出膜的 GNa和 Gk。如果每次将膜电位钳制到不同的水平，则每
次也均可记录到不同的 INa和 Ik，计算出不同的 GNa和 Gk。如此便可观测膜的离子通透性
(膜电导)对电压的依赖性(图 2-11)。
上述利用电压钳技术的研究表明，在相当于神经纤维静息电位的膜电位水平上迅速去极
化(相当于动作电位的去极相)，可引起膜对离子通透性的快速变化。首先是对 Na+的通透性
在不足 1ms时间内迅速增加到峰值，随后下降并开始对 K+通透性增加，且保持恒定。与这
种时间依赖性变化存在的同时，膜对离子的通透性还表现出明显的电压依赖性，即膜电位去
极化程度越大，膜对离子的通透性就越高(图 2-11)。这一点在动作电位起始过程中至关重要。
3．动作电位产生的过程 如前所述，随着膜的去极化，Na+的内向驱动力减小，而
K+的外向驱动力增大；因此，当膜受到一个较弱的去极化刺激后，增强的 K+外向电流将使
膜迅速恢复到起始的膜电位，这种电位变化称为局部电位(图 2-12) (见下文)。但如果将去极
化的刺激增强，使膜去极化，增加 Na+电导和 Na+内向电流，从而增强对 K+外向电流的抗
衡，并且随着刺激的加强，膜电位可去极化到某一临界值(阈电位，见下文)，此时 Na+内向
电流刚超过 K+外向电流，于是在净内向电流的作用下膜进一步去极化，而根据膜 Na+电导
的电压依赖性(图 2-11)，膜去极化的幅度越大，就会引起更大的钠电导和 Na+内向电流，如
此便形成 Na+电流与膜去极化之间的正反馈，即发生再生性循环(regenerative cycle)，使膜在
不足 1ms时间内迅速去极化到接近 ENa。的水平(此时膜的钠电导迅速增高，但钾电导并未
降低，所以动作电位的峰值达不到 ENa的水平)。动作电位升支去极化的速度和幅度就是由
这一正反馈过程决定的，只要刺激强度足以触发这一过程，均可引发相同幅度的动作电位，
这也就是动作电位全或无特性的原因所在。膜对 Na+的通透性在达峰值后便迅速下降(其机
制见下文)，而此时的膜电位正处于动作电位的峰值，对 K+外向驱动力很强，再加上此时对
K+的通透性也开始增加(图 2-11)，便产生很强的 K+外向电流，使膜迅速复极化，形成动作
电位的降支，并与升支共同构成尖峰状的锋电位。
以上对动作电位产生过程的分析表明，钠电导的电压依赖性和由此产生的去极化过程
中的正反馈机制，是动作电位起始的关键因素。除钠电导外，膜的钙电导也有相似的电压依
赖性，因此许多细胞动作电位的上升支是 Ca2+内流产生的，如平滑肌细胞、某些心肌细胞
和内分泌细胞等。
4．膜对离子通透性变化的机制 离子通透性变化的实质是由于膜上离子通道的开放和关闭
造成的。这个结论是利用膜片钳(patch clamp)技术在观测单个离子通道活动的基础上得出的。
利用膜片钳技术可以记录单通道电流(single channel current)，观测单个离子通道是如何活动
的，以及它们的活动与膜电导和整个细胞电活动的关系。图 2-13就是利用膜片钳技术记录
的典型的单通道电流。可见单个通道的开闭是全或无式的，每次开放可产生皮安级(pA，10-12
安培)的电流，每次停留于开放或关闭状态的时间是随机的。由于开、闭状态之间的转换速
度非常快，因而单通道电流都表现为一个个宽窄不同的方波。根据记录的单通道电流，可以
计算出单通道电导、通道的开放概率、平均开放时间、平均关闭时间等指标来反映通道功能
活动的特征。利用计算机将大量单通道电流叠加平均后所得的总体平均电流(图 2-13)与用全
细胞或一段神经纤维进行的经典电压钳技术记录的膜电流，即宏膜电流(macroscopical
current)非常相似，说明宏膜电流就是许多随机开放的单通道电流发生总和而形成的，它们
之间的关系可用下式表示
I=i?Po?N (2-6)
式中 I为全细胞的宏膜电流，i代表单通道电流，Po代表通道处于开放状态的平均概
率，N为全细胞上该通道的数目。利用膜片钳技术对单通道活动的研究揭示了动作电位期间
膜电导的变化，以及由此引起的膜电流变化，都是基于膜上单个离子通道行为的改变；宏膜
电流反映的则是膜上所有离子通道作为时间和膜电压函数的群体活动行为特征。某种离子膜
电导的增大，可能是由于该离子通道开放概率的增大，也可能是单通道电导的增大或通道数
量的增加。如上所述，静息状态下，膜的钾电导较高，用以维持静息电位，这是由于有相当
数量的钾漏通道(K+ leak channel)随机开放的结果。动作电位期间钠电导的迅速增大则由于
膜上的电压门控钠通道大量激活(开放)而引起。正是由于钠通道激活的电压依赖性，才产生
钠电导的电压依赖性，也才会发生钠电流与膜去极化之间的正反馈。
从记录的单通道离子电流来看，离子通道表现为关闭和开放两种状态，但事实上由于
通道的分子构象不同，每种离子通道的功能状态可能有很多种。图 2-14是对神经纤维施加
去极化刺激引起的 Na+电流曲线。去极化开始时：Na+电流迅速增大，随后 Na+电流又减小
到原来水平，尽管去极化电压持续存在。这表明，钠通道至少存在三种功能状态，即刺激前
状态、刺激后钠电流增大的状态，和刺激仍持续而钠通道却无反应的状态，分别称为关闭
(close)、激活(activation)和失活(inactivation)状态。其中在关闭和失活两种状态下的钠通道都
是不开放的，只有在激活状态下通道才开放。三种状态的形成与分子内部存在两种门控机制
有关。有人提出假设，分子内部有两个“闸门”，即与激活有关的 m门和与失活有关的 h门，
两者呈串联排列，只有都开放时通道才导通。它们的开、闭都受膜电位的控制，具有各自的
电压依赖性；开闭的速度也相差很大，具有各自的时间依赖性。通道的激活和失活机制如图
2-14所示，膜电位在-70mV时，m门完全关闭，h门接近完全开放，通道处于关闭状态。当
膜去极化至+20mV时，依据 m门和 h门各自的电压依赖性，m门应完全开放，h门应完全
关闭；但由于 h门关闭的速度比 m门开放的速度慢得多，激活状态就是在 m门迅速开放而
h门尚未关闭之前的瞬间出现的。以后随着 h门的关闭，通道就进入 m门开放而 h门关闭的
失活状态。因此，钠通道的激活是 m门开启的过程，失活则是 h门关闭的过程。关闭状态
和失活状态的通道从电流描记上看虽然都不导通，但它们是两种完全不同的功能状态。处于
失活状态的通道无论如何刺激也不能直接进入激活状态，它必须随着膜电位的复极化首先进
入关闭状态，才能被再次激活。从失活进入关闭状态的过程称为复活 (recovery from
inactivation)，是 m门迅速关闭和 h门较慢开启的过程。以上分析表明，钠通道的关闭状态
和失活状态是稳态，而激活只是一个瞬态；激活的通道会自动进入失活状态。电压门控钙通
道和一些电压门控钾通道也具有与钠通道相似的门控机制。
在图 2-11中，钠通道关闭、激活和失活的三种状态均可反映在钠电导首先迅速增加，
而后又自动下降的变化上。但钾电导的变化曲线与钠电导明显不同，除激活速度缓慢外，它
在膜电位持续去极化期间不会自动降低，只有当钳制电压回到起始水平时钾电导才减小。这
是由于这种钾通道只有一个激活门，称为 n门，没有失活门。n门的开放过程称为激活，使
通道进入激活(开放)状态；n门的关闭过程称为去激活(deactivation)，使通道进入去激活或关
闭状态。失活和去激活都是通道的关闭过程，表现为流经该通道的膜电流减小或消失，但去
激活状态相当于关闭状态，通道可再次接受刺激而重新被激活，而失活的通道则不能，它必
须首先复活到关闭状态后才能再次被激活开放。
5．电压门控离子通道的分子结构 与细胞电活动有关的离子通道主要是电压门控离
子通道。它们属于同一分子大家族，具有相似的分子结构和结构一功能关系。电压门控钠通
道是最具代表性的一个，在多数组织，它的分子由α、β1和β2三个亚单位组成，其中仅
亚单位是形成孔道的单位。仪肽链包括 4个氨基酸序列十分相似的部分，即结构域 I~Ⅳ(图
2-15A，B)。每个结构域含 6个跨膜 a螺旋，即 S1~S6。利用基因突变技术已经证实，四个
相似结构域中的 S5和 S6跨膜螺旋共同形成孔道．它们之间向膜内折叠的细胞外环构成孔
道的内壁(图 2-15B)，并决定通道的离子选择性和通透性。每个结构域中的 s4跨膜段是导致
通道激活的电压传感器，该跨膜段上每隔两个疏水性氨基酸残基就出现一个精氨酸或赖氨
酸，因此是一个带正电的跨膜段。在膜发生去极化时，它可在电场作用下发生旋转和移位，
导致通道构象改变，使通道激活。位于结构域Ⅲ、Ⅳ之间的细胞内环是引起通道失活的关键
部位，其中位于 1488至 1490位的异亮氨酸、苯丙氨酸和甲硫氨酸(IFM)三个残基最为重要(图
2-15C)。当膜去极化时，它向孔道内口移动，并与分别位于结构域Ⅲ和ⅣS4-S5胞内环的第
1329位丙氨酸(A1329)和第 1662位天冬酰氨(N1662)相连接，从而阻断通道。这一过程也称
为电压门控钠通道失活的“球-链”机制(图 2-15C)。
6．干预细胞电活动的药物及其应用 离子通道是细胞电活动的分子基础，也是许多影
响细胞电活动的药物的作用靶点，可通过改变离子通道的活动来发挥治疗作用。例如，钠通
道阻断剂可通过抑制神经纤维动作电位的产生和传导，产生局部麻醉作用；也可通过抑制中
枢神经元异常的放电活动来治疗癫痫。I类抗心律失常药也属于钠通道阻断剂，可抑制异常
兴奋环路中动作电位的传导，终止快速心律失常。钠通道激动剂可增加心肌动作电位期间。
Na+和 Ca2+的流入，是一类有待深入研究的强心药。钙通道阻断剂可阻断血管平滑肌的电
压门控钙通道，减少 Ca2+的流入，从而发挥舒张血管的作用，因而广泛用于高血压病和各
种缺血性疾病的治疗。新型的钙通道激动剂可选择性地激动心肌细胞钙通道，也是一类有发
展前景的强心药。钾通道阻断剂可通过阻断心肌细胞钾通道使动作电位延长，不应期也随之
延长，藉此发挥抗心律失常作用。另一类钾通道阻断剂可阻断胰岛β细胞的钾通道，使细胞
膜静息电位的负值减小，更接近于激活钙通道的阈电位，从而增加钙通道的开放概率和 Ca2+
的流入，触发更多胰岛素的释放，因而用于糖尿病的治疗。钾通道激动剂可使血管平滑肌静
息电位增大，因而能减少钙通道开放概率和 Ca2+内流，具有舒张血管的作用．可用干缺血
性疾病的治疗．
(三)动作电位的传播
细胞膜某一部分产生的动作电位可沿细胞膜不衰减地传播至整个细胞。图 2-16A示动作电
位沿细胞膜从右向左传导。在动作电位的发生部位，细胞膜外侧的电位较前方(左侧)静息部
位的为负，而膜内则相对较正；由于这种电位差的存在，在动作电位的发生部位和邻接的静
息部位之间便产生箭头所示的局部电流。这个局部电流将依据膜的被动电学性质，在动作电
位前方的静息部位首先形成电紧张电位(图 2-16B)，并在电紧张电位达到阈电位的细胞膜上
引起动作电位。如此，动作电位便通过局部电流沿细胞膜传导，并带有一个电紧张电位的波
前(wave front)。实际上，动作电位的传导是一个由电紧张电位引起的沿细胞膜不断产生新动
作电’f立的扩布过程，有如多米诺骨牌倾倒的过程，也称为是动作电位的传播或兴奋的传
播，这是它的幅度在长距离传导中不衰减的原因。
膜的被动电学特性对动作电位的传播具有重要的影响，因为动作电位在传播时，其前方
电紧张电位的形成速度和扩布范围决定于膜的被动电学特性。例如，在直径较大的神经纤维，
局部电流沿轴突纵向流动的轴向电阻(Ri)较小，可使电紧张电位的波前扩布更远的距离，即
可使前方更远部位的膜达到阈值，同时电紧张电位的形成速度也加快，因而动作电位的传播
较快；神经纤维的髓鞘化可使膜电容(Cm)减小而跨膜电阻(Rm)增大．这种改变可加快电紧
张电位的形成速度，增大电紧张电位的扩布范围，从而明显增加动作电位的传导速度。
上述兴奋的传导过程和机制是在无髓鞘神经纤维和肌纤维等细胞上发生的，在有髓鞘神
经纤维，局部电流仅在郎飞结之间发生，即在发生动作电位的郎飞结与静息的郎飞结之间产
生。这种传导方式称为跳跃式传导(saltatory conduction)。有髓鞘神经纤维及其跳跃式传导是
生物进化的产物。在无脊椎动物，提高动作电位传导速度的方式是增加轴突直径，因而在枪
乌鰂出现直径达 1mm的大神经轴突；而高等动物则以轴突的髓鞘化来提高传导速度。这使
得直径仅 4μm的有髓鞘神经纤维和直径 600μm的无髓鞘神经纤维具有相同的传导速度(25
μm/s)。在有髓鞘神经纤维，最高的传导速度可达 100m/s以上，而许多无髓鞘神经纤维的
传导速度尚不足 1m/s。髓鞘不仅能提高神经纤维的传导速度，还能减少能量消耗。因为动
作电位只发生在郎飞结，因而传导过程中跨膜流入和流出的离子将减少，它们经主动转运返
回时所消耗的能量也将减少。
(四)缝隙连接
由于细胞之间的电阻很大，无法形成有效的局部电流，因此动作电位通常只在同一细胞
范围内传播。但在某些组织，如神经组织、心肌组织、肝组织和晶状体上皮细胞，细胞间普
遍存在缝隙连接(gap junction)，这是一种特殊的细胞间连接方式，使兴奋得以在细胞间直接
传播。在缝隙连接处，相耦联的两个细胞的质膜靠得很近(<3nm)，如图 2-17所示，每侧细
胞膜上都规则地排列着一些蛋白颗粒．它们是由六个连接蛋白(connexin)单体形成的同源六
聚体，称为连接子(connexon)。每个连接子中央有一个亲水性孔道。两侧膜上的连接子端端
相连，使两个连接子的亲水性孔道对接，形成缝隙连接通道(gap junction channel)，每侧膜上
的连接子相当于一个半通道。这些缝隙连接通道通常是开放的，允许水溶性分子和离子通过，
同时也形成细胞间的一个低电阻区。一个细胞产生的动作电位可通过流经缝隙连接的局部电
流直接传播到另一个细胞。缝隙连接通道可在细胞内 Ca2+浓度过高或酸中毒等情况下关闭。
四、局部电位
以上分析表明，引起细胞产生动作电位的刺激必须是使膜发生去极化的刺激，而且还
要有足够的强度使膜去极化到膜电位的一个临界值，即阈电位(threshold potential)。阈电位
通常较静息电位小 10~20mV，如枪乌铡大轴突的静息电位约-70mV，阈电位约-55mV。当去
极化的刺激很弱时，钠通道并未被激活，仅在膜的局部产生电紧张电位；当给予稍大的去极
化刺激时，可引起部分钠通道激活和内向离子电流，使膜在电紧张电位的基础上进一步去极
化，但此时膜的去极化可增加 K+的外向驱动力，且外向 K+电流大于内向 Na+电流，遂使膜
电位又复极到静息电位水平，如此形成的膜电位波动称为局部电位(local potential) (图 2-12)。
去极化的局部电位多是由于去极化电紧张电位和少量离子通道开放产生的主动反应叠加而
形成的。局部电位中尽管包含一部分细胞的主动反应(即少量钠通道开放和钠离子内流形成
的膜去极化)，但它仍具有电紧张电位的电学特征。表现为：①其幅度与刺激强度相关，因
而不具有全或无的特征；②只在局部形成向周围逐渐衰减的电紧张扩布，而不能像动作电位
一样沿细胞膜进行不衰减的传播；③没有不应期，可以发生空间总和(spatial summation)和时
间总和(temporal summation)。除局部电位外，体内有许多重要的电信号，如终板电位、突触
后电位(包括兴奋性的和抑制性的)、感受器电位、发生器电位等，其产生过程都涉及离子通
道激活等膜的主动反应，因而不属于严格意义上的电紧张电位的范畴，但它们都具有上述电
紧张电位的特征。这些电信号可以通过幅度的变化、空间总和和时间总和的效应，以模拟信
号的方式实现信息的编码和整合，成为除动作电位之外的体内另一类重要的电信号。
五、可兴奋细胞及其兴奋性
(一)兴奋和可兴奋细胞
在现代生理学中，兴奋(excitation)已被看作是动作电位的同义语或动作电位的产生过程。受
刺激后能产生动作电位的细胞，称为可兴奋细胞(excitable cell)或电可兴奋细胞。一般认为，
神经细胞、肌细胞和腺细胞都属于可兴奋细胞。如前所述，产生动作电位的关键环节是电压
门控钠通道或电压门控钙通道的电压依赖性及其激活过程中与膜电位之间的正反馈。因此，
所有可兴奋细胞都必然具有电压门控钠通道或电压门控钙通道，它们在受刺激后首先发生的
共同反应就是基于这些离子通道激活而产生的动作电位。然后，肌细胞通过兴奋-收缩耦联
(excitation-contraction coupling)产生收缩；腺细胞通过兴奋 -分泌耦联(excitation-secretion
coupling)引起分泌；而神经细胞则以动作电位沿细胞膜传播而形成的神经冲动作为其活动特
征。
(二)组织的兴奋性和阈刺激
可兴奋细胞受刺激后并不一定发生兴奋。兴奋的发生一方面取决于刺激量的大小，另一方面
还与细胞的反应能力有关。生理学中将可兴奋细胞接受刺激后产生动作电位的能力称为细胞
的兴奋性(excitability)。为了了解兴奋性的观测指标，首先要了解构成刺激的参数。刺激
(stimulation)是指细胞所处环境因素的变化，任何能量形式的理化因素的改变都可能构成对
细胞的刺激。但刺激要能使细胞发生兴奋，就必须达到一定的刺激量。刺激量通常包括三个
参数，即刺激的强度、刺激的持续时间和刺激强度对时间的变化率。三个参数之间存在相互
影响的关系。在实验中通常使用的是电刺激，且常将其强度对时间的变化率固定，这里主要
讨论刺激强度和刺激持续时间。这两个参数也互相影响。在一定范围内，如果刺激持续时间
较短，引起细胞兴奋所需的刺激强度就较大；。反之，刺激持续时间越长，则所需的刺激强
度就越小。在实际测量中，常将这两个参数中的一个也固定，只用一个参数即可观测和衡量
细胞的兴奋性。在多数场合是将刺激的持续时间固定，测定能使组织发生兴奋的最小刺激强
度，即阈强度(threshold intensity)。相当于阈强度的刺激称为阈刺激(threshold stimulus)，大
于阈强度的刺激称为阈上刺激，而小于阈强度的刺激则称为阈下刺激。阈刺激和阈上刺激都
可引起组织兴奋。阈刺激或阈强度一般可作为衡量细胞兴奋性的指标，阈刺激增大表示细胞
兴奋性下降；反之，则表示细胞兴奋性升高。
(三)细胞兴奋后兴奋性的变化
细胞在发生一次兴奋后，其兴奋性会出现一系列变化。在兴奋发生的当时以及兴奋后最初的
一段时间，无论施加多强的刺激也不能使细胞再次兴奋，这段时间称为绝对不应期（absolute
refractory period，ARP）。处在绝对不应期的细胞，阈刺激无限大，表明失去兴奋性。在绝
对不应期之后，细胞的兴奋性逐渐恢复，受刺激后可发生兴奋，但刺激强度必须大于原来的
阈强度，这段时期称为相对不应期（relative refractory period）。相对不应期是细胞兴奋性从
无到有，直至接近正常的一个恢复时期。相对不应期过后，有的细胞还会出现兴奋性的波动，
即轻度的高于正常水平或低于正常水平，分别称为超常期（supranormal period）和低常期
（subnormal period）。
绝对不应期大约相当于锋电位发生的时期，所以锋电位不会发生叠加，并且细胞产生锋电位
的最高频率也受到绝对不应期的限制。如果绝对不应期为 2ms，则理论上锋电位的最大频率
不可能超过每秒 500次。相对不应期和超常期大约相当于负后电位出现的时期；低常期相当
于正后电位出现的时期。
兴奋后出现不应期的原因与钠通道或钙通道的功能状态有关。在锋电位升支期间，大部分通
道处于激活过程或激活状态，不存在被再次激活的可能性；在降支期间，大部分通道处于失
活过程或失活状态，也不可能再次接受刺激而进入激活状态，因而在整个锋电位期间兴奋性
为“零”，构成绝对不应期。锋电位将近结束时，通道开始复活，当有足够数量的通道进入
关闭状态时，便可接受刺激而再次被激活。不过在绝对不应期后的一段时期内，处于关闭状
态的通道数量较少(部分通道尚处于复活的过程中)，因此必须给予较强的(阈上的)去极化刺
激才能引发动作电位，表现为相对不应期。所以相对不应期反映通道由失活状态向关闭状态
转变的过程。电压门控钙通道复活所需的时间比钠通道长，因而由钙通道激活形成的动作电
位，其不应期也较长。
第四节 肌细胞的收缩
根据形态学特点，可将肌肉分为横纹肌(striated muscle)和平滑肌(smooth muscle)；根据
神经支配，可将肌肉分为躯体神经支配的随意肌和自主神经支配的非随意肌；根据肌肉的功
能特性，又可将肌肉分为骨骼肌(skeletal muscle)、心肌(cardiac muscle)和平滑肌。
一、横纹肌
横纹肌包括骨骼肌和心肌。在完整的心脏中，心肌的节律性收缩由心脏的自律细胞发
动，这将在第四章讨论。骨骼肌的收缩是在中枢神经系统控制下完成的，每个肌细胞都受
到来自运动神经元轴突分支的支配；只有当支配肌肉的神经纤维发生兴奋时，动作电位经
神经-肌接头传递给肌肉，才能引起肌肉的兴奋和收缩。
(一)骨骼肌神经-肌接头处兴奋的传递
骨骼肌的神经-肌接头(neuromuscular junction)由运动神经末梢和与它接触的骨骼肌细胞膜所
构成。神经末梢在接近肌细胞处失去髓鞘，裸露的轴突末梢沿肌膜表面深入到一些向内凹陷
的突触沟槽，这部分轴突末梢膜也称为接头前膜(prejunctional membrane)，与其相对的肌膜，
称为终板膜(endplate membrane)或接头后膜(postjunctionl membrane)，二者之间还有间隔约
50nm的接头间隙(junction cleft)，其中充满细胞外液。终板膜又进一步向内凹陷形成许多接
头皱褶。接头前的神经轴突末梢中含有许多囊泡，称为突触囊泡(synaptic vesicle)，也称突触
小泡，囊泡内含有大量的 ACh(每个囊泡约含有 1万个 Ach分子)。在接头后的终板膜上有
ACh受体，即 N2型 ACh受体阳离子通道（N2-Ach receptor cantin channel），它们集中分布
于皱褶的开口处。在终板膜的表面还分布有乙酰胆碱酯酶（acetylcholinesterase），它可将 ACh
分解为胆碱和乙酸。
神经-肌接头兴奋传递的主要环节如图 2-18所示。当神经纤维传来的动作电位到达神经末梢
时，造成接头前膜的去极化和膜上电压门控 Ca2+通道的瞬间开放，Ca2+借助于膜两侧的电
化学驱动力流入神经末梢内，使末梢轴浆内 Ca2+浓度升高。Ca2+可启动突触囊泡的出胞机
制，将囊泡内的 ACh排放到接头间隙。ACh在接头间隙内扩散至终板膜，与 ACh受体阳离
子通道结合并使之激活，于是通道开放，导致 Na＋和 K＋的跨膜流动。在静息状态下，细
胞对 Na＋的内向驱动力远大于对 K＋的外向驱动力(见第三节)，因而跨膜的 Na＋内流远大
于 K＋外流，其速度最高可达 3×107 Na＋/s，从而使终板膜发生去极化。这一去极化的电
位变化称为终板电位（end-plate potential，EPP），其幅度约 50mV。终板膜上无电压门控钠
通道，因而不会产生动作电位。但具有局部电位特征的 EPP可通过电紧张电位刺激周围具
有电压门控钠通道的肌膜，使之产生动作电位(图 2-19A，B)，并传播至整个肌细胞膜。ACh
在刺激终板膜产生终板电位的同时，可被终板膜表面的胆碱酯酶迅速分解，所以 EPP的持
续时间仅几毫秒。EPP的迅速消除可使终板膜继续接受新的刺激。
神经末梢释放 ACh的量不是一个连续的变量，而是以一个突触囊泡所含的一定数目
的．ACh分子(约 1万个)为最小单位量，“倾囊”或成“份”排出的。这个单位量被称为一
个“量子”，因此，囊泡释放递质分子的这种形式称为量子式释放(quantal release)。在静息
状态下，接头前膜也会发生约每秒钟 1次的 ACh量子的自发释放，并引起终板膜电位的微
小变化。这种由一个 ACh量子(一个囊泡)引起的终板膜电位变化称为微终板电位(miniature
endplate potential，MEPP) (图 2-19C)。每个MEPP的幅度平均仅 0.4mV。当接头前膜产生
动作电位和 Ca2+内流时，大量的突触囊泡几乎同步释放 ACh；ACh量子所引起的MEPP此
时会发生叠加，形成平均幅度约 50mV的 EPP。据统计，产生一个正常的 EPP，约需释放
250个突触囊泡。
骨骼肌神经-肌接头是许多药物和病理因素作用的靶点。筒箭毒和α-银环蛇毒可特异性阻断
终板膜上的 Ach受体通道，使神经-肌接头传递的功能丧失，肌肉松弛，因而常用作实验研
究中的工具药；临床上常用筒箭毒类化合物作为肌松剂。新斯的明等胆碱酯酶抑制剂，可通
过抑制胆碱酯酶增加 ACh在接头间隙的浓度，因而能改善肌无力病人的症状。有机磷农药
中毒则是由于胆碱酯酶被药物磷酰化而丧失活性，造成 Ach在接头间隙内大量蓄积，引起
中毒症状。骨骼肌神经一肌接头处兴奋传递的障碍还与一些疾病的发生有关。在一些自身免
疫性疾病，如重症肌无力，由于体内的自身抗体使终板膜上的 Ach受体通道遭受破坏，结
果使 ACh的作用被阻断；而肌无力综合征(又称 Lamberr-Eaton综合征)则是体内的自身抗体
破坏了轴突末梢上的钙通道，当运动神经上的动作电位到达末梢时不能激活足够的钙通道而
产生 Ca2+内流，使突触囊泡的递质释放发生障碍。
(二)横纹肌细胞的微细结构
横纹肌细胞在结构上的主要特点是胞内含有大量的肌原纤维和高度发达的肌管系统(图
2-20)。
1．肌原纤维和肌节 每个肌细胞内都含有上千条直径 1~2μm的肌原纤维。每条肌原
纤维沿长轴呈现规律的明、暗交替，分别称为明带和暗带。暗带的中央有一段相对较亮的区
域，称为 H带，H带的中央，即暗带的中央，有一条横向的线，称为M线；明带中央也有
一条线，称为 Z线。每两个相邻 Z线之间的区域称为一个肌节(sarcomere)，是肌肉收缩和舒
张的基本单位(图 2-20)。肌原纤维之所以出现明带和暗带，是由于肌节中含有两套不同的肌
丝。直径约 10nm的粗肌丝位于暗带，长度约 1.60μm，中间有细胞骨架蛋白将它们固定，
形成M线；明带内含有直径约 5nm的细肌丝，每条细肌丝的长度为 1.0μm，它的一端锚定
在 Z盘的骨架结构中，另一端插入暗带的粗肌丝之间，所以暗带中除粗肌丝外，也含有来
自两侧 Z线的细肌丝，M线两侧没有细肌丝插入的部分，形成较明亮的 H带。在每个肌节
中，细肌丝的数量是粗肌丝的二倍。
2．肌管系统 横纹肌细胞有两套独立的肌管系统(图 2-20)。其中一套是走行方向与肌
原纤维垂直的管道，称为横管或 T管(T tubule)，由肌膜向内凹陷并向细胞深部延伸而形成；
它使沿肌膜传导的电信号能迅速传播至细胞内部的肌原纤维周围。在骨骼肌，T管位于每个
肌节中明带和暗带的交界处；在心肌则位于 Z线附近。细胞外液经肌膜上的开口与 T管内
液相通。另一种管道的走行方向与肌原纤维平行，称为纵管，亦即肌质网(sarcoplasmic
reticulum，SR)。SR的管道交织成网，包绕在肌原纤维周围。在肌原纤维周围的 SR也称纵
行肌质网(loogitudinal SR，LSR)，LSR膜上有钙泵，可逆浓度梯度将胞质中的 Ca2+转运至
SR内。SR的末端膨大或呈扁平状，与 T管膜或肌膜(见于心肌)相接触(但不连接)，这部分
SR称为连接肌质网(junctional SR，JSR)或终池(terminal cistema) (图 2-20)。JSR内的 Ca2+浓
度约比肌质中高数千倍。JSR膜上有钙释放通道(Ca2+ release channel)或称 ryanodine受体
(ryanodine receptor，RYR)，与其相对的 T管膜或肌膜上有 L型钙通道(L-type Ca2+ channel)。
骨骼肌中 80％的 T管与其两侧的终池相接触而形成三联管结构(图 2-20)；心肌的 T管则主
要是与单独的终池相接触而形成二联管结构。在骨骼肌和心肌中，这些 JSR与 T管相接触
的部位是发生兴奋-收缩耦联的关键部位。
(三)横纹肌的收缩机制
目前公认的肌肉收缩机制是肌丝滑行理论(myofilament sliding theory)，其主要内容是：
横纹肌的肌原纤维是由粗、细两组与其走向平行的蛋白丝构成，肌肉的缩短和伸长均通过粗、
细肌丝在肌节内的相互滑动而发生，肌丝本身的长度不变。这一理论最直接的证据是，肌肉
收缩时暗带长度不变，只有明带发生缩短，同时 H带相应变窄。
1．肌丝的分子组成 粗肌丝主要由肌球蛋白(也称肌凝蛋白，myosin)分子构成。每个
肌球蛋白分子呈杆状，杆的一端有两个球形的头。每个分子由 6条肽链构成，包括一对重链
和两对轻链。肌球蛋白的杆状部分由两条重链的尾部相互缠绕形成，头部由两条重链的末端
分别结合一对轻链而构成。在粗肌丝中，肌球蛋白的杆状部分都朝向M线平行排列，形成
粗肌丝的主干；球形的头部连同与它相连的一小段称作“桥臂”的杆状部分，一起由肌丝中
向外伸出，形成横桥(cross-bridge)。每条粗肌丝上伸出的横桥约有 300~400个。横桥被激活
后向M线方向扭动，是肌丝滑行的动力。
细肌丝由 3种蛋白构成，即肌动蛋白(也称肌纤蛋白，actin)、原肌球蛋白(也称原肌凝蛋
白，tropomyosin)和肌钙蛋白(troponin)。它们在细肌丝中的比例为 7:1:1。肌动蛋白单体是球
形分子，它在肌丝中聚合成两条链并相互缠绕成螺旋状，构成细肌丝的主干。原肌球蛋白分
子呈长杆状，由两条肽链缠绕成双螺旋结构，其长度相当于肌动蛋白中连续 7个单体的总长
度。在细肌丝中，许多原肌球蛋白分子首尾相连而形成长链，沿肌动蛋白双螺旋的浅沟旁走
行，能阻止肌动蛋白分子与横桥头部结合，在肌肉收缩过程中起调节作用。每个原肌球蛋白
分子上还结合有另一个调节蛋白，即肌钙蛋白，后者由 3个亚单位组成，分别为肌钙蛋白
T(troponin T，TnT)、肌钙蛋白 I (troponin I，TnI)和肌钙蛋白 C(troponin C，TnC)。静息时，
TnT与 TnI分别与原肌球蛋白和肌动蛋白紧密相连，将原肌球蛋白保持在遮盖肌动蛋白上结
合位点的位置(图 2-21A)；TnC具有 Ca2+结合位点，每分子 TnC可结合 4个 Ca2+。胞质内
Ca2+浓度升高时将促进 TnC与 Ca2+结合，使肌钙蛋白发生构象变化，这种变构将导致 TnI
与肌动蛋白的结合减弱和原肌球蛋白分子向肌动蛋白双螺旋沟槽的深部移动，从而暴露出肌
动蛋白上的结合位点，引发横桥与肌动蛋白的结合(图 2-21B)和肌肉收缩。
2．肌肉收缩的过程 肌肉收缩的基本过程是在肌动蛋白与肌球蛋白的相互作用下将分
解 ATP释放的化学能转变为机械能的过程，能量转换发生在肌球蛋白头部与肌动蛋白之间。
其主要过程如图 2-22所示：①横桥具有 ATP酶活性，在舒张状态下，可将它结合的 ATP分
解，分解产生的部分能量用于竖起上次收缩时发生扭动的横桥，使横桥与细肌丝保持垂直的
方位，此时的横桥处于高势能状态，并对细肌丝中的肌动蛋白具有高亲和力；②当胞质内
Ca2+浓度升高时，由于 Ca2+与细肌丝中调节蛋白的作用(见上文)，使横桥与细肌丝中的肌
动蛋白结合；③它们的结合导致横桥构象改变，其头部向桥臂方向扭动 45。，产生所谓“棘
齿作用”(retched action)，拖动细肌丝向肌节中央滑行，从而将横桥储存的能量(来自 ATP分
解)转变为克服负荷的张力和(或)肌节长度的缩短，与此同时，横桥上的 ADP与无机磷酸被
解离；④在 ADP解离的位点，横桥结合 1个 ATP分子，横桥与 ATP的结合使它对肌动蛋
白的亲和力明显降低，并与之解离，同时还利用分解 ATP的部分能量使每瞬间处于结合状
态的横桥数目增加，横桥重新竖起(见步骤①)。上述横桥与肌动蛋白结合、扭动、复位的过
程称为横桥周期(cross bridge cycling)。横桥周期的长度为 20~200ms，其中横桥与肌动蛋白
结合的时间约占一半。
肌肉收缩的力学表现与横桥周期的运转模式有关。横桥头部与杆状部之间的桥臂具有弹
性，当肌肉在长度保持不变的条件下收缩时，横桥的扭动可使具有弹性的桥臂伸长，从而产
生张力。因而肌肉收缩时可通过桥臂的伸长产生张力，也可由于肌丝滑动而发生缩短(图
2-23)。横桥的扭动是不同步的，但在给定条件下，每一瞬间与肌动蛋白处于结合状态的横
桥的数量是相对恒定的。处于这种状态的每一个横桥都能产生一个很小的张力，而肌肉收缩
产生的张力就是这众多横桥产生张力的总和。据估算，至少要十亿个与肌动蛋白相结合的横
桥同时扭动。才能在肌肉产生 1mN的张力。任何干预因素如果能改变每瞬间与肌动蛋白结
合的横桥数量都可影响肌肉收缩的张力。例如，在肌肉收缩过程中遇到较大负荷时，可使每
一横桥周期中横桥与肌动蛋白结合的时间延长，从而使收缩的张力也随之增大。肌肉缩短的
速度或张力产生的速度则与横桥周期的长度有关，周期越短，横桥扭动的速度越快，肌肉收
缩的速度也越快。例如，在横桥 ATP酶活性提高时就会发生这种情况。由于每一个横桥周
期消耗 1分子 ATP，所以收缩速度较快的肌肉，其能量消耗的水平也较高。
(四)横纹肌的兴奋一收缩耦联
将肌细胞的电兴奋和机械收缩联系起来的中介机制，称为兴奋 -收缩耦联
(excitation-con-traction coupling)。上述肌肉收缩的过程表明，胞质内 Ca2+浓度升高和降低是
引起肌肉收缩和舒张过程的关键，而胞质内 Ca2+浓度的变化是一个涉及许多 Ca2+转运蛋白
活动的复杂过程。
1．横纹肌细胞的电活动 骨骼肌细胞的静息电位约-90mV，动作电位的形状与神经纤
维的相似，呈尖峰状，但持续时间较长，约 2~4ms。动作电位产生的机制也与神经纤维的相
似，升支由电压门控钠通道的激活和 Na+内流引起，降支则与钠通道的失活和 K+外流有关。
心肌细胞电活动的特征见第四章。
2．兴奋-收缩耦联的基本过程 当一个动作电位引起肌细胞发生一次收缩时，其兴奋一
收缩耦联的基本过程包括：①肌膜上的动作电位沿肌膜和 T管膜传播，同时激活 T管膜和
肌膜上的 L型钙通道；②激活的 L型钙通道通过变构作用(在骨骼肌)或内流的 Ca2+ (在心肌)
激活 JSR膜上的 ryanodine受体(RYR)，RYR是一种钙释放通道，它的激活使 JSR内的 Ca2+
释放入胞质，胞质内的 Ca2+浓度由静息时 0.1μmol/L的水平升高至 1~10μmol／L；③胞
质内 Ca2+浓度的升高促使 TnC与 Ca2+结合并引发肌肉收缩；④胞质内 Ca2+浓度升高的同
时，激活 LSR膜上的钙泵，钙泵将胞质中的 Ca2+回收入肌质网，遂使胞质中 Ca2+浓度降
低，肌肉舒张。
上述过程中，胞质内增加的 Ca2+绝大部分来自 SR内 Ca2+的释放。在心肌，由 SR释
放的 Ca2+占 80％~90％，经 L-型钙通道内流的 Ca2+占 10％~20％；在骨骼肌的一次单收缩
(twitch)中，胞质内增加的 Ca2+几乎 100％来自 SR释放。骨骼肌和心肌 SR释放 Ca2+的机
制也不同。在无 Ca2+溶液中，动作电位不能引起心肌细胞 SR释放 Ca2+和肌肉收缩，而骨
骼肌则不受影响。这是因为心肌细胞的兴奋-收缩耦联过程高度依赖于细胞外的 Ca2+。在心
肌，当去极化使 L型钙通道激活时，经通道内流的 Ca2+激活 JSR上的 RYR，再引起 JSR内
Ca2+的释放。经 L型钙通道内流的 Ca2+触发 SR释放 Ca”的过程，称为钙触发钙释放(calcium
induced Ca2+ release，CICR) (图 2-24A)。骨骼肌则与此不同，它在肌膜和 T管膜去极化时，
膜上的 L型钙通道被激活但并不开放，因为该通道完全开放需要几百毫秒，以至在动作电
位持续的几毫秒期间，几乎没有 Ca2+流入。L型钙通道激活时的构象变化直接触发 JSR膜
上 RYR的开放和 Ca2+的释放(图 2-24B)。L型钙通道在引起骨骼肌 SR释放 Ca2+的过程中，
是作为一个对电位变化敏感的信号转导分子，而不是作为离子通道来发挥作用的。
在骨骼肌舒张的过程中，胞质中升高的 Ca2+几乎全部被肌质网膜上的钙泵回收；而在
心肌，则大部分 Ca2+被纵行肌质网(LSR)上的钙泵回收，另外 10％~20％需经 Na+-Ca2+交
换体和肌膜上的钙泵排出胞外。
(五)影响横纹肌收缩效能的因素
肌肉收缩效能(performance of contraction)表现为收缩时所产生的张力的大小、肌肉缩短
的程度，以及产生张力或肌肉缩短的速度。根据肌肉收缩的外部表现，收缩可分为两种形式，
即等长收缩(isometric contraction)和等张收缩(isotonic contraction)，前者表现为收缩时肌肉只
有张力的增加而长度保持不变；后者表现为收缩时只发生肌肉缩短而张力保持不变。横纹肌
的收缩效能决定于肌肉收缩前或收缩时所承受的负荷、肌肉自身的收缩能力和总和效应等因
素。
1．前负荷 肌肉在收缩前所承受的负荷，称为前负荷(preload)。前负荷决定了肌肉
在收缩前的长度，即肌肉的初长度(initial length)。在生理学实验中，肌肉的前负荷也可
用初长度来表示。在等长收缩条件下，测定不同初长度时肌肉主动收缩产生的张力，可得
到主动张力与肌肉长度的关系曲线(图 2-25A)。肌肉的长度一张力关系曲线表明，肌肉
收缩存在一个最适初长度(optimal initial length)，在此初长度下收缩，可产生最大的主动
张力；大于或小于此初长度，肌肉收缩产生的张力都将下降。肌肉长度一张力关系曲线的
这一特点与肌节长度的变化有关。从图 2-25B可见，最适肌节长度应为 2.0~2.2μm。由于
整个肌肉的初长度决定了收缩前肌肉中每个肌节的长度和肌丝间的相互关系，因此能维持
最适肌节长度的肌肉初长度，就是肌肉的最适初长度，亦即最适前负荷。
2．后负荷 肌肉在收缩过程中所承受的负荷，称为后负荷(afterload)。在等张收缩的
条件下，测定不同后负荷时肌肉收缩产生的张力和缩短的速度，可得到图 2-26A所示的张
力-速度曲线。该曲线表明，随着后负荷的增加，收缩张力增加而缩短速度减小。当后负荷
增加到使肌肉不能缩短时，肌肉可产生最大等长收缩张力(P0)；当负荷在理论上为零时，肌
肉缩短可达最大缩短速度(Vmax)。肌肉收缩的张力-速度关系可通过负荷对横桥周期的影响
予以说明(图 2-26B)。
3．肌肉收缩能力 肌肉收缩能力(contractility)是指与负荷无关的决定肌肉收缩效能的
肌肉本身的内在特性。显然，肌肉收缩能力提高时，收缩时产生的张力的大小、肌肉缩短的
程度，以及产生张力或肌肉缩短的速度均将提高，表现为长度-张力曲线上移和张力-速度曲
线向右上方移动；肌肉收缩能力降低时则发生相反的改变。肌肉这种内在的收缩特性与多种
因素有关，如兴奋-收缩耦联过程中胞质内 Ca2+浓度的变化、肌球蛋白的 ATP酶活性、细胞
内各种功能蛋白及其亚型的表达水平等。许多神经递质、体液因子、病理因素和药物，都可
通过上述途径来调节和影响肌肉收缩能力，特别是对心肌，肌肉收缩能力的改变具有重要的
生理意义(见第四章)。
4．收缩的总和 通过收缩的总和(summation)，骨骼肌可快速调节其收缩强度，而心
肌则不会发生收缩总和(见第四章)。由于在体的骨骼肌的收缩是受神经控制的，故收缩的总
和是在中枢神经系统调节下完成的。它有两种形式，即运动单位数量的总和与频率效应的总
和。
一个脊髓前角运动神经元及其轴突分支所支配的全部肌纤维，称为一个运动单位(motor
unit) (详见第十章)。运动单位的大小差别很大，不同运动单位所包含的肌纤维数可以从几
根至几千根，而收缩时产生的张力可相差 50倍以上。弱收缩时，仅有少量的和较小的运动
单位发生收缩；随着收缩的加强，可有越来越多和越来越大的运动单位参加收缩，产生的张
力也随之增加；舒张时，停止放电和收缩的首先是最大的运动单位，最后才是最小的运动单
位。骨骼肌这种调节收缩强度的方式称为大小原则(size principle)。显然，张力较小时，被调
节的运动单位也较小，如此，可使调节较为精细。
运动神经元发放冲动的频率同样会影响骨骼肌的收缩形式和收缩强度。当骨骼肌受到一次短
促刺激时，可发生一次动作电位，随后出现一次收缩和舒张，这种形式的收缩称为单收缩(图
2-27A)。在一次单收缩中，动作电位时程(相当于绝对不应期)仅 2~4ms，而收缩过程可达几
十甚至几百毫秒，因而骨骼肌有可能在机械收缩过程中接受新的刺激并发生新的兴奋和收
缩。新的收缩过程可与上次尚未结束的收缩过程发生总和。当骨骼肌受到频率较高的连续刺
激时，可出现以这种总和过程为基础的强直收缩(tetanus) (图 2-27B)。如果刺激频率相对较
低，总和过程发生于前一次收缩过程的舒张期，将出现不完全性强直收缩；如提高刺激频率，
使总和过程发生在前一次收缩过程的收缩期，就会出现完全性强直收缩。通常所说的强直收
缩是指完全性强直收缩。在等长收缩条件下，强直收缩产生的张力可达单收缩的 3~4倍。这
是由于单收缩时胞质内 Ca2+浓度升高的持续时间太短，以致被活化的收缩蛋白尚未产生最
大张力时，胞质 Ca2+浓度就已开始下降。强直收缩时，肌细胞连续兴奋，使细胞内 Ca2+
浓度持续升高，因此收缩张力可达到一个稳定的最大值(图 2-27B)。
在生理条件下，支配骨骼肌的传出神经总是发出连续的冲动，所以骨骼肌的收缩都是强
直收缩。即使在静息状态下，中枢神经也经常发放低频率的神经冲动至骨骼肌，使之产生一
定程度的强直收缩，这种微弱而持续的收缩称为肌紧张(详见第十章)。
二、平滑肌
平滑肌细胞是气道、消化道、血管、泌尿生殖器等器官的主要构成成分。它收缩时产生
张力和缩短为这些器官的运动提供动力；它还可产生持续性或紧张性的收缩，以对抗外加的
负荷，保持器官的形状和功能。平滑肌在细胞结构和收缩机制方面与横纹肌有许多不同之处。
(一)平滑肌的微细结构
平滑肌细胞呈细长的纺锤形，长 40~60μm，中间部的最大直径为 2~10μm，细胞内充满肌
丝。与横纹肌不同的是，细肌丝的数量明显多于粗肌丝，二者之比高达 10:1~15:1(横纹肌为
2:1)，且没有肌节结构，因而亦无横纹，但粗、细肌丝仍保持互相平行和有序的排列。如图
2-28A所示，平滑肌细胞内没有 Z盘，与之功能相似的结构是致密体(dense body)和附着于
细胞膜上的致密斑，它们是细肌丝的附着点和传递张力的结构。平滑肌内还有一种直径介于
粗、细肌丝之间的中间丝，它把致密体和致密斑连接起来，形成细胞的结构网架。细胞间有
两种连接结构，一是机械连接结构，称为致密带；二是电耦联结构，即缝隙连接。粗肌丝的
结构与横纹肌也有所不同，它在不同方位上伸出的横桥的方向是相反的，这使得粗、细肌丝
的滑动范围可以伸延到细肌丝全长(图 2-28B)，因而具有较大的舒缩范围。
平滑肌的肌膜没有向内凹人的横管，而是形成一些纵向走行的袋状凹入，以增加肌膜的
表面积。横管系统的缺乏使肌膜上传播的动作电位不能迅速到达细胞深部，这可能也是平滑
肌收缩缓慢的原因之一。平滑肌细胞的肌质网(SR)不发达，但在 SR膜上存在两种钙释放通
道，即对三磷酸肌醇敏感的 IP3受体和对 Ca2+敏感的 ryanodine受体(RYR)。
(二)平滑肌的分类
根据兴奋传导的特征，通常将平滑肌分为单个单位平滑肌(single-unit smooth muscle)和
多单位平滑肌(multi-unit smooth muscle)两类。单个单位平滑肌也称内脏平滑肌(visceral
smooth muscle)，包括小血管、消化道、输尿管和子宫的平滑肌，其功能活动的形式类似于
合胞体，即肌肉中所有的肌纤维作为一个单位对刺激发生反应。这是由于肌细胞间存在大量
缝隙连接，电活动可由一个肌细胞直接传播到其他肌细胞。这类平滑肌中有少数细胞具有自
动节律性或称自律性(autorhythmicity)，可成为起步点(pacemaker)，带动整个肌肉的电活动和
机械活动。
多单位平滑肌主要包括睫状肌、虹膜肌、竖毛肌以及气道和大血管的平滑肌。肌细胞之
间很少缝隙连接，因此每个肌细胞的活动都是彼此独立的。这类平滑肌一般没有自律性，肌
细胞的收缩活动受支配它们的自主神经的控制，收缩强度取决于被激活的肌纤维数目和神经
冲动的频率。
(三)平滑肌的电活动
平滑肌的静息电位在-50~-60mV之间，这是由于平滑肌肌膜对 Na+的通透性相对较高所
致(见前文)。在单个单位平滑肌，静息电位可出现缓慢的自发的波动，称为慢波(见第六章)。
平滑肌动作电位的去极相是由 Ca2+和 Na+内流形成的，两种离子各自的作用与肌肉的类型
和部位有关。例如，肠管和输精管平滑肌主要依赖于 Ca2+内流，而膀胱和输尿管平滑肌则
以 Na+内流为主。动作电位的复极相依赖于 K+外流。动作电位的时程为 10~50ms，为骨骼
肌的 5~10倍。
(四)平滑肌的收缩机制
1．胞质内钙浓度的调控 平滑肌的收缩蛋白也是由胞内 Ca2+浓度升高激活的。但与骨
骼肌和心肌不同的是，平滑肌细胞可在不产生动作电位的情况下接受化学信号而诱发胞内
Ca2+浓度升高。这一途径也称为药物-机械耦联(pharmacomechanical coupling)。化学信号可
经 G蛋白耦联受体-磷脂酶 C途径生成 IP3，IP3作用于 SR上的 IP3R，IP3R是 SR膜上与
RYR结构相似的钙释放通道，结合 IP3后通道开放，引发 SR Ca2+释放和胞内游离 Ca2+升
高。例如，去甲肾上腺素就可经此途径刺激血管平滑肌收缩。
平滑肌细胞也可在化学信号或牵张刺激作用下产生动作电位，通过兴奋-收缩耦联的途径升
高胞内 Ca2+浓度并引起肌肉收缩。这一途径也称为电-机械耦联(electromechanical coupling)。
由于平滑肌的肌质网不发达，所以经此途径增加的胞质内 Ca2+主要来自从肌膜上电压门控
通道或机械门控通道流入的 Ca2+，另一部分则来自肌质网 RYR释放的 Ca2+。
胞质内 Ca2+浓度的下降是通过 SR钙泵将 Ca2+回收到 SR，以及肌膜的 Na+-Ca2+交换体和
钙泵把 Ca2+转运至胞外完成的。与横纹肌相比，这一过程相对缓慢，这也是平滑肌舒张缓
慢的一个原因。
2．平滑肌的收缩机制 横纹肌细胞的收缩是由 Ca2+与细肌丝上肌钙蛋白结合而引发的。
但平滑肌细胞的细肌丝中不含肌钙蛋白，只有肌动蛋白(构成细肌丝主干)和原肌球蛋白，
Ca2+触发收缩的作用位点主要在粗肌丝。平滑肌的粗肌丝也主要由肌球蛋白所构成，但横
桥头部的 ATP酶活性很低，ATP酶的激活是通过对头部一对轻链的磷酸化而实现的。在多
数平滑肌，磷酸化过程如图 2-29所示：胞内游离 Ca2+浓度增加时，Ca2+首先结合于钙调蛋
白(CaM)，Ca2+与 CaM的复合物进一步结合并激活胞质内的肌球蛋白轻链激酶(myosin light
chain kinase，MLCK)，活化的 MLCK可使横桥中一对 20KD 的肌球蛋白轻链(myosin light
chain，MLC)磷酸化。平滑肌粗肌丝的横桥是受磷酸化调节的，MLC的磷酸化使横桥 ATP
酶活性提高，并引发肌丝滑行和肌肉收缩。胞内 Ca2+浓度降低后，MLCK失活，磷酸化的
MLC在胞质内肌球蛋白轻链磷酸酶(myosin light chain phosphatase MLCP)的作用下脱磷酸，
导致肌肉舒张。此外，在部分平滑肌，MLC磷酸化的过程更为复杂。
(五)平滑肌活动的神经调控
大多数平滑肌接受自主神经的支配，除小动脉平滑肌只接受交感神经一种纤维的支配外，其
他器官的平滑肌都接受交感和副交感神经的双重支配。支配平滑肌的神经纤维在进入肌组织
后多次分支，分支上形成许多念珠样的曲张体，是递质释放的部位。神经兴奋以非突触性化
学传递的方式传递至平滑肌细胞(见第十章)。由于内脏平滑肌具有自律性活动。外源性的神
经冲动并不是发动肌肉收缩的必要条件，而是起调节兴奋性和影响收缩强度与频率的作用。
多单位平滑肌一般没有自律性，收缩活动受支配它们的自主神经的控制，收缩强度取决于被
激活的肌纤维数目和神经冲动的频率。
(吴博威)
第第三章 血 液
血液 (blood)是由血浆和血细胞组成的流体组织，在心血管系统内循环流动，起着运输物质
的作用。因此，运输是血液的基本功能。血液将从肺获取的氧和从肠道吸收的营养物质运送
到各器官、细胞，将内分泌腺产生的激素运输到相应的靶细胞；另一方面，血液又将细胞代
谢产生的 CO2运送到肺，将其他代谢终产物运送到肾脏等排泄器官而排出体外。血液又具
有缓冲功能，它含有多种缓冲物质，可缓冲进入血液的酸性或碱性物质引起的血浆 pH变化。
血液中的水分有较高的比热，有利于体温的相对恒定。因此，血液在维持机体内环境稳态中
起着非常重要的作用。此外，血液还具有重要的防御和保护的功能。参与机体的生理性止血、
抵抗细菌和病毒等微生物引起的感染和各种免疫反应。当血液总量或组织、器官的血流量不
足时，可造成组织损伤，严重时甚至危及生命。很多疾病可导致血液的成分或性质发生特征
性的变化，故临床血液检查在医学诊断上有重要的价值。
第一节 血液的组成和理化特性
一、血液的组成
血液由血浆 (plasma)和悬浮于其中的血细胞 (blood cells)组成。
(一)血浆
血浆的基本成分为晶体物质溶液，包括水和溶解于其中的多种电解质、小分子有机化合物和
一些气体。由于这些溶质和水都很容易透过毛细血管壁与组织液中的物质进行交换，所以血
浆中电解质的含量与组织液的基本相同 (表 3-1)。临床检测循环血浆中各种电解质的浓度可
大致反映组织液中这些物质的浓度。
血浆的另一成分是血浆蛋白 (plasma proteins)。血浆蛋白是血浆中多种蛋白的总称。从
表 3-1中可以看出，血浆与组织液的主要差别是后者蛋白含量甚少。用盐析法可将血浆蛋白
分为白蛋白、球蛋白和纤维蛋白原三类；用电泳法又可进一步将球蛋白区分为α1-、α2-、
β-和γ-球蛋白等。正常成年人血浆蛋白含量为 65-85g/L，其中白蛋白为 40~48g/L，球蛋白
为 15~30g/L。除γ-球蛋白来自浆细胞外，白蛋白和大多数球蛋白主要由肝脏产生。肝病时
常引起血浆白蛋白/球蛋白的比值下降。血浆蛋白的主要功能是：①形成血浆胶体渗透压，
可保持部分水于血管内；②与甲状腺激素、肾上腺皮质激素、性激素等结合，使血浆中的这
些激素不会很快地经肾脏排出，从而维持这些激素在血浆中相对较长的半衰期；③作为载体
运输脂质、离子、维生素、代谢废物以及一些异物 (包括药物)等低分子物质；④参与血液
凝固、抗凝和纤溶等生理过程；⑤抵御病原微生物 (如病毒、细菌、真菌等)的入侵；⑥营
养功能。
(二)血细胞
血细胞可分为红细胞 (erythrocyte，或 red blood cell，RBC)、白细胞 (1eukocyte，或
white blood cell，WBC)和血小板 (platelet，或 thrombocyte)三类，其中红细胞的数量最多，
约占血细胞总数的 99％，白细胞最少。若将一定量的血液与抗凝剂混匀，置于比容管中，
以每分钟 3000转的速度离心 30min，由于比重的不同，血细胞将与血浆分开，比容管中上
层的淡黄色液体为血浆，下层深红色，为红细胞，二者之间有一薄层白色不透明的白细胞和
血小板。血细胞在血液中所占的容积百分比称为血细胞比容 (hematocrit)。正常成年男性的
血细胞比容为 40％~50％，成年女性为 37％~48％。由于血液中自细胞和血小板仅占总容积
的 0.15％~1％，故血细胞比容可反映血液中红细胞的相对浓度。贫血患者血细胞比容降低。
由于红细胞在血管系统中的分布不均匀，大血管中血液的血细胞比容略高于微血管。
二、血量
血量 (blood volume)是指全身血液的总量。全身血液的大部分在心血管系统中快速循
环流动，称为循环血量，小部分血液滞留在肝、肺、腹腔静脉和皮下静脉丛内，流动很慢，
称为储存血量。在运动或大出血等情况下，储存血量可被动员释放出来，以补充循环血量。
正常成年人的血液总量相当于体重的 7％~8％，即每公斤体重有 70~80ml血液。因此，体重
为 60公斤的人，血量为 4.2~4.8L。
血浆量和红细胞量均可按稀释原理分别进行测定。例如，静脉注射一定量不易透出血管
的染料 T-1824 (因为它能与血浆蛋白迅速结合，因而可滞留于血管中)或 131I标记的血浆蛋
白，待它们与体内的血浆混匀后，再抽血测定血浆中 T-1824或 131I的稀释倍数，即可计算
出血浆量。由于标记的血浆白蛋白可逸出血管，因而测出的血浆量会偏高。同理，静脉注射
一定量用 51Cr或 32P标记的红细胞，等待一定时间，使它们与体内的红细胞混匀，然后抽
血测定标记红细胞的稀释倍数，即可计算出红细胞的总容积。一般可先测出红细胞总容积，
再按红细胞在血液中所占容积的百分比来推算血液总量，即
血量=红细胞总容积/血细胞比容 (3-1)
血量=血浆量/ (1-血细胞比容) (3-2)
正常情况下，由于神经、体液的调节作用，体内血量保持相对恒定。血量的相对恒定
是维持正常血压和各组织、器官正常血液供应的必要条件。
三、血液的理化特性
(一)血液的比重
正常人全血的比重为 1.050~1.060。血液中红细胞数量越多，全血比重就越大。血浆
的比重为 1.025~1.030，其高低主要取决于血浆蛋白的含量。红细胞的比重为 1.090~1.092，
与红细胞内血红蛋白的含量呈正相关关系。利用红细胞和血浆比重的差异，可进行血细胞比
容和红细胞沉降率的测定，以及红细胞与血浆的分离。
(二)血液的粘度
液体的粘度 (viscosity)来源于液体内部分子或颗粒问的摩擦，即内摩擦。如果以水的
粘度为 1，则全血的相对粘度为 4~5，血浆的相对粘度为 1.6~2.4 (温度为 37℃时)。当温度不
变时，全觑的粘度主要决定于血细胞比容的高低，血浆的粘度主要决定于血浆蛋白的含量。
全血的粘度还受血流切率的影响 (见第四章)。水、酒精、血浆等液体的粘度不随切率的改
变而变化，称为牛顿液体 (Newtonian fluid)。全血为非牛顿液体，其粘度与切率呈反变关系，
即在低切率条件下，血液的粘度增大。血液的粘度是形成血流阻力的重要因素之一。当某些
疾病使微循环处的血流速度显著减慢时，红细胞可发生叠连和聚集，血液粘度升高，使血流
阻力明显增大，从而影响微循环的正常灌注。
(三)血浆渗透压
溶液渗透压 (osmotic pressure)的高低取决于溶液中溶质颗粒 (分子或离子)数目的多
少，而与溶质的种类和颗粒的大小无关。血浆渗透浓度约为 300mmol/L，即 300mOsm/
(kg?H2O)，相当于 770kPa或 5 790mmHg血浆的渗透压主要来自溶解于其中的晶体物质。
由晶体物质所形成的渗透压称为晶体渗透压 (crystal osmotic pressure)，它的 80％来自 Na+
和 Cl-。血浆中虽含有多量蛋白质，但因蛋白质的分子量大，分子数量少，所形成的渗透压
小，一般为 1.3mOsm/ (kg?H2O)，约相当于 3.3kPa或 25mmHg，由蛋白质所形成的渗透压称
为胶体渗透压 (colloid osmotic pressure)。在血浆蛋白中，白蛋白的分子量小，其分子数量远
多于球蛋白，故血浆胶体渗透压的 75％~80％来自白蛋白。若血浆中白蛋白的数量减少，即
使其他蛋白增加而保持血浆蛋白总量不变，血浆胶体渗透压也将明显降低。
水和晶体物质可自由通过毛细血管壁，血浆与组织液中晶体物质的浓度几乎相等，它
们所形成的晶体渗透压也基本相等。细胞外液中的晶体物质大部分不易通过细胞膜，而且细
胞外液的晶体渗透压保持相对稳定，这对保持细胞内、外水的平衡和细胞的正常体积极为重
要。血浆蛋白不易通过毛细血管壁，所以虽然血浆胶体渗透压较低，但在调节血管内、外水
的平衡和维持正常的血浆容量中起重要的作用。
在临床上和生理实验中所使用的各种溶液，其渗透压与血浆渗透压相等，称为等渗溶
液 (iso-osmotic solution)，渗透压高于或低于血浆渗透压的溶液称为高渗或低渗溶液。浓度
为 0.85％的：NaCl溶液为等渗溶液，红细胞悬浮于其中可保持正常形态和大小。须指出的
是，并非每种物质的等渗溶液都能使悬浮于其中的红细胞保持其正常形态和大小，如 1.9％
的尿素溶液虽然与血浆等渗，但红细胞置于其中后，立即发生溶血。这是因为尿素分子可自
由通过红细胞膜，并依其浓度梯度进入红细胞，导致红细胞内渗透压增高，水进入细胞，结
果使红细胞肿胀破裂而发生溶血；NaCl却不易通过红细胞膜，因而不会发生上述现象。一
般把能够使悬浮于其中的红细胞保持正常形态和大小的溶液称为等张溶液 (isotonic
solution)。实际上，等张溶液是由不能自由通过细胞膜的溶质所形成的等渗溶液。因此，0.85
％NaCl溶液既是等渗溶液，也是等张溶液；1.9％尿素虽是等渗溶液，却不是等张溶液。
(四)血浆 pH值
正常人血浆 pH值为 7.35~7.45。血浆 pH值的相对恒定有赖于血液内的缓冲物质，以
及肺和肾的正常功能。血浆内的缓冲物质主要包括 NaHCO3/H2CO3、蛋白质钠盐／蛋白质
和 Na2HPO4/NaH2PO4三个缓冲对，其中最重要的是 NaHCO3/H2CO3。此外，红细胞内还
有血红蛋白钾盐／血红蛋白、氧合血红蛋白钾盐/氧合血红蛋白、K2HPO4/KH2PO4、
KHCO3/H2CO3，等缓冲对，参与维持血浆 pH值的恒定。当酸性或碱性物质进入血液时，
血浆中的缓冲物质可有效地减轻酸性或碱性物质对血浆 pH值的影响，特别是肺和肾在保‘持
其正常功能，能排出体内过多的酸或碱的情况下，血浆 pH值的波动范围就很小。
第二节 血细胞生理
一、血细胞生成的部位和一般过程
成人的各种血细胞均发源于骨髓。由于骨髓腔大约在妊娠第 5个月才形成，因此胚胎
早期造血是在其他部位进行，使得在个体发育过程中造血中心发生一系列的变迁。胚胎发育
早期是卵黄囊造血；从胚胎第二个月开始，由肝、脾造血；胚胎发育到第四个月以后，肝、
脾的造血活动逐渐减少，骨髓开始造血并逐渐增强。出生时，几乎完全依靠骨髓造血，此时
的骨髓腔完全被造血细胞充满。在婴幼儿期，由于缺乏造血功能的储备，在造血需要增加时，
肝、脾的造血功能可被重新激活而参与造血以补充骨髓功能的不足，此时的骨髓外造血具有
代偿作用。儿童 4岁后，骨髓腔的增长速度超过造血细胞增加的速度，脂肪细胞进入骨髓，
逐步填充多余的骨髓腔。到 18岁左右时，虽然只有脊椎骨、髂骨、肋骨、胸骨、颅骨和长
骨近端骨骺处才有造血骨髓，但已足以进行正常造血。成人如果出现骨髓外造血，已无代偿
意义，而是造血功能紊乱的表现。
各类血细胞均起源于造血干细胞。造血 (hemopoiesis)过程也就是各类造血细胞发育
和成熟的过程。根据造血细胞的功能与形态特征，一般把造血过程分为造血干细胞
(hemopoietic stem cells)、定向祖细胞 (committed progenitors)和形态可辨认的前体细胞
(precursors)三个阶段。造血干细胞具有自我复制 (self renewal)和多向分化的能力。通过自我
复制可保持自身细胞数量的稳定；通过多向分化则可形成各系定向祖细胞。此外，造血干细
胞大多处于细胞周期之外，也即处于不进行细胞分裂的相对静止状态 (G0期)。一旦机体需
要，可以有更多的造血干细胞从 G0期进入细胞周期。因此，造血干细胞具有很强的增殖潜
能。发育到定向祖细胞的阶段时，已经限定进一步分化的方向。将各系列的定向祖细胞在体
外培养时，可形成相应血细胞的集落，即集落形成单位 (colony forming unit，CFU)。形成
红细胞集落的定向祖细胞称为红系定向祖细胞 (CFU-E)，同理，定向祖细胞还有粒-单核系
祖细胞 (CFU-GM)、巨核系祖细胞 (CFU-MK)和 TB淋巴系祖细胞 (CFU-TB)。在前体细胞
阶段，造血细胞已发育成为形态学上可辨认的各系幼稚细胞，这些细胞进一步分化成熟，便
成为具有特殊功能的各类终末血细胞，然后有规律地释放入血液循环 (图 3-1)。由于造血干
细胞主要存在于骨髓，临床上可抽取正常人的骨髓，给造血或免疫功能低下的病人进行骨髓
造血干细胞移植 (又称骨髓移植)，可在受者重建造血和免疫功能。
在正常情况下，骨髓也可释放少量造血干细胞进入外周血液中，但外周血液中造血干
细胞的数量只有骨髓浓度的 1％左右。若采用适当的方法将骨髓中造血干细胞动员释放到外
周血，可使外周血中造血干细胞的含量提高数十倍甚至百倍，此时在外周血中可获得足够数
量的造血干细胞进行外周血干细胞移植。在进行造血干细胞移植时，造血干细胞的定居、增
殖、分化仅局限于造血组织，这表明造血的发生需要适宜的造血微环境。造血微环境
(hemopoietic microenvironment)是指造血干细胞定居、存活、增殖、分化和成熟的场所 (T淋
巴细胞在胸腺中成熟)，包括造血器官中的基质细胞、基质细胞分泌的细胞外基质和各种造
血调节因子，以及进入造血器官的神经和血管，在血细胞生成的全过程中起调控、诱导和支
持的作用。
机体受到某些物理因素 (γ射线、X射线)、化学因素 (如氯霉素、苯等)和生物因素 (如
病毒)等损害，造血干细胞可发生质的异常和量的减少，或造血微环境的缺陷可引起再生障
碍性贫血。
二、红细胞生理
(一)红细胞的数量和形态
红细胞是血液中数量最多的血细胞。一般用 1L血液中红细胞的个数来表示红细胞的数
量。我国成年男性红细胞的数量为 (4.0-5.5)×1012/L，女性为 (3.5-5.0)×1012/L。红细胞内
的蛋白质主要是血红蛋白 (hemoglobin，Hb)。我国成年男性血红蛋白浓度为 120~160g/L，
成年女性为 110~150g/L。正常人的红细胞数量和血红蛋白浓度不仅有性别差异，还可因年
龄、生活环境和机体功能状态不同而有差异。例如，儿童低于成年人 (但新生儿高于成年人)；
高原居民高于平原居民；妊娠后期因血浆量增多而致红细胞数量和血红蛋白浓度相对减少。
若血液中红细胞数量、血红蛋白浓度低于正常，则称为贫血 (anemia)。
正常的成熟红细胞无核，呈双凹圆碟形，直径为 7~8μm，周边最厚处的厚度为 2.5
μm，中央最薄处约为 1μm。红细胞保持正常双凹圆碟形需消耗能量。成熟的红细胞无线
粒体，糖酵解是其获得能量的唯一途径。红细胞从血浆摄取葡萄糖，通过糖酵解产生 ATP，
维持细胞膜上钠泵的活动，以保持红细胞内外 Na+、K+的正常分布、细胞容积和双凹圆碟
状的形态。
(二)红细胞的生理特征与功能
1．红细胞的生理特征 红细胞具有可塑变形性、悬浮稳定性和渗透脆性等生理特征，
这些特征都与红细胞的双凹圆碟形有关。
(1)可塑变形性：正常红细胞在外力作用下具有变形的能力。红细胞的这种特性称为
可塑变形性 (plastic deformarion)。外力撤销后，变形的红细胞又可恢复其正常的双凹圆碟形。
红细胞在全身血管中循环运行时，须经过变形才能通过口径比它小的毛细血管和血窦孔隙
(图 3-2)。可塑变形性是红细胞生存所需的最重要的特性。红细胞的变形性取决于红细胞的
几何形状、红细胞内的粘度和红细胞膜的弹性，其中红细胞正常的双凹圆碟形的几何形状最
为重要。正常成人红细胞的体积约为 90μm3，表面积约为 140μm2。若红细胞为等体积的
球形，则其表面积仅 100μm2。因此，正常的双凹圆碟形使红细胞具有较大的表面积与体积
之比，这使得红细胞在受到外力时易于发生变形。如果红细胞成为球形，则其表面积与体积
之比降低，变形能力就减弱。此外，当红细胞内的粘度增大或红细胞膜的弹性降低时，也会
使红细胞的变形能力降低。血红蛋白发生变性或细胞内血红蛋白浓度过高时，可因红细胞内
粘度增高而降低红细胞的变形性。
(2)悬浮稳定性：将盛有抗凝血的血沉管垂直静置，尽管红细胞的比重大于血浆，但
正常时红细胞下沉缓慢，表明红细胞能相对稳定地悬浮于血浆中，红细胞的这一特性称为悬
浮稳定性 (suspension stability)。通常以红细胞在第一小时末下沉的距离来表示红细胞的沉降
速度，称为红细胞沉降率 (erythrocyte sedimentation rate，ESR)。正常成年男性红细胞沉降
率为 0~15mm/h，成年女性为 0~20mm/h。沉降率愈快，表示红细胞的悬浮稳定性愈小。
红细胞能相对稳定地悬浮于血浆中，是由于红细胞与血浆之间的摩擦阻碍了红细胞的
下沉。双凹圆碟形的红细胞具有较大的表面积与体积之比，所产生的摩擦较大，故红细胞下
沉缓慢。在某些疾病 (如活动性肺结核、风湿热等)，红细胞彼此能较快地以凹面相贴，称
为红细胞叠连 (rouleaux formation)。发生叠连后，红细胞团块的总表面积与总体积之比减小，
摩擦力相对减小而红细胞沉降率加快。决定红细胞叠连快慢的因素不在于红细胞本身，而在
于血浆成分的变化。若将正常人的红细胞置于红细胞沉降率快者的血浆中，红细胞也会较快
发生叠连而沉降率加速，而将红细胞沉降率快者的红细胞置于正常人的血浆中，则沉降率正
常。通常血浆中纤维蛋白原、球蛋白和胆固醇的含量增高时，可加速红细胞叠连和沉降率；
血浆中白蛋白、卵磷脂的含量增多时则可抑制叠连发生，使沉降率减慢。
(3)渗透脆性：红细胞在低渗盐溶液中发生膨胀破裂的特性称为红细胞渗透脆性
(osmotic fragility)，简称脆性。红细胞在等渗的 0.85％NaCl溶液中可保持其正常形态和大小。
若将红细胞悬浮于一系列浓度递减的低渗 NaCl溶液中，水将在渗透压差的作用下渗透入细
胞，于是红细胞由正常双凹圆碟形逐渐胀大，成为球形；当 NaCl浓度降至 0.42％时，部分
红细胞开始破裂而发生溶血；当 NaCl浓度降至 0.35％时，则全部红细胞发生溶血。这一现
象表明红细胞对低渗盐溶液具有一定的抵抗力，且同一个体的红细胞对低渗盐溶液的抵抗力
并不相同。生理情况下，衰老红细胞对低渗盐溶液的抵抗力低，即脆性高；而初成熟的红细
胞的抵抗力高，即脆性低。有些疾病可影响红细胞的脆性，如遗传性球形红细胞增多症患者
的红细胞脆性变大。故测定红细胞的渗透脆性有助于一些疾病的临床诊断。
2．红细胞的功能 红细胞的主要功能是运输氧和 CO2。血液中 98.5％的氧是与血红
蛋白结合成氧合血红蛋白的形式存在的。红细胞运输的氧约为溶解于血浆中氧的 65倍。血
液中的 CO2主要以碳酸氢盐和氨基甲酰血红蛋白的形式存在，分别占 CO2运输总量的 88
％和 7％。红细胞内含有丰富的碳酸酐酶，在它的催化下，CO2迅速与王 H2O反应生成碳
酸，后者再解离为 H2CO3和 H+。在红细胞的参与下，血液运输 CO2的能力可提高 18倍。
双凹圆碟形使红细胞具有较大的气体交换面积，由细胞中心到大部分表面的距离都很短，故
有利于细胞内、外氧和 CO2的交换。红细胞运输氧的功能是靠细胞内的血红蛋白来实现的，
一旦红细胞破裂，血红蛋白逸出到血浆中，即丧失其运输氧的功能。此外，红细胞内含有多
种缓冲对，对血液中的酸、碱物质有一定的缓冲作用。红细胞表面还具有 I型补体的受体
(CR1)，可与抗原-抗体-补体免疫复合物结合，促进巨噬细胞对抗原-抗体-补体免疫复合物的
吞噬，防止抗原-抗体-补体免疫复合物沉积于组织内而引起免疫性疾病，因而具有免疫功能。
(三)红细胞的生成和调节
在成年人，骨髓是生成红细胞的唯一场所。红骨髓内的造血干细胞首先分化成为红系
定向祖细胞，再经过原红细胞、早幼红细胞、中幼红细胞、晚幼红细胞和网织红细胞的阶段，
成为成熟的红细胞。从原红细胞到中幼红细胞阶段，经历 3~5次有丝分裂，每次有丝分裂约
持续一天。一个原红细胞可产生 8~32个晚幼红细胞。晚幼红细胞不再分裂，细胞内血红蛋
白的含量已达到正常水平，细胞核逐渐消失，成为网织红细胞。网织红细胞在骨髓中停留 2
天左右。因此，由原红细胞发育至网织红细胞并释放入血，约历时 6~7天。
1．红细胞生成所需物质 在红细胞生成的过程中，需要有足够的蛋白质、铁、叶酸
和维生素 B12的供应。蛋白质和铁是合成血红蛋白的重要原料，而叶酸和维生素 B12：是
红细胞成熟所必需的物质。此外，红细胞生成还需要氨基酸、维生素 B12、维生素 B2、维
生素 C、维生素 E和微量元素铜、锰、钻、锌等。由于红细胞可优先利用体内的氨基酸来合
成血红蛋白，故单纯因缺乏蛋白质而发生贫血者较为罕见。
(1)铁：铁是合成血红蛋白的必需原料。正常成年人体内共有铁 3~4g，其中约 67％
存在于血红蛋白中。血红蛋白的合成从原红细胞开始，持续到网织红细胞阶段。成人每天需
要 20~30mg的铁用于红细胞生成，但每天仅需从食物中吸收 1mg以补充排泄的铁，其余 95
％来自于体内铁的再利用。衰老的红细胞被巨噬细胞吞噬后，血红蛋白分解所释放的铁可再
利用于血红蛋白的合成。进入血液的铁通过与转铁蛋白 (transferrin)结合而被运送到幼红细
胞。当铁的摄入不足或吸收障碍，或长期慢性失血以致机体缺铁时，可使血红蛋白合成减少，
引起低色素小细胞性贫血，即缺铁性贫血。
(2)叶酸和维生素 B12：叶酸和维生素 B12是合成 DNA所需的重要辅酶。叶酸在体
内须转化成四氢叶酸后，才能参与 DNA的合成。叶酸的转化需要维生素 B12的参与。维生
素 B12缺乏时，叶酸的利用率下降，可引起叶酸的相对不足。因此，缺乏叶酸或维生素 B12
时，DNA的合成减少，幼红细胞分裂增殖减慢，红细胞体积增大，导致巨幼红细胞性贫血。
正常情况下，食物中叶酸和维生素 B12的含量能满足红细胞生成的需要，但维生素 B12的
吸收需要内因子 (intrinsic factor)的参与。内因子由胃黏膜的壁细胞产生，它与维生素 B12
结合，形成内因子-B12复合物，能保护维生素 B12免受消化酶的破坏，并通过回肠黏膜上
特异受体的介导，促进维生素 B12在回肠远端的吸收。
当胃大部分切除或胃的壁细胞损伤时，机体缺乏内因子，或体内产生抗内因子抗体，
或回肠被切除后，均可因维生素 B12吸收障碍而导致巨幼红细胞性贫血。但在正常情况下，
体内储存有 1000~3000μg维生素 B12而红细胞生成每天仅需 1~3μg，故当维生素 B12吸
收发生障碍时，常在 3~4年后才出现贫血。正常人体内叶酸的储存量为 5~20mg，每天叶酸
的需要量约为 200μg，当叶酸摄入不足或吸收障碍时，3~4月后可发生巨幼红细胞性贫血。
2．红细胞生成的调节 红系祖细胞向红系前体细胞的增殖分化是红细胞生成的关键
环节。红系祖细胞依其所处的发育阶段，可分为两个亚群：①早期红系祖细胞称为爆式红系
集落形成单位 (burst forming unit-erythroid，BFU-E)，这是因为它们在体外培养时能形成很
大的集落，组成集落的细胞分布呈物体爆炸后散布的形状。早期红系祖细胞在体外形成集落，
依赖于爆式促进活性 (burst promoting activity，BPA)的刺激作用。据报道，白细胞介素-3
(interleukin-3，IL-3)和粒-巨噬细胞集落刺激因子 (GM-CSF)具有 BPA的效应。②晚期红系
祖细胞称为红系集落形成单位 (colony forming unit-erythroid，CFU-E)，它们在体外培养时只
能形成较小的集落。晚期红系祖细胞对 BPA不敏感，主要受促红细胞生成素 (erythropoietin，
EPO)的调节。
(1)促红细胞生成素：动物实验表明，将失血性贫血动物的血浆输入正常动物体内，
可引起正常动物的红细胞生成增多，表明贫血动物体内产生了某种可促进红细胞生成的体液
因子。经过多年的研究，现已将其分离纯化，称为促红细胞生成素 (EPO)。EPO是一种糖
蛋白，由 165个氨基酸残基组成，分子量约 34000。不同发育阶段的红系祖细胞上 EPO受
体的数量不同，随着红系祖细胞发育成熟，EPO受体的数目增加；此后，随红细胞的发育
成熟，EPO受体的数目又进行性下降，故 EPO主要是促进晚期红系祖细胞 (CFU-E)的增殖，
并向原红细胞分化。EPO也可作为存活因子 (survival factor)抑制 CFU-E的凋亡而促进红细
胞的生成。此外，EPO还可加速幼红细胞的增殖和血红蛋白的合成，促进网织红细胞的成
熟与释放，对早期红系祖细胞的增殖与分化也有一定的促进作用。EPO是机体红细胞生成
的主要调节物。血浆 EPO的水平与血液血红蛋白的浓度呈负相关，严重贫血时血浆中 EPO
浓度可增高 1000倍左右。贫血时体内 EPO增高可促进红细胞生成；而红细胞增高时，EPO
分泌则减少，这一负反馈调节使血中红细胞的数量能保持相对稳定 (图 3-3)。目前临床上已
将重组的人 EPO应用于促进贫血病人的红细胞生成。
肾是产生 EPO的主要部位。肾皮质肾小管周围的间质细胞 (如成纤维细胞、内皮细胞)
可产生 EPO2与一般内分泌细胞不同的是，肾内没有 EPO的储存。缺氧可迅速引起 EPO基
因表达增加，从而使，EPO的合成和分泌增多。EPO的半衰期 (T1/2)为 4~12h。切除双肾
后，血浆中．EPO的浓度急剧降低。生理情况下，血浆中有一定量的 EPO，可维持正常的
红细胞生成。完全缺乏 EPO时，骨髓中几乎没有红细胞生成。而存在大量 EPO时，只要提
供足够的造血原料，红细胞的生成可比正常时提高 10倍。组织缺氧是促进 EPO分泌的生理
性刺激因素。任何引起肾氧供不足的因素，如贫血、缺氧或肾血流减少，均可促进 EPO的
合成与分泌，使血浆 EPO含量增加。因此，双肾实质严重破坏的晚期肾脏病患者常因缺乏
EPO而发生肾性贫血。正常人从平原进入高原低氧环境后，由于肾产生 EPO增多，可使外
周血液的红细胞数量和血红蛋白含量增高。低氧促进 EPO基因表达的机制与低氧诱导因子
-1 (hypoxia-inducible factors-1，HIF-1)的作用有关。HIF-1是一种转录因子。低氧时肾内 HIF-1
的活性增强，可与位于 EPO基因 3’端的增强子结合而促进 EPO的表达。此外，肾外组织
缺 O2亦可促进肾分泌 EPO，这可能是由于肾外组织产生去甲肾上腺素、肾上腺素和若干种
前列腺素，后者再刺激肾产生 EPO，除肾来源外，正常人体内有 5％~10％的 EPO是由肾外
组织 (如肝)产生的，故双肾严重破坏而依赖人工肾生存的尿毒症患者，体内仍有低水平的
红细胞生成。与一般内分泌细胞不同的是，肾细胞内没有 EPO的储存。缺氧可迅速引起 EPO
基因表达增加，使 EPO的合成和分泌增多。
(2)性激素：雄激素可提高血浆中 EPO的浓度，促进红细胞的生成。若切除双肾或
给予抗 EPO抗体，可阻断雄激素的促红细胞生成作用。因此，雄激素主要通过刺激 EPO的
产生而促进红细胞生成。此外，也有实验显示，雄激素刺激骨髓红系祖细胞增殖的效应先于
体内 EPO的增加，这表明雄激素也可直接刺激骨髓，促进红细胞生成。雌激素可降低红系
祖细胞对 EPO的反应，抑制红细胞的生成。雄激素和雌激素对红细胞生成的不同效应，可
能是成年男性红细胞数高于女性的原因之一。 此外，还有一些激素，如甲状腺激素和生长
激素，也可促进红细胞生成。
(四)红细胞的破坏
正常人红细胞的平均寿命为 120天。每天约有 0.8％的衰老红细胞被破坏。90％的衰老
红细胞被巨噬细胞吞噬。由于衰老红细胞的变形能力减退，脆性增高，难以通过微小的孔隙，
因此容易滞留于脾和骨髓中而被巨噬细胞所吞噬，这称为血管外破坏。巨噬细胞吞噬红细胞
后，将血红蛋白消化，释出铁、氨基酸和胆红素，其中铁和氨基酸可被重新利用，而胆红素
则由肝排入胆汁，最后排出体外。此外，还有 10％的衰老红细胞在血管中受机械冲击而破
损，此称为血管内破坏。血管内破坏所释放的血红蛋白立即与血浆中的触珠蛋白结合，进而
被肝摄取。血红蛋白的血红素经代谢释出铁，生成胆红素而经胆汁排出。当血管内的红细胞
大量破坏，血浆中血红蛋白浓度过高而超出触珠蛋白的结合能力时，未能与触珠蛋白结合的
血红蛋白将经肾排出，出现血红蛋白尿。
三、白细胞生理
(一)白细胞的分类与数量
白细胞为无色、有核的细胞，在血液中一般呈球形。白细胞可分为中性粒细胞
(neutrophil)、嗜酸性粒细胞 (eosinophil)、嗜碱性粒细胞 (basophil)、单核细胞 (monocyte)
和淋巴细胞 (lymphocyte)五类。前三者因其胞质中含有嗜色颗粒，故总称为粒细胞
(granulocyte)。正常成年人血液中白细胞数为 (4.0~10.0)×109/L，其中中性粒细胞占 50％~70
％，嗜酸性粒细胞占 0.5％~5％，嗜碱性粒细胞占 0％~1％，单核细胞占 3％~8％，淋巴细
胞占 20％~40％。
正常人血液中自细胞的数目可因年龄和机体处于不同机能状态而有变化：①新生儿白
细胞数较高，一股在 15×109/L左右，婴儿期维持在 10×109/L左右。新生儿血液中的自细
胞主要为中性粒细胞，以后淋巴细胞逐渐增多，可占 70％，3~4岁后淋巴细胞逐渐减少，至
青春期时与成年人基本相同；②有昼夜波动，下午白细胞数稍高于早晨；③进食、疼痛、情
绪激动和剧烈运动等可使白细胞数显著增多；④女性在妊娠末期白细胞数波动于 (12~17)×
109/L之间，分娩时可高达 34×109/L。
(二)自细胞的生理特性和功能
各类白细胞均参与机体的防御功能。白细胞所具有的变形、游走、趋化、吞噬和分泌
等特性是执行防御功能的生理基础。
除淋巴细胞外，所有的白细胞都能伸出伪足做变形运动。凭借这种运动，白细胞得以
穿过毛细血管壁，这一过程称为白细胞渗出 (diapedesis)。白细胞的渗出有赖于白细胞与内
皮细胞间的相互作用和黏附分子的介导。渗出到血管外的白细胞也可借助变形运动在组织内
游走，在某些化学物质的吸引下，可迁移到炎症区发挥其生理作用。白细胞朝向某些化学物
质运动的特性，称为趋化性 (chemotaxis)。能吸引白细胞发生定向运动的化学物质，称为趋
化因子 (chemokine)。人体细胞的降解产物、抗原-抗体复合物、细菌毒素和细菌等都具有趋
化活性。白细胞按照这些物质的浓度梯度游走到炎症部位，将细菌等异物吞噬
(phagocytosis)，进而将其消化、杀灭。白细胞还可分泌白细胞介素、干扰素、肿瘤坏死因子、
集落刺激因子等多种细胞因子，通过自分泌、旁分泌作用参与炎症和免疫反应的调控。白细
胞通过血液的运输，从它们生成的器官运送到达发挥作用的部位。
白细胞的吞噬具有选择性。正常细胞表面光滑，其表面存在可以排斥吞噬的保护性蛋
白，故不易被吞噬。坏死的组织和外源性颗粒，因缺乏相应的保护机制而易被吞噬。此外，
在特异性抗体和某些补体的激活产物的作用下，白细胞对外源性异物的识别和吞噬作用加
强。
1．中性粒细胞 中性粒细胞的胞核呈分叶状，故又称多形核白细胞
(polymorphonuclear leukocyte)。血管中的中性粒细胞约有一半随血液循环，称为循环池，通
常白细胞计数即反映这部分中性粒细胞的数量；另一半则滚动在小血管的内皮细胞上，称为
边缘池。这两部分细胞可以相互交换，保持动态平衡。肾上腺素可促进中性粒细胞自边缘池
进入循环池，在 5~10min可使外周血中的中性粒细胞增高 50％。此外，在骨髓中还储备有
约 2.5×1012个成熟的中性粒细胞，约为外周血液中性粒细胞总数的 15~20倍。在机体需要
时，储存的中性粒细胞可在数小时内大量进入循环血液。中性粒细胞在血管内停留的时间平
均只有 6~8h，一旦进入组织，它们就不再返回血液。
中性粒细胞是血液中主要的吞噬细胞，其变形游走能力和吞噬活性都很强。当细菌入
侵时，中性粒细胞在炎症区域产生的趋化性物质作用下，自毛细血管渗出而被吸引到病变扩
散。当中性粒细胞吞噬数十个细菌后，其本身即解体，释放的各种溶酶体酶又可溶解周围组
织而形成脓液。炎症时，由于炎症产物的作用，可使骨髓内储存的中性粒细胞大量释放而使
外周血液的中性粒细胞数目显著增高，有利于更多的中性粒细胞进入炎症区域。当血液中的
中性粒细胞数减少到 1×109/L时，机体的抵抗力就会明显降低，容易发生感染。此外，中
性粒细胞还可吞噬和清除衰老的红细胞和抗原一抗体复合物等。
2．单核细胞 从骨髓进入血液的单核细胞仍是尚未成熟的细胞。单核细胞在血液中停
留 2~3天后迁移入组织中，继续发育成巨噬细胞 (macrophage)，细胞的体积增大，直径可
达 60~80μm，细胞内溶酶体颗粒和线粒体的数目增多，具有比中性粒细胞更强的吞噬能力，
可吞噬更多的细菌 (约 5倍于中性粒细胞)、更大的细菌和颗粒。此外，巨噬细胞的溶酶体
还含有大量的酯酶，可消化某些细菌 (如结核杆菌)的脂膜。当有细菌入侵时，组织中已存
在的巨噬细胞可立即发挥抗感染作用。由于单核细胞的趋化迁移速度较中性粒细胞慢，外周
血和骨髓中储存的单核细胞数目较少，需要数天到数周时间巨噬细胞才能成为炎症局部的主
要吞噬细胞。激活了的单核-巨噬细胞也能合成、释放多种细胞因子，如集落刺激因子 (CSF)、
白细胞介素 (IL-1、IL-3、IL-6等)、肿瘤坏死因子 (TNFα)、干扰素 (INF-α、-β)等，参
与其他细胞活动的调控；激活的单核-巨噬细胞对肿瘤和病毒感染细胞具有强大的杀伤能力；
单核一巨噬细胞还可有效地加工处理并呈递抗原，在特异性免疫应答的诱导和调节中起关键
作用。此外，单核细胞还可在组织中发育成树突状细胞 (dendritic cell)。树突状细胞仅有微
弱的吞噬活性，不直接参与宿主的防御功能，但它的抗原呈递能力远强于巨噬细胞，为目前
所知功能最强的抗原提呈细胞，是机体特异免疫应答的始动者。
3．嗜酸性粒细胞 血液中嗜酸性粒细胞的数目有明显的昼夜周期性波动，清晨细胞
数减少，午夜时细胞数增多，两者差异可大于-40％，这种周期性波动可能与血液中肾上腺
皮质激素含量的昼夜波动有关。当血液中糖皮质激素浓度增高时，嗜酸性粒细胞数目减少。
体内嗜酸性粒细胞主要存在于组织中，为血液中嗜酸性粒细胞的 100倍。嗜酸性粒细胞的胞
质中含有较大的椭圆形嗜酸性颗粒，因其含有过氧化物酶和主要碱性蛋白 (major basic
protein，MBP)、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白等带大量正电荷的蛋白质而嗜酸性。它虽有较弱
的吞噬能力，可选择性地吞噬抗原-抗体复合物，但吞噬缓慢，基本上无杀菌作用，在抗细
菌感染防御中不起主要作用。嗜酸性粒细胞的主要作用是：①限制嗜碱性粒细胞和肥大细胞
在 I型超敏反应中的作用。嗜酸性粒细胞一方面通过产生前列腺素 E抑制嗜碱性粒细胞合成
和释放生物活性物质；另一方面又通过吞噬嗜碱性粒细胞、肥大细胞所排出的颗粒，以及释
放组胺酶和芳香硫酸酯酶等酶类分别灭活嗜碱性粒细胞所释放的组胺、白三烯等生物活性物
质。②参与对蠕虫的免疫反应。在特异性免疫球蛋白 lgG、IgE抗体和补体 C3的调理作用
下，嗜酸性粒细胞可借助细胞表面的 Fc受体和 C3受体黏着于多种蠕虫的幼虫上，释放颗
粒内所含的主要碱性蛋白、嗜酸性粒细胞阳离子蛋白和过氧化物酶等，损伤幼虫虫体。但其
成虫在体内和体外均能抵抗嗜酸性粒细胞的损伤作用。当机体发生过敏反应和寄生虫感染
时，常伴有嗜酸性粒细胞增多。此外，在某些情况下，嗜酸性粒细胞也可导致组织损伤。嗜
酸性粒细胞可释放多种促炎介质，释放的主要碱性蛋白对支气管上皮具有毒性作用，并能诱
发支气管痉挛，目前认为嗜酸性粒细胞是在哮喘发生发展中组织损伤的主要效应细胞。
4．嗜碱性粒细胞 成熟的嗜碱性粒细胞存在于血液中，只有在发生炎症时受趋化因子
的诱导才迁移到组织中。嗜碱性粒细胞的胞质中存在较大的碱性染色颗粒，颗粒内含有肝素、
组胺、嗜酸性粒细胞趋化因子 A等。当嗜碱性粒细胞被活化时，不仅能释放颗粒中的介质，
还可合成释放白三烯 (过敏性慢反应物质)和 IL-4等细胞因子。嗜碱性粒细胞释放的肝素具
有抗凝血作用，有利于保持血管的通畅，使吞噬细胞能够到达抗原入侵部位而将其破坏。肝
素还可作为酯酶的辅基，加快脂肪分解为游离脂肪酸的过程。组胺和过敏性慢反应物质可使
毛细血管壁通透性增加，引起局部充血水肿，并可使支气管平滑肌收缩，从而引起荨麻疹、
哮喘等 I型超敏反应症状。此外，嗜碱性粒细胞被激活时释放的嗜酸性粒细胞趋化因子 A，
可吸引嗜酸性粒细胞，使之聚集于局部，以限制嗜碱性粒细胞在过敏反应中的作用。近年来
的研究还显示，嗜碱性粒细胞还在机体抗寄生虫免疫应答中起重要作用。
5．淋巴细胞 淋巴细胞在免疫应答反应过程中起核心作用。根据细胞生长发育的过
程、细胞表面标志和功能的不同，可将淋巴细胞分成 T淋巴细胞、B淋巴细胞和自然杀伤细
胞 (natural killer，NK)三大类。T细胞主要与细胞免疫有关，B细胞主要与体液免疫有关，
而 NK细胞则是机体天然免疫的重要执行者。淋巴细胞的功能详见免疫学。
(三)白细胞的生成和调节
白细胞与红细胞一样，也起源于骨髓中的造血干细胞。在细胞发育的过程中经历定向
祖细胞、可识别的前体细胞等阶段，然后成为具有多种细胞功能的成熟白细胞。目前对淋巴
细胞生成的调节机制还了解不多。粒细胞的生成受集落刺激因子 (colony stimulating factor，
CSF)的调节。CSF在体外可刺激造血细胞形成集落。目前认为，CSF包括粒-巨噬细胞集落
刺激因子 (GM-CSF)、粒细胞集落刺激因子 (G-CSF)、巨噬细胞集落刺激因子 (M-CSF)等。
GM-CSF的分子量为 22 000，由活化的淋巴细胞产生，能刺激中性粒细胞、单核细胞和嗜酸
性粒细胞的生成。GM-CSF与骨髓基质细胞产生的干细胞因子联合作用，还可刺激早期造血
干细胞与祖细胞的增殖与分化。G-CSF的分子量为 20 000，由巨噬细胞、内皮细胞和间质
细胞释放，主要促进粒系祖细胞和前体细胞的增殖和分化，增强成熟粒细胞的功能活性；还
能动员骨髓中的干细胞与祖细胞进入血液。GM-CSF和M-CSF等能诱导单核细胞的生成。
此外，乳铁蛋白和转化生长因子β等可抑制白细胞的生成，与促白细胞生成的刺激因子共同
维持正常的白细胞生成过程。G-CSF和 GM-CSF已在临床治疗中性粒细胞减少中获得成功。
(四)白细胞的破坏
由于白细胞主要在组织中发挥作用，淋巴细胞还可往返于血液、组织液和淋巴之间，
并能增殖分化，故白细胞的寿命较难准确判断。循环血液只是将白细胞从骨髓和淋巴组织运
送到机体所需部位的通路，白细胞在血液中停留的时间较短。一般来说，中性粒细胞在循环
血液中停留 8h左右即进入组织，4~5天后即衰老死亡，或经消化道排出；若有细菌入侵，
中性粒细胞在吞噬过量细菌后，因释放溶酶体酶而发生“自我溶解”，与破坏的细菌和组织
碎片共同形成脓液。单核细胞在血液中停留 2~3天，然后进入组织，并发育成巨噬细胞，在
组织中可生存 3个月左右。
四、血小板生理
(一)血小板的数量和功能
血小板的体积小，无细胞核，呈双面微凸的圆盘状，直径为 2~3μm。当血小板与玻
片接触或受刺激时，可伸出伪足而呈不规则形状。电镜下可见血小板内存在α-颗粒、致密
体等血小板储存颗粒。
正常成年人血液中的血小板数量为 (100~300)×109。正常人血小板计数可有 6％~10％
的变动范围，通常午后较清晨高，冬季较春季高，剧烈运动后和妊娠中、晚期升高，静脉血
的血小板数量较毛细血管血的高。
血小板有助于维持血管壁的完整性。临床实践中早已观察到，当血小板数降至 50×
109/L时，患者的毛细血管脆性增高，微小的创伤或仅血压升高即可使之破裂而出现小的出
血点。动物实验显示，在血小板减少时，输入新鲜血小板后，可在电镜下观察到血小板黏附
并融合到血管内皮中，从而维持血管内皮的完整性。此外，血小板还可释放血管内皮生长因
子 (vascular endothelial growth factor，VEGF)和血小板源生长因子 (platelet-derived growth
factor，PDGF)，促进血管内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞的增殖，也有利于受损血管
的修复。循环中的血小板一般处于“静止”状态，当血管损伤时，血小板可被激活而在生理
止血过程中起重要作用 (见第三节)。
(二)血小板的生理特性
1．黏附 血小板与非血小板表面的黏着称为血小板黏附 (platelet adhesion)。血小板不
能黏附于正常内皮细胞的表面。当血管内皮细胞受损时，血小板即可黏附于内皮下组织。血
小板的黏附需要血小板膜上的糖蛋白 (glycoprotein，GP)、内皮下成分 (主要是胶原纤维)和
血浆 von Willebrand因子 (简称 vWF)的参与。血小板膜上有 GP I b/Ⅸ、GPⅡb/Ⅲa等多种糖
蛋白，其中 GP I b是参与黏附的主要糖蛋白。血管受损后，内皮下胶原暴露，vWF首先与
胶原纤维结合，引起 vWF变构，然后血小板膜上的 GP I b与变构的 vWF结合，从而使血
小板黏附于胶原纤维上。因此，vWF是血小板黏附于胶原纤维的桥梁。正常情况下，由于
vWF未与胶原纤维结合，也就不能与血小板上的 GP I b结合。在 GP I b缺损、vWF缺乏和
胶原纤维变性等情况下，血小板的黏附功能就受损，因而可能发生出血倾向。
2．释放 血小板受刺激后将储存在致密体、α-颗粒或溶酶体内的物质排出的现象，称
为血小板释放 (platelet release)或血小板分泌 (platelet secretion)。从致密体释放的物质主要
有 ADP、ATP、5-羟色胺 (5-HT)、Ca2+外；从α-颗粒释放的物质主要有β-血小板球蛋白、
血小板因子 4 (PF4)、vWF、纤维蛋白原、血小板因子 V (PF5)、凝血酶敏感蛋白、PDGF等。
此外，被释放的物质除来自于血小板颗粒外，也可来自是临时合成并即时释放的物质，如血
栓烷 A。 (thromboxane A2，TXA2)。能引起血小板聚集的因素，多数能引起血小板释放反
应，而且血小板的黏附、聚集与释放几乎同时发生。许多由血小板释放的物质可进一步促进
血小板的活化、聚集，加速止血过程。临床上也可通过测定血浆β-血小板球蛋白和 PF4的
含量来了解体内血小板的活化情况。
3．聚集 血小板与血小板之间的相互黏着，称为血小板聚集 (platelet aggregation)。
这一过程需要纤维蛋白原、Ca2+和血小板膜上 GPⅡb/Ⅲa的参与。在未受刺激的静息血小
板膜上的 GPⅡb／Ⅲa并不能与纤维蛋白原结合。在致聚剂的激活下，GPⅡb/Ⅲa分子上的
纤维蛋白原受体暴露，在 Ca2+的作用下纤维蛋白原可与之结合，从而连接相邻的血小板，
充当聚集的桥梁，使血小板聚集成团。
此外，处于活化状态的血小板膜上的 GPⅡb/Ⅲa也能与 vWF结合。此时，vWF也可
作为“桥梁”，通过与活化状态血小板上的 GPⅡb/Ⅲa的结合而参与血小板的黏附和聚集过
程。与 GP I b不同的是，GPⅡb/Ⅲa需要在活化状态下才能通过与纤维蛋白原或 vWF的结
合参与黏附和聚集反应；而在静息状态下，GP I b通过 vWF的桥梁作用即可与胶原纤维结
合而参与黏附过程。
体外实验中，在血小板悬液或富含血小板的血浆中加入致聚剂而诱发血小板聚集时，
悬液的光密度降低 (透光度增加)，因此可根据血小板悬液的光密度变化来动态了解血小板
的聚集情况 (图 3-4)。血小板的聚集通常出现两个时相，即第一聚集时相和第二聚集时相。
第一聚集时相发生迅速，也能迅速解聚，为可逆性聚集；第二聚集时相发生缓慢，但不能解
聚，为不可逆性聚集。目前已知多种生理性因素和病理性因素均可引起血小板聚集。生理性
致聚剂主要有 ADP、肾上腺素、5-HT、组胺、胶原、凝血酶、TXA2等；病理性致聚剂有
细菌、病菌、免疫复合物、药物等。血小板聚集反应的形式可因致聚剂的种类和浓度不同而
有差异。例如，低浓度 ADP引起的血小板聚集只出现第一聚集时相，并很快解聚；中等浓
度 ADP引起的聚集，在第一时相结束和解聚后不久，又出现不可逆的第二聚集时相，第二
聚集时相的出现是由于血小板释放内源性 ADP所致；高浓度 ADP引起的聚集，由于第一聚
集时相和第二聚集时相相继发生，只出现单一的不可逆性聚集。凝血酶所引起的血小板聚集
反应与 ADP相似，也呈剂量依赖方式，引起单相或双相血小板聚集。胶原只引起血小板单
相的不可逆聚集，聚集反应与释放反应同时发生，故胶原所诱发的血小板单相聚集与内源性
ADP的释放和 TXA2的形成有关。
致聚剂引起血小板聚集的机制并未完全阐明。已知在血小板膜上存在各种致聚剂的相
应受体，致聚剂与之结合后，通常引起血小板内第二信使的变化，通过一系列胞内信息传递
过程而导致血小板聚集。凡能降低血小板内 cAMP浓度，提高游离 Ca2+浓度的因素，均可
促进血小板聚集；反之，凡能提高血小板内 cAMP浓度，降低 Ca2+浓度的因素，均可以抑
制血小板的聚集。
血小板释放的 TXA2具有强烈的聚集血小板和缩血管作用。血小板内并无 TXA2的
储存，当血小板受刺激而被激活时，血小板内的磷脂酶 A2也被激活，进而裂解膜磷脂，游
离出花生四烯酸，后者在环加氧酶作用下生成前列腺素 G2和 H2 (PGG2和 PGH2)，并进
一步在血小板的血栓烷合成酶的催化下生成 TXA2。TXA2可降低血小板内 cAMP的浓度，
对血小板的聚集有正反馈促进作用。阿司匹林可抑制环加氧酶而减少 TXA2的生成，具有
抗血小板聚集的作用。此外，血管内皮细胞中含有前列环素合成酶，可使 PGH：转化为前
列环素 (prostacyclin，PGI2) (图 3-5)。PGI2与 TXA2的作用相反，可提高血小板内 cAMP
的含量，具有较强的抑制血小板聚集和舒张血管的作用。正常情况下，血管内皮产生的 PGI2
与血小板生成的 TXA2之间保持动态平衡，使血小板不致聚集。若血管内皮受损，局部 PGI2
生成减少，将有利于血小板聚集的发生。
4．收缩 血小板具有收缩能力。血小板的收缩与血小板的收缩蛋白有关。在血小板
中存在着类似肌肉的收缩蛋白系统，包括肌动蛋白、肌球蛋白、微管和各种相关蛋白。血小
板活化后，胞质内 Ca2+浓度增高可引起血小板的收缩反应。当血凝块中的血小板发生收缩
时，可使血块回缩。若血小板数量减少或功能减退，可使血块回缩不良。临床上可根据体外
血块回缩的情况大致估计血小板的数量或功能是否正常。
5．吸附 血小板表面可吸附血浆中多种凝血因子 (如凝血因子 I、V、Ⅺ、Ⅻ等)。如果
血管内皮破损，随着血小板黏附和聚集于破损的局部，可使局部凝血因子浓度升高，有利于
血液凝固和生理止血。
(三)血小板的生成和调节
血小板是从骨髓成熟的巨核细胞 (megakaryocyte)胞质裂解脱落下来的具有生物活性
的小块胞质。造血干细胞首先分化为巨核系祖细胞，然后再分化为原始巨核细胞，并经过巨
幼核细胞，而发育为成熟巨核细胞。一般人体内的细胞均为二倍体 (2N)，而巨核细胞在进
行核内有丝分裂时不伴随胞质的分裂，使细胞的染色体数成倍增加，形成 4N、8N、16N、
32N和少量的 64N细胞，为多倍体细胞。在巨核细胞发育过程中，细胞膜折入胞质，形成
分界膜系统 (demarcation．membrane system，DMS)。随着细胞的成熟，最后发展成网状，
使胞质被分割成许多小区。骨髓窦壁外的成熟巨核细胞胞质伸向骨髓窦腔，并脱落成为血小
板，进入血液。一个巨核细胞可产生 200~700个血小板。从原始巨核细胞到释放血小板人血，
需 8~10天。进入血液的血小板，一半以上在外周血液中循环，其余储存在脾脏。
血小板的生成受血小板生成素 (thrombopoietin，TPO)的调节。TPO主要由肝实质细
胞产生，肾也可少量产生。TPO为一种糖蛋白，其分子量为 80 000~90 0000 TPO能刺激造
血干细胞向巨核系祖细胞分化，并特异地促进巨核祖细胞增殖、分化，以及巨核细胞的成熟
与释放血小板。TPO的促血小板生成作用是通过其受体Mp1 (为原癌基因 c-mp1的表达产物)
实现的。TPO是体内血小板生成调节最重要的生理性调节因子，敲除小鼠 TPO或 TPO受体
后，其巨核细胞和血小板的量将减少 90％。与 EPO不同，TPO的生成速率并不受血小板数
目的影响。无论血小板数目是否正常，肝脏的 TPO都以恒定的速率生成并释放。血小板膜
上含有高亲和力的 TPO受体，该受体可与 TPO结合而将 TPO从循环中清除。当外周血的
血小板计数正常时，血浆中大量的 TPO结合于血小板上而被清除，以维持正常的血浆 TPO
浓度。当外周血的血小板计数降低时，血浆中 TPO清除减少，使得血浆 TPO浓度增高，进
而促进骨髓血小板的生成。临床试验显示，重组人血小板生成素可有效促进血小板的生成。
(四)血小板的破坏
血小板进入血液后，其寿命为 7~14天，但只在最初两天具有生理功能。用 51C或 32P
标记血小板并观察其破裂情况，证明血小板的破坏随血小板的日龄增高而增多。衰老的血小
板在脾、肝和肺组织中被吞噬破坏。此外，在生理止血活动中，血小板聚集后，其本身将解
体并释放出全部活性物质，表明血小板除衰老破坏外，还可在发挥其生理功能时被消耗。
第三节 生理性止血
正常情况下，小血管受损后引起的出血，在几分钟内就会自行停止，这种现象称为生理性止
血 (hemostasis)。生理性止血是机体重要的保护机制之一。当血管受损，一方面要求迅速形
成止血栓以避免血液的流失；另一方面要使止血反应限制在损伤局部，保持全身血管内血液
的流体状态。因此，生理性止血是多种因子和机制相互作用，维持精确平衡的结果。临床上
常用小针刺破耳垂或指尖，使血液自然流出，然后测定出血延续的时间，这段时间称为出血
时间 (bleeding time)，正常人不超过 9min (模板法)。出血时间的长短可反映生理性止血功能
的状态。生理性止血功能减退时，可有出血倾向；而生理性止血功能过度激活，则可导致血
栓形成。
一、生理性止血的基本过程
生理性止血过程主要包括血管收缩、血小板血栓形成和血液凝固三个过程。
1．血管收缩 生理性止血首先表现为受损血管局部和附近的小血管收缩，使局部血
流减少。若血管破损不大，可使血管破口封闭，从而制止出血。引起血管收缩的原因有以下
三个方面：①损伤性刺激反射性使血管收缩；②血管壁的损伤引起局部血管肌源性收缩；③
黏附于损伤处的血小板释放 5-HT、TXA2等缩血管物质，引起血管收缩。
2．血小板止血栓的形成 血管损伤后，由于内皮下胶原的暴露，1~2s内即有少量的
血小板黏附于内皮下的胶原上，这是形成止血栓的第一步。通过血小板的黏附，可“识别”
损伤部位，使止血栓能正确定位。局部受损红细胞释放的 ADP和局部凝血过程中生成的凝
血酶均可使血小板活化而释放内源性 ADP和 TXA2，进而促使血小板发生不可逆聚集，使
血流中的血小板不断地聚集、黏着在已黏附固定于内皮下胶原的血小板上，形成血小板止血
栓，从而将伤口堵塞，达到初步的止血作用。此外，受损血管内皮的 PGI2生成减少，也有
利于血小板的聚集。
3．血液凝固 血管受损也可启动凝血系统，在局部迅速发生血液凝固，使血浆中可溶
性的纤维蛋白原转变成不溶性的纤维蛋白，并交织成网，以加固止血栓，称二期止血 (图
3-6)。最后，局部纤维组织增生，并长入血凝块，达到永久性止血。
生理性止血虽然分为血管收缩、血小板血栓形成和血液凝固三个过程，但这三个过程相
继发生并相互重叠，彼此密切相关。只有在血管收缩使血流减慢时，血小板黏附才易于实现；
血小板激活后释放的 5-HT、TXA2又可促进血管收缩。活化的血小板可为血液凝固过程中
凝血因子的激活提供磷脂表面，血小板表面结合有多种凝血因子，血小板还可释放纤维蛋白
原等凝血因子，从而大大加速凝血过程；而血液凝固过程中产生的凝血酶又可加强血小板的
活化。此外，血凝块中血小板的收缩，可引起血块回缩，挤出其中的血清，而使血凝块变得
更为坚实，牢固封住血管的破口。因此，生理性止血的三个过程彼此相互促进，使生理性止
血能及时而快速地进行。由于血小板与生理性止血过程的三个环节均有密切关系，因此，血
小板在生理性止血过程中居于中心地位。当血小板减少或功能降低时，出血时间就会延长。
二、血液凝固
血液凝固 (blood coagulation)是指血液由流动的液体状态变成不能流动的凝胶状态的过
程。其实质就是血浆中的可溶性纤维蛋白原转变成不溶性的纤维蛋白的过程。纤维蛋白交织
成网，把血细胞和血液的其他成分网罗在内，从而形成血凝块 (图 3-7)。血液凝固是一系列
复杂的酶促反应过程，需要多种凝血因子的参与。
(一)凝血因子
血浆与组织中直接参与血液凝固的物质，统称为凝血因子 (coagulation factor 或
clotting factor)。目前已知的凝血因子主要有 14种，其中已按国际命名法按发现的先后顺序
用罗马数字编号的有 12种，即凝血因子 I~ⅩⅢ简称 F I~FⅩⅢ，其中 FⅥ是血清中活化的
FVa，已不再被视为一个独立的凝血因子)。此外还有前激肽释放酶、高分子激肽原等 (表
3-2)。在这些凝血因子中，除 FⅣ是 Ca2+外，其余的凝血因子均为蛋白质，而且 FⅡ、FⅦ、
FⅨ、FX、FⅪ、FⅫ和前激肽释放酶都是丝氨酸蛋白酶，能对特定的肽链进行有限水解；但
正常情况下这些蛋白酶是以无活性的酶原形式存在，必须通过其他酶的有限水解而暴露或形
成活性中心后，才具有酶的活性，这一过程称为凝血因子的激活。习惯上在凝血因子代号的
右下角加一个“a” (activated)表示其“活化型”，如 FⅡ被激活为 FⅡa。FⅢ、FV、FⅧ和
高分子激肽原在凝血反应中起辅因子的作用，可使相应的丝氨酸蛋白酶凝血因子的催化速率
增快成千上万倍。除 FⅢ外，其他凝血因子均存在于新鲜血浆中，且多数在肝内合成，其中
FⅡ、FⅦ、FⅨ、F X的生成需要维生素 K的参与，故它们又称依赖维生素 K的凝血因子。
依赖维生素 K的凝血因子的分子中均含有γ-羧基谷氨酸，和 Ca2+结合后可发生变构，暴露
出与磷脂结合的部位而参与凝血。当肝脏病变时，可出现凝血功能障碍。
(二)凝血的过程
血液凝固是由凝血因子按一定顺序相继激活而生成的凝血酶 (thrombin)，最终使纤维
蛋白原 (fibrinogen)变为纤维蛋白 (fibrin)的过程。因此，凝血过程可分为凝血酶原酶复合物
(也称凝血酶原激活复合物)的形成、凝血酶的激活和纤维蛋白的生成三个基本步骤 (图 3-8)。
1．凝血酶原酶复合物的形成凝血酶原酶复合物可通过内源性凝血途径和外源性凝血
途径生成。两条途径的主要区别在于启动方式和参与的凝血因子有所不同。但两条途径中的
某些凝血因子可以相互激活，故两者间相互密切联系，并不各自完全独立。
(1)内源性凝血途径：内源性凝血途径 (intrinsic pathway)是指参与凝血的因子全部来
自血液，通常因血液与带负电荷的异物表面 (如玻璃、白陶土、硫酸酯、胶原等)接触而启
动。当血液与带负电荷的异物表面接触时，首先是 FⅫ结合到异物表面，并被激活为 FⅫa。
FⅫa的主要功能是激活 FⅪ成为 FⅪa，从而启动内源性凝血途径。此外，FⅫa还能通过使
前激肽释放酶的激活而正反馈促进 FⅫa的形成。从 FⅫ结合于异物表面到 FⅪa的形成过程
称为表面激活。表面激活还需要高分子量激肽原的参与，它作为辅因子可加速表面激活过程。
表面激活所生成的 FⅪa在 Ca2+存在的情况下可激活 FⅨ生成 FⅨa。FⅨa在 Ca2+的作
用下与 FⅧa在活化的血小板提供的膜磷脂表面结合成复合物 (因子 X酶复合物，tenase
complex)，可进一步激活 FX，生成 FXa。在此过程中，FⅧa作为辅因子，可使 FⅨa对 FX
的激活速度提高 20万倍。在正常情况下，血浆中 FⅧ与 vWF以非共价形式结合成复合物，
该复合物可避免 FⅧ被活化的蛋白 C降解，提高其稳定性，FⅧ须从该复合物释出后，才能
活化成为 FⅧa。
FⅧa和 FⅨa为因子 X酶复合物的重要组分，FⅧ或 FⅨ的缺乏均可导致因子 X酶复
合物生成障碍，分别称为血友病 A和血友病 B，都表现为凝血过程缓慢，轻微外伤常可引
起出血不止。
(2)外源性凝血途径：由来自于血液之外的组织因子 (tissue factor，TF)暴露于血液而
启动的凝血过程，称为外源性凝血途径 (extrinsic pathway)，又称组织因子途径。组织因子
是一种跨膜糖蛋白，存在于大多数组织细胞。在生理情况下，直接与循环血液接触的血细胞
和内皮细胞不表达组织因子，但约有 0.5％的 FⅦ处于活化状态 (FⅦa)。当血管损伤时，暴
露出组织因子，后者与 FⅦa相结合而形成 FⅦa-组织因子复合物，后者在磷脂和 Ca2+存在
的情况下迅速激活 FX生成 FXa。在此过程中，组织因子既是 FⅦ和 FⅦa的受体，使 FⅦa-
组织因子复合物定位于损伤部位；组织因子又是辅因子，它能使 FⅦa催化 FX激活的效力
增加 1 000倍。生成的 FXa又能反过来激活 FⅦ，进而可使更多 FX激活，形成外源性凝血
途径的正反馈效应。此外，FⅦa-组织因子复合物在 Ca2+的参与下还能激活 FⅨ生成 FⅨa。
FⅨa除能与 FⅧa结合而激活 FX外，也能反馈激活 FⅦ。因此，通过 FⅦa-组织因子复合物
的形成，使内源性凝血途径和外源性凝血途径相互联系，相互促进，共同完成凝血过程。须
指出的是，在病理状态下，细菌内毒素、补体 C5a、免疫复合物、肿瘤坏死因子等均可刺激
血管内皮细胞和单核细胞表达组织因子，从而启动凝血过程，引起弥漫性血管内凝血。
由内源性和外源性凝血途径所生成的 FXa，在 Ca2+存在的情况下可与 FVa在磷脂膜
表面形成 FXa-FVa-Ca2+-磷脂复合物，即凝血酶原酶复合物 (prothrombinase complex)，进而
激活凝血酶原。
2．凝血酶原的激活和纤维蛋白的生成 凝血酶原在凝血酶原酶复合物的作用下激活
成为凝血酶。凝血酶原酶复合物中的 FVa为辅因子，可使 FXa激活凝血酶原的速度提高 10
000倍。凝血酶是一种多功能凝血因子，其主要作用是使纤维蛋白原 (四聚体)从 N端脱下
四段小肽，即两个 A肽和两个 B肽，转变为纤维蛋白单体。凝血酶也能激活 FⅩⅢ，生成 F
ⅩⅢa。FⅩⅢa在 Ca2+的作用下使纤维蛋白单体相互聚合，形成不溶于水的交联纤维蛋白
多聚体凝块。此外，凝血酶还可激活 FV、FⅧ、FⅪ，成为凝血过程中的正反馈机制；凝血
酶又可使血小板活化，从而为因子 X酶复合物和凝血酶原酶复合物的形成提供带负电荷的
磷脂表面，可大大加速凝血过程。在未激活的血小板，带负电荷的磷脂 (如磷脂酰丝氨酸等)
存在于膜的内表面。当血小板活化后，带负电荷的磷脂翻转到外表面，促进因子 X酶复合
物和凝血酶原酶复合物的形成。上述凝血过程可概括地表达于图 3-9中。
由于凝血是一系列凝血因子相继酶解激活的过程，每步酶促反应均有放大效应，也即
少量被激活的凝血因子可使大量下游凝血因子激活，逐级连接下去，整个凝血过程呈现出巨
大的放大现象。例如 1分子 FⅪa最终可产生上亿分子的纤维蛋白。
将静脉血放入玻璃试管中，自采血开始到血液凝固所需的时间称为凝血时间 (clotting
time，CT)，主要反映自 FⅫ被异物表面 (玻璃)激活至纤维蛋白形成所需的时间，正常人为
4~12min。血液凝固后 1~2小时，因血凝块中的血小板激活，使血凝块回缩，释出淡黄色的
液体，称为血清 (serum)。由于在凝血过程中一些凝血因子被消耗，故血清与血浆的区别在
于前者缺乏纤维蛋白原和 FⅡ、FV、FⅧ、FⅫ等凝血因子，但也增添了少量凝血过程中由
血小板释放的物质。
(三)体内生理性凝血机制
在体内，当组织和器官损伤时，暴露出的组织因子和胶原虽可分别启动外源性凝血途
径和内源性凝血途径，但临床观察发现，先天性缺乏 FⅫ和前激肽释放酶或高分子量激肽原
的患者，几乎没有出血症状，这表明这些凝血因子并不是机体生理性止血机制所必需的，亦
即这些因子所参与的表面接触激活过程在体内生理性凝血的启动中不起重要作用。目前认
为，外源性凝血途径在体内生理性凝血反应的启动中起关键性作用分组织因子是生理性凝血
反应过程的启动物。由于组织因子镶嵌在细胞膜上，可起“锚定”作用，有利于使生理性凝
血过程局限于受损血管的部位。
目前认为，体内凝血过程分为启动和放大两个阶段。当组织因子与 FⅦa结合成复合
物后，可激活 FX，生成 FXa，从而启动凝血反应。由于组织因子途径抑制物‘ (详见后)的
存在，对 FXa与 FⅦa一组织因子复合物的灭活作用，在启动阶段由外源性凝血途径仅能形
成少量凝血酶，尚不足以维持正常止血功能。但这些少量的凝血酶 l通过对 FV、FⅧ、FⅪ
和血小板的激活作用而产生放大效应，通过“截短的”内源性途径形成大量因子 X酶复合
物，从而激活足量的 FXa和凝血酶，完成纤维蛋白的形成过程。因此，组织因子是生理性
凝血反应的启动物，而“截短的”内源性途径在放大阶段对凝血反应开始后的维持和巩固起
非常重要的作用。FⅧ或 FⅨ缺陷的患者可有明显的出血倾向。
(四)血液凝固的调控
正常人在日常活动中常有轻微的血管损伤发生，体内也常有低水平的凝血系统的激
活，但循环血液并不凝固。即使当组织损伤而发生生理性止血时，止血栓也只局限于病变部
位，并不延及未损部位。这表明体内的生理性凝血过程在时间和空间上受到严格的控制。这
是一个多因素综合作用的结果，其中血管内皮细胞在防止血液凝固反应的蔓延中起重要作
用。
1．血管内皮的抗凝作用 正常的血管内皮作为一个屏障，可防止凝血因子、血小板
与内皮下的成分接触，从而避免凝血系统的激活和血小板的活化。血管内皮还具有抗凝血和
抗血小板的功能。血管内皮细胞能合成硫酸乙酰肝素蛋白多糖，使之覆盖于内皮细胞表面，
血液中的抗凝血酶 (antithrombin) (过去曾称为抗凝血酶Ⅲ)与之结合后，可灭活凝血酶、
FXa 等多种活化的凝血因子。内皮细胞能合成并在膜上表达凝血酶调节蛋白
(thrombomodulin，TM)，通过蛋白质 C系统可灭活 FVa、FⅧa。内皮细胞还能合成、分泌组
织因子途径抑制物 (tissue factor pathway inhibitor，TFPI)和抗凝血酶等抗凝物质。血管内皮
细胞可以合成、释放前列环素 (PGI2)和一氧化氮 (NO)，从而抑制血小板的聚集。通过上述
过程，内皮细胞可灭活自凝血部位扩散而来的活化凝血因子，阻止血栓延伸到完整内皮细胞
部位。此外，血管内皮细胞还能合成、分泌组织型纤溶酶原激活物 (tissue plasminogen
activator，t-PA)，后者可激活纤维蛋白溶解酶原为纤维蛋白溶解酶，通过降解已形成的纤维
蛋白，保证血管的通畅。
2．纤维蛋白的吸附、血流的稀释和单核-巨噬细胞的吞噬作用 纤维蛋白与凝血酶有
高度的亲和力。在凝血过程中所形成的凝血酶，85％~90％可被纤维蛋白吸附，这不仅有助
于加速局部凝血反应的进行，也可避免凝血酶向周围扩散。进入循环的活化凝血因子可被血
流稀释，并被血浆中的抗凝物质灭活和被单核-巨噬细胞吞噬。实验证明，给动物注射一定
量的凝血酶时，若预先用墨汁封闭单核-巨噬细胞系统，则动物可发生血管内凝血；如未封
闭单核-巨噬细胞系统，则不会发生血管内凝血，这表明单核-巨噬细胞系统在体内抗凝机制
中起重要的作用。
3．生理性抗凝物质 正常人每 1ml血浆充分激活可生成凝血酶 300单位。但在生理性
止血时，每 1ml血浆所表现出的凝血酶活性很少超过 8~10单位，这表明正常人体内有很强
的抗凝血酶活性。体内的生理性抗凝物质可分为丝氨酸蛋白酶抑制物、蛋白质 C系统和组
织因子途径抑制物三类，分别抑制激活的维生素 K依赖性凝血因子 (FⅦa除外)、激活的辅
因子 FVa和 FⅧa，以及外源性凝血途径。
(1)丝氨酸蛋白酶抑制物：血浆中含有多种丝氨酸蛋白酶抑制物，主要有抗凝血酶、肝
素辅因子Ⅱ、C1抑制物、α1抗胰蛋白酶、α2-抗纤溶酶和α2-巨球蛋白等。抗凝血酶是最
重要的抑制物，负责灭活 60％~70％的凝血酶，其次肝素辅因子Ⅱ，可灭活 30％的凝血酶。
抗凝血酶由肝和血管内皮细胞产生，能与内源性途径产生的蛋白酶如凝血酶和凝血因子 FⅨ
a、FXa、FⅪa、FⅫa等分子活性中心的丝氨酸残基结合而抑制其活性。在缺乏肝素的情况
下，抗凝血酶的直接抗凝作用慢而弱，但它与肝素结合后，其抗凝作用可增强 2 000倍。但
在正常情况下，循环血浆中几乎无肝素存在，抗凝血酶主要通过与内皮细胞表面的硫酸乙酰
肝素结合而增强血管内皮的抗凝功能。
(2)蛋白质 C系统：在凝血过程中，FⅧa和 FVa是 FX和凝血酶原激活的限速因子。蛋
白质 C系统可使 FⅧa和 FVa灭活。蛋白质 C系统主要包括蛋白质 C (protein C，PC)、凝血
酶调节蛋白、蛋白质 S和蛋白质 C的抑制物。蛋白质 C由肝合成，其合成需要维生素 K的
参与。蛋白质 C以酶原的形式存在于血浆中。当凝血酶离开损伤部位而与正常血管内皮细
胞上的凝血酶调节蛋白结合后，可激活蛋白质 C，后者可水解灭活 FⅧa和 FVa，抑制 F X
和凝血酶原的激活，从而有助于避免凝血过程向周围正常血管部位扩展。此外，活化的蛋白
质 C还有促进纤维蛋白溶解的作用。血浆中的蛋白质 S是活化蛋白质 C的辅因子，可使对
FⅧa和 FVa的灭活作用大大增强。
(3)组织因子途径抑制物：组织因子途径抑制物 (TFPI)是一种糖蛋白，其分子量为
34000，主要由血管内皮细胞产生，是外源性凝血途径的特异性抑制物。目前认为，TFPI是
体内主要的生理性抗凝物质。TFPI虽能与FXa和FⅦa一组织因子复合物结合而抑制其活性，
但它只有结合 FXa后才能结合 FⅦa一组织因子复合物。因此，TFPI并不阻断组织因子对外
源性凝血途径的启动，待到生成一定数量的 FXa后才负反馈地抑制外源性凝血途径。TFPI
可与内皮细胞表面的硫酸乙酰肝素结合，注射肝素可引起内皮细胞结合的 TFPI释放，血浆
TFPI水平可升高几倍。
(4)肝素：肝素 (heparin)是一种酸性黏多糖，主要由肥大细胞和嗜碱性粒细胞产生。肺、
心、肝、肌肉等组织中含量丰富，生理情况下血浆中几乎不含肝素。肝素具有强的抗凝作用，
但在缺乏抗凝血酶的条件下，肝素的抗凝作用很弱。因此，肝素主要通过增强抗凝血酶的活
性而发挥间接抗凝作用。此外，肝素还可刺激血管内皮细胞释放 TFPI，故肝素在体内的抗
凝作用强于体外。
临床工作中常常需要采取各种措施保持血液不发生凝固或者加速血液凝固。外科手术
时常用温热盐水纱布等进行压迫止血。这主要是因为纱布是异物，可激活因子Ⅻ和血小板；
又因凝血过程为一系列的酶促反应，适当加温可使凝血反应加速。反之，降低温度和增加异
物表面的光滑度 (如表面涂有硅胶或石蜡的表面)可延缓凝血过程。此外，血液凝固的多个
环节中都需要 Ca2+的参加，故通常用枸橼酸钠、草酸铵和草酸钾作为体外抗凝剂，它们可
与 Ca2+结合而除去血浆中的 Ca2+，从而起抗凝作用。由于少量枸橼酸钠进入血液循环不致
产生毒性，因此常用它作为抗凝剂来处理输血用的血液。维生素 K拮抗剂 (如华法令)可抑
制 FⅡ、FⅦ、FⅨ、FX等维生素 K依赖性凝血因子的合成，因而在体内也具有抗凝作用。
肝素在体内、体外均能立即发挥抗凝作用，已广泛应用于临床防治血栓形成。
天然肝素是一种分子量不均一 (3 000~57 000)的混合物。分子量在 7 000以下的肝素
(称为低分子量肝素)只能与抗凝血酶结合，对 FXa的抑制大于对凝血酶的抑制，而天然肝素
除能与抗凝血酶结合外，还能与血小板结合，不仅可抑制血小板表面凝血酶的形成，而且能
抑制血小板的聚集与释放。因此天然肝素的作用较复杂且能产生明显的出血倾向等副作用。
低分子量肝素不仅有较强的抗凝效果，而且半衰期长，引起出血倾向等副作用少，所以更适
于临床应用。
三、 纤维蛋白的溶解
正常情况下，组织损伤后所形成的止血栓在完成止血使命后将逐步溶解，从而保证血管的畅
通，也有利于受损组织的再生和修复。止血栓的溶解主要依赖于纤维蛋白溶解系统 (简称纤
溶系统)。若纤溶系统活动亢进，可因止血栓的提前溶解而有重新出血的倾向；而纤溶系统
活动低下，则不利于血管的再通，加重血栓栓塞。因此，生理情况下止血栓的溶解液化在空
间与时间上也同样受到严格控制。
纤维蛋白被分解液化的过程称为纤维蛋白溶解 (fibrinolysis，简称纤溶)。纤溶系统主要
包括纤维蛋白溶解酶原 (plasminogen，简称纤溶酶原，又称血浆素原)、纤溶酶 (plasmin，
又称血浆素)、纤溶酶原激活物 (plasminogen activator)与纤溶抑制物。纤溶可分为纤溶酶原
的激活与纤维蛋白 (或纤维蛋白原)的降解两个基本阶段 (图 3-10)。
(一)纤溶酶原的激活
正常情况下，血浆中的纤溶酶是以无活性的纤溶酶原形式存在的。纤溶酶原主要由肝产
生。嗜酸性粒细胞也可合成少量纤溶酶原。纤溶酶原在激活物的作用下发生有限水解，脱下
一段肽链而激活成纤溶酶。纤溶酶原激活物主要有组织型纤溶酶原激活物 (t-PA)和尿激酶型
纤溶酶原激活物，分别主要由血管内皮细胞和肾小管、集合管上皮细胞产生。正常情况下 t-PA
对纤溶酶原的激活作用较低，在纤维蛋白的存在下，t-PA对纤溶酶原的亲和力大大增加，激
活纤溶酶原的效应可增加 1 000倍。t-PA以非酶原的低活性单链形式分泌以及与纤维蛋白结
合后活性增加的特性可能有利于确保纤维蛋白生成时纤溶的即刻启动和将纤溶限制于血凝
块局部，并增强局部的纤溶强度。
此外，FⅫa、激肽释放酶等也可激活纤溶酶原，但正常情况下其激活活性约占总激活能
力的 15％。当血液与异物表面接触而激活 FⅫ时，一方面启动内源性凝血系统，另一方面
也通过 FⅫa激活激肽释放酶而激活纤溶系统，使凝血与纤溶相互配合，保持平衡。在体外
循环的情况下，由于循环血液大量接触带负电荷的异物表面，此时 FⅫa、激肽释放酶可成
为纤溶酶原的主要激活物。
(二)纤维蛋白与纤维蛋白原的降解
纤溶酶属于丝氨酸蛋白酶，它最敏感的底物是纤维蛋白和纤维蛋白原。在纤溶酶作用下，
纤维蛋白和纤维蛋白原可被分解为许多可溶性小肽，称为纤维蛋白降解产物。纤维蛋白降解
产物通常不再发生凝固，其中部分小肽还具有抗凝血作用。纤溶酶是血浆中活性最强的蛋白
酶，特异性较低，除主要降解纤维蛋白和纤维蛋白原外，对 FⅡ、FV、FⅧ、FX、FⅫ等凝
血因子也有一定的降解作用。当纤溶亢进时，可因凝血因子的大量分解和纤维蛋白降解产物
的抗凝作用而有出血倾向。
(三)纤溶抑制物
体内有多种物质可抑制纤溶系统的活性，主要有纤溶酶原激活物抑制物 -1
(plasminogen activator inhibitor type-1，PAI-1)和α2-抗纤溶酶 (α2-AP)。PAI-1主要由血管
内皮细胞产生，通过与 t-PA和尿激酶结合而使之灭活。α2-AP主要由肝产生，血小板α-
颗粒中也储存有少量α2-AP。α2-AP通过与纤溶酶结合成复合物而迅速抑制纤溶酶的活性，
因此纤溶酶的 T1/2很短，约 0.1~0.5s。在纤维蛋白凝块中，纤溶酶上α2-AP的作用部位被
纤维蛋白所占据，因此不易被α2-AP灭活。
在正常安静情况下，由于血管内皮细胞分泌的 PAI-1量 10倍于 t-PA，加之α2-AP对纤溶酶
的灭活作用，血液中的纤溶活性很低。当血管壁上有纤维蛋白形成时，血管内皮分泌 t-PA
增多。同时，由于纤维蛋白对 t-PA和纤溶酶原有较高的亲和力，t-PA、纤溶酶原与纤维蛋
白的结合，既可避免 PAI-1对 t-PA的灭活，又有利于 t-PA对纤溶酶原的激活。结合于纤维
蛋白上的纤溶酶还可避免血液中α2-AP对它的灭活。这样就能保证血栓形成部位既有适度
的纤溶过程，又不致引起全身性纤溶亢进，维持凝血和纤溶之间的动态平衡。
第四节 血型和输血原则
一、血型与红细胞凝集
血型 (blood group)通常是指红细胞膜上特异性抗原的类型。若将血型不相容的两个人
的血液滴加在玻片上并使之混合，则红细胞可凝集成簇，这一现象称为红细胞凝集
(agglutination)。在补体的作用下，可引起凝集的红细胞破裂，发生溶血。当给人体输入血型
不相容的血液时，在血管内可发生红细胞凝集和溶血反应，甚至危及生命。因此，血型鉴定
是安全输血的前提。由于血型是由遗传决定的，血型鉴定对法医学和人类学的研究也具有重
要的价值。
红细胞凝集的本质是抗原一抗体反应。红细胞膜上抗原的特异性取决于其抗原决定簇，
这些抗原在凝集反应中被称为凝集原 (agglutinogen)。根据红细胞血型抗原决定簇的生物化
学结构可将其分为糖和多肽两类。人出生时，抗原决定簇为多肽的红细胞表面血型抗原已发
育成熟，而决定簇为糖分子的血型抗原则在出生后逐渐发育成熟。能与红细胞膜上的凝集原
起反应的特异抗体则称为凝集素 (agglutinin)。凝集素为γ-球蛋白，存在于血浆中。发生抗
原-抗体反应时，由于每个抗体上具有 2~10个抗原结合位点，因此抗体可在若干个带有相应
抗原的红细胞之间形成桥梁，使它们聚集成簇。
白细胞和血小板除也存在一些与红细胞相同的血型抗原外，还有它们自己特有的血型
抗原。白细胞上最强的同种抗原是人类白细胞抗原 (human leukocyte antigen，HLA)。HLA
系统是一个极为复杂的抗原系统，在体内分布广泛，是引起器官移植后免疫排斥反应的最重
要的抗原。由于在无关个体间 HLA表型完全相同的几率极低，所以 HLA的分型成为法医
学上用于鉴定个体或亲子关系的重要手段之一。人类血小板表面也有一些特异的血小板抗原
系统，如 PI、Zw、Ko等。血小板抗原与输血后血小板减少症的发生有关。
二、红细胞血型
自 1901年 Landsteiner发现第一个人类血型系统——ABO血型系统以来．至今已发
现 29个不同的红细胞血型系统。医学上较重要的血型系统是 ABO、Rh、MNSs、Lutheran、
Kell、Lewis、Duff和 Kidd等，将这些血型的血液输入血型不相容的受血者，都可引起溶血
性输血反应，其中，与临床关系最为密切的是 ABO血型系统和 Rh血型系统。
(一)ABO血型系统
1．ABO血型的分型 根据红细胞膜上是否存在 A抗原和 B抗原可将血液分为四种
ABO血型：红细胞膜上只含 A抗原者为 A型；只含 B抗原者为 B型；含有 A与 B两种抗
原者为 AB型；A和 B两种抗原均无者为。型。不同血型的人的血清中含有不同的抗体，但
不会含有与自身红细胞抗原相对应的抗体。在 A型血者的血清中，只含有抗 B抗体；B型
血者的血清中只含有抗 A抗体；AB型血的血清中没有抗 A和抗 B抗体；而。型血的血清
中则含有抗 A和抗 B两种抗体。ABO血型系统还有几种亚型，其中最为重要的亚型是 A型
中的 A1和 A2亚型。A1型红细胞上含有 A抗原和 A1抗原，而 A2型红细胞上仅含有 A抗
原；A1型血的血清中只含有抗 B抗体，而 A2型血的血清中则含有抗 B抗体和抗 A1抗体。
同样，AB型血型中也有 A1B和 A2B两种主要亚型 (表 3-3)。虽然在我国汉族人中 A2型和
A2B型者分别只占 A型和 AB型人群的 1％以下，但由于 A1型红细胞可与 A2型血清中的
抗 A1抗体发生凝集反应，而且 A2型和 A2B型红细胞比 A1型和 A1B型红细胞的抗原性弱
得多，在用抗 A抗体作血型鉴定时，容易将 A2型和 A2B型血误定为 O型和 B型。因此在
输血时仍应注意 A2和 A2B亚型的存在。
2．ABO血型系统的抗原 ABO血型系统各种抗原的特异性决定于红细胞膜上的糖
蛋白或糖脂上所含的糖链。这些糖链都是由暴露在红细胞表面的少数糖基所组成的寡糖链。
A和 B抗原的特异性就决定于这些寡糖链的组成与连接顺序。A、B抗原都是在 H抗原的基
础上形成的。在 A基因的控制下，细胞合成的 A酶能使一个乙酰半乳糖胺基连接到 H物质
上，形成 A抗原；而在 B基因控制下合成的 B酶，则能把一个半乳糖基连接到 H物质上，
形成 B抗原。O型红细胞虽然不含 A、B抗原，但有 H抗原。实际上，H抗原又是在另一
个含四个糖基的前驱物质的基础上形成的。在 H基因编码的岩藻糖基转移酶的作用下，在
前驱物质半乳糖末端上连接岩藻糖而形成 H抗原。若 H基因缺损，将缺乏岩藻糖基转移酶，
则不能生成 H抗原以及 A、B抗原，但有前驱物质，其血型为孟买型。前驱物质、H、A和
B抗原的寡糖链的结构见图 3-11。
因此，基因通过决定生成的糖基转移酶的种类而决定催化何种糖基连接在前驱物质的
哪个位置上，进而间接控制决定血型抗原特异性的寡糖链的组成，并决定其血型的表现型。
在 5~6周龄的人胚胎红细胞膜上已可检测到 A和 B抗原。婴儿红细胞膜上 A、B抗原的位
点数仅为成人的 1/3，到 2~4岁时才完全发育。正常人 A、B抗原的抗原性终生不变。血型
抗原在人群中的分布按地域和民族的不同而有差异。在中欧地区的人群中，40％以上为 A
型，近 40％为 O型，10％左右为 B型，6％左右为 AB型；而在美洲土著民族中，则 90％
为 O型。在我国各民族中，ABO血型的分布也不尽相同，详见表 3-4。
A、B、H抗原不仅存在于红细胞膜上，也广泛存在于淋巴细胞、血小板以及大多数
上皮细胞和内皮细胞的膜上。组织细胞还能分泌可溶性 A、B、H抗原进入唾液、泪液、尿
液、胃液、胆汁、血浆和羊水等多种体液中，其中以唾液中含量最为丰富。体液中含有这种
血型物质者称分泌型．体液中不含该血型物质者为非分泌型。通过测定体液或分泌物中的血
型物质也可帮助确定血型。个体的分泌型或非分泌型也是由遗传基因所决定的。
3．ABO血型系统的抗体 血型抗体有天然抗体和免疫性抗体两类。ABO血型系统
存在天然抗体。新生儿的血液尚无 ABO血型系统的抗体，出生后 2~8个月开始产生，8~10
岁时达到高峰。天然抗体多属 IgM，分子量大，不能通过胎盘。因此，血型与胎儿血型不合
的孕妇，体内的天然 ABO血型抗体一般不能通过胎盘到达胎儿体内，不会使胎儿的红细胞
发生凝集破坏。免疫抗体是机体接受自身所不存在的红细胞抗原刺激而产生的。免疫性抗体
属于 IgG抗体，分子量小，能通过胎盘进入胎儿体内。因此．若母体过去因外源性 A或 B
抗原进入体内而产生免疫性抗体时．在与胎儿 ABO血型不合的孕妇．可因母体内免疫性血
型抗体进入胎儿体内而引起胎儿红细胞的破坏，发生新生儿溶血病。
4．ABO血型的遗传人类 ABO血型系统的遗传是由 9号染色体 (9q34.1-q34.2)上的
A、B和 O三个等位基因来控制的。在一对染色体上只可能出现上述三个基因中的两个，分
别由父母双方各遗传一个给子代。三个基因可组成六组基因型 (表 3-5)。由于 A和 B基因
为显性基因，O基因为隐性基因，故血型的表现型仅有四种。血型相同的人其遗传基因型不
一定相同。例如，表现型为 A型血型的人，其遗传型可为 AA或 AO2但红细胞上表现型为。
者，其基因型只能是 OO2由于表现型为 A或 B者可能分别来自 AO和 BO基因型，故 A型
或 B型血型的父母完全可能生下 O型表现型的子女。利用血型的遗传规律，可以推知子女
可能有的血型和不可能有的血型，因此也就可能从子女的血型表现型来推断亲子关系。但必
须注意的是，法医学上依据血型来判断亲子关系时，只能做出否定的判断，而不能做出肯定
的判断。
5．ABO血型的鉴定 正确鉴定血型是保证输血安全的基础。常规 ABO血型的定型包括正
向定型 (forward typing)和反向定型 (reverse typing)。正向定型是用抗 A与抗 B抗体检测来
检查红细胞上有无 A或 B抗体；反向定型是用已知血型的红细胞检测血清中有一无抗 A或
抗 B抗体，结果判断见表 3-6。同时进行正向定型和反向定型是为了相互印证。
(二)Rh血型系统
1．Rh血型的发现和分布 1940年 Landsteiner和Wiener用恒河猴 (Rhesus monkey)的红
细胞重复多次注射入家兔体内，使家兔体内产生抗恒河猴红细胞的抗体，再用含这种抗体的
家兔血清与人的红细胞混合，发现在白种人中约 85％的人的红细胞可被这种血清凝集，表
明这些人的红细胞上具有与恒河猴红细胞同样的抗原，因此把这种血型称为 Rh阳性血型；
另有约 15％的人的红细胞不被这种血清凝集，称为 Rh阴性血型。这一血型系统称为 Rh血
型系统。在我国各族人群中，汉族和其他大部分民族的人群中，Rh阳性者约占 99％，Rh
阴性者只占 1％左右。在有些民族的人群中，Rh阴性者较多，如塔塔尔族约 15.8％，苗族
约 12.3％，布依族和乌孜别克族约 8.7％。在这些民族居住的地区，Rh血型的问题应受到特
别重视。
2．Rh血型系统的抗原与分型 Rh血型系统是红细胞血型中最复杂的一个系统。已发
现 40多种 Rh抗原 (也称 Rh因子)，与临床关系密切的是 D、E、C、c、e五种。从理论上
推断，有 3对等位基因，即 C与 c、D与 d和 E与 e，控制着 6种抗原。但是实际上血清中
未发现单一的抗 d抗体，因而认为 d是“静止基因”，在红细胞表面不表达 d抗原。Rh血型
的抗原性强度仅次于 ABO血型系统的 A、B抗原。在 5种 Rh血型的抗原中，其抗原性的
强弱依次为 D，E，C，c，e。因 D抗原的抗原性最强，故临床意义最为重要。医学上通常
将红细胞上含有 D抗原者称为 Rh阳性；而红细胞上缺乏 D抗原者称为 Rh阴性。
控制 Rh血型抗原的等位基因位于 1号染色体，其表达产物是分子量为 30 000~32 000
的蛋白质，抗原的特异性决定于蛋白质的氨基酸序列。Rh抗原只存在于红细胞上，出生时
已发育成熟。
3．Rh血型的特点及其临床意义 与 ABO系统不同，人的血清中不存在抗 Rh的天然
抗体，只有当 Rh阴性者在接受 Rh阳性的血液后，才会通过体液性免疫产生抗 Rh的免疫性
抗体，输血后 2~4月血清中抗 Rh抗体的水平达到高峰。因此，Rh阴性受血者在第一次接
受 Rh阳性血液的输血后，一般不产生明显的输血反应，但在第二次或多次输入 Rh阳性的
血液时，即可发生抗原一抗体反应，输入的 Rh阳性红细胞将被破坏而发生溶血。
Rh系统与 ABO系统之间的另一个不同点是抗体的特性。Rh系统的抗体主要是 IgG，
因其分子较小，因而能透过胎盘。当 Rh阴性的孕妇怀有 Rh阳性的胎儿时，Rh阳性胎儿的
少量红细胞或 D抗原可进入母体，使母体产生免疫性抗体，主要是抗 D抗体。这种抗体可
透过胎盘进入胎儿的血液，使胎儿的红细胞发生溶血，造成新生儿溶血性贫血，严重时可导
致胎儿死亡。由于一般只有在妊娠末期或分娩时才有足量的胎儿红细胞进入母体，而母体血
液中的抗体的浓度是缓慢增加的，故 Rh阴性的母体怀第一胎 Rh阳性的胎儿时，很少出现
新生儿溶血的情况；但在第二次妊娠时，母体内的抗 Rh抗体可进入胎儿体内而引起新生儿
溶血。若在 Rh阴性母亲生育第一胎后，及时输注特异性抗 D免疫球蛋白，中和进入母体的
D抗原，以避免 Rh阴性母亲致敏，可预防第二次妊娠时新生儿溶血的发生。
三、输血原则
输血已成为治疗某些疾病、抢救伤员生命和保证一些手术得以顺利进行的重要手段。
但若输血不当或发生差错，就会给病人造成严重的损害，甚至引起死亡。为了保证输血的安
全和提高输血的效果，必须遵守输血的原则，注意输血的安全、有效和节约。
在准备输血时，首先必须鉴定血型，保证供血者与受血者的 ABO血型相合。对于生
育年龄的妇女和需要反复输血的病人，还必须使供血者与受血者的 Rh血型相合，特别要注
意 Rh阴性受血者产生抗 Rh抗体的情况。
输血最好采用同型输血。即使在 ABO系统血型相同的人之间进行输血，输血前也必
须进行交叉配血试验 (cross-match test)，把供血者的红细胞与受血者的血清进行配合试验，
称为交叉配血主侧；再将受血者的红细胞与供血者的血清作配合试验，称为交叉配血次侧。
这样，既可检验血型鉴定是否有误，又能发现供血者和受血者的红细胞或血清中是否还存在
其他不相容的血型抗原或血型抗体。如果交叉配血试验的两侧都没有发生凝集反应，即为配
血相合，可以进行输血；如果主侧发生凝集反应，则为配血不合，受血者不能接受该供血者
的血液；如果主侧不发生凝集反应，而次侧发生凝集反应称为配血基本相合，这种情况可见
于将 O型血输给其他血型的受血者或 AB型受血者接受其他血型的血液。由于输血时首先
考虑供血者的红细胞不被受血者血清所凝集破坏，故在缺乏同型血源的紧急情况下可输入少
量配血基本相合的血液 (<200m1)，但血清中抗体效价不能太高 (<1︰200)，输血速度也不
宜太快，并在输血过程中应密切观察受血者的情况，如发生输血反应，必须立即停止输注。
以往曾把 O型血的人称为“万能供血者”，认为他们的血液可输给其他任何 ABO血
型的人，这种说法是不足取的。因为。型血的红细胞上虽然没有 A和 B抗原，不会被受血
者的血浆所凝集，但 O型血的血浆中存在抗 A和抗 B抗体，这些抗体能与其他血型受血者
的红细胞发生凝集反应。当输入的血量较大时，供血者血浆中的抗体未被受血者的血浆足够
稀释时，受血者的红细胞会被广泛凝集。另外，也曾把 AB血型的人称为“万能受血者”，
认为 AB型的人可接受其他任何 ABO血型供血者的血液，这种说法同样也是不可取的，
随着医学和科学技术的进步，由于血液成分分离机的广泛应用以及分离技术和成分血
质量的不断提高，输血疗法已从原来的输全血发展为成分输血。成分输血 (blood component
therapy)是把人血中的各种不同成分，如红细胞、粒细胞、血小板和血浆，分别制备成高纯
度或高浓度的制品，再输注给病人。不同的病人对输血有不同的要求，严重贫血患者主要是
红细胞量不足，总血量不一定减少，故适宜输注浓缩红细胞悬液；大面积烧伤患者主要是由
于创面渗出使血浆大量丢失，因此适宜输入血浆或血浆代用品，如右旋糖酐溶液等；对各种
出血性疾病的患者，可根据疾病的情况输入浓缩的血小板悬液或含凝血因子的新鲜血浆，以
促进止血或凝血过程。因此，成分输血可增强治疗的针对性，提高疗效，减少不良反应，且
能节约血源。
(罗自强)
第四章 血液循环
在整个生命活动过程中，心脏不停地跳动，推动血液在心血管系统内循环流动。心血
管系统 (cardiovascular’system)由心脏和血管组成，血管又由动脉、静脉和毛细血管组成。
血液循环的主要功能是完成体内的物质运输。细胞代谢所需的营养物质和 O2，以及代谢产
生的代谢产物和 CO2都依靠血液循环来运输。此外，由内分泌细胞分泌的各种激素及生物
活性物质也通过血液循环运送至相应的靶细胞，实现机体的体液调节；机体内环境理化特性
相对恒定的维持以及血液的防卫免疫功能的实现，都依赖于血液的循环流动。循环功能一旦
发生障碍，机体的新陈代谢便不能正常进行，一些重要器官将受到严重损害，甚至危及生命。
心血管系统的活动受神经和体液因素的调节，且与呼吸、泌尿、消化、神经和内分泌
等多个系统相互协调，从而使机体能很好地适应内、外环境的变化。
第一节 心脏的泵血功能
心脏是推动血液流动的动力器官，其主要功能是泵血。心脏的泵血依靠心脏收缩和舒
张的交替活动而得以完成。心脏收缩时将血液射入动脉，并通过动脉系统将血液分配到全身
各组织；心脏舒张时则通过静脉系统使血液回流到心脏，为下一次射血做准备。正常成年人
安静时，心脏每分钟可泵出血液 5L左右。
一、心脏泵血的过程和机制
(一)心动周期
心脏的一次收缩和舒张，构成一个机械活动周期，称为心动周期 (carcdic cycle)。在
一个心动周期中，心房和心室的机械活动都可分为收缩期 (systole)和舒张期 (diastole)。由
于心室在心脏泵血活动中起主要作用，故心动周期通常是指心室的活动周期。
心动周期是心率的倒数。如果心率为每分钟 75次，则每个心动周期持续 0.8s。如图 4-1
所示，在心房的活动周期中，先是左、右心房收缩，持续约 0.1s，继而心房舒张，持续约 0.7s。
在心室的活动周期中，也是左、右心室先收缩，持续约 0.3s，随后心室舒张，持续约 0.5s。
当心房收缩时，心室仍处于舒张状态，心房收缩结束后不久，心室开始收缩。心室舒张期的
前 0.4s期间，心房也处于舒张状态，这一时期称为全心舒张期。在一个心动周期中，心房
和心室的活动按一定的次序和时程先后进行，左、右两个心房和左、右两个心室的活动都是
同步进行的，心房和心室的收缩期都短于其舒张期。心率加快时，心动周期缩短，收缩期和
舒张期都相应缩短，但舒张期缩短的程度更大，这对心脏的持久活动是不利的。
(二)心脏的泵血过程
左、右心室的泵血过程相似，而且几乎同时进行。现以左心室为例，说明一个心动周
期中心室射血和充盈的过程 (图 4-2)，以便了解心脏泵血的机制。
1．心室收缩期 心室收缩期可分为等容收缩期和射血期，而射血期又可分为快速射血期
和减慢射血期。
(1)等容收缩期：心室开始收缩后，心室内压力立即升高，当室内压升高到超过房内压
时，即可推动房室瓣使之关闭，因而血液不会倒流人心房。但此时室内压尚低于主动脉压，
因此半月瓣仍处于关闭状态，心室暂时成为一个封闭的心腔。从房室瓣关闭到主动脉瓣开启
前的这段时期，心室的收缩不能改变心室的容积，故称为等容收缩期 (period of isovolumic
contraction)。此期持续约 0.05s。由于此时心室继续收缩，因而室内压急剧升高。当主动脉
压升高或心肌收缩力减弱时，等容收缩期将延长。
(2)射血期：当心室收缩使室内压升高至超过主动脉压时，半月瓣开放。这标志着等
容收缩期结束而进入射血期 (period of ventricular jection)。在射血的早期，由于心室射入主
动脉的血液量较多，血液流速也很快，故称为快速射血期 (period of rapid ejection)。此期持
续约 0.1s。在快速射血期，心室射出的血液量约占总射血量的 2/3，由于心室内血液很快进
入主动脉，故心室容积明显缩小，但由于心室强烈收缩，室内压继续上升并达到峰值，主动
脉压也随之升高。在射血的后期，由于心室收缩强度减弱，射血的速度逐渐减慢，故称为减
慢射血期 (period of slowe jection)。此期持续约 0.15s。在减慢射血期，室内压和主动脉压都
由峰值逐渐下降。
须指出的是，在快速射血期的中期或稍后，乃至整个减慢射血期，室内压已低于主动
脉压 (图 4-2)，但此时心室内的血液因具有较高的动量 (momentum)，故仍可逆压力梯度继
续进入主动脉。
2心室舒张期 心室舒张期可分为等容舒张期和心室充盈期，心室充盈期又可分为快
速充盈期、减慢充盈期和心房收缩期。
(1)等容舒张期：射血后，心室开始舒张，室内压下降，主动脉内的血液向心室方向
反流，推动半月瓣关闭；但此时室内压仍高于房内压，故房室瓣仍处于关闭状态，心室又暂
时成为一个封闭的心腔。从半月瓣关闭至房室瓣开启前的这一段时间内，心室舒张而心室的
容积并不改变，故称为等容舒张期 (period of isovolumic relaxation)。此期持续 0.06~0.08s。
由于此时心室继续舒张，因而室内压急剧下降。
(2)心室充盈期：当室内压下降到低于房内压时，血液冲开房室瓣进入心室，心室便
开始充盈。由于室内压明显降低，甚至造成负压，这时心房和大静脉内的血液因心室的抽吸
作用而快速流人心室，心室容积迅速增大，故称为快速充盈期 (period of rapid filling)。此期
持续约 0.11s。在快速充盈期进入心室的血液量约为总充鼐量的 2/3。随后，血液进入心室的
速度减慢，故称为减慢充盈期 (period of slow filling)。此期持续约 0.22s。在心室舒张期的最
后 0.1s，心房开始收缩，即进入心房收缩期 (period of atrial systole)。心房的收缩使心房压力
升高，容积缩小，心室的充盈量可再增加 10％~30％。
如上所述，心室肌的收缩和舒张是造成室内压变化，并导致心房和心室之间以及心室
和主动脉之间产生压力梯度的根本原因，而压力梯度则是推动血液在心房、心室以及主动脉
之间流动的主要动力。由于心脏瓣膜的结构特点和启闭活动，使血液只能沿一个方向流动。
右心室的泵血过程与左心室基本相同，但由于肺动脉压约为主动脉压的 1/6，因此在
心动周期中右心室内压的变化幅度要比左心室内压小得多。
(三)心动周期中房内压的变化
在心动周期中，左心房内压力曲线依次出现 a、c、v三个较小的正向波 (图 4-2)。心
房收缩时房内压升高，形成 a波的升支；随后心房舒张，房内压回降，形成 a波的降支。a
波是心房收缩的标志。当心室收缩时，心室内的血液向上推顶已关闭的房室瓣并使之凸入心
房，造成房内压略有升高而形成 c波的升支；当心室射血后心室容积减小时，房室瓣向下移
动，使心房容积扩大，房内压降低，遂形成 c波的降支。此后，由于血液不断从静脉回流人
心房，而此时房室瓣仍处于关闭状态，故心房内血液量增加，房内压持续升高，形成 v波的
升支；当心室充盈时，房室瓣开放，血液迅速由心房进入心室，房内压很快下降而形成 v
波的降支。在心动周期中，右心房也有类似的房内压波动，并可逆向传播到腔静脉，使腔静
脉内压也发生同样的波动。
(四)心音的产生
在心动周期中，心肌收缩、瓣膜启闭、血液流速改变形成的涡流和血液撞击心室壁及
大动脉壁引起的振动，可通过周围组织传递到胸壁，用听诊器便可在胸部某些部位听到，这
就是心音 (heart sound)。若用传感器将这些机械振动转换成电信号记录下来，便可得到心音
图 (phonocardiogram)。心音发生在心动周期的一些特定时期，其音调和持续时间也有一定
的特征。正常心脏在一次搏动过程中，可产生 4个心音，即第一、第二、第三和第四心音。
通常用听诊的方法只能听到第一和第二心音；在某些青年人和健康儿童可听到第三心音；用
心音图可记录到 4个心音。
1．第一心音 第一心音发生在心室收缩期，标志着心室收缩的开始。第一心音在心
尖搏动处 (左第五肋间锁骨中线上)听诊时最清楚，其特点是音调较低，持续时间较长。第
一心音是由于房室瓣突然关闭引起心室内血液和室壁的振动，以及心室射血引起的大血管壁
和血液涡流所发生的振动而产生的。
2．第二心音 第二心音发生在心室舒张期，标志着心室舒张期的开始。第二心音在
胸骨旁第 2肋间 (即主动脉瓣和肺动脉瓣听诊区)听诊时最清楚，其特点是音调较高，持续
时间较短。第二心音的产生主要与主动脉瓣和肺动脉瓣关闭，血流冲击大动脉根部引起血液、
管壁及心室壁的振动有关。
3．第三心音 在部分健康儿童和青年人，偶尔可听到第三心音。第三心音出现在心
室快速充盈期之末，是一种低音调、低振幅的振动。是由于快速充盈期之末室壁和乳头肌突
然伸展及充盈血流突然减速引起的振动所致。
4．第四心音 第四心音出现在心室舒张的晚期，是与心房收缩有关的一组发生在心
室收缩期前的振动，也称心房音。正常心房收缩时一般不产生声音，但异常强烈的心房收缩
和在左心室壁顺应性下降时，可产生第四心音。
心脏的某些异常活动可以产生杂音或其他异常的心音。因此，听取心音或记录心音图
对于心脏疾病的诊断具有重要意义。
二、心脏泵血功能的评定
心脏的主要功能是泵血。在临床医学实践和科学研究工作中，常常需要对心脏的泵血
功能进行判断，或对心脏的功能状态进行评价。对心脏泵血功能的评定，通常用单位时间内
心脏的射血量和心脏的做功量作为指标。
(一)心脏的输出量
1．每搏输出量和射血分数 一侧心室在一次心搏中射出的血液量，称为每搏输出量
(stroke volume)，简称搏出量。正常成年人在安静状态下，左心室舒张末期容积 (end-diastolic
volume)约 125ml，收缩末期容积 (end-systolic volume)约 55ml，二者之差即为搏出量，约 70ml
(60~80ml)。可见，心室在每次射血时，并未将心室内充盈的血液全部射出。搏出量占心室
舒张末期容积的百分比，称为射血分数 (ejection fraction)，即
射血分数=搏出量 (ml)/心室舒张末期容积 (ml)×100％ (4-1)
健康成年人的射血分数为 55％~65％。正常情况下，搏出量与心室舒张末期容积是相
适应的，即当心室舒张末期容积增加时，搏出量也相应增加，而射血分数基本保持不变。在
心室功能减退、心室异常扩大的病人，其搏出量可能与正常人无明显差异，但与已经增大的
舒张末期容积不相适应，实际上射血分数已明显下降。因此，与搏出量相比，射血分数能更
准确地反映心脏泵血功能，对早期发现心脏泵血功能异常具有重要意义。
2．每分输出量和心指数 一侧心室每分钟射出的血液量，称为每分输出量 (minute
volume)，简称心输出量 (cardiac output)。左、右两侧心室的心输出量基本相等。心输出量
等于心率与搏出量的乘积。心输出量与机体的新陈代谢水平相适应，可因性别、年龄及其他
生理情况的不同而不同。如果心率为每分钟 75次，搏出量为 70ml，则心输出量约为 5L/min。
一般健康成年男性在安静状态下的心输出量为 4.5~6.0L/min。女性的心输出量比同体重男性
低 10％左右。青年人的心输出量较老年人高。成年人在剧烈运动时，其心输出量可高达
25~35L/min；而在麻醉情况下则可降到 2.5L/min。
对不同身材的个体测量心功能时，若用心输出量作为指标进行比较是不全面的。因为
身材矮小和身材高大的机体具有不同的耗氧量和能量代谢水平，心输出量也不同。调查资料
表明，人在安静时的心输出量和基础代谢率 (见第七章)一样，并不与体重成正比，而是与
体表面积成正比。以单位体表面积 (m2)计算的心输出量称为心指数 (cardiac index)。中等身
材的成年人体表面积为 1.6~1.7m2，在安静和空腹的情况下心输出量为 5~6L/min，故心指数
为 3.0~3.5I/ (min?m2)。在安静和空腹情况下测定的心指数称为静息心指数，可作为比较不
同个体心功能的评定指标。
在同一个体的不同年龄段或不同生理情况下，心指数也可发生变化。10岁左右的少
年静息心指数最高，可达 4L/ (min?m2)以上。静息心指数随年龄增长而逐渐下降，到 80岁
时接近于 2L/ (min?m2)。运动时心指数随运动强度的增加大致成比例地增高。在妊娠、情绪
激动和进食时，心指数均有不同程度的增高。
(二)心脏做功量
心脏所做的功可分为两类：一是外功，主要是指由心室收缩而产生和维持一定压力
(室内压)并推动血液流动 (心输出量)所做的机械功，也称压力一容积功；二是内功，指心脏
活动中用于完成离子跨膜主动转运、产生兴奋和收缩、产生和维持心壁张力、克服心肌组织
内部的粘滞阻力等所消耗的能量。实际上，内功所消耗的能量远大于外功。心脏所做的外功
占心脏总能量消耗的百分比称为心脏的效率 (cardiac efficiency)。心肌的能量消耗主要来自
物质的有氧氧化，故心脏的耗氧量可作为心脏能量消耗的良好指标。心脏的效率可由下式计
算
心脏的效率=心脏所完成的外功/心脏耗氧量×100％ (4-2)
正常心脏的最大效率为 20~25％在不同生理情况下，心脏的效率并不相同。实验表明，
若将动脉血压降至原先的一半，而搏出量增加一倍；或使动脉血压升高一倍，而搏出量减到
原先的一半。这两种情况下，心脏完成一次心搏所做的机械外功都与原先未发生变化时基本
相同，但后者的心肌耗氧量明显大于前者。说明动脉血压升高可降低心脏的效率。以下主要
讨论外功部分。
1．每搏功 每搏功 (stroke work)简称搏功，是指心室一次收缩射血所做的功，亦即
心室完成一次心搏所做的机械外功。心脏收缩射血所释放的机械能主要表现为压力一容积
功，此外还包括使血液以较快的流速向前流动而增加的血流动能。压力一容积功等于搏出量
乘以射血压，血流动能等于 1/2 (血液质量×流速 2)，因此
每搏功=搏出量×射血压+血流动能 (4-3)
人体在安静状态下，血流动能在左心室每搏功的总量中所占比例甚小，约 1％，故一
般可忽略不计。可见，心肌收缩射血所释放的机械能主要用于维持血压和射出一定容积的血
量。式中射血压为射血期左心室内压与心室舒张末压之差。因射血期左心室内压是不断变化
的，精确计算每搏功需将整个心动周期中压力与容积的变化进行积分。在实际应用中常以平
均动脉压代替射血期左心室内压，而以左心房平均压代替左心室舒张末期压，因此，每搏功
可用下式计算
左心室每搏功 (J)=搏出量 (L)×血液比重× (平均动脉压-左心房平均压)
(mmHg) ×13.6×9.807× (1/1000) (4-4)
若按搏出量为 70ml，平均动脉压为 92mmHg，平均心房压为 6mmHg，血液比重为 1.055
计算，则每搏功为 0.847J。
2．每分功 每分功 (minute work)简称分功，是指心室每分钟内收缩射血所做的功，亦
即心室完成每分输出量所做的机械外功。每分功等于每搏功乘以心率。若按心率为每分钟
75次计算，则每分功为 63.5J/min。
当动脉血压升高时，为克服加大的射血阻力，心肌必须增加其收缩强度才能使搏出量保
持不变，因而心脏做功量将增加。可见，与单纯的心输出量相比，用心脏做功量来评定心脏
泵血功能将更为全面，尤其是在动脉血压高低不同的个体之间，或在同一个体动脉血压发生
改变前后，用心脏做功量来比较心脏泵血功能更显其优越性。
在正常情况下，左、右心室的输出量基本相等，但肺动脉平均压仅为主动脉平均压的 l/6
左右，故右心室做功量也只有左心室的 l/6左右。
三、影响心输出量的因素
如前所述，心输出量等于搏出量与心率的乘积，因此凡能影响搏出量和心率的因素均
可影响心输出量。而搏出量的多少则决定于前负荷、后负荷和心肌收缩能力等。
(一)前负荷
前负荷可使骨骼肌在收缩前处于一定的初长度。对中空球形的心脏来说，心室肌的初
长度决定于心室舒张末期的血液充盈量，换言之，心室舒张末期容积相当于心室的前负荷。
由于测量心室内压比测定心室容积方便，且心室舒张末期容积与心室舒张末期压力在一定范
围内具有良好的相关性，故在实验中常用心室舒张末期压力 (end-diastolic pressure，Ped)来
反映前负荷。有时也可用心房内压力反映心室的前负荷。这是因为正常人心室舒张末期的心
房内压力与心室内压力几乎相等，且心房内压力的测定更为方便。
与骨骼肌相似，心肌的初长度对心肌的收缩力量具有重要影响。为了分析前负荷或初
长度对心脏泵血功能的影响，在实验中可逐步改变心室舒张末期压力，并将相对应的搏出量
或每搏功的数据绘制成心室功能曲线 (ventricular function curve) (图 4-3)。从心室功能曲线
上看，在增加前负荷 (图中为左心室舒张末压)时，心肌收缩力加强，搏出量增多，每搏功
增大。这种通过改变心肌初长度而引起心肌收缩力改变的调节，称为异长调节 (heterometric
regulation)。早在 1895年，德国生理学家 Frank在离体蛙心实验中就已观察到这种心肌收缩
力随心肌初长度增加而增强的现象。1914年，英国生理学家 Starling在狗的心一肺制备标本
上也观察到，在一定范围内增加静脉回心血量，心室收缩力随之增强；而当静脉回心血量增
大到一定限度时，心室收缩力则不再增强而室内压开始下降。Starling将“心室舒张末期容
积在一定范围内增大可增强心室收缩力”的规律称为心的定律 (1aw of the heart)，后人称之
为 Frank-Starling定律，而把心室功能曲线称为 Frank-Starling曲线。
初长度对心肌收缩力影响的机制与骨骼肌相似，即不同的初长度可改变心肌细胞肌节
中粗、细肌丝的有效重叠程度。当肌节的初长度为 2.0~2.2μm时，粗、细肌丝处于最佳重
叠状态，活化时可形成的横桥连接数目最多，肌节收缩产生的张力最大。此时的初长度即为
最适初长度。在肌节未达最适初长度之前，随着前负荷或肌节初长度的增加，粗、细肌丝的
有效重叠程度增加，活化时形成的横桥连接的数目增多，因而肌节以至整个心室的收缩力逐
渐加强 (图 4-4)，心搏出量增多，每搏功增大。可见，心室功能曲线是心肌初长度与主动张
力间的关系在整个心室功能上的一种反映。
与骨骼肌不同的是，正常心室肌具有较强的抗过度延伸的特性，肌节一般不会超过
2.25~2.30μm，因此心功能曲线不会出现明显的下降趋势 (图 4-3)。这是因为心肌细胞外间
质内含有大量胶原纤维，且心室壁多层肌纤维呈交叉方向排列；当心肌肌节处于最适初长度
时，产生的静息张力已经很大，从而能对抗心肌被进一步拉长 (图 4-4)。心肌这种能抵抗被
过度延伸的特性对心脏泵血功能具有重要的生理意义，它使心脏在前负荷明显增加时一般不
会发生搏出量和做功能力的下降。心室功能曲线不出现明显下降趋势并非表示心肌初长度在
超过最适初长后不再对心肌收缩功能发生影响，而是初长度在这种情况下不再与室内压呈平
行关系，即此时初长度不再随室内压的增加而增加。但在有些慢性心脏病患者，当心脏过度
扩张时，心室功能曲线可出现降支，表明心肌此时的收缩功能已严重受损。
异长调节的主要作用是对搏出量的微小变化进行精细的调节，使心室射血量与静脉回
心血量之间保持平衡，从而使心室舒张末期容积和压力保持在正常范围内。例如，在体位改
变或动脉血压突然升高时，以及在左、右心室搏出量不平衡等情况下，心室的充盈量可发生
微小的变化。这种变化可立即通过异长调节来改变搏出量，使搏出量与回心血量之间重新达
到平衡状态。但若循环功能发生幅度较大、持续时间较长的改变，如肌肉活动时的循环功能
改变，仅靠异长调节不足以使心脏的泵血功能满足机体当时的需要。在这种情况下，需要通
过调节心肌收缩能力来进一步加强心脏的泵血功能。
在整体情况下，心室的前负荷主要决定于心室舒张末期充盈的血液量。因此，凡能影
响心室舒张期充盈量的因素，都可通过异长调节使搏出量发生改变。心室舒张末期充盈量是
静脉回心血量和射血后心室内剩余血量二者之和。在多数情况下，静脉回心血量的多少是决
定心室前负荷大小的主要因素。静脉回心血量又受到心室充盈的持续时间、静脉回流速度、
心包内压和心室顺应性等因素的影响。当心率增快时，心动周期尤其是心室舒张期将缩短，
因而心室充盈的持续时间缩短，心室充盈不完全，静脉回心血量减少；反之，心室充盈的持
续时间延长，心室充盈完全，则静脉回心血量增多。但在心室完全充盈后继续延长充盈持续
时间将不能进一步增加静脉回心血量。在心室充盈持续时间不变的情况下，静脉回流速度越
快，静脉回心血量越大；反之，则静脉回流越小。静脉回流速度决定于外周静脉压与心房压
之差。当外周静脉压增高 (如循环血量增多、外周静脉管壁张力增高等)和 (或)心房、心室
内压降低时，静脉回流速度加快。正常情况下，心包的存在有助于防止心室的过度充盈。当
发生心包积液时，心包内压增高，可使心室充盈受到限制，导致静脉回心血量减少。心室顺
应性 (ventricular compliance)是指心室壁受外力作用时能发生变形的难易程度，通常用心室
在单位压力差作用下所引起的心室容积改变 (△V/△P)来表示。心室顺应性降低时 (如心肌
纤维化、心肌肥厚等)，心室充盈量将减少。另外，假如静脉回心血量不变，射血后心室内
剩余血量增加 (如动脉血压突然升高使搏出量暂时减少)时也将导致心室充盈量增加；但实
际上，射血后心室内剩余血量增加时，舒张期心室内压也增高，静脉回心血量将减少，因而
心室充盈量并不一定增加。
(二)后负荷
在完整的循环系统中，心室收缩时须克服大动脉血压的阻力，才能将血液射人动脉，
因此，大动脉血压是心室收缩时所遇到的后负荷。在心肌初长度、收缩能力和心率都不变的
情况下，如果大动脉血压增高，等容收缩期室内压的峰值将增高，结果使等容收缩期延长而
射血期缩短，射血期心室肌缩短的程度和速度都减小，射血速度减慢，搏出量减少；反之，
大动脉血压降低则有利于心室射血。
动脉血压改变在影响搏出量的同时，将继发性地引起心脏内的一些调节活动。当动脉
压突然升高而使搏出量暂时减少时，射血后心室内的剩余血量将增多，若舒张期静脉回心血
量不变或无明显减少，则心室舒张末期容积将增大。此时可通过异长调节加强心肌的收缩力
量，使搏出量回升，从而使心室舒张末期容积逐渐恢复到原先水平。尽管此时动脉血压仍处
于高水平，但心脏的搏出量将不再减少。在完整机体内，还有更多的调节机制参与，包括后
文将要述及的等长调节。神经和体液调节也可通过等长调节使心肌收缩能力增强，有助于搏
出量的恢复。
由上可知，心室后负荷的改变可直接影响搏出量；但在整体条件下，可通过异长调节
和等长调节 (见后文)使心肌初长度和收缩能力发生相应改变，以适应后负荷的改变。如上
述动脉血压突然升高时发生的适应性改变，其生理意义是在动脉血压升高的一定范围内仍可
维持接近正常的心输出量。但当动脉血压持续增高时，心室肌将长期加强其收缩活动，心脏
做功量增加而心脏效率降低，久之心肌逐渐发生肥厚，最终可能导致泵血功能减退。如同在
高血压病引起心脏病变时，可先后出现左心室肥厚、扩张以至左心衰竭。
(三)心肌收缩能力
前负荷和后负荷是影响心脏泵血的外在因素，而肌肉的内部功能状态也是决定肌肉收
缩效果的重要因素。心肌不依赖于前负荷和后负荷而能改变其力学活动 (包括收缩的强度和
速度)的内在特性，称为心肌收缩能力 (myocardial contractility)，又称心肌的变力状态
(inotropic state)。在完整的心室，心肌收缩能力增强可使心室功能曲线向左上方移位 (见图
4-3)，表明在同样的前负荷条件下，每搏功增加，心脏泵血功能增强。这种通过改变心肌收
缩能力的心脏泵血功能调节，称为等长调节 (homometric regulation)。
心肌收缩能力受多种因素的影响。凡能影响心肌细胞兴奋-收缩耦联过程中各个环节
的因素都可影响收缩能力，其中活化的横桥数日和肌球蛋白头部 ATP酶的活性是影响心肌
收缩能力的主要环节。在一定的初长度下，粗、细肌丝的重叠程度是两者结合形成横桥数量
的先决条件，但并非所有这些横桥都能被激活成为活化的横桥。因此，在同一初长度下，心
肌可通过增加活化的横桥数目来增强心肌收缩力。活化的横桥在全部横桥中所占的比例决定
于兴奋时胞质内 Ca2+的浓度和 (或)肌钙蛋白对 Ca2+的亲和力。儿茶酚胺 (去甲肾上腺素和
肾上腺素)在激动心肌细胞的β肾上腺素能受体后，可通过 cAMP转导途径，激活细胞膜上
的 L型钙通道，增加 Ca2+内流，再通过钙触发钙释放 (CICR)机制促进胞质内 Ca2+浓度升
高，从而使心肌收缩能力增强。钙增敏剂 (如茶碱)可增加肌钙蛋白对 Ca2+的亲和力，使肌
钙蛋白对胞质中 Ca2+的利用率增加，因而活化的横桥数目增多，心肌收缩能力增强。甲状
腺激素可提高肌球蛋白 ATP酶的活性，因而也能增强心肌收缩能力。老年人和甲状腺功能
低下的患者，因为肌球蛋白分子亚型的表达发生改变，ATP酶活性降低，故心肌收缩能力减
弱。
(四)心率
正常成年人在安静状态下，心率 (heart rate)为每分钟 60~100次，平均约 75次。心率
可随年龄、性别和不同生理状态而发生较大的变动。新生儿的心率较快，随着年龄的增长，
心率逐渐减慢，至青春期接近成人水平。在成年人，女性的心率稍快于男性。在经常进行体
力劳动或体育运动的人，平时心率较慢。在同一个体，安静或睡眠时的心率较慢，而运动或
情绪激动时心率加快。
在一定范围内，心率加快可使心输出量增加。当心率增快但尚未超过一定限度时，尽
管此时心室充盈时间有所缩短，但由于静脉回心血量的大部分在快速充盈期内进入心室，因
此心室充盈量和搏出量不会明显减少，而心率的增加可使每分输出量明显增加。但是，如果
心率过快，当超过每分钟 160~180次时，将使心室舒张期明显缩短，心舒期充盈量明显减少，
因此搏出量明显减少，从而导致心输出量下降。如果心率过慢，当低于每分钟 40次时，将
使心室舒张期过长，此时心室充盈早已接近最大限度，心舒期的延长已不能进一步增加充盈
量和搏出量，因此心输出量也将减少。
心率的变化也可影响心肌收缩能力。在实验条件下使心室肌进行等长收缩，可观察到
心室肌的收缩张力随刺激频率的增加而逐渐增大，当刺激频率为每分钟 150~180次时，心肌
收缩张力达到最大值；进一步增加刺激频率时，心肌收缩力反而下降。心率增快或刺激频率
增高引起心肌收缩能力增强的现象称为阶梯现象 (staircase phenomenon，或 treppe)。其机制
可能与心率增快时细胞内 Ca2+浓度增高有关。
在整体情况下，心率受神经和体液因素的调节。交感神经活动增强时心率加快；迷走
神经活动增强时心率减慢。循环血中肾上腺素、去甲肾上腺素和甲状腺激素水平增高时心率
加快。此外，心率还受体温的影响，体温每升高 1℃，心率每分钟可增加 12~18次。
四、心脏泵血功能的储备
健康成年人在安静状态下，心输出量约 5L；剧烈运动时，心输出量可达 25~30L，为
安静时的 5~6倍。说明正常心脏的泵血功能有相当大的储备量。心输出量随机体代谢需要而
增加的能力，称为心泵功能储备或心力储备 (cardiac reserve)。心泵功能储备可用心脏每分
钟能射出的最大血量，即心脏的最大输出量来表示。训练有素的运动员，心脏的最大输出量
远较一般人为高，可达 35L以上，为安静时心输出量的 7倍以上。有些心脏病患者，静息
时的心输出量与健康人无明显差异，尚能满足静息状态下机体代谢的需要，但在代谢活动增
强如进行肌肉活动时，心输出量则不能相应增加，心脏的最大输出量明显低于正常人，表明
他们的心泵功能储备已经降低，实际上是在安静时已有相当部分的储备量被动用，而剩余的
储备量已不足以满足代谢活动增强的需要。
心泵功能储备的大小主要决定于搏出量和心率能够提高的程度，因而心泵功能储备包括
搏出量储备和心率储备两部分。
(一)搏出量储备
搏出量是心室舒张末期容积和收缩末期容积之差，所以，搏出量储备又可分为收缩期
储备和舒张期储备两部分。前者是通过增强心肌收缩能力和提高射血分数来实现的，而后者
则是通过增加舒张末期容积而获得的。静息时舒张末期容积约 125ml，由于心室腔不能过分
扩大，一般只能达到 140ml左右，故舒张期储备仅 15ml左右；而当心肌最大程度缩短时，
心室收缩末期容积可减小到 15~20ml，因而收缩期储备可达 35~40ml。相比之下，收缩期储
备要比舒张期储备大得多。
(二)心率储备
假如搏出量保持不变，而使心率在一定范围内加快，心输出量可增加至静息时的 2~2.5
倍。但心率过快时，由于舒张期过短，心室充盈不足，可导致搏出量和心输出量减少。在一
般情况下，健康成年人能使心输出量随心率加快而增多的最高心率为每分钟 160~180次。
在心力衰竭患者，心肌收缩力减弱，搏出量减少，射血后心室内的剩余血量增多，心
室舒张末期容积增大，表明收缩期储备和舒张期储备均下降。在这种情况下，常出现心率代
偿性加快，以保证心输出量不致过低，即在静息状态下心率储备已被动用；当心力衰竭患者
的心率增快到每分钟 120~140次时，心输出量往往就开始下降，表明此时心率储备已不足代
偿搏出量储备的降低，所以心力衰竭患者的心力储备显著低于正常人。
在进行强烈的体力活动时，体内交感一肾上腺髓质系统的活动增强，机体主要通过动
用心率储备和收缩期储备而使心输出量增加。训练有素的运动员，心肌纤维增粗，心肌收缩
能力增强，因此收缩期储备增加；同时，由于心肌收缩能力增强，可使心室收缩和舒张的速
度都明显加快，因此心率储备也增加，此时，能使心输出量随心率加快而增多的最高心率将
可提高到每分钟 200~220次。
第二节 心脏的生物电活动和生理特性
心脏实现其泵血功能是以心肌的收缩和舒张为基础的；但心房和心室之所以能不停地
进行有顺序的、协调的、收缩与舒张交替的活动，归根结底都是由心肌细胞动作电位的规律
性发生与扩布而引起的。因此，需要进一步学习心脏的生物电活动规律。
与神经细胞和骨骼肌细胞相比，心肌细胞的生物电活动要复杂得多，各类心肌细胞的
跨膜电位存在较大差异 (图 4-5)，其形成机制也各不相同。因此，在介绍各类心肌细胞跨膜
电位之前，有必要对心肌细胞进行适当的分类。根据组织学和电生理学特点，可将心肌细胞
分为两类：一类是普通的心肌细胞，包括心房肌和心室肌，这类细胞具有稳定的静息电位，
主要执行收缩功能，故称为工作细胞 (cardiac working cell)；另一类为特殊心肌细胞，主要
包括窦房结细胞和浦肯野细胞，它们组成心内特殊传导系统 (specialized conduction system)，
这类细胞大多没有稳定的静息电位，并可自动产生节律性兴奋，故称为自律细胞
(autorhythmic cell)。根据心肌细胞动作电位去极相速度的快慢及其不同产生机制，又可将心
肌细胞分成快反应细胞 (fast response cell)和慢反应细胞 (slow response cell)两类。前者包括
心房肌细胞、心室肌细胞和浦肯野细胞等；后者则包括窦房结 P细胞和房室结细胞等。
一、心肌细胞的跨膜电位及其形成机制
(一)工作细胞的跨膜电位及其形成机制
属于工作细胞的心房肌和心室肌细胞跨膜电位及其形成机制基本相同，所以，以下着
重介绍心室肌细胞的跨膜电位及其形成机制。
1．静息电位 人和哺乳动物心室肌细胞的静息电位为-80~-90mV，其形成机制与神
经细胞和骨骼肌细胞相似，即与静息时细胞膜对不同离子的通透性和离子的跨膜浓度差有
关。心室肌细胞膜上存在丰富的内向整流 I础通道，它是内向整流钾通道 (inward rectifier K+
channel，Kir channel)中最常见的一种通道。这种通道属于非门控通道，它不受电压或化学
信号的控制，但其开放程度可受膜电位的影响 (见后文)。在静息状态下，IK1通道处于开放
状态，其通透性远大于其他离子通道的通透性，因此，由 IK1电流引起的 K+平衡电位是构
成静息电位的主要成分。但心肌细胞膜在静息时对 Na+也有一定通透性，这是一种钠背景电
流 (Na+ background current)，这种由少量 Na+内流引起的内向电流可部分抵消细胞内的负电
位。因此，心肌静息电位总是略小于 IK1平衡电位 (均指绝对值)。此外，生电性钠泵对 Na+
和 K+的不对等转运 (转出 3个 Na+，转入 2个 K+)也可影响静息电位，由钠泵活动产生的
泵电流 (pump current，Ipump)可使细胞内的负电位有所增大。
2．动作电位 心室肌细胞的动作电位明显不同于神经细胞和骨骼肌细胞，其主要特征
是复极化过程较为复杂，持续时间很长，动作电位的升支和降支明显不对称。心室肌细胞的
动作电位通常分为 0期、1期、2期、3期、4期五个时相 (图 4-6A)。
(1)去极化过程：心室肌细胞的去极化过程又称动作电位 0期。在适当的外来刺激作用
下。心室肌细胞发生兴奋，膜内电位由静息时的-80~-90mV迅速上升到 0电位，并继续上升
到+30mV左右，形成动作电位的升支。O期去极化的持续时间很短，仅 1~2ms；去极化幅
度很大，约 120mV，因而去极化速度很快，最大速率 (Vmax)可达 200~400V/s。
心室肌细胞 0期去极化的离子机制与神经细胞和骨骼肌细胞相似，是由钠通道 (INa通
道)开放和 Na+内流所引起的。介导 0期去极化的 INa通道激活开放和失活关闭的速度都很
快，故又称快通道 (fast channel)。INa通道在阈电位水平 (约-70mV)时激活开放，开放时间
约 1ms；当膜去极达 0mV左右时，INa通道就开始失活而关闭。INa通道激活速度快，又可
产生再生性循环，即膜去极化达到阈电位时，Na+内向电流将超过 K+外向电流，于是在净
内向电流的作用下使膜进一步去极化，而膜的进一步去极化将引起更多的 INa通道开放，产
生更大的钠电导和 Na+内向电流，如此便形成 Na+电流与膜去极化之间的正反馈，使膜在不
足 1ms时间内迅速去极化到接近 EN。的水平。这就是心室肌细胞 0期去极化速度快、动作
电位升支陡峭的原因。这种 0期去极化过程由快 INa通道介导的动作电位称为快反应动作电
位 (fast response action potential)，因而心室肌细胞属于快反应细胞。心室肌细胞的快 INa通
道与神经细胞和骨骼肌细胞的 INa通道分属不同的亚型，尽管也可被河豚毒 (tetrodotoxin，
TTX)选择性阻断，但它对 TTX的敏感性要比脑细胞和骨骼肌细胞的敏感性低得多。
快 INa通道可被 TTX选择性阻断。但由于其通道蛋白的分子结构不同，不同组织中
的快 INa通道对 TTX的敏感性不同，心肌细胞的 INa通道对 TTX的敏感性仅为神经细胞和
骨骼肌细胞的 1/100~1/1000,，钠通道阻滞剂是临床上常用的抗心律失常药物，而 TTX却不
能用作抗心律失常药物。这是因为在全身使用 TTX时，心肌细胞的 INa通道尚未被阻滞，
而神经细胞和骨骼肌细胞的 INa通道却早已被阻滞，因而可危及生命。
(2)复极化过程：当心室肌细胞去极化达到顶峰后，由于 INa通道的失活关闭，立即
开始复极。但复极化过程比较缓慢，历时 200~300ms，包括动作电位的 1期、2期和 3期三
个阶段。
1)1期：1期又称快速复极初期。此期中仅发生部分复极，膜内电位由+30mV迅速下
降到 0mV左右，历时约 10ms。0期去极化和 1期复极化期间膜电位的变化速度都很快，在
记录的动作电位图形上呈尖峰状，故常把这两部分合称为锋电位。
在动作电位 1 期，快 INa 通道已失活，且在去极化过程中又发生一过性外向电流
(transient outward current，Ito)的激活，从而使膜电位迅速复极到 0mV左右。Ito通道是在膜
电位去极化到-30mV时被激活的，约开放 5~10ms。Ito的主要离子成分是 K+，换言之，由
K+负载的 Ito是引起心室肌细胞 1期复极化的主要外向电流。
2)2期：在 1期复极膜电位达 0mV左右后，复极化过程变得非常缓慢，记录的动作
电位图形较平坦，故称为平台期 (plateau)。该期历时 100~150ms。这是心室肌细胞动作电位
持续时间较长的主要原因，也是区别于神经细胞和骨骼肌细胞动作电位的主要特征。
平台期的形成与许多离子流有关。造成平台期持续时间较长的一个重要原因是 IK1
通道的内向整流特性。如前所述，IK1通道的开放程度受膜电位的影响。它在静息电位水平
时通透性很大，IK1电流是产生静息电位的主要外向离子电流。当膜发生超极化且膜电位的
负值大于 IK1平衡电位时，促进 K+内流的电场力大于促进 K+外流的浓度势能，因而出现
K+内流，且维持较高的通透性；反之，当膜发生去极化时，IK1通道的通透性降低，K+外
流减少，当膜去极化至-20mV或更正时，K+通过 IK1通道的外流量已接近零 (图 4-7)。显
然，IK1通道对超级化时的 K+内流比去极化时的 K+外流具有更大的通透性，有如一个整流
二极管的作用。因此，IK1通道对 K+的通透性因膜的去极化而降低的现象，称为内向整流
(inward rectification)。IK1通道的内向整流特性阻碍了平台期内 K+的外流，因而膜电位难以
迅速复极化。研究表明，IK1通道的内向整流现象是由于膜去极化时 IK1通道内口被细胞内
的Mg2+和多胺 (如腐胺、亚精胺、精胺等)堵塞而引起，在实验条件下，如果移去细胞内的
Mg2+和多胺，则可消除 IK1通道的内向整流现象。
事实上，决定平台期的离子电流主要是内向的 L 型钙电流 (long lasting calcium
current，ICa-L)和外向的延迟整流钾流 (delayed rectifier K+ current，IK)。此外，参与平台期
的离子流还有一过性外向电流 Ito和慢失活钠电流等。在平台期的初期，内向电流和外向电
流二者处于平衡状态；随后，内向电流逐渐减弱，外向电流逐渐增强，总的结果是出现一种
随时间推移而逐渐增强的微弱的净外向电流，导致膜电位的缓慢复极化。
心室肌细胞膜上的钙通道主要是 L (long-lasting)型钙通道。这种通道属于电压门控通
道，主要对 Ca2+通透，也允许少量 Na+通透。当细胞膜去极化达-40mV时，该通道被激活。
L型钙通道的激活、失活以及复活过程均较缓慢，故又称慢通道 (slow channel)。L型钙通
道虽然在动作电位 0期激活，但 Ca2+内流幅度要到平台期之初才达到最大，而通道的失活
过程可持续数百毫秒，所以 L型电流成为平台期主要的内向电流。L型钙通道可被Mn2+和
多种 Ca2+拮抗剂 (如维拉帕米等)所阻断。心室肌细胞膜上的 IK通道在动作电位 0期去极
至一 40mV时激活，而在复极到-50mV时去激活。该通道的激活和去激活也很缓慢，也可
持续数百毫秒。因为该通道激活缓慢，故 IK电流称为延迟整流钾流。正因为 IK通道的通
透性增加缓慢，所以在平台期早期，由 IK电流形成的外向电流主要起抗衡以 L型钙流为主
的内向电流的作用；而在平台期晚期。则成为导致膜复极化的主要离子电流。
3)3期：3期又称为快速复极末期。在 2期复极末，膜复极逐渐加速，延续为 3期复
极，故 2期和 3期之间没有明显的界限。在动作电位 3期，复极化的速度加快，膜电位由
0mV左右较快地复极到-90mV，完成整个复极化过程。该期历时 100~150ms。
3期复极是由 L型钙通道失活关闭，内向离子流减弱，而外向的 IK电流进一步增加
所致。到 3期末，随着膜电位负值增加，外向的 IK1电流也增大 (图 4-7)，而后者又进一步
使复极化过程加快，这种再生性循环使 3期复极化越来越快，直至复极化完成。
从 0期去极化开始到 3期复极化完毕的这段时间，称为动作电位时程 (action potential
duration)。心室肌细胞的动作电位时程为 200~300ms。
(3)静息期：静息期又称动作电位 4期。在心室肌细胞，4期膜电位虽已恢复并稳定
于静息电位水平 (-80~-90mV)，但此时离子跨膜转运仍在活跃进行。这是因为在动作电位期
间有 Na+、Ca2+进入细胞和 K+流出细胞，造成细胞内、外离子分布的改变。因此，细胞需
要排出 Na+和 Ca2+，并摄入 K+，以恢复细胞内、外各种离子的正常浓度梯度，并保持心肌
细胞的正常兴奋性。
细胞膜上钠泵的活动可将内流的 Na+重新排出，同时将外流的 K+重新摄入细胞。
Ca2+：的排出主要依赖于细胞膜上的 Na+-Ca2+交换体 (Na+-Ca2+ exchanger)和钙泵。
Na+-Ca2+交换体是存在于细胞膜上的一种反向转运蛋白。在动作电位 4期，Na+-Ca2+交换
体在将 3个 Na+转运人细胞内的同时，可将 1个 Ca2+转运出细胞，而进入细胞的 Na+则再
由钠泵的活动排出细胞。Na+-Ca2+交换是一种继发性主动转运 (见第二章)。此外，尚有少
量的 Ca2+可通过细胞膜上的钙泵 (即 Ca2+-ATP酶)主动排出细胞。须加以说明的是，钠泵
和 Na+-Ca2+交换体并非只在 4期活动；实际上，它们的活动是持续进行的，并在动作电位
的不同时相，其活动的强度可因当时膜内、外不同离子分布情况的改变而改变。这对维持细
胞膜内外离子分布的稳态具有重要意义。
工作细胞中除心室肌细胞外，还有心房肌细胞。心房肌细胞的静息电位约-80mV。主
要是因为其静息电位受 Na+内漏的影响较大，故细胞内负电位较心室肌细胞为小。心房肌细
胞动作电位的形状与心室肌细胞基本相似，但动作电位时程较短，历时仅 150~200ms (图
4-6B)。这是因为心房肌细胞膜上存在多种类型的钾通道，膜对 K+的通透性较大，K+外流
和复极化速度较快。此外，心房肌细胞的 Ito通道较发达，Ito电流的影响可持续到 2期，加
速其复极，因而平台期不明显。
(二)自律细胞的跨膜电位及其形成机制
自律细胞与非自律细胞 (如工作细胞)跨膜电位的最大区别在于 4期。工作细胞 4期
的膜电位是基本稳定的；而自律细胞动作电位 3期复极化末在达到最大复极电位 (maximal
repolarization potential)后，4期的膜电位并不稳定于这一水平，而是立即开始自动去极化，
当去极化达阈电位水平时，即爆发一次新的动作电位。这种 4 期自动去极化 (phase 4
spontaneous depolarization)的过程具有随时间而递增的特点，尽管其去极化速度远较 0期去
极化缓慢。4期自动去极化是自律细胞产生自动节律性兴奋的基础。不同类型的自律细胞，
4期自动去极化的速度和机制不完全相同。以下主要讨论窦房结 P细胞和浦肯野细胞的跨膜
电位。
1．窦房结 P细胞 窦房结内含有丰富的自律细胞，这些自律细胞称为 P (pacemaker)
细胞。窦房结 P细胞的跨膜电位 (图 4-6C)明显不同于心室肌细胞。图 4-8示窦房结 P细胞
的动作电位及其离子机制。
(1)去极化过程：窦房结 P细胞的最大复极电位约为-70mV，这是由于其细胞膜上 I
砌通道较缺乏，膜对 K+的通透性较低而对 Na+的通透性相对较高所致。当自动去极化达阈
电位水平 (约-40mV)时可触发 0期去极化，膜内电位由原来的负值升至 0~+15mV，其去极
化幅度为 70~85mV。由于窦房结 P细胞缺乏 INa通道，因此其动作电位主要依赖于 Ca2+通
过 L型钙通道内流而发生去极化，又由于 L型钙通道的激活过程比较缓慢，故其 0期去极
化速率较慢， (约 10V/s)，持续时间较长 (约 7ms)。这种 0期去极化过程由慢钙通道介导的
动作电位称为慢反应动作电位 (slow response action potendal)，因而窦房结 P细胞属于慢反
应细胞。与心室肌细胞的跨膜电位相比，窦房结 p细胞的最大复极电位和阈电位水平，以及
0期去极化的幅度和速率均较小。
(2)复极化过程：与心室肌细胞动作电位相比，窦房结 P细胞动作电位无明显的 1期
和 2期，0期去极化后直接进入 3期复极化过程。这是因为窦房结 P细胞上很少表达 Ito通
道和缺乏 IK1通道之故。其复极化主要依赖于 IK通道来完成。
(3)自动去极化过程：窦房结 P细胞在 3期复极达到最大复极电位后立即开始自动去
极化。在心肌自律细胞中，窦房结 P细胞的 4期自动去极化速率最快 (约 0.1V/s)，自律性
最高。在窦房结 P细胞动作电位 4期存在许多内向电流和外向电流，其自动去极化的离子
机制不外乎外向电流减弱和内向电流增强两个方面，以下着重介绍三种与 4期自动去极化有
关的离子电流 (图 4-8)。
1)IK电流：IK通道在动作电位 0期去极化时就已开始激活开放，以后 K+外流逐渐增
强，成为窦房结 P细胞 3期复极的主要原因。但 IK通道在复极化接近最大复极电位时去激
活关闭，K+的外流逐渐减少。由于此时外向的 IK电流还相当大，因此其衰减而使内向电流
相对增强的作用也相当大。可见，IK通道的去激活关闭所造成的 K+外流进行性衰减是窦房
结 P细胞 4期自动去极化最重要的离子基础。甲磺酰苯胺类药物可阻断 IK通道。
2)If电流：If电流是一种进行性增强的内向离子流，主要是 Na+内流，在浦肯野细胞
4期自动去极化过程中起重要作用 (见后文)。If通道的最大激活电位约-100mV。而在正常
情况下，窦房结 P细胞的最大复极电位约-70mV。在此电位水平，If通道的激活十分缓慢，
电流强度也较小，因此 If电流在窦房结 P细胞 4期自动去极化过程中所起作用可能不大。
If通道可被铯 (Cs)阻断。
3)T型钙流：除 L型钙通道外，窦房结 P细胞还存在 T (transient)型钙通道，其阈电
位约为-50mV。当 4期自动去极化到-50mV时，T型钙通道被激活开放，引起少量的内向 T
型钙流 (ICa-T)，成为 4期自动去极化后期的一个组成成分。T型钙通道可被镍 (NiCl2)阻断，
而一般的钙拮抗剂对 ICa-T则无阻断作用。
2．浦肯野细胞 浦肯野细胞的最大复极电位约-90mV。由于细胞膜上的 IK1通道密度
较高，膜对 K+的通透性较大，所以其最大复极电位更接近 K+平衡电位，也较心室肌细胞
的静息电位更负。浦肯野细胞兴奋时产生快反应动作电位，所以它是一种快反应细胞，其动
作电位分为 0期、1期、2期、3期和 4期五个时相。除 4期外。浦肯野细胞动作电位的形
态和离子基础与心室肌细胞基本相同。
浦肯野细胞 4期自动去极化的形成机制也包括外向电流减弱和内向电流增强两个方面，
前者的主要成分是 IK1电流，而后者则为 If电流 (图 4-9)。如前所述，在动作电位 3期复极
化至-50mV左右时，IK通道去激活而关闭，IK电流逐渐减小，所以，浦肯野细胞在最大复
极电位 (-90mV)时的 IK电流已经很小。可见，IK电流的衰减并不是引起浦肯野细胞 4期自
动去极化的主要原因。If通道在动作电位 3期复极化至-60mV左右时开始激活开放，其激活
程度随膜内负电位的加大和时间的推移而增加，即具有电压依赖性和时间依赖性。实验证明，
它在-100mV左右时充分开放，If电流达到最大值。而浦肯野细胞的最大复极电位和 4期膜
电位水平与 If通道充分激活的电位水平较接近，因而认为 If电流的增强在浦肯野细胞的 4
期自动去极化过程中起主要作用。但由于 If通道的激活开放速率较慢，4期自动去极化速度
(约 0.02V/s)较慢，因而自动节律性较低。
If通道是一种特殊的离子通道，它普遍存在于心肌自律细胞，对自律活动的产生具有
十分重要的作用。If通道虽然也存在于工作细胞，但由于通道密度过低 (在人)或者激活电
位过负 (在狗约-120mV)，故在生理情况下不起起搏作用。至于在窦房结，尽管 If通道的编
码基因在 P细胞高度表达，但由于 P细胞的最大复极电位偏低，If电流对 4期自动去极化的
作用难以圆满解释，因而目前存在很大争议。If通道的特殊之处在于这种通道的电压依赖性
和已知的其他心肌电压依赖性通道截然相反。其他通道均因细胞膜的去极化而激活开放，唯
有 If通道却因细胞膜的超极化而激活开放，故也称 Ih通道。If通道激活开放时产生的 If电
流主要以 Na+内流为主，也有少量 K+外流，因而形成内向电流，引起自律细胞 (主要是浦
肯野细胞)4期自动去极化而产生起搏作用，因此，If电流也称起搏电流 (pace-maker current)。
二、心肌的生理特性
心肌细胞具有兴奋性、自律性、传导性和收缩性等生理特性。其中兴奋性、自律性和
传导性都以心肌细胞膜的生物电活动为基础，故属于心肌的电生理特性；而心肌细胞的收缩
性则以胞质内收缩蛋白的功能活动为基础，因而是心肌的一种机械特性。心肌的收缩功能是
心脏泵血的重要基础，但心肌的收缩性在很大程度上受电生理特性的影响。心肌细胞的上述
生理特性对心脏有序而协调的功能活动具有十分重要的作用。
(一)兴奋性
心肌属于可兴奋组织，在受到适当刺激时可产生动作电位，即具有兴奋性。衡量心肌
兴奋性的高低可用刺激阈值为指标，阈值高则表示兴奋性低，阈值低则表示兴奋性高。
1．兴奋性的周期性变化 心肌细胞每发生一次兴奋，其膜电位就发生一系列有规律
的变化，而引起快、慢反应动作电位 0期去极化的钠通道和 L型钙通道则由关闭状态经历
激活、失活和复活等变化过程。在这一过程中，心肌细胞的兴奋性也随着发生相应的周期性
改变。兴奋性的这种周期性变化，使心肌细胞在不同时期内对重复刺激表现出不同的反应能
力或特性，这对心肌兴奋的产生和传导，以及收缩反应都将产生重要影响。现以心窒肌细胞
为例，说明在一次兴奋过程中兴奋性的周期性变化 (图 4-10)。
(1)有效不应期：心肌细胞受到刺激发生兴奋时，从动作电位 0期开始到 3期复极化
至-55mV的这段时期内，膜的兴奋性完全丧失，即对任何强度的刺激都不能产生去极化反
应，这个时期称为绝对不应期 (absolute refractory period，ARP)。在3期复极化膜电位由-55mV
继续恢复到约-60mV。的这段时间内，如果给予一个足够强的刺激，肌膜可产生局部的去极
化反应，但仍不能发生动作电位，这一时期称为局部反应期 (1ocal response period)。由于从
0期开始到 3期膜电位恢复到-60mV这段时间内，心肌不能产生新的动作电位，因此这段时
间称为有效不应期 (effective refractory period，ERP)。产生有效不应期的原因是这段时间内
膜电位的负值太小，钠通道全部失活 (绝对不应期)，或仅少量复活 (局部反应期)，但其激
活产生的内向电流仍不足以使膜去极化至阈电位。
(2)相对不应期：在 3期复极化从-60mV至-80mV的这段期间内，若给予心肌细胞一
个阈刺激，将不能引起细胞兴奋而产生新的动作电位；但当给予一个阈上刺激时，则可能产
生一次新的动作电位，这段时间称为相对不应期 (relative refractory period，RRP)。其原因是
此时已有相当数量的钠通道复活至可被激活的关闭状态，但在阈刺激下激活的钠通道数量，
仍不足以产生使膜去极化至阈电位的内向电流，只有更强的刺激 (阈上刺激)才能激活足够
的钠通道以点燃膜的兴奋。故心肌细胞的兴奋性虽比有效不应期时有所恢复，但仍然低于正
常。
(3)超常期：在 3期复极化膜电位从-80mV恢复到-90mV的这段时期内，膜电位已经
基本恢复，钠通道也已复活至初始状态，由于膜电位的绝对值小于静息电位，即与阈电位水
平之间的差距较小，所以，此时若给予心肌一个阈下刺激，就有可能引起一个新的动作电位，
表明心肌的兴奋性高于正常，故这段时间称为超常期 (supranormal period，SNP)。
在相对不应期和超常期，钠通道尚未完全复活，膜内负电位水平小于静息电位水平，因
此，若此时接受一次刺激，所产生的动作电位 0期去极化幅度和速率均比正常动作电位小
(详见后文)，动作电位的时程也较短 (图 4-11)，兴奋的传导速度也较慢。
2．影响兴奋性的因素 心肌细胞兴奋的产生包括细胞的膜电位达到阈电位水平以及
引起 0期去极化的离子通道的激活这两个环节。任何能影响这两个环节的因素均可改变心肌
细胞的兴奋性。
(1)静息电位或最大复极电位水平：如果阈电位水平不变，而静息电位或最大复极电位
的负值增大，则它与阈电位之间的差距就加大，因此引起兴奋所需的刺激强度增大，兴奋性
降低。反之，静息电位的负值减小，使它与阈电位之间的差距缩短，因而引起兴奋所需的刺
激强度减小，则兴奋性升高。但当静息电位显著减小时，可由于部分钠通道失活使阈电位水
平上移，结果兴奋性反而降低。例如，当细胞外 K+浓度轻度升高时，由于膜电位轻度去极
化，使膜电位与阈电位水平靠近，细胞兴奋性就增高；而当细胞外 K+浓度明显升高时，则
膜电位显著减小，部分钠通道将失活，因而兴奋性反而降低。
(2)阈电位水平：如果静息电位或最大复极电位不变，而阈电位水平上移，则静息电
位和阈电位之间的差距加大，引起兴奋所需的刺激强度增大，兴奋性降低。反之，阈电位水
平下移则可使兴奋性增高。
(3)引起 0期去极化的离子通道性状：如前所述，引起快、慢反应动作电位 0期去极
化的钠通道和 L型钙通道都有关闭、激活和失活三种功能状态。这些通道处于哪种状态与
当时的膜电位水平和该电位的时间进程有关，换言之，这些通道都具有电压依赖性和时间依
赖性。在快反应动作电位，当膜电位处于静息电位水平时，钠通道处于关闭状态，但可被激
活。当膜发生去极化达到阈电位水平时，大量钠通道激活开放，并发生再生性循环，随后迅
速失活关闭。处于失活状态的钠通道不能马上再次激活，须待膜电位复极化到-60mV或更
负时，钠通道才开始复活，且复活需要一个时间过程。只有当膜电位恢复到静息电位水平时，
钠通道才全部恢复到关闭状态。这就是为何落在有效不应期内的刺激不能产生有效兴奋的道
理，因为此时钠通道正处于失活状态。可见，上述兴奋性的周期性变化主要决定于钠通道当
时的功能状态。在慢反应动作电位，细胞的兴奋性决定于 L型钙通道的功能状态，但 L型
钙通道的激活、失活和复活速度均较慢，其有效不应期也较长，可持续到完全复极之后。
3．兴奋性的周期性变化与收缩活动的关系 与神经细胞和骨骼肌细胞相比，心肌细
胞的有效不应期特别长，一直延续到心肌收缩活动的舒张早期。因此，心肌不会像骨骼肌那
样发生完全强直收缩，而始终进行收缩和舒张交替的活动，从而保证心脏的泵血功能。
在正常情况下，当窦房结产生的每一次兴奋传到心房肌和心室肌时，心房肌和心室肌
前一次兴奋的不应期均已结束，因此能不断产生新的兴奋，于是，整个心脏就能按照窦房结
的节律进行活动。如果在心室肌的有效不应期后、下一次窦房结兴奋到达前，心室受到一次
外来刺激，则可提前产生一次兴奋和收缩，分别称为期前兴奋 (premature excitation)和期前
收缩 (premature systole)。期前兴奋也有其自身的有效不应期，当紧接在期前兴奋后的一次
窦房结兴奋传到心室时，如果正好落在期前兴奋的有效不应期内，则此次正常下传的窦房结
兴奋将不能引起心室的兴奋和收缩，即形成一次兴奋和收缩的“脱失”，须待再下一次窦房
结的兴奋传来时才能引起兴奋和收缩。这样，在一次期前收缩之后往往会出现一段较长的心
室舒张期，称为代偿性间歇 (compensatory pause) (图 4-12)，然后再恢复窦性节律。但若窦
性心率较慢，下一次窦房结的兴奋也可在期前兴奋的有效不应期结束后才传到心室，在这种
情况下，代偿性间歇将不会出现。
(二)自动节律性
自动节律性 (autorhythmicity)简称自律性，是指心肌组织能在没有外来刺激情况下具
有自动发生节律性兴奋的能力或特性。正常情况下，心肌组织的自律性活动较规则；而自律
性高低则常可发生改变。自律性的高低是指心肌细胞自动兴奋频率的高低。
1．心脏的起搏点 心内特殊传导系统中各部分的心肌细胞都具有自律性，但其自律
性高低存在较大差异。窦房结 P细胞自身固有的自律性最高，约每分钟 100次，但在在体
情况下由于受到心迷走紧张性的影响，其自律性表现为每分钟 70次左右；末梢浦肯野细胞
纤维网的自律性最低，约每分钟 25次，而房室交界和房室柬的自律性居中，分别为每分钟
50次和 40次左右。生理情况下，整个心脏的活动总是按照当时自律性最高的组织所发出的
节律性兴奋来进行。正常情况下，窦房结的自律性最高，由它发出的节律性兴奋依次激动心
房肌、房室交界、房室束、心室内传导组织和心室肌，引起整个心脏的节律性兴奋和收缩。
可见，窦房结是引导整个心脏兴奋和搏动的正常部位，故称为正常起搏点 (normal
pacemaker)。由窦房结起搏而形成的心脏节律称为窦性节律 (sinus rhythm)。在正常情况下，
心脏其他部位的自律组织仅起兴奋传导作用，：而不表现出它们自身的自律性，故称为潜在
起搏点 (latent pacemaker)。在某些病理情况下，由窦房结下传的兴奋可因传导阻滞而不能控
制其他自律组织的活动，或窦房结以外的自律组织的自律性增高，心房或心室就受当时自律
性最高的部位所发出的兴奋节律支配而搏动，这些异常的起搏部位称为异位起搏点 (ectopic
pacemaker)。
窦房结对于潜在起搏点的控制，可通过以下两种机制而实现。
(1)抢先占领：窦房结的自律性高于其他潜在起搏点，故潜在起搏点在 4期自动去极
化尚未达到阈电位水平之前，已经受到来自窦房结的激动作用而产生动作电位。由于这种抢
先占领 (capture)的作用，使潜在起搏点自身的自律性不能表现出来。
(2)超速驱动压抑：当自律细胞在受到高于其固有频率的刺激时，就按外加刺激的频
率发生兴奋，称为超速驱动。在外来的超速驱动刺激停止后，自律细胞不能立即呈现其固有
的自律性活动，需经一段静止期后才逐渐恢复其自律性，这种现象称为超速驱动压抑
(overdrive suppression)。窦房结对于潜在起搏点自律性的直接抑制作用就是一种超速驱动压
抑。超速驱动压抑具有频率依赖性，即超速驱动压抑的程度与两个起搏点自动兴奋频率的差
值呈平行关系，频率差值愈大，压抑效应愈强，驱动中断后停止活动的时间也愈长。临床上
常见在突然发生的窦性停搏时，往往要间隔较长时间才出现房室交界性或室性的自主心律，
就是这个原因。发生超速驱动压抑的原因之一，是心肌细胞膜上钠泵活动的增强。当自律细
胞受到超速驱动时，由于单位时间内产生的动作电位数量增多，导致 Na+内流和 K+外流均
增加，于是钠泵活动随之增强，所产生的外向性泵电流增大，使细胞膜发生超极化，因此自
律性降低。当超速驱动停止后，增强的钠泵活动将继续维持一段时间后才恢复到静息水平，
因而使自律细胞出现短时的压抑。这一事实提示，在心脏人工起搏的情况下，若需暂时中断
起搏器工作，则应在此之前使其驱动频率逐步减慢，以免发生心搏停止。
2．影响自律性的因素 自律性的产生是由自律细胞 4期自动去极化使膜电位从最大复
极电位达到阈电位水平所致。因此，自律性的高低主要决定于 4期自动去极化的速率，也受
最大复极电位与阈电位之间差距的影响 (图 4-13)。
(1)最大复极电位与阈电位之间的差距：最大复极电位的绝对值减小，或阈电位水平下
移，都能使二者之间的差距缩短，因此自动去极化达到阈电位水平所需的时间减少，自律性
就增高；反之则目，律性降低。
(2)4期自动去极化的速率：动作电位 4期自动去极化的速率是影响心肌自律性最重
要的因素。若 4期自动去极化速率增快，达到阈电位水平所需的时间将减少，单位时间内发
生兴奋的次数就增多，即自律性增高；反之，则自律性降低。
(三)传导性
传导性 (conductivity)是指心肌细胞具有传导兴奋的能力或特性。传导性的高低可用
兴奋的传播速度来衡量。
1．心脏内兴奋传播的途径和特点 心肌细胞之间兴奋的传播是以心肌细胞间的缝隙
连接为基础的。心肌细胞闰盘上有较多的缝隙连接构成细胞间的通道，兴奋可以局部电流的
形式通过这些低电阻通道直接传给相邻的细胞，实现心肌细胞的同步性活动。
兴奋在心内的传播是通过特殊传导系统而有序进行的。正常情况下，窦房结发出的兴
奋通过心房肌传播到整个右心房和左心房，并沿着由心房肌组成的优势传导通路
(preferential pathway)迅速传到房室交界区，再经房室束和左、右束支传到浦肯野纤维网，引
起心室肌兴奋。位于内膜侧的心室肌先兴奋，而后兴奋传播至外膜侧心室肌。
不同心肌细胞因其形态和功能不同，因而兴奋在心脏各部分的传导速度也不相等。普
通心房肌的传导速度较慢，约 0.4m/s，而优势传导通路的传导速度较快，为 1.0~1.2m/s，因
此窦房结的兴奋可沿此通路迅速传到房室交界区。心室肌的传导速度约为 1 m/s。而心室内
传导组织的传导速度则快得多，末梢浦肯野纤维的传导速度可达 4 m/s，而且这些纤维呈网
状分布于整个心室壁，因此，房室交界的兴奋可沿浦肯野纤维网迅速而广泛地传到左、右两
心室，有助于左、右两心室的同步活动。房室交界区细胞的传导速度很慢，其中又以结区为
最慢 (0.02m/s)，且房室交界是兴奋由心房传向心室的唯~通道，因此兴奋由心房传至心室需
经一个时间延搁，这一现象称为房-室延搁 (atrioventricular delay)。房一室延搁具有重要意
义，可使心室的收缩必定发生在心房收缩完毕之后，因而心房和心室的收缩在时间上不会发
生重叠，这对心室的充盈和射血是十分重要的；但房室交界区也因此而成为传导阻滞的好发
部位，房一室传导阻滞在临床上极为常见。
2．影响传导性的因素 心肌的传导性与心肌细胞的结构特点和电生理特性有关。
(1)结构因素：细胞直径与细胞内的纵向电阻呈反变关系，直径较小的细胞，局部电
流沿细胞纵轴流动的纵向电阻较大，电紧张电位的波前扩布距离较近，电紧张电位的形成速
度也较慢，因而兴奋的传导速度较慢 (见第二章)。心房肌、心室肌和浦肯野细胞的直径都
较大，末梢浦肯野细胞的直径最大，在某些动物，其直径可达 70μm，因此兴奋的传导速度
很快。窦房结 P细胞的直径很小，约 5~10μm，传导速度很慢；房室交界结区细胞的直径
更小，约 3μm，传导速度最慢。此外，细胞间缝隙连接的数量和功能状态也可影响传导速
度。在窦房结和房室交界区，细胞间的缝隙连接数量较少，因此传导速度较慢；在某些病理
情况下，如心肌缺血时，细胞间的缝隙连接通道可关闭，兴奋传导也明显减慢。
(2)生理因素：由于结构因素是相对固定的，而生理因素的变动性较大，因此心肌细
胞的电生理特性是影响心肌传导性的主要因素。
1)0期去极化的速度和幅度：动作电位 0期去极化的速度和幅度是影响心肌传导速度
最重要的因素。0期去极化的速度愈快，局部电流及其前方电紧张电位的形成就愈快，邻旁
未兴奋部位膜去极化并达到阈电位水平的时间就愈短，因而兴奋传导愈快。0期去极化的幅
度愈大，细胞膜上兴奋部位和未兴奋部位之间的电位差就愈大，形成的局部电流就愈强，电
紧张电位的波前将扩布更远，使前方更远部位的膜达到阈电位，且电紧张电位的形成速度也
加快，因而兴奋传导愈快。动作电位 0期去极化的幅度和速度受膜电位的影响。以快反应动
作电位为例，0期去极化依赖于钠通道的激活开放，而钠通道开放的速率 (称为钠通道的效
应)和数量 (称为钠通道的可利用率)是电压依赖的，即决定于受刺激时的膜电位水平。若以
膜电位为横坐标，而以 0 期最大去极化速度为纵坐标，可得到呈 S 型的膜反应曲线
(membrane responsiveness curve) (图 4-14)。从膜反应曲线中可见，当膜电位在正常静息电位
水平 (-90mV)时，膜受刺激后 0期最大去极化速度可达 400~500V/s，若加大膜内负电位，0
期最大去极化速度基本不变，但若减小膜内负电位，则 0期最大去极化速度显著下降，当膜
电位降至-55mV时，0期最大去极化速度几乎为零。这是因为在正常静息电位水平情况下，
膜受刺激去极化达阈电位水平后，大量钠通道快速开放，并可发生再生性循环，0期去极化
速度可达最大值，而当膜去极化到-55mv时，钠通道已失活关闭。膜反应曲线反映的是钠通
道效应的电压依赖性。
同样，由钠通道开放数量所决定的 0期去极化幅度也依赖于膜电位水平。若在正常静
息电位水平时膜受刺激，钠通道开放速度快，开放数量多，动作电位 0期去极化速度就快，
幅度也大；而在低于正常静息电位水平时膜受刺激，则动作电位 0期去极化速度就慢，幅度
也小，如同在一次兴奋后的相对不应期和超常期内，膜受外来刺激所产生的新的动作电位一
样 (图 4-11)。
2)邻旁未兴奋部位膜的兴奋性：兴奋的传导是细胞膜依次发生兴奋的过程，因此邻旁
未兴奋部位膜的兴奋性必将影响兴奋的传导。例如，在邻旁未兴奋部位膜受到外来刺激产生
期前兴奋后，如果邻旁未兴奋部位膜上决定 0期去极化的离子通道处于失活状态，即处于有
效不应期内，则局部电流不能使之兴奋，结果导致传导阻滞；如果邻旁部位膜处于部分失活
状态，即处于相对不应期或超常期内，则产生的动作电位 0期去极化速度和幅度都将降低，
使传导速度减慢。此外，若邻旁未兴奋部位膜的静息电位与阈电位之间的差距加大，则膜的
兴奋性降低，去极化达到阈电位水平所需的时间延长，所以传导速度减慢。
(四)收缩性
和骨骼肌一样，心肌细胞也有粗、细肌丝的规则排列，因而也呈现横纹。但心肌纤维
较短，且有分支，细胞之间可通过缝隙连接发生电耦联，缝隙连接位于心肌所特有的闰盘处。
心肌细胞的收缩也由动作电位触发，也通过兴奋-收缩耦联使肌丝滑行而引起。除此之外，
心肌收缩还有其自身的特点。
1．心肌收缩的特点
(1)同步收缩：在骨骼肌，一个细胞产生的兴奋不能传播到其他肌细胞，多个骨骼肌
细胞的同步收缩是由支配该骨骼肌的运动神经纤维同时发放神经冲动而引发的。在心肌，由
于细胞之间存在缝隙连接，兴奋可在细胞间迅速传播，因此，心肌可看作是一个功能上的合
胞体。但在解剖上，心房与心室之间存在纤维环和结缔组织将两者分隔开，所以心脏实际上
由两个合胞体所组成，左、右心房是一个合胞体，左、右心室也是一个合胞体。唯一连接心
房与心室的结构是房室交界传导纤维。心肌一旦兴奋后，可使整个心房的所有心肌细胞、整
个心室的所有心肌细胞先后发生同步收缩。只有当心肌同步收缩时，心脏才能有效地完成其
泵血功能。心肌的同步收缩也称“全或无”式收缩。
(2)不发生强直收缩：如前所述，心肌细胞在发生一次兴奋后，其兴奋性的有效不应
期特别长，相当于整个收缩期和舒张早期。在有效不应期内，无论多么强大的刺激都不会使
心肌细胞再次兴奋而产生收缩。因此在正常情况下，心脏不会发生强直收缩，而是始终保持
着收缩与舒张交替进行的节律活动。这对于保证心脏正常射血与充盈的交替，维持心脏正常
的泵血功能具有重要意义
(3)对细胞外 Ca2+的依赖性：心肌细胞的质膜含有与骨骼肌相似的 T管，但其肌质
网不如骨骼肌发达，Ca2+储备量较少，在 T管与肌质网之间形成二联管而非三联管。因此，
心肌细胞的兴奋-收缩耦联过程高度依赖于细胞外 Ca2+经 L型钙通道内流的 Ca2+主要起触
发肌质网释放 Ca2+的作用，在心肌，由肌质网释放的 Ca2+占 80％~90％，经 L型钙通道内
流的 Ca2+占 10％~20％ (见第二章)。细胞外 Ca2+浓度在一定范围内增加，可增强心肌收缩
力；反之，细胞外 Ca2+浓度降低，则心肌收缩力减弱。当细胞外 Ca2+浓度很低甚至无 Ca2+
时，虽然心肌细胞仍能产生动作电位，却不能引起收缩，这一现象称为兴奋一收缩脱耦联。
2．影响心肌收缩的因素 凡能影响搏出量的因素，如前负荷、后负荷和心肌收缩能
力，以及细胞外 Ca2+浓度等，都能影响心肌的收缩。
三、体表心电图
在正常人体，由窦房结发出的兴奋按一定的途径和时程依次传向心房和心室，引起整
个心脏的兴奋。心脏各部分在兴奋过程中出现的生物电活动，可通过心脏周围的导电组织和
体液传到体表。如果将测量电极置于体表的一定部位，即可引导出心脏兴奋过程中所发生的
电变化，这种电变化经一定处理后并记录到特殊的记录纸上，便成为心电图
(electrocardiogram，ECG)。心电图可反映整个心脏兴奋的产生、传导和兴奋恢复过程中的生
物电变化，而与心脏的机械收缩活动则无直接关系。
(一)正常心电图各波和间期的形态及其意义
心电图记录纸上有由横线和纵线画出的长和宽均为 1mm的小方格。通常心电图机的
灵敏度和走纸速度分别设置为 1mV/cm和 25mm/S，故纵向每一小格相当于 0.1mV，横向每
一小格相当于 0.04s。将测量心电图的电极置于体表不同部位，或改变记录电极的连线方式
(即导联系统)，就能记录到不同的心电图波形。但用不同导联记录到的心电图都包含几个基
本波形，即心脏每次兴奋过程中都会相继出现一个 P波，一个 QRS波群和一个 T波，有时
在 T波后还可出现一个小的 U波 (图 4-15)。心电图有多种导联，临床上检查心电图时，一
般需要记录 12个导联，包括 I、Ⅱ、Ⅲ三个标准导联，aVR、aVL、aVF三个加压单极肢体
导联和 V1~6六个单极胸导联。以下主要以标准Ⅱ导联心电图为例，介绍心电图各波和间期
的形态及其意义。
1．P波 心电图 P波反映左、右两心房的去极化过程。P波波形小而圆钝，历时
0.08~0.11s，波幅不超过 0.25mV。虽然窦房结的去极化发生在心房去极化之前，但由于窦房
结很小，兴奋时产生的综合电位也很小，在体表心电图上不能被记录到。
2．QRS波群 QRS波群反映左、右两心室的去极化过程。典型的 QRS波群包括三
个紧密相连的电位波动，第一个向下的波称为 Q波，第一个向上的波称为 R波，紧接 R波
之后的向下的波称为 S波。在不同导联的记录中，这三个波不一定都出现。正常的 QRS波
群历时 0.06~0.10s，代表兴奋在心室内传播所需的时间。
3．T波 T波反映心室的复极化过程，历时 0.05~0.25s，波幅为 0.1~0.8mV，在 R波
波幅较高的导联中不低于 R波的 1/10。T波的方向与 QRS波群的主波方向相同。如果出现
T波低平、双向或倒置，则称为 T波改变，主要反映心肌缺血。
4．U波 U波是在 T波后 0.02~0.04s可能出现的一个低而宽的波，方向一般与 T
波一致，波宽 0.1~0.3s，波幅一般小于 0.05mV。U波的意义和成因尚不十分清楚，一般推
测 U波可能与浦肯野纤维网的复极化有关。
5．PR间期 (或 PQ间期) PR间期是指从 P波起点到 QRS波起点之间的时程，一
般为 0.12~0.20s。PR间期代表由窦房结产生的兴奋经由心房、房室交界和房室束到达心室
并引起心室肌开始兴奋所需要的时间，故也称为房室传导时间。当发生房室传导阻滞时，
PR间期延长。
PR段是指从 P波终点到 QRS波起点之间的时段，心电图中所描记到的 PR段通常出
现在基线水平上。PR段反映兴奋通过心房后在向心室传导过程中的电位变化，由于兴奋在
通过房室交界区时的传导非常缓慢，形成的综合电位很小，一般记录不到电位的改变，故在
P波之后曲线便回到基线水平，从而形成 PR段。
6．QT间期 QT间期是指从 QRS波起点到 T波终点的时程，代表从心室开始去极
化到完全复极化所经历的时间。QT间期的长短与心率成反变关系，心率愈快，QT间期愈
短。
7．ST段 ST段是指从 QRS波群终点到 T波起点之间的线段。正常时 S'I’段应与基
线平齐。ST段代表心室各部分心肌细胞均处于去极化状态 (相当于动作电位的平台期)，各
部分之间的电位差很小。ST段的异常压低或抬高常表示心肌缺血或损伤。
心房在复极化过程中产生的电变化形成 Ta波，即心房 T波。它开始于 P波之后，与 P波的
方向相反。Ta波的波幅很低，并与 PR．段、QRs波 ST段的初期重叠在一起，因此在心电
图中一般不能被发现。
(二)心电图与心肌细胞动作电位的关系
心电图的产生是以心肌细胞的生物电变化为基础的，但心电图的波形与单个心肌细胞
的跨膜电位曲线具有明显差异 (图 4-16)。造成这种差异的主要原因有以下三个方面：①单
个心肌细胞的电变化是用细胞内记录的方法获得的，这种方法是将一个电极放在细胞外表
面，另一个电极插入细胞内，所记录到的电变化是细胞内、外的电位差；而心电图的记录方
法是电极位于体表的细胞外记录。，由于心脏处于身体这个“容积导体”中，心脏在兴奋过
程中兴奋部位和未兴奋部位之间的电位差在容积导体中形成的规则的电位变化可用位于容
积导体不同部位的电极测出。容积导体 (volume conductor)是指具有长、宽、厚三雏空间的
导电体。人体的组织和体液均可导电，且具有长、宽、厚三维空间，因此可将人体看成是一
个容积导体。记录心电图一般是将两个电极放置在身体表面的不同部位，记录心脏兴奋过程
中这两个不同部位之间的电位差；或将一个电极用作探测电极，另一电极用作参照电极置于
零电位处，测量探测电极所在部位的电位变化。②心肌细胞的电变化是单个心肌细肥往静息
时或兴奋时的腰内、外电位差及其变化；而心电图则反映整个心脏在兴奋过程中的综合电变
化。心电图上每一瞬间的电位数值，都是很多心肌细胞电活动的综合效应在身体不同部位的
反映。③用电极在心肌细胞内记录电位变化时．在同一个细胞内记录到的图形是恒定的；而
在记录心电图时，由于记录电极在身体表面的部位不同 (即不同的导联)，所记录到的心电
图波形也不相同。在临床上。可将各导联所记录到的心电图波形改变作为诊断心脏疾病的依
据之一，在对各种心律失常、心肌病变和心肌缺血等的诊断中尤为重要。
第三节 血管生理
与心脏相连接的血管系统是一个相对密闭的管道系统，通过管道内流动着的血液实现
体内物质运输和与组织、细胞物质交换等重要的生理功能。由图 4-17中可知，全部血液都
流经肺 (肺循环)，而体循环则由许多相互并联的血管环路所组成，在这样的结构中，即使
局部血流量有较大幅度的变动，对整个体循环也不会产生很大影响。本节主要叙述血管的功
能。由于在组织液重吸收过程中，有一些组织液进入淋巴系统，最终经淋巴管汇入静脉，构
成血液循环的一部分，因此，本节也将简要介绍淋巴循环。各类血管的功能特点
体循环和肺循环的血管系统 (vascular system)都由动脉、毛细血管和静脉所组成，动
脉、毛细血管和静脉之间呈串联关系，体循环和肺循环之间也呈串联关系。从生理功能上可
将血管分为以下几类。
1．弹性储器血管 主动脉、肺动脉主干及其发出的最大分支，其管壁坚厚，富含弹
性纤维，有明显的可扩张性和弹性，故称为弹性储器血管 (Windkessel vessel)。左心室收缩
射血时，主动脉压升高，一方面推动动脉内的血液向前流动，另一方面使主动脉扩张，容积
增大。左心室射出的血液在射血期仅一部分通过小动脉进入外周，另一部分则储存在被扩张
的大动脉内。当主动脉瓣关闭后，被扩张的大动脉管壁依其弹性回缩，把在射血期多容纳的
那部分血液继续推向外周，大动脉的这种功能称为弹性储器作用。大动脉的弹性储器作用可
使心脏间断的射血变成为血管系统中连续的血流，并能减少每个心动周期中血压的波动幅
度。
2．分配血管 从弹性储器血管以后到分支为小动脉前的动脉管道，其功能是将血液
输送至各器官组织，故称为分配血管 (distribution vessel)。
3．毛细血管前阻力血管 小动脉和微动脉 (arteriole)的管径小，血流阻力大，因而称
为毛细血管前阻力血管 (precapiliary resistance vessel)。微动脉的管壁富含平滑肌，其舒缩活
动可使血管口径发生明显变化，从而改变对血流的阻力和所在器官、组织的血流量。
4．毛细血管前括约肌 在真毛细血管的起始部常有平滑肌环绕，称为毛细血管前括
约肌 (precapillaly sphincter)。其舒缩活动可控制毛细血管的启闭，因此可决定某一时间内毛
细血管开放和关闭的数量。
5．交换血管 真毛细血管 (true capillary)的管壁仅由单层内皮细胞构成，外面有一薄
层基膜，故通透性很高，成为血管内血液和血管外组织液进行物质交换的场所，故称为交换
血管 (exchange vessel)。
6。毛细血管后阻力 血管微静脉因管径小，对血流也产生一定的阻力，故称为毛细
血管后阻力血管 (postcapillary resistance vessel)。其舒缩活动可影响毛细血管前阻力和毛细
血管后阻力的比值，从而改变毛细血管血压以及体液在血管内和组织间隙内的分配。
7．容量血管 静脉和相应的动脉比较，数量较多，口径较粗，管壁较薄，故其容量
较大，而且可扩张性较大，即较小的压力改变就可使其容积发生较大变化。在安静状态下，
循环血量的 60％~70％容纳在静脉中。静脉口径发生较小改变时，静脉内容纳的血量就可发
生很大变化。静脉在血管系统中起着血液储存库的作用，因而称为容量血管 (capacitance，
vessel)。
8．短路血管 一些血管床中的小动脉和小静脉之间存在直接联系的血管，称为短路
血管 (arteriovenous shunt)。短路血管可使小动脉内的血液不经过毛细血管而直接流入小静
脉。在手指、足趾、耳郭等处的皮肤中存在许多短路血管，它们在功能上与体温调节有关。
二、血流量、血流阻力和血压
血液在心血管系统中流动的一系列物理学问题属于血流动力学 (hemodynamics)的范
畴。血流动力学是流体动力学的一个分支，主要研究血流量、血流阻力、血压以及它们之间
的相互关系。由于血管是具有弹性和可扩张性而非刚性的管道系统，血液又是含有血细胞和
胶体物质等多种成分的非理想液体，因此血流动力学除与一般流体力学具有共同点外，又有
它自身的特点。
(一)血流量和血流速度
单位时间内流过血管某一截面的血量称为血流量 (blood flow)，也称容积速度，其单
位通常以 ml/min或 L/min来表示。血液中的一个质点在血管内移动的线速度，称为血流速
度 (velocity of blood flow)。血液在血管内流动时，其血流速度与血流量成正比，与血管的
截面积成反比。
1．泊肃叶定律：Poiseuille研究了液体在管道系统内流动的规律，指出单位时间内液
体的流量 (Q)与管道两端的压力差 (P1-P2)以及管道半径 (r)的 4次方成正比，与管道的长度
(L)和液体的粘滞性 (η)成反比，可用下式表示
该公式即为泊肃叶定律 (Poiseuille’s law)。
2．层流和湍流 血液在血管内流动的方式可分为层流 (laminar flow)和湍流
(turbulent flow)两类。在层流的情况下，液体每个质点的流动方向都一致，与血管的长轴平
行；但各质点的流速不相同，在血管轴心处流速最快，越靠近管壁，流速越慢。因而可设想
血管内的血液由无数层同轴的圆柱面所构成，在同一层的液体质点流速相同，由轴心向管壁，
各层液体的流速依次递减，如图 4-18所示。图中的箭头方向指示血流的方向，箭头的长度
表示流速，在血管的纵剖面上各箭头的连线形成一抛物线。泊肃叶定律适用于层流的情况。
当血液的流速加快到一定程度后，会发生湍流。此时血液中各个质点的流动方向不再一致而
出现漩涡。在湍流的情况下，泊肃叶定律不再适用，血流量不与血管两端的压力差成正比，
而是与压力差的平方根成正比。关于湍流的形成条件，Reynolds提出一个经验公式，即
式中 V为血液在血管内的平均流速，单位为 cm/s，D为管腔直径，单位为 cm，ρ为血液密
度，单位为 g/cm3，η为血液粘滞度，单位为 dyn?s/cm2，也称泊，Re为 Reynolds常数，无
量纲。一般当 Re数超过 2 000时，就可发生湍流。由上式可知，在血流速度快，血管口径
大，血流粘滞度低的情况下，容易发生湍流。在生理情况下，心室腔和主动脉内的血流是湍
流，其余血管系统中的血流都属层流。但在病理情况下发生血管狭窄时，局部血流加速，其
下游可出现湍流，并可在相应的体表处听到杂音。
(二)血流阻力
血液在血管内流动时所遇到的阻力，称为血流阻力 (resistance of blood flow)。血流阻
力的产生是由于血液流动时因摩擦而消耗能量，并转变为热能，故血液在血管内流动时压力
逐渐降低。在湍流情况下，血液中各个质点不断变换流动方向，故能量消耗较层流时多，血
流阻力也较大。血流阻力一般不能直接测量，需通过计算得出。在层流状态下。血流量与血
管两端的压力差成正比，与血流阻力 R成反比，可用下式表示
(4-7)
如果比较上式和泊肃叶定律的方程式，则可写出计算血流阻力的方程式，即
这一公式表示，血流阻力与血管的长度和血液的粘滞度成正比，而与血管半径的 4
次方成反比。由于血管的长度变化很小，因此血流阻力主要由血管口径和血液粘滞度决定。
对于一个器官来说，如果血液粘滞度不变，则器官的血流量主要决定于该器官阻力血管的容
愈大，血液粘滞度就愈高。
2。血流切率 在层流情况下，相邻两层血液流速之差和液层厚度的比值，称为血流
切率 (shear rate)。从图 4-18中可见，切率即为图中抛物线的斜率。匀质液体的粘滞度不随
切率的改变而改变，这类液体称为牛顿液 (Newtonian fluid)。血浆属于牛顿液。非匀质液体
的粘滞度随切率的减小而增大，这类液体则称为非牛顿液 (non-Newtonian fluid)，全血就属
于非牛顿液。当血液在血管内以层流方式流动时，红细胞有向中轴移动的趋势，这种现象称
为轴流 (axial flow)。当切率较高时，轴流现象更为明显，红细胞集中在中轴，其长轴与血
管纵轴平行，红细胞移动时发生的旋转以及红细胞相互间的撞击机会都很少，故血液粘滞度
较低。在切率较低时，红细胞向中轴集中的趋势被红细胞相互间的碰撞所对抗，血液粘滞度
则较高。当血流速度很低时，红细胞有发生聚集的趋势，此时血液粘滞度将明显增高。
3．血管口径 血液在较粗的血管内流动时，血管口径对血液粘滞度不发生影响。但
当血液在直径小于 0.2~0.3mm的微动脉内流动时，只要切率足够高，则在一定范围内血液
粘滞度将随血管口径的变小而降低。这一现象称为 Fahraeus-Lindqvist效应，对机体有明显
的益处，可大大降低血液在小血管中流动的阻力。
4．温度 血液粘滞度可随温度的降低而升高。人体的体表温度比深部温度低，故血
液流经体表部分时粘滞度会升高。如果将手指浸在冰水中，局部血液的粘滞度可增加 2倍。
(三)血压
血压 (blood presstlre)是指流动着的血液对于单位面积血管壁的侧压力，也即压强。
压强的国际标准计量单位是帕 (Pascal，符号为 Pa)，即牛顿/米 2 (N/m2)，帕的单位较小，
故血压数值常用千帕 (kPa)表示。但传统习惯常以毫米汞柱 (mmHg)为单位，1mmHg等于
0.133kPa。血管各段的血压都不相同，平常所说的血压是指动脉血压。静脉血压和心房压较
低，又常以厘米水柱 (cmH2O)为单位，1 cmH2O等于 0.098kPa。
生理学实验中测量血压的经典方法是将导管的一端插入动脉、静脉或心脏，导管的另
一端与一个装有水银的 U形管相连，U形管两侧水银柱面高度差值即为测定部位的血压值。
目前多用压力换能器，它可将压强能的变化转变为电信号的变化，并精确地测出心动周期中
各个瞬间的血压数值。
在临床上，常用听诊法间接测定肱动脉的收缩压和舒张压。在某些特殊情况下，也可
用导管插入血管直接测量血压。在用导管直接测量血压时，如果导管的开口正对血流，则血
流动能也转变成压强能，因此测得的血压值将大于血液对血管壁的侧压，称为端压。当人体
处于安静状态时，体循环中血流动能部分在总的能量中只占很小比例，在心缩期主动脉压达
最大值时，血流动能也仅占总能量的 3％。当肌肉活动时，血流速度大大加快，动能部分所
占的比例将增高。在肺循环中，由于肺动脉压较低，而血流速度则与体循环相近，因此血流
动能部分所占的比例较大。
三、动脉血压和动脉脉搏
{一)动脉血压
1．动脉血压的形成 循环系统内的血液充盈、心脏射血和外周阻力，以及主动脉与
大动脉的弹性储器作用是形成动脉血压的基本条件。
(1)循环系统内的血液充盈：循环系统中有足够的血量充盈，是动脉血压形成的前提。
循环系统中血液充盈的程度可用循环系统平均充盈压来表示。在动物实验中，用电刺激造成
心室颤动使心脏暂时停止射血，血流也就暂停，因此循环系统中各处的压力很快就取得平衡，
此时在循环系统中各处所测得的压力都是相同的，这一压力数值即为循环系统平均充盈压
(mean circulatory filling pressure)。这一数值的高低取决于循环血量和血管系统容量之间的相
对关系。如果循环血量增多，或血管系统容量减小，循环系统平均充盈压就增高；反之，如
果循环血量减少或血管系统血管容量增大，则循环系统平均充盈压就降低。用巴比妥麻醉的
狗，其循环系统平均充盈压约 7mmHg。人的循环系统平均充盈压也接近这一数值。
(2)心脏射血和循环系统的外周阻力：心室收缩时所释放的能量，假如未遇到阻力，则全部
转化为血液的动能。但在正常情况下，由于血管内存在外周阻力，心室收缩释放的能量可分
为两部分，一部分用于推动血液流动，成为血液的动能；另一部分则形成对血管壁的侧压，
并使血管壁扩张，这部分能量形成势能，即压强能。循环系统的外周阻力 (peripheral
resistance)主要是指小动脉和微动脉对血流的阻力。
(3)主动脉和大动脉的弹性储器作用：心室射血是间断进行的。在每个心动周期中，
左心室内压随着心室的收缩和舒张发生较大幅度的变化。一般情况下，左心室每次收缩时向
主动脉内射出 60~80rnl血液。由于外周阻力的存在以及主动脉和大动脉管壁具有较大的可
扩张性，因此左心室一次收缩所 射出的血液在心缩期内仅约 1/3流至外周，其余约 2/3暂
时储存于主动脉和大动脉内，并使主动脉压升高。由于主动脉和大动脉的弹性储器作用，主
动脉压升高的速度和幅度得到缓冲而达到适当的水平。心室舒张时，半月瓣关闭，射血停止，
被扩张的主动脉和大动脉依其弹性回缩，将心缩期储存的那部分势能释放出来，并将血液继
续推向外周，使主动脉压在心舒期仍能维持在较高水平。可见，由于主动脉和大动脉的弹性
储器作用，可使每个心动周期中动脉血压的波动幅度得到缓冲；另一方面，可使左心室的间
断 she血变为动脉内的连续血流。
2．动脉血压的正常值 心室收缩时，主动脉压升高，在收缩期的中期达到最高值，
此时的动脉血压 (arterial blood pressure)值称为收缩压 (systolic pressure)。心室舒张时，主动
脉压下降，在心舒末期动脉血压的最低值称为舒张压 (diastolic pressure)。收缩压和舒张压
的差值称为脉搏压 (pulse pressure)，简称脉压。一个心动周期中每一瞬间动脉血压的平均值
称为平均动脉压 (mean arterial pressure)，其精确数值可通过血压曲线面积的积分来计算，简
略估算，平均动脉压约等于舒张压与 1/3脉压之和。动脉血压值习惯以收缩压/舒张压表示，
如 120/80mmHg (图 4-19)。
一般所说的动脉血压是指主动脉压。因为在大动脉中血压降落很小，故通常将在上臂测
得的肱动脉压代表主动脉压。我国健康青年人在安静状态时的收缩压为 100~120mmHg，舒
张压为 60~80mmHg，脉压为 30~40mmHg，平均动脉压接近 100mmHg。
在血液从主动脉流向心房的过程中，需要不断消耗能量以克服阻力，故血压逐渐降低
(图 4-20)。在各段血管中，血压降落的幅度与该段血管对血流阻力的大小成正比。在主动脉
和大动脉段，血压降落较小。如主动脉平均压为 100mmHg，在直径为 3mm的动脉处，平
均动脉压仍有 95mmHg。到小动脉时，血流阻力增大，血压降落幅度也变大，在体循环中，
微动脉段的血流阻力最大，血压降低也最显著。如微动脉起始端的血压为 85mmHg，到毛细
血管起始端，血压仅有 30mmHg，下降幅度达 55mmHg。当血液经毛细血管到达微静脉时，
血压下降至 15~20mmHg，而血液经静脉汇入右心房时压力已接近 0mmHg。
从主动脉到外周动脉，平均动脉压逐渐降低，而血压的波动幅度却逐渐变大。与主动脉内的
血压波动相比，外周动脉的收缩压较高。而舒张压较低，故脉压较大。产生这种现象的原因
主要是血压压力波的折返。当动脉的压力波动在传播至较小的动脉分支处，特别是到微动脉
时，因受到较大阻力而发生折返。折返的压力波逆流而上，如果遇到下行的波动，两者即可
发生叠加，形成一个较大的波。在股动脉记录血压时，常可看到在一个大的波后面跟随一个
较小的折返波，故股动脉的血压波动幅度大于主动脉的血压波动幅度 (图 4-21)。
动脉血压除存在个体差异外，还有性别和年龄的差异。一般说来，女性在更年期前动
脉血压比同龄男性低，更年期后动脉血压升高。男性和女性的动脉血压都随年龄的增长而逐
渐升高，收缩压的升高比舒张压的升高更为显著。新生儿的收缩压仅 40mmHg左右。出生
后第一个月内，收缩压很快升高，到第一个月末可达到 80mmHg左右。以后，收缩压继续
升高，到 12岁时约为 105mmHg。在青春期，收缩压又较快地上升，17岁的男性青年，其
收缩压可达 120mini-lg。青春期以后，收缩压随年龄的增长而缓慢升高。至 60岁时，收缩
压约为 140mmHg。
此外，正常的动脉血压呈明显的昼夜波动周期，表现为夜间血压最低，清晨起床活动
后迅速升高。大多数人的血压在清晨 2~3时最低，在上午 6~8时及下午 4~6时各有一个高
峰，晚上 8时以后血压呈缓慢下降趋势。在老年人动脉血压的上述周期现象更为显著。
3．影响动脉血压的因素 凡能影响动脉血压形成的各种因素，都能影响动脉血压。
为了讨论方便，在下面的分析中，都是在假定其他条件不变时，单独分析某一因素变化对动
脉血压产生的影响。
(1)心脏搏出量：如果搏出量增大，则心缩期射入主动脉的血量增多，动脉管壁所受
的张力也更大，故收缩期动脉血压的升高更加明显。由于血压升高，血流速度就加快，大动
脉内增加的血量大部分可在心舒期流向外周。到舒张期末，大动脉内存留的血量与搏出量增
加之前相比，增加并不很多。因此，动脉血压的升高主要表现为收缩压明显升高，而舒张压
升高的幅度相对较小，因而脉压增大。反之，当搏出量减少时，则主要使收缩压降低，脉压
减小。在一般情况下，收缩压的高低主要反映心脏搏出量的多少。
(2)心率：心率加快时，由于心舒期明显缩短，在心舒期流向外周的血液就减少，故
心舒期末主动脉内存留的血量增多，舒张压升高。舒期末主动脉内存留血量的增多使收缩期
动脉内的血量增多，收缩压也相应升高，但由于血压升高可使血流速度加快，在心缩期亦有
较多的血液流向外周，因此收缩压升高不如舒张压升高显著，脉压相应减小。相反，心率减
慢时，舒张压降低的幅度比收缩压降低的幅度大，故脉压增大。
(3)外周阻力：外周阻力增加可使心舒期血液流向外周的速度减慢，心舒期末存留在
主动脉中的血量增多，故舒张压升高。在此基础上收缩压也相应升高，但由于血压升高使血
流速度加快，使收缩期动脉内血量的增加不多，因此收缩压升高不如舒张压升高明显，脉压
也相应减小。反之，当外周阻力减小时，舒张压降低比收缩压降低明显，故脉压加大。一般
情况下，舒张压的高低主要反映外周阻力的大小。
(4)主动脉和大动脉的弹性储器作用：如前所述，由于主动脉和大动脉的弹性储器作
用，可使动脉血压的波动幅度明显减小。老年人由于动脉管壁硬化，大动脉的弹性储器作用
减弱，故脉压增大。
(5)循环血量和血管系统容量的比例：体循环平均充盈压的产生和维持需要循环血量
和血管系统容量相适应。在正常情况下，循环血量和血管容量是相适应的，血管系统充盈程
度的变化不大。在大失血后，循环血量减少，此时如果血管系统容量改变不大，则体循环平
均充盈压必将降低而使动脉血压降低。在另一些情况下，如果循环血量不变而血管系统容量
增大，也可使动脉血压降低。
在不同的生理或病理情况下，上述各种因素可同时影响动脉血压。因此，实际所测得
的动脉血压变化，往往是各种因素相互作用的综合结果。
(二)动脉脉搏
在每个心动周期中，动脉血压发生周期性的波动。这种周期性的压力变化可引起动脉
血管发生搏动，称为动脉脉搏 (arterial pulse)。动脉脉搏波可沿动脉管壁向外周血管传播，
其传播速度远较血流速度为快。一般来说，动脉管壁的可扩张性愈大，脉搏波的传播速度就
愈慢。由于主动脉的可扩张性最大，故脉搏波在主动脉的传播速度最慢，约 3~5m/s，在大
动脉的传播速度约为 7~10 m/s，到小动脉段可加快到 15~35 m/s。老年人主动脉管壁的可扩
张性减小，脉搏波的传播速度可增至 10 m/s左右。由于小动脉和微动脉对血流的阻力较大，
故在微动脉以后的脉搏波动即明显减弱。到毛细血管，脉搏已基本消失。
四、静脉血压和静脉回心血量
静脉在功能上不仅仅是血液回流人心脏的通道，由于整个静脉系统的容量很大，而且
静脉容易被扩张，又能够收缩，因此静脉可起血液储存库的作用。静脉的收缩或舒张可有效
地调节回心血量和心输出量，从而使循环功能适应机体在各种生理状态时的需要。
(一)静脉血压
当体循环血液经过动脉和毛细血管到达微静脉时，血压已降至 15~20mmHg。右心房
作为体循环的终点，血压最低，接近于零。通常将右心房和胸腔内大静脉的血压称为中心静
脉压 (central venous pressure)，而各器官静脉的血压则称为外周静脉压 (peripheral venous
pressure)。中心静脉压的高低取决于心脏射血的能力和静脉回心血量之间的相互关系。如果
心脏射血能力较强，能及时将回流人心脏的血液射人动脉，中心静脉压就较低。反之，心脏
射血能力减弱时，中心静脉压就升高。另一方面，如果静脉回流速度加快，中心静脉压也将
升高。因此，在血量增加、全身静脉收缩或因微动脉舒张而使外周静脉压升高等情况下，中
心静脉压都可能升高。可见，中心静脉压是反映心血管功能的一项重要指标。临床上在以输
液治疗休克时，除必须观察动脉血压变化外，还要观察中心静脉压的变化。中心静脉压的正
常变动范围为 4~12cmH2O。如果中心静脉压偏低或有下降趋势，常提示输液量不足；如果
中心静脉压高于正常并有进行性升高的趋势，则提示输液过快或心脏射血功能不全。中心静
脉压升高时，静脉回流将减慢，较多的血液滞留在外周静脉内，故外周静脉压也将升高。
由于动脉脉搏波在到达毛细血管时已经消失，因此外周静脉没有脉搏波动。但心动周
期中右心房的血压波动可逆向传递到与心房相连的大静脉，引起这些大静脉的压力和容积发
生相应的改变，形成静脉脉搏。正常情况下，静脉脉搏不很明显。但在心力衰竭时，静脉血
压升高，右心房内的压力波动也较容易传递至大静脉，故在心力衰竭病人的颈部常可见到较
明显的静脉搏动。
(二)重力对静脉压的影响
血管系统内的血液因受地球重力场的影响，可产生一定的静水压 (hydrostatic
pressure)。因此，各部分血管中的血压除由心脏做功所形成的那部分外，还应加上从该血管
所在位置到右心房之间垂直高度所产生的静水压。在人体处于不同体位时，各部分血管的静
水压有所不同。当人体处于平卧位时，身体各部分血管的位置大都处在与心脏相同的水平，
故静水压也大致相同。当人体从平卧位转为直立位时，足部血管的血压比卧位时高约
90mmHg (图 4-22)；而在心脏水平以上的部分，血管内的压力较平卧时为低，如颅顶脑膜矢
状窦内压可降至一 10mmHg左右。
静水压的高低对处于同一水平的动脉和静脉是相同的，但它对静脉功能的影响远比对
动脉功能的影响大。因为静脉与动脉相比，一个明显的特点是其管壁较薄，可扩张性大，加
上静脉血压较低，因此，其充盈程度受跨壁压的影响较大。跨壁压 (transmural pressure)是指
血管内血液对管壁的压力和血管外组织对管壁的压力之差。一定的跨壁压是保持血管充盈膨
胀的必要条件。当跨壁压减小到一定程度时，血管就不能保持膨胀状态。与动脉相比，处于
同一水平的静脉，其跨壁压值较低，血管外组织对管壁的压力易大于静脉压而使静脉发生塌
陷，静脉的容积也减小；而跨壁压增大时，静脉就充盈，容积也增大。例如，人在直立时，
颈部的静脉塌陷；而足部的静脉则充盈扩张，其血容量比在卧位时明显增多 (见后文)。
(三)静脉血流
1．静脉对血流的阻力 单位时间内由静脉回流入心脏的血量等于心输出量。在静脉
系统中，由微静脉至右心房的血压仅降落 15mmHg左右。可见静脉对血流的阻力很小，约
占整个体循环总阻力的 15％。静脉在血液循环中可作为将血液从组织回流入心脏的通道，
并起血液储存库的作用。静脉对血流的阻力较小与静脉的功能是相适应的。微静脉在功能上
是毛细血管后阻力血管。毛细血管后阻力的改变可影响毛细血管血压，因为后者的高低决定
于毛细血管前、后阻力的比值。微静脉收缩时，可使毛细血管后阻力升高，如果毛细血管前
阻力不变，则毛细血管前、后阻力的比值变小，于是毛细血管血压升高，组织液生成增多 (见
后文)。因此，机体可通过对微静脉收缩状态的调节来控制血液和组织液之间的液体交换，
并间接地调节循环血量。
如上所述，静脉跨壁压改变时可改变静脉的扩张状态，从而也改变静脉对血流的阻力。
大静脉处于扩张状态时，对血流的阻力很小；但当管壁塌陷时，因其管腔截面由圆形变成椭
圆形，截面积减小，因此对血流的阻力增大。另外，血管周围组织对静脉的压迫也可增加静
脉对血流的阻力。
2。静脉回心血量及其影响因素 单位时间内的静脉回心血量决定于外周静脉压和中
心静脉压之差，以及静脉对血流的阻力。故凡能影响外周静脉压、中心静脉压以及静脉阻力
的因素，都能影响静脉回心血量。
(1)体循环平均充盈压：体循环平均充盈压是反映循环系统充盈程度的指标。实验证明，
循环系统内血液充盈程度愈高，静脉回心血量愈多。当血量增加或容量血管收缩时，体循环
平均充盈压升高，因而静脉回心血量增多。反之，血量减少或容量血管舒张时，体循环平均
充盈压降低，则静脉回心血量减少。
(2)心脏收缩力量：心脏收缩时将血液射人动脉，舒张时则可从静脉抽吸血液。如果心
脏收缩力量较强，射血分数较高，心舒期心室内压就较低，对心房和大静脉内血液的抽吸力
量也就较大。右心衰竭时，射血能力显著减弱，心舒期右心室内压将增高，血液淤积在右心
房和大静脉内，静脉回心血量明显减少。患者可出现颈外静脉怒张，肝充血肿大，下肢浮肿
等体征。左心衰竭时，左心房压和肺静脉压升高，可造成肺淤血和肺水肿。
(3)骨骼肌的挤压作用：人体在直立状态下，如果下肢进行肌肉活动，与没有肌肉活
动时的静脉回心血量不同。一方面，由于肌肉收缩时肌肉内和肌肉问的静脉受到挤压，使静
脉血流加快，另一方面，因静脉内存在瓣膜，使静脉内的血液只能向心脏方向流动而不能倒
流。这样，骨骼肌和静脉瓣膜一起，对静脉回流起着“泵”的作用，这种“泵”称为“静脉
泵”或“肌肉泵”。下肢肌肉进行节律性舒缩活动时，例如步行，肌肉泵的作用就能很好地
发挥。因为当肌肉收缩时，可将静脉内的血液挤向心脏，当肌肉舒张时，静脉压降低，有利
于微静脉和毛细血管内的血液流人静脉，使静脉充盈。肌肉泵的这种作用，对于在直立情况
下降低下肢静脉压和减少下肢静脉血液潴留具有重要意义。例如，在站立不动时，足部的静
脉压为 90mmHg，而在步行时可降至 25mmHg以下。在跑步时，两下肢肌肉泵每分钟挤出
的血液可达数升。在这种情况下，下肢肌肉泵的做功在相当程度上加速了全身的血液循环，
对心脏泵血起辅助作用。但若肌肉不是作节律性的舒缩，而是维持在紧张性收缩状态，则静
脉将持续受压，静脉回流反而减少。
(4)呼吸运动：呼吸运动也可影响静脉回流 (见第五章)，通常情况下，胸膜腔内压低
于大气压，称为胸膜腔负压。由于胸膜腔内压为负压，胸腔内大静脉的跨壁压较大，经常处
于充盈扩张状态。在吸气时，胸腔容积加大，胸膜腔负压值进一步增大，使胸腔内的大静脉
和右心房更加扩张，压力进一步降低，因此有利于外周静脉内的血液回流至右心房。由于回
心血量增加，心输出量也相应增加。呼气时，胸膜腔负压值减小，由静脉回流入右心房的血
量也相应减少。可见，呼吸运动对静脉回流起着“呼吸泵”的作用。
(5)体位改变：当人体从平卧位转为直立位时，身体低垂部分的静脉可因跨壁压增大
而充盈扩张，容量增大，故回心血量减少。静脉的这一特性在人类特别值得注意。因为当人
处于直立位时，身体中大多数容量血管都处于心脏水平以下，如果站立不动，由于身体低垂
部分的静脉充盈扩张，可比在卧位时多容纳 400~600ml血液，这部分血液主要来自胸腔内
的血管。这样就造成体内各部分器官之间血量的重新分配，导致回心血量暂时减少，中心静
脉压降低，搏出量减少和收缩压降低。这些变化可通过神经和体液调节机制，使动脉血压迅
速恢复 (见后文)。而在许多动物由于四足着地，多数容量血管都处于心脏水平以上，故体
位改变时血量分配的变化不像在人类中那么明显。
人体直立时下肢静脉容纳血量增加的程度受静脉瓣，肌肉收缩状态和呼吸运动等因素
的影响。例如，下肢静脉瓣膜受损的人，常不能长久站立。即使是正常人，若长久站立不动
也会使回心血量减少，动脉血压降低。体位改变对静脉回心血量的影响，在高温环境中更加
明显。在高温环境中，皮肤血管舒张，皮肤血管中容纳的血量增多。因此，如果人在高温环
境中长时间站立不动，回心血量就会明显减少，导致心输出量减少和脑部供血不足，可引起
头晕甚至昏厥。长期卧床的病人，静脉管壁的紧张性较低，可扩张性较高，加之腹壁和下肢
肌肉的收缩力量减弱，对静脉的挤压作用减弱，故由平卧位突然起立时，可因大量血液积滞
在下肢，回心血量过少而发生昏厥。
五、微循环
微循环 (microcirculation)是指微动脉和微静脉之间的血液循环。机体与外界环境不断
地进行物质和气体交换，单细胞生物可通过细胞膜进行这种交换，但进化至哺乳动物阶段
(如人类)只有肺和胃肠分别通过肺泡和肠上皮细胞才能和外界环境进行这种交换，其他器官
的组织、细胞则不能直接和外界环境沟通，只有通过微循环来实现物质和气体的交换。
(一)微循环的组成
各器官、组织的结构和功能不同一微循环的结构也不同。人手指甲皱皮肤的微循环形态比较
简单，微动脉和微静脉之间仅由呈袢状的毛细血管相连。骨骼肌和肠系膜的微循环形态则比
较复杂。典型的微循环由微动脉、后微动脉、毛细血管前括约肌、真毛细血管、通血毛细血
管 (或称直捷通路)、微静脉和动-静脉吻合支等部分组成。图 4-23是一个典型的微循环单元。
微动脉管壁有环行的平滑肌，其收缩和舒张可控制微血管的血流量。微动脉分支成为
管径更细的后微动脉 (metarteriole)。每根后微动脉向一根至数根真毛细血管供血。真毛细血
管通常从后微动脉以直角方向分出。在真毛细血管起始端通常有 1~2个平滑肌细胞，形成一
个环，即毛细血管前括约肌。该括约肌的收缩状态决定进入真毛细血管的血流量。
毛细血管的血液经微静脉进入静脉。最细的微静脉管径不超过 20~30μm，管壁没有
平滑肌，在功能上有交换血管的作用。较大的微静脉管壁有平滑肌，在功能上是毛细血管后
阻力血管。微静脉的舒缩状态可影响毛细血管血压，从而影响毛细血管处的液体交换和静脉
回心血量 (见上文)。血液经微动脉、后微动脉、毛细血管前括约肌、真毛细血管汇入微静
脉的通路，称为微循环迂回通路，是微循环血流最重要的功能通路。
另外，微动脉和微静脉之间还可通过直捷通路和动-静脉短路发生沟通。直捷通路
(thoroughfare channel)是指血液从微动脉经后微动脉和通血毛细血管进入微静脉的通路。通
血毛细血管是后微动脉的直接延伸，其管壁平滑肌逐渐稀少以至消失。直捷通路经常处于开
放状态，血流速度较快，其主要功能并不是物质交换，而是使一部分血液能迅速通过微循环
而进入静脉。直捷通路在骨骼肌组织的微循环中较多见。动-静脉短路是吻合微动脉和微静
脉的通道，其管壁结构类似微动脉。在人体某些部分的皮肤和皮下组织，特别是手指、足趾、
耳郭等处，这类通路较多。动-静脉吻合支不能进行物质交换，但在体温调节中具有重要作
用。当环境温度升高时，动-静脉吻合支开放增多，皮肤血流量增加，有利于体热的发散；
而当环境温度降低时，动-静脉短路关闭，皮肤血流量减少，则有利于体热的保存。动-静脉
短路的开放会相对减少组织对血液中氧的摄取。在某些病理状态下，如发生感染性和中毒性
休克时，动-静脉短路大量开放，可加重组织的缺氧状况。
(二)毛细血管壁的结构特点
毛细血管壁由单层内皮细胞构成，外面有基膜包围，总厚度约 0.5μm，在细胞核的
部分稍厚。内皮细胞之间相互连接处存在细微的裂隙，成为沟通毛细血管内、外的通路。由
于不同器官、组织中毛细血管壁的厚度不同，内皮细胞之间裂隙大小也不相同，因此其通透
性也存在差异。
据估计，人体全身约有 400亿根毛细血管。不同器官组织中毛细血管的密度有很大差
异。例如，在心肌、脑、肝、肾，毛细血管的密度为每立方毫米组织 2 500-3 000根；骨骼
肌为每立方毫米组织 100~400根；骨、脂肪、结缔组织中毛细血管密度较低。假设毛细血管
的平均半径为 3μm，平均长度为 750μm，则每根毛细血管的表面积约为 14 000μm2。由
于微静脉的起始段也有交换功能，故估计每根毛细血管的有效交换面积可达 22000μm2。由
此可以估计全身毛细血管 (包括有交换功能的微静脉)总的有效交换面积将近 1000m2。
(三)微循环的血流动力学
1．微循环对血流的阻力 微循环中的血流一般为层流。血液在流经微循环血管网时
血压逐渐降低。在直径为 8~40μm的微动脉处，对血流的阻力最大，血压降落也最大。到
毛细血管的靠动脉端，血压为 30~40mmHg，毛细血管中段的血压约 25 mmHg，至靠静脉端
为 10-15mmI-堙。毛细血管血压的高低决定于毛细血管前、后阻力的比值。一般而言，当这
一比例为 5:1时，毛细血管的平均血压约为 20 mmHg。当这一比值增大时，毛细血管血压
就降低；比值变小时则毛细血管血压升高。某一组织中微循环的血流量与微动脉和微静脉之
间的血压差成正比，与微循环中总的血流阻力成反比。由于在总的血流阻力中微动脉处的阻
力占较大比例，故微动脉的阻力对血流量的控制起主要作用。
2．微循环血流量的调节 测量一个器官的血流量时，常可见到在一定时间内其血流
量是稳定的。但如果在显微镜下观察微循环中单个血细胞的移动速度，则可看到在同一时间
内不同微血管中的流速有很大差别，可从完全不流动到每秒几毫米，而且同一血管在不同时
间内流速也有较大变化。其原因是后微动脉和毛细血管前括约肌不断发生每分钟 5~10次的
交替性收缩和舒张，即血管舒缩活动 (vasomotion)。后微动脉和毛细血管前括约肌收缩时，
其后的真毛细血管网关闭，舒张时则真毛细血管网开放。在安静状态下，骨骼肌组织中在同
一时间内只有 20％~35％的真毛细血管处于开放状态。即一处的毛细血管开放时，其他部位
的毛细血管关闭，反之亦然，如此不断交替进行。血管舒缩活动主要与局部组织的代谢活动
有关。毛细血管关闭时，该毛细血管周围组织中代谢产物积聚，氧分压降低。代谢产物和低
氧均可引起局部的后微动脉和毛细血管前括约肌舒张和其后的真毛细血管网开放，于是局部
组织内积聚的代谢产物被血流清除，后微动脉和毛细血管前括约肌在血流中的缩血管物质
(见后文)作用下又复收缩，使真毛细血管网再次关闭。如此周而复始。当组织代谢活动加强
时，愈来愈多的微动脉和毛细血管前括约肌舒张，使愈来愈多的毛细血管处于开放状态，从
而使血液和组织、细胞之间进行交换的面积增大，交换的距离缩短。因此，微循环的血流量
能和组织的代谢活动水平相适应。
(四)血液和组织液之间的物质交换方式
组织、细胞之间的空间称为组织间隙，其中为组织液 (interstitial fluid)所充满。组织
液是组织、细胞直接所处的环境，组织、细胞通过细胞膜和组织液进行物质交换，组织液与
血液之间则通过毛细血管壁进行物质交换。因此，组织、细胞和血液之间的物质交换需通过
组织液作为中介。大小和性质不同的分子在血液和组织液之间的交换方式也不同。
1．扩散 扩散是血液和组织液之间进行溶质交换最主要的方式。脂溶性物质，如
O2、CO2等，可直接通过内皮细胞进行扩散，因此整个毛细血管壁都可成为扩散面，单位
时间内扩散的速率极高。对于非脂溶性的水溶性物质，若溶质分子直径小于毛细血管壁的裂
隙，如 Na+、Cl-、葡萄糖等，也可进行扩散，毛细血管壁裂隙的总面积虽仅占毛细血管壁
总面积的千分之一左右，但由于分子运动的速度高于毛细血管血流速度数十倍，故血液在流
经毛细血管时，血浆和组织液的溶质分子仍有足够的时间进行扩散交换。分子直径愈小，交
换速率愈大。此外，能溶解于水、且直径小于毛细血管壁裂隙的溶质分子也能随水分子转运
而一起交换（溶剂拖曳)。
2．胞饮 当溶质分子直径大于毛细血管壁裂隙时，如分子量较大的血浆蛋白等，在
毛细血管内皮细胞一侧的大分子物质可被内皮细胞膜包围并吞饮入细胞内，形成吞饮囊泡，
囊泡被运送至细胞的另一侧，并被排出细胞外，从而使被转运物穿过整个内皮细胞。
3．滤过与重吸收 当毛细血管壁两侧的静水压不等时，水分子即可通过毛细血管壁
从高压力一侧向低压力一侧移动。另外，当毛细血管壁两侧的渗透压不等时，水分子可从渗
透压低的一侧向渗透压高的一侧移动。由于血浆蛋白质等胶体物质较难通过毛细血管壁的孔
隙，因此血浆胶体渗透压能限制血浆中的水分子向毛细血管外移动；同样，组织液胶体渗透
压则可限制组织液中的水分子向毛细血管内移动。在生理学中，将由于管壁两侧静水压和胶
体渗透压的差异而引起的液体由毛细血管内向毛细血管外的移动称为滤过 (filtration)，而将
液体向相反方向的移动称为重吸收 (reabsorption)。血液和组织液之间通过滤过和重吸收的
方式进行的物质交换 (溶剂拖曳)与通过扩散方式进行的物质交换相比，仅占很小一部分，
而在组织液的生成中却起重要作用 (见后文)。
六、组织液的生成
存在于组织、细胞间隙内的组织液绝大部分呈胶冻状，不能自由流动，因此不会因重
力作用而流至身体的低垂部分；将注射针头插入组织间隙内，也不能抽出组织液。组织液凝
胶的基质是胶原纤维和透明质酸细丝。组织液中有极小一部分呈液态，可自由流动。组织液
中各种离子成分与血浆相同。组织液中也存在各种血浆蛋白质，但其浓度明显低于血浆。
(一)组织液的生成
组织液是血浆滤过毛细血管壁而形成的。如前所述，液体通过毛细血管壁的滤过和重
吸收决定于四个因素，即毛细血管血压 (blood pressure in the capillary，Pc)、组织液静水压
(hydrostatic pressure in interstitial fluid，Pi)、血浆胶体渗透压 (colloid osmotic pressure of
plasma，πc)和组织液胶体渗透压 (colloid osmotic pressure of the interstitial fluid，πi)。其中，
Pc和πi是促使液体由毛细血管内向血管外滤过的力量，而 Pi和πc是将液体从血管外重吸
收入毛细血管内的力量。促进液体滤过的力量和重吸收的力量之差，称为有效滤过压
(effective filtration pressure，EFP)，如下式所示
EFP= (Pc+πi)- (Pπ+πc) (4-9)
动脉端 Pc平均约为 30mmt{g，在静脉端 Pc平均约 10mmHg，不同器官的 Pi不同，例如，
皮下组织的 Pi约-2mmHg (低于大气压)，骨骼肌的 Pi约 1mmHg，肝、肾和脑的 Pi约 6mmHg，
由于血浆的蛋白浓度高于组织液的蛋白浓度，因此πc大于πi，一般认为πc约为 25 mmHg，
πi约 8 mmHg。把这些数值分别代入上式，可见在骨骼肌中，毛细血管动脉端的有效滤过
压为 12 mmHg，可促进液体滤出毛细血管；而在毛细血管静脉端的有效滤过压为-8mmHg，
可促进液体重吸收 (图 4-24)。
单位时间内通过毛细血管的液体量 V等于 EFP与滤过系数 (capillary filtration coefficient，
Kf)的乘积，即
V= Kf×EFP= Kf [ (Pc+πi)- (Pπ+πc)] (4-10)
Kf的大小取决于毛细血管壁对液体的通透性和滤过面积。总的说来，流经毛细血管的
血浆，约有 0.5％~2％在毛细血管动脉端以滤过的方式进入组织间隙，其中约 90％在静脉端
被重吸收回血液，其余约 10％进入毛细淋巴管而成为淋巴。
(二)影晌组织液生成的因素
在正常情况下，组织液不断生成，又不断被重吸收，保持动态平衡，故血液量和组织
液量能维持相对稳定。如果这种动态平衡遭受破坏，发生组织液生成过多或重吸收减少，组
织间隙中就有过多的液体潴留，形成组织水肿 (edema)。上述参与形成有效滤过压的各种因
素若发生变化，如毛细血管血压升高和血浆胶体渗透压降低时，都将使组织液生成增多，甚
至引起水肿。淋巴回流受阻时，组织间隙内组织液积聚，可导致组织水肿。此外。在某些病
理情况下，毛细血管壁的通透性增高，一部分血浆蛋白质也可滤过进入组织液，使组织液胶
体渗透压升高，故组织液生成增多，因而也可发生水肿。
七、淋巴的生成和回流
淋巴管系统 (lymphatic system)是组织液向血液回流的一个重要的辅助系统。淋巴回
流的速度虽较缓慢，但在组织液生成和重吸收的平衡中起重要的作用。毛细淋巴管以稍膨大
的盲端起始于组织间隙，彼此吻合成网，并逐渐汇合成大的淋巴管。全身的淋巴经淋巴管收
集，最后由右淋巴导管和胸导管流入静脉。
(一)淋巴的生成与回流
组织液进入淋巴管，即成为淋巴 (lymph)。因此，来自某一组织的淋巴，其成分和该组
织的组织液非常接近。在毛细淋巴管起始端，内皮细胞的边缘像瓦片般互相覆盖，形成向管
腔内开启的单向活瓣。另外，当组织液积聚在组织间隙内时，组织中的胶原纤维和毛细淋巴
管之间的胶原细丝可以将互相重叠的内皮细胞边缘拉开，使内皮细胞之间出现较大的缝隙。
因此，组织液包括其中的血浆蛋白质分子可自由进入毛细淋巴管。正常成年人在安静状态下
大约每小时有 120ml淋巴流入血液循环，其中约 100ml经由胸导管，20ml经由右淋巴导管
进入血液。以此推算，每天生成的淋巴总量为 2~4L，大致相当于全身的血浆总量。组织液
和毛细淋巴管内淋巴的压力差是组织液进入淋巴管的动力。组织液压力升高时，能加快淋巴
的生成速度。
毛细淋巴管汇合形成集合淋巴管。后者的管壁中有平滑肌，可以收缩。另外，淋巴管
中有瓣膜，使淋巴不能倒流。淋巴管壁平滑肌的收缩活动和瓣膜共同构成“淋巴管泵”，能
推动淋巴流动。淋巴管周围组织对淋巴管的压迫也能推动淋巴流动，如肌肉收缩，相邻动脉
的搏动，以及外部物体对身体组织的压迫和按摩等。凡能增加淋巴生成的因素也都能增加淋
巴的回流量。
(二)淋巴的生理功能
淋巴的主要功能是将组织液中的蛋白质分子带回到血液中，且能清除组织液中不能被
毛细血管重吸收的较大分子以及组织中的红细胞和细菌等。小肠绒毛的毛细淋巴管对营养物
质特别是脂肪的吸收起重要的作用。由肠道吸收的脂肪，80％~90％是经过这一途径被输送
入血液的，因此小肠的淋巴呈乳糜状。
第四节 心血管活动的调节
人体在不同的生理状况下，各器官组织的代谢水平不同，对血流量的需要也不同。机体可
通过神经和体液机制对心脏和各部分血管的活动进行调节，从而适应各器官组织在不同情况
下对血流量的需要，协调地进行各器官之间的血流分配。
一、神经调节
心肌和血管平滑肌都接受自主神经的支配；机体对心血管活动的神经调节是通过各种
心血管反射实现的。
(一)心脏和血管的神经支配
1．心脏的神经支配支配心脏的传出神经为心交感神经和心迷走神经。
(1)心交感神经及其作用：心交感神经的节前神经元位于脊髓第 1~5胸段的中间外侧
柱；心交感节后神经元位于星状神经节或颈交感神经节内。节后神经元的轴突组成心脏神经
丛，支配心脏各个部分，包括窦房结、房室交界、房室束：心房肌和心室肌。
在动物实验中观察到，两侧心交感神经对心脏的支配存在差异。支配窦房结的交感纤
维主要来自右侧心交感神经，支配房室交界的交感纤维主要来自左侧心交感神经。在功能上，
右侧心交感神经兴奋时以引起心率加快的效应为主，而左侧心交感神经兴奋则以加强心肌收
缩能力的效应为主。
心交感神经节后纤维末梢释放的去甲肾上腺素可引起心率加快，房室传导加快，心房
肌和心室肌收缩力加强，即产生正性变时作用 (positive chronotropic action)、正性变传导作
用 (positive dromotropic action)和正性变力作用 (positive inotropic action)。这些作用主要是
由于去甲肾上腺素激活了心肌细胞膜上的β1，肾上腺素能受体 (简称β1受体)引起的。激
活的β1-受体通过 G蛋白-AC-cAMP途径激活蛋白激酶 A (PKA)，PKA可使心肌细胞的许
多功能蛋白磷酸化，并改变它们的功能活动。这包括激动细胞膜上的 L型钙通道和 If通道，
使 L型钙电流和 If电流增强；激动肌质网上的 ryanodine受体 (RYR)和钙泵，分别促进肌质
网 Ca2+的释放和回收；降低肌钙蛋白 C (TnC)与 Ca2+的亲和力，促进舒张期 TnC与 Ca2+
的解离。L型钙电流和 If电流都是参与窦房结 4期自动除极的内向电流，它们的增强是正性
变时作用的主要原因；房室结细胞 L型钙电流的增强，使其 0期去极化的速度和幅度增大，
房室传导加快，是正性变传导作用的主要机制；正性变力作用的机制则与心室肌细胞膜上 L
型钙内流增强和 RYR Ca2+释放增加相关。此外，肌质网钙泵活动增强和 TnC与 Ca2+的亲
和力降低均可加速心肌舒张，有利于心室充盈。
(2)心迷走神经及其作用：支配心脏的副交感节前纤维行走于迷走神经干中。这些节
前神经元的细胞体位于延髓的迷走神经背核和疑核。节后纤维支配窦房结、心房肌、房室交
界、房室束及其分支；迷走神经也支配心室肌，但其纤维末梢的数量远较心房肌中为少。两
侧心迷走神经对心脏的支配也有差异，但不如两侧心交感神经支配的差异显著。右侧心迷走
神经对窦房结的影响占优势；而左侧迷走神经则对房室交界的作用占优势。
心迷走神经节后纤维末梢释放的乙酰胆碱作用于心肌细胞膜上的 M型胆碱能受体
(简称M受体)后可引起心率减慢，房室传导减慢，心房肌收缩能力减弱，即产生负性变时
作用 (negative chronotropic action)、负性变传导作用 (negative dromotropic action)和负性变力
作用 (negative inotropic action)。心迷走神经的负性变力作用主要表现在心房肌，对心室肌
作用不大。这些负性作用的产生，主要是由于乙酰胆碱激活M受体后，通过 G蛋白-AC途
径使细胞内 cAMP水平降低，PKA活性降低，因而表现出与β1受体激活后相反的效应。
负性变时作用与窦房结 P细胞动作电位 4期的钙电流和 If电流被抑制有关。此外，M受体
被激活后，还可通过 G蛋白直接激活一种称为乙酰胆碱依赖性钾通道 (IKACh通道)，引起
K+外流增加，使最大复极电位负值增大而远离阈电位水平，进一步降低了窦房结 P细胞的
自律性。心房肌的负性变力作用是由于心房肌细胞钙通道被抑制，钙内流减少所致。此外，
上述钾电流激活，使动作电位复极加快，平台期缩短，导致钙内流进一步减少。负性变传导
作用则与房室结细胞 0期钙内流减弱、除极速度和幅度降低有关。
生理学中将神经或肌肉等组织维持一定程度的持续活动，称为紧张 (tonus)。心交感
神经和心迷走神经平时都有一定程度的冲动发放，分别称为心交感紧张 (cardiac sympathetic
tone)和心迷走紧张 (cardiac vagal tone)，两者可交互抑制。窦房结作为心脏的起搏点，其自
律性约每分钟 100次，但正常人安静状态下的心率约每分钟 70次，这是因为安静时心迷走
紧张对心脏的作用要比心交感紧张更占优势。如果应用M受体拮抗剂阿托品阻断心迷走紧
张，此时心交感紧张失去了心迷走紧张的对抗作用，心率可上升到每分钟 150~180次；如果
应用美托洛尔等β1受体拮抗剂阻断心交感紧张，则心率可下降至每分钟 50次左右。
(3)支配心脏的肽能神经元：用免疫细胞化学方法证明，心脏中存在多种肽能神经纤
维，它们所含的神经肽有神经肽 Y、血管活性肠肽、降钙素基因相关肽和阿片肽等。已知一
些肽类递质可与其他递质，如单胺类或乙酰胆碱共存于同一神经元内，并共同释放。目前对
于分布在心脏的肽能神经元的生理功能尚不完全清楚，它们可能参与对心肌和冠状血管活动
的调节。例如，血管活性肠肽对心肌有正性变力作用和舒张冠状血管的作用，降钙素基因相
关肽则有加快心率的作用等。
2．血管的神经支配 除真毛细血管外，其他所有血管的血管壁都有平滑肌分布。不
同血管的平滑肌，其生理特性也有所不同，有些血管平滑肌有自发的肌源性活动，而另一些
血管平滑肌则很少有肌源性活动。绝大多数血管平滑肌都接受自主神经的支配。毛细血管前
括约肌上神经分布很少，其舒缩活动主要受局部代谢产物的影响。支配血管平滑肌的神经纤
维统称为血管运动神经纤维 (vasomotor nerve fiber)，可分为缩血管神经纤维 (vasoconstrictor
nerve fiber)和舒血管神经纤维 (vasodilator nerve fiber)两大类。
(1)缩血管神经纤维：缩血管神经纤维都是交感神经纤维，故一般称为交感缩血管神
经纤维 (sympathetic vasocontrictor nerve fiber)。它的节前神经元位于脊髓胸、腰段的中间外
侧柱内，其末梢释放乙酰胆碱；节后神经元位于椎旁和椎前神经节内，其末梢释放去甲肾上
腺素。它所支配的血管平滑肌细胞上有α和β2两类肾上腺素能受体。去甲肾上腺素与α受
体结合后，可使血管平滑肌收缩；而与β2受体结合后，则使血管平滑肌舒张。但是，去甲
肾上腺素与β2受体结合的能力较弱。因此，缩血管纤维兴奋时主要引起缩血管效应。
体内几乎所有血管都接受交感缩血管纤维的支配，但在不同部位的血管中，缩血管纤
维分布的密度不同。在皮肤的血管中，缩血管纤维分布最密，在骨骼肌和内脏的血管中的分
布次之，而在冠状血管和脑血管中的分布最少。在同一器官，动脉中的缩血管纤维密度高于
静脉，其中以微动脉中的密度为最高，而毛细血管前括约肌中一般没有神经纤维分布。
人体内多数血管仅接受交感缩血管纤维的单一神经支配。在安静状态下，交感缩血管
纤维持续发放约每秒钟 1~3次的低频冲动，称为交感缩血管紧张 (sympathetic vasoconstrictor
tone)，这种紧张性活动可使血管平滑肌保持一定程度的收缩状态。当交感缩血管紧张增强
时，血管平滑肌收缩进一步加强；而当交感缩血管紧张降低时，血管平滑肌的收缩程度减弱
或使血管舒张。在不同的生理状况下，交感缩血管神经纤维的放电频率在低于每秒 1次至每
秒 8~10次的范围内变动。这一变动范围足以使血管口径在很大范围内发生变化，从而调节
不同器官的血流阻力和血流量。当支配某一器官血管床的交感缩血管纤维兴奋时，可引起该
器官血管床的血流阻力增高，血流量减少；同时，由于交感缩血管纤维在微动脉的分布密度
大于微静脉，故该器官毛细血管前、后阻力的比值增大，使毛细血管血压降低，组织液的生
成减少而重吸收增多，从而使血容量增加；此外，交感缩血管纤维兴奋也能使该器官血管床
的容量血管收缩，促进静脉回流。
(2)舒血管神经纤维：体内有一部分血管除接受缩血管神经纤维的支配外，还接受舒
血管神经纤维的支配。舒血管神经纤维主要有以下几种。
1)交感舒血管神经纤维：有些动物如狗和猫，支配骨骼肌微动脉的交感神经中除有缩
血管纤维外，还有舒血管纤维。交感舒血管神经纤维 (sympathetic vasodilator nerve fiber)末
梢释放乙酰胆碱，阿托品可阻断其效应。交感舒血管神经纤维在平时没有紧张性活动，只有
在动物处于情绪激动状态和发生防御反应时才发放冲动，使骨骼肌血管舒张，血流量增多。
人体内可能也存在交感舒血管神经纤维。
2)副交感舒血管神经纤维：少数器官如脑膜、唾液腺、胃肠外分泌腺和外生殖器等，
其血管平滑肌除接受交感缩血管神经纤维的支配外，还接受副交感舒血管神经纤维
(parasympathetic vasodilator nerve fiber)的支配。例如，面神经中有支配软脑膜血管的副交感
纤维，迷走神经中有支配肝血管的副交感纤维，盆神经中有支配盆腔器官和外生殖器血管的
副交感纤维等。副交感舒血管神经纤维末梢释放乙酰胆碱，后者与血管平滑肌的M受体结
合，引起血管舒张。副交感舒血管神经纤维的活动只对少数器官组织的局部血流起调节作用，
对循环系统的总外周阻力影响很小。
3)脊髓背根舒血管神经纤维：皮肤伤害性感觉传入纤维在外周末梢处可发生分支。当
皮肤受到伤害性刺激时，感觉冲动一方面沿传入纤维向中枢传导，另一方面可在末梢分支处
沿其他分支到达受刺激部位邻近的微动脉，使微动脉舒张，局部皮肤出现红晕。这种仅通过
轴突外周部位完成的反应，称为轴突反射 (axon reflex)。这类神经纤维也称背根舒血管神经
纤维，其所含递质尚不十分确定，根据相关的实验研究，有人认为是降钙素基因相关肽。
4)血管活性肠肽神经元：有些自主神经元内有血管活性肠肽和乙酰胆碱共存，如支配
汗腺的交感神经元和支配颌下腺的副交感神经元等。这些神经元兴奋时，其末梢一方面释放
乙酰胆碱，引起腺细胞分泌；另一方面释放血管活性肠肽，引起舒血管效应，使局部组织血
流增加。
(二)心血管中枢
神经系统对心血管活动的调节是通过各种神经反射来实现的。在生理学中将与控制心
血管活动有关的神经元集中的部位称为心血管中枢 (cardiovascular center)。控制心血管活动
的神经元并非集中在中枢神经系统的某个部位，而是分布在中枢神经系统从脊髓到大脑皮层
的各个水平。它们各具不同的功能，又互相密切联系，使整个心血管系统的活动协调一致，
并与整个机体的活动相适应。
1．延髓 心血管中枢一般认为，最基本的心血管中枢位于延髓。这一概念最早是在
19世纪 70年代提出的。它基于以下的动物实验结果：在延髓上缘横断脑干后，动物的血压
并无明显的变化，刺激坐骨神经引起的升血压反射仍存在；但如果将横断水平逐步移向脑干
尾端，则动脉血压就逐渐降低，刺激坐骨神经引起的升血压反射效应也逐渐减弱。当横断水
平下移至延髓闩部时，血压降低至 40mmHg左右。这些结果说明，心血管的正常的紧张性
活动不是起源于脊髓，而是起源于延髓，因为只要保留延髓及其以下中枢部分的"完整，即
可维持心血管正常的紧张性活动，并能完成一定的心血管反射。
延髓心血管中枢的神经元是指位于延髓内的心迷走神经元和控制心交感神经和交感
缩血管神经活动的神经元。这些神经元在平时都有紧张性活动。在机体处于安静状态时。这
些延髓神经元的紧张性活动表现为心迷走神经纤维和交感神经纤维持续的低频放电活动，即
上述的心交感紧张和心迷走紧张。一般认为，延髓心血管中枢至少可包括以下四个部位的神
经元。
(1)缩血管区：引起交感缩血管神经正常的紧张性活动的延髓心血管神经元的细胞体
位于延髓头端腹外侧部 (rostral ventrolateral medulla，RVLM)。它们的轴突下行到脊髓灰质
的侧角，即中间外侧细胞柱。心交感紧张也起源于这一部位的神经元。
(2)舒血管区：位于延髓尾端腹外侧部 (caudal ventrolateral medulla，CVLM)，即在
RVLM的尾端，该部位的神经元兴奋时可抑制 RVLM神经元的活动，使交感缩血管紧张降
低，血管舒张。
(3)传入神经接替站：延髓孤束核 (nucleus of the tractus solitarius，NTS)的神经元接
受由颈动脉窦、主动脉弓和心肺感受器经舌咽神经和迷走神经传入的信息，然后发出纤维至
延髓和中枢神经系统其他部位的神经元，从而影响心血管活动。
(4)心抑制区：心迷走神经元的细胞体位于延髓的迷走神经背核和疑核。
2．延髓以上的心血管中枢 在延髓以上的脑干部分以及大脑和小脑中都存在与心血
管活动有关的神经元。它们在心血管活动调节中所起的作用较延髓心血管中枢更为高级，特
别是表现为对心血管活动和机体其他功能之间复杂的整合。例如，下丘脑是一个非常重要的
整合部位，在体温调节、摄食、水平衡以及发怒、恐惧等情绪反应的整合中，都起着重要的
作用。这些反应都包含有相应的心血管活动的变化。在动物实验中可观察到，电刺激下丘脑
的一些区域，可以引起躯体肌肉以及心血管、呼吸和其他内脏活动的复杂变化。这些变化往
往是通过精细整合的，在生理功能上往往是相互协调的。例如电刺激下丘脑的防御反应区
(见第十章)，可立即引起动物的警觉状态，骨骼肌肌紧张加强，表现为攻击或逃跑等防御性
行为改变，同时出现一系列心血管活动的改变，主要是心率加快，心搏加强，心输出量增加，
皮肤和内脏血管收缩，骨骼肌血管舒张，血压稍有升高。这些心血管反应显然是与当时机体
所处的状态相协调的，主要是使骨骼肌有充足的血液供应，以适应防御、搏斗或逃跑等行为
的需要。
大脑的一些部位，特别是边缘系统中的某些结构，如颞极、额叶的眶面、扣带回的前
部、杏仁、隔、海马等，能影响下丘脑和脑干等处心血管神经元的活动，并与机体的各种行
为改变相协调。大脑皮层运动区兴奋时，除引起相应的骨骼肌收缩外，还能引起该骨骼肌的
血管舒张。刺激小脑某些部位也可引起心血管活动的反应。例如，刺激小脑顶核可引起血压
升高，心率加快。顶核的这种效应可能与姿势和体位改变时伴随的心血管活动改变有关。
(三)心血管反射
当机体处于不同的生理状态，如变换姿势、运动、睡眠时，或当机体内、外环境发生变
化时，可引起各种心血管反射 (cardiovascular reflex)，使心输出量和各器官的血管舒缩状况
发生相应的改变，动脉血压也可发生变动。心血管反射一般都能很快完成，其生理意义在于
使循环功能能够适应于当时机体所处的状态或环境的变化，满足各种生命活动的需要。
1．压力感受性反射 压力感受性反射 (baroreceptor reflex)也称减压反射 (depressor
reflex)，是通过对颈动脉窦和主动脉弓压力感受器的刺激而引起的。
(1)动脉压力感受器：在整个心血管系统，包括心房、心室、动脉和静脉的壁内存在
许多传入神经末梢。当管壁被动扩张时，这些神经末梢能感受机械牵张刺激而引起心血管反
射。位于循环高压力部分 (动脉)管壁内的神经末梢起监视动脉侧压的作用，故称为动脉压
力感受器 (arterial baroreceptor)或高压力感受器 (high pressure receptor)。其中最重要的是颈
动脉窦和主动脉弓压力感受器。
颈动脉窦和主动脉弓压力感受器的适宜刺激是血管壁的被动扩张，而非血压本身。当
动脉血压升高时，动脉管壁被牵张的程度就增大。压力感受器发放的神经冲动也就增多。因
而它们实质上是一种牵张感受器。在一定范围内，压力感受器的传入冲动频率与动脉管壁被
动扩张的程度成正比。另外，在同一血压水平，颈动脉窦和主动脉弓压力感受器对脉动性压
力刺激比持续性压力刺激更为敏感。由图 4-25可见。在一个心动周期内，随着动脉血压的
波动，窦神经的传入冲动频率也发生相应的变化。
(2)传入神经和中枢联系：颈动脉窦压力感受器的传入神经纤维组成颈动脉窦神经
(carotid sinus nerve)，窦神经加入舌咽神经，进入延髓，和孤束核的神经元发生突触联系。
主动脉弓压力感受器的传入神经纤维行走于迷走神经干内，然后进入延髓，到达孤束核。兔
的主动脉弓压力感受器传入纤维自成一束，与迷走神经伴行，称为主动脉神经 (aortic nerve)。
压力感受器的传入神经冲动到达孤束核后，可通过延髓内的神经通路使延髓头端腹外
侧部的血管运动神经元 (可能也包括心交感神经元)抑制，使交感缩血管紧张 (和心交感紧张)
降低；孤束核神经元还与延髓内其他神经核团以及脑干其他部位如脑桥、下丘脑等的一些神
经核团发生联系，其效应也是使交感神经的紧张性活动减弱。另外，压力感受器的传入冲动
到达孤束核后还与迷走神经背核和疑核发生联系，使心迷走紧张增强。
(3)反射效应：动脉血压升高时，压力感受器传入冲动增多，通过有关的心血管中枢
整合作用，使心迷走紧张加强，心交感紧张和交感缩血管紧张降低，其效应为心率减慢，心
输出量减少，外周血管阻力降低，故动脉血压回降。反之，当动脉血压降低时，压力感受器
传入冲动减少，使迷走紧张降低，交感紧张加强，于是心率加快，心输出量增加，外周血管
阻力增高，血压回升。
在动物实验中可将一侧颈动脉窦从血管系统中游离出来，但保留其窦神经与中枢的联
系，同时切断对侧窦神经和双侧主动脉神经，通过对游离窦的灌注，人为地由低到高地改变
游离窦内的灌注压，可观察到体循环动脉压在一定范围内随窦内压的升高而降低，根据窦内
压和动脉血压变化的对应关系，可画出压力感受性反射功能曲线 (图 4-26)。由图可见，压
力感受性反射功能曲线的中间部分较陡，向两端渐趋平坦。这说明当窦内压在正常平均动脉
压水平 (约 100mmHg)上下发生变动时，压力感受性反射最为敏感，纠正偏离正常水平的血
压的能力最强，动脉血压偏离正常平均动脉压水平愈远，压力感受性反射纠正异常血压的能
力愈低。
(4)压力感受性反射的特点与生理学意义：压力感受性反射是典型的负反馈调节，且
具有双向调节能力；压力感受性反射在心输出量、外周血管阻力、血量等发生突然改变的情
况下，对动脉血压进行快速调节的过程中起重要的作用。压力感受性反射主要对急骤变化的
血压起缓冲作用，尤其在动脉血压降低时的缓冲作用更为重要，因此在生理学中将动脉压力
感受器的传入神经称为缓冲神经 (buffer nerve)。相反，压力感受性反射对缓慢发生的血压
变化不敏感。在动物实验中可观察到，正常狗 24小时内动脉血压的变动范围一般在平均动
脉压 (约 100mmHg)上下约 10~15rnmHg内；而在切除两侧缓冲神经的狗，其血压经常出现
很大的波动，其变动范围可超过平均动脉压上下各 50mmHg。但在切除缓冲神经的动物，一
天中血压的平均值并不明显高于正常。压力感受器反射可发生重调定。慢性高血压患者或实
验性高血压动物的动脉血压持续升高，其压力感受性反射功能曲线可发生向右移位。这种现
象称为压力感受性反射的重调定 (resetting)，表示其工作范围发生了改变，使压力感受性反
射在高于正常的血压水平仍能对血压变化进行调节，故动脉血压可维持在较高水平。压力感
受性反射重调定的机制较为复杂。重调定可发生在感受器的水平，也可发生在反射的中枢部
分。
2．心肺感受器引起的心血管反射 在心房、心室和肺循环大血管壁内存在许多感受器，
总称为心肺感受器 (cardiopulmonary receptor)，其传入神经纤维行走于迷走神经干内。引起
心肺感受器兴奋的适宜刺激有两类。一类是对血管壁的机械牵张。当心房、心室或肺循环大
血管中压力升高或血容量增多而使心脏或血管壁受到牵张时，这些机械或压力感受器就发生
兴奋。和颈动脉窦、主动脉弓压力感受器相比较，心肺感受器位于循环系统压力较低的部分，
故又称低压力感受器 (low pressure receptor)。在生理情况下，心房壁的牵张主要由血容量增
多而引起，因此心房壁的牵张感受器也称容量感受器 (volume receptor)。另一类心肺感受器
的适宜刺激是一些化学物质，如前列腺素、缓激肽等。有些药物如藜芦碱等也能刺激心肺感
受器。
大多数心肺感受器受刺激时引起的反射效应是心交感和交感缩血管紧张降低，心迷走紧
张加强，导致心率减慢，心输出量减少，外周血管阻力降低，故血压下降。在多种实验动物
中，心肺感受器兴奋时肾交感神经活动的抑制特别明显，使肾血流量增加，肾排水和排钠量
增多。这表明心肺感受器引起的反射在调节血量及体液的量和成分方面具有重要意义。心肺
感受器引起的反射的传出途径除神经机制外还有体液因素的参与。心肺感受器的传入冲动可
抑制血管升压索的释放。血管升压素的减少可使肾排水增多 (见第八章)。
3．颈动脉体和主动脉体化学感受性反射 颈动脉体和主动脉体分别位于颈总动脉分叉
处和主动脉弓区域，当血液的某些化学成分发生变化时，如缺氧、CO2分压过高、H+浓度
过高等，可刺激颈动脉体和主动脉体的化学感受器 (chemoreceptor)，其感觉信号分别由颈
动脉窦神经和迷走神经传入至延髓孤束核，然后使延髓内呼吸神经元和心血管活动神经元的
活动发生改变。化学感受器反射 (chemoreceptor reflex)的效应主要是使呼吸加深加快 (见第
五章)。在动物实验中，人为地维持呼吸频率和深度不变，则化学感受器传入冲动对心血管
活动的直接效应是心率减慢，心输出量减少，冠状动脉舒张，骨骼肌和内脏血管收缩。由于
外周血管阻力增大的作用超过心输出量减少的作用，故血压升高。在动物保持自然呼吸的情
况下，化学感受器受刺激时引起的呼吸加深加快，可间接地引起心率加快，心输出量增加，
外周血管阻力增大，血压升高。
化学感受性反射在平时对心血管活动并不起明显的调节作用。只有在低氧、窒息、失血、
动脉血压过低和酸中毒等情况下才发生作用。
4．躯体感受器引起的心血管反射 刺激躯体传入神经时可引起各种心血管反射。反
射的效应取决于感受器的性质、刺激的强度和频率等因素。用中等强度的低频电脉冲刺激骨
骼肌传入神经，常可引起降血压效应；而用高强度高频率电刺激皮肤传入神经，则常引起升
血压效应。在平时，肌肉活动，皮肤冷、热刺激以及各种伤害性刺激都能引起心血管反射。
5．其他内脏感受器引起的心血管反射 扩张肺、胃、肠、膀胱等空腔器官，挤压睾
丸等，常可引起心率减慢和外周血管舒张等效应。这些内脏感受器的传入神经纤维行走于迷
走神经或交感神经内。
6．脑缺血反应 当脑血流量减少时，心血管中枢的神经元可发生反应，引起交感缩
血管紧张显著加强，外周血管高度收缩，动脉血压升高，以改善脑血液供应，称为脑缺血反
应 (brain ischemic response)。
(四)心血管反射的中枢整合型式
根据众多的实验观察，人们逐渐认识到，与交感和副交感神经活动有关的中枢神经元．
的活动并非同一，支配各器官的交感神经和副交感神经的活动也具有相对的特异性。换言’
之，对于某种特定的刺激，不同部位的交感或副交感神经的反应方式和程度是不同的，即表
现为一定整合型式 (integration pattern)的反应，使各器官之间的血流分配能适应机体当时功
能活动的需要。例如，当动物的安全受到威胁而处于警觉、戒备状态时，可出现一系列复杂
的行为和心血管反应，称为防御反应。猫的防御反应表现为瞳孔扩大、竖毛、耳郭平展、弓
背、伸爪。呼吸加深、怒叫，最后发展为搏斗或逃跑；伴随防御反应的心血管整合型式，最
特征性的是骨骼肌血管舒张，同时心率加快，心输出量增加，内脏和皮肤血管收缩，血压轻
度升高。人在情绪激动时也可发生类似的心血管反应整合型式。肌肉活动时心血管活动的整
合型式与防御反应相似，但血管舒张仅发生于进行运动的肌肉，不进行运动的肌肉的血管则
发生收缩。睡眠时心脏和血管的活动恰与防御反应时相反，即心率减慢，心输出量稍减少、
内脏血管舒张，骨骼肌血管收缩，血压稍降低。
二、体液调节
在参与心血管活动调节的体液因素中，有些是通过血液携带的，可广泛作用于心血管
系统；有些则在组织中形成，主要作用于局部的血管，对局部组织的血流起调节作用。
{一)肾素-血管紧张素系统
肾素-血管紧张素系统 (renin-angiotensin-system，RAS)是人体内重要的体液调节系
统。RAS既存在于循环系统中，也存在于血管壁、心脏、中枢、肾脏和肾上腺等组织中，
共同参与对靶器官的调节。在正常情况下，它对心血管系统的正常发育，心血管功能稳态、
电解质和体液平衡的维持，以及血压的调节均有重要作用。
1．RAS的构成 传统的观点认为，循环系统中肾素 (renin)主要来自肾脏，它是由肾
近球细胞合成和分泌的一种酸性蛋白酶，经肾静脉进入血液循环，以启动 RAS的链式反应。
当各种原因引起肾血流灌注减少时，肾素分泌就增多；当血浆中 Na+浓度降低时，肾素分泌
也增加 (见第八章)。近十几年来随着分子生物学技术的广泛应用，以 Dzau等为代表的学者
发现，在心肌、血管平滑肌、骨骼肌、脑、肾、性腺等多种器官组织中均有肾素及血管紧张
素原的基因表达，且这些组织富含血管紧张素转换酶 (angiotensin-converting enzyme，ACE)
和血管紧张素 II的受体，从而证实除全身性的 RAS外，在心血管等器官组织中还存在相对
独立的局部 RAS。它们通过旁分泌和 (或)自分泌方式直接调节心血管活动。越来越多的证
据表明，这种局部 RAS比循环 RAS在心血管活动调节中起着更直接、更重要的生理与病理
作用。
RAS链式反应过程如下 (图 4-27)：①血浆中，或组织中的肾素底物，即血管紧张素原
(angiotensinogen)，在肾素的作用下水解， t 产生一个十肽 (1-10)，为血管紧张素 I
(angiotensinI，Ang I)。②在血浆和组织中，特别是在肺循环血管内皮表面存在 ACE，Ang I
在 ACE的作用下，其 C-末端水解切去 2个氨基酸残基，产生一个八肽 (1-8)，为血管紧张
素Ⅱ (angiotensinⅡ，Ang II)，也可在 ACE2作用下。C-末端失去一个氨基酸残基而生成九
肽 (1-9)的血管紧张素 l-9 (Ang l-9)。③AngⅡ被血浆和组织中的 ACE2、氨基肽酶和中性内
肽酶 (NEP)酶解；在 N 一末端切去一个氨基酸残基，生成七肽 (2-8)的血管紧张素 III
(angiotensinIII，AngⅢ)，N-末端再失去一个氨基酸残基而生成六肽 (3-8)的血管紧张素Ⅳ
(angiotensinⅣ，AngⅣ)。④在脯氨酰肽链内切酶 (PEP)和脯氨酰羧基肽酶 (PCP)的作用下，
Ang I的 C-末端切去三个氨基酸残基，或 AngⅡ的 C-末端失去一个氨基酸残基而形成七肽
(1-7)的血管紧张索 1.7 (Angl-7)；Angl-0也可在 ACE作用下，在 C末端失去两个氨基酸残基
而形成 Ang1-7，继而 Ang1-7在氨基肽酶和 NEP作用下，在 N-末端再切去一个氨基酸残基
而生成血管紧张素 2-7 (Ang2-7)，在 N一末端再失去一个氨基酸残基而形成血管紧张素 3-7
(Ang3-7)。⑤上述的血管紧张素家族成员还可在氨基肽酶、羧基肽酶和肽链内切酶的作用下
继续降解为无活性的小肽片段。
2．血管紧张素家族主要成员的生物学作用 血管紧张素原经肾素途径生成 Ang I，
后者又经一系列不同酶的水解，生成许多不同肽段，构成血管紧张素家族，其成员包括：
Ang l (1-10)、AngⅡ (1-8)、AngIII (2-8)、AngIV (3-8)，Angl-9、Angl-7、Ang2-7、Ang3-7
等。目前对其中一些成员的生物学作用有较多的研究，但对另一些成员，如 Ang2-7、Ang3-7
等的生物学作用知之甚少。下面就该家族主要成员的生物学作用分述如下。
(1)血管紧张素受体：血管紧张素受体 (angiotensin receptor)简称 AT受体，目前已发
现有四种亚型，分别为 AT1、AT2、AT3和 AT4受体。AT1受体分布于人体的血管、心、肝、
脑、肺、肾和肾上腺皮质等部位。AT2受体主要分布在人胚胎组织和未发育成熟的脑组织中，
在成年人心肌部分脑组织中有少量分布。AT3受体尚未被克隆，该受体分布和信号通路等都
不清楚。AT4受体广泛分布于哺乳动物的心血管、脑、肾、肺等处。
(2)AngII的生物学效应：在众多的血管紧张素家族成员中，Ang lI的作用最为重要。
在循环系统中，AngII的生理作用几乎都是通过激动 AT1受体产生的。主要作用有：①Ang
II可直接促进全身微动脉收缩，使血压升高，也可促进静脉收缩，使回心血量增多。②AngII
可作用于交感缩血管纤维末梢上的突触前 AngII受体，使交感神经末梢释放递质增多。③
AngⅡ还可作用于中枢神经系统内的一些神经元，使中枢对压力感受性反射的敏感性降低，
交感缩血管中枢紧张加强；并促进神经垂体释放血管升压素和缩宫素；增强促肾上腺皮质激
素释放激素 (CRH)的作用。因此，AngⅡ可通过中枢和外周机制，使外周血管阻力增大，血
压升高。④AngⅡ可强烈刺激肾上腺皮质球状带细胞合成和释放醛固酮，后者可促进肾小管
对 Na+的重吸收，并使细胞外液量增加。血管紧张素Ⅱ还可引起或增强渴觉，并导致饮水行
为。
心脏内局部 RAS对心脏的主要作用包括：正性变力作用、致心肌肥大、调节冠状动
脉阻力和抑制心肌细胞增长。血管内局部 RAS的主要作用包括：舒缩血管、影响血管的结
构和凝血系统功能。
(3)其他成员的生物学效应：Ang I不具有生理活性。AngⅢ可作用于 AT1受体，产
生与 AngⅡ相似的生物效应。但其缩血管效应仅为 AngⅡ的 10％~20％，而刺激肾上腺皮质
合成和释放醛固酮的作用则较强。在某些病理情况下，如失血时，RAS的活动加强，并对
循环功能的调节起重要作用。AngⅣ作用于 AT4受体，产生与经典 AngⅡ不同的甚或相反的
生理作用。AngⅣ能抑制左心室的收缩功能，加速左心室的舒张；它在促使收缩血管的同时，
能刺激血管壁产生前列腺素类物质或一氧化氮，对血管收缩作用进行调节；AngⅣ还能调节
肾血流量及水盐平衡。
(二)肾上腺素和去甲肾上腺素
肾上腺素 (epinephrine)和去甲肾上腺素 (norepinephrine，NE或 noradrenaline，NA)
在化学结构上都属于儿茶酚胺。循环血液中的肾上腺素和去甲肾上腺素主要来自肾上腺髓
质。肾上腺素能神经末梢释放的去甲肾上腺素也有一小部分进入血液循环。由肾上腺髓质分
泌的髓质激素中，肾上腺素约占 80％，而去甲肾上腺素仅约占 20％。
血液中的肾上腺素和去甲肾上腺素对心脏和血管的作用有许多共同点，但并不完全相
同，这是因为两者对不同的肾上腺素能受体的结合能力不同。肾上腺素可与α和β (包括β
1和β2)两类受体结合。在心脏，肾上腺素与臣受体结合后，可产生正性变时和变力作用，
使心输出量增加。在血管，肾上腺素的作用取决于血管平滑肌上α和β2受体的分布情况：
在皮肤、肾、胃肠、血管平滑肌上仅受体在数量上占优势，肾上腺素能使这些器官的血管收
缩。在骨骼肌和肝的血管上β2受体占优势，小剂量的肾上腺素常以兴奋β2受体的效应为
主，引起血管舒张，而大剂量时则因α受体也兴奋，故引起血管收缩。去甲肾上腺素主要与
α受体结合，也可与心肌的β1受体结合，但与血管平滑肌上β2受体结合的能力较弱。静
脉注射去甲肾上腺素可使全身血管广泛收缩，动脉血压升高；而血压升高又可使压力感受性
反射活动加强，由于压力感受性反射对心脏的效应超过去甲肾上腺素对心脏的直接效应，故
引起心率减慢。
(三)血管升压素
血管升压素 (vasopressin，VP)是在下丘脑视上核和室旁核的一些神经元内合成的，
合成后沿这些神经元的轴突所组成的下丘脑一垂体束进入神经垂体储存，当机体活动需要时
释放入血。血管升压素的合成和释放过程也称神经分泌 (见第十一章)。血管升压素在肾远
曲小管和集合管可促进水的重吸收，故又称抗利尿激素 (antidiuredc hormone．ADH) (见第
八章)。血管升压素作用于血管平滑肌的相应受体后，可引起血管平滑肌收缩。是已知最强
的缩血管物质之一。但在完整机体内，血液中血管升压素浓度升高时首先出现抗利尿效应；
仅在其血浓度明显高于正常时，才引起血压升高。这是因为血管升压素能提高压力感受性反
射的敏感性，故能缓冲升血压效应。血管升压素在一般情况下并不经常对血压起调节作用，
仅在禁水、失水、失血等情况下，血管升压素释放增加，主要对体内细胞外液量进行调节，
并通过对细胞外液量的调节，实现对动脉血压的调节。
(四)血管内皮生成的血管活性物质
多年来一直以为血管内皮只是衬在心脏和血管腔面的一层单层细胞组织。在毛细血管
处，通过内皮可进行血管内、外的物质交换。近年来已证实，血管内皮细胞可生成并释放多
种血管活性物质，引起血管平滑肌舒张或收缩。
1．血管内皮生成的舒血管物质 血管内皮生成和释放的舒血管物质主要有一氧化氮
(nitric oxide，NO)和前列环素 (prostacyclin)。
在离体实验中观察到，将乙酰胆碱作用于内皮完整的血管，可引起血管舒张；若去除
血管内皮，乙酰胆碱则产生缩血管效应。这是由于血管内皮细胞可生成并释放一种重要的舒
血管物质，该物质早年被命名为内皮舒张因子 (endothelium-derived relaxing factor，EDRF)，
现在认为 EDRF就是 NO，其前体是 L-精氨酸，在一氧化氮合酶 (NOS)的作用下生成。NO
可激活血管平滑肌内的可溶性鸟苷酸环化酶 (sGC)，升高 cGMP浓度，降低游离 Ca2+浓度，
使血管舒张。许多机械性和化学性刺激都可引起 NO的生成释放。血流对血管内皮产生的切
应力 (shear stress)可引起 NO释放；P物质、5-羟色胺、ATP、乙酰胆碱等均可通过激动相
应受体促进 NO的生成释放；有些缩血管物质，如去甲肾上腺素、血管升压素、AngⅡ等也
可引起内皮释放 NO2后者可反过来减弱这些缩血管物质对血管平滑肌的直接收缩效应。
前列环素也称前列腺素 I2 (prostaglandin I2，PGI2)，可在内皮细胞内由前列环素合成
酶催化合成。血管内的搏动性血流对内皮产生的切应力可使内皮释放 PGI2，引起血管舒张。
2．血管内皮生成的缩血管物质 血管内皮细胞也可生成多种缩血管物质，称为内皮
缩血管因子 (endothelium-derived vasoconstrictor factor，EDCF)。近年来研究较为深入的是内
皮素 (endothelin，ET)。ET、是内皮细胞合成和释放的由 21个氨基酸残基构成的多肽，具
有强烈而持久的缩血管效应和促进细胞增殖与肥大的效应，并参与心血管细胞的凋亡、分化、
表型转化等多种病理过程。ET主要有 ET1、ET2和 ET3三种亚型，相应的 ET受体 (endothelin
receptor，ETR)有 ETAR、ETBR和 ETCR三种≥给动物注射 ETl可引起持续时间较长的升
血压效应。但在升血压之前常先出现一个短暂的降血压过程。有人解释，内皮素也可引起
EDRF的释放，故有一短暂的降血压反应。在生理情况下，血管内血流对内皮产生的切应力
可使内皮细胞合成和释放内皮素。
(五)激肽释放酶一激肽系统
激肽释放酶 (kallikrein)是体内的一类蛋白酶，可使某些蛋白质底物激肽原 (kininogen)
分解为激肽 (kinin)。激肽具有舒血管活性，可参与对血压和局部组织血流的调节。
激肽释放酶可分为两大类，一类存在于血浆中，称为血浆激肽释放酶；另一类存在于肾、唾
液腺、胰腺等器官组织内，称为腺体激肽释放酶或组织激肽释放酶。激肽原是存在于血浆中
的一类蛋白质，分为高分子量激肽原和低分子量激肽原。在血浆中，血浆激肽释放酶作用于
高分子量激肽原，使之水解，产生一种九肽，即缓激肽 (bradykinin)。在肾、唾液腺、胰腺、
汗腺以及胃肠黏膜等组织中，组织激肽释放酶作用于血浆中的低分子量激肽原，产生一种十
肽，称为赖氨酸缓激肽，也称胰激肽或血管舒张素 (kallidin)。后者在氨基肽酶的作用下失
去赖氨酸，成为缓激肽。缓激肽在激肽酶的作用下水解失活。
现已发现，激肽受体 (kinin receptor)分为 B1和 B2两种亚型。B1受体可能介导激肽的
致痛作用；B2受体存在于许多组织中，并与组胺 (H2)受体有高度的同源性。激肽的作用与
组胺相似，可使血管平滑肌舒张和毛细血管通透性增高；但对其他的平滑肌则引起收缩。在
人体和动物实验中已证实，缓激肽和血管舒张素是已知的最强烈的舒血管物质。在一些腺体
器官中生成的激肽，可以使器官局部的血管舒张，血流量增加。循环血液中的缓激肽和血管
舒张素等激肽也参与对动脉血压的调节，可使血管舒张．向压降低．
激肽可被激肽酶 I去除 C-末端的一个氨基酸残基，或激肽酶Ⅱ去除 C-末端的两个氨
基酸残基而代谢为无活性的片段。激肽系统与 RAS系统功能密切相关。激肽酶Ⅱ与 ACE是
同一种酶，它们既可降解激肽为无活性的片段，又能使 Ang I水解生成 AngⅡ。血浆激肽释
放酶在离体条件下可将肾素原转变为肾素。
(六)心房钠尿肽
钠尿肽 (natrilareric peptide，NP)是一组参与维持机体水盐平衡、血压稳定、心血管及
肾脏等器官功能稳态的多肽。其成员有心房钠尿肽 (atrial natriuretic peptide，ANP)、脑钠尿
肽 (brain natrilareric peptide，BNP)和 C型钠尿肽 (C-type natriuretic peptide，CNP)。其中最
重要的是 ANP，主要由心房肌细胞合成，其受体是细胞膜上的一种鸟苷酸环化酶。
ANP的主要生物学效应有：①降低血压。ANP可使血管舒张，外周阻力降低；也可
使搏出量减少，心率减慢，故心输出量减少。②利钠、利尿和调节循环血量。ANP作用于
肾脏可增加肾小球滤过率，也可抑制肾小管重吸收，使肾排水和排 Na+增多；它还能抑制肾
近球细胞释放肾素，抑制肾上腺球状带细胞释放醛固酮；在脑内，ANP可抑制血管升压素
的释放。这些作用都可导致体内细胞外液量减少，循环血量减少。③调节细胞增殖。ANP
可抑制血管内皮细胞、平滑肌细胞、心肌成纤维细胞和肾小球细胞等多种细胞的增殖，是一
种细胞增殖的负调控因子。④ANP还具有对抗 RAS、内皮素和交感系统等缩血管作用。
(七)前列腺素
前列腺素 (19rostagJlandin，PG)是一族二十碳不饱和脂肪酸，分子中有个环戊烷，其
前体是花生四烯酸或其他二十碳不饱和脂肪酸。全身各部位的组织细胞几乎都含有生成前列
腺素的前体及酶，因此都能产生前列腺素。前列腺素按其分子结构的差别，可分为多种类型。
各种前列腺素对血管平滑肌的作用是不同的，例如前列腺素 E2 (PGE2)具有强烈的舒血管作
用，前列腺素 F2α (PEF2α)则使静脉收缩。前列环素 (也即 PGI2)是在血管组织中合成的
一种前列腺素，有强烈的舒血管作用。
(八)阿片肽
体内的阿片肽 (opioid peptide)有多种。垂体释放的β-内啡肽 (β-endorplfin)和促肾上
腺皮质激素来自同一个前体。在应激等情况下，β-内啡肽和促肾上腺皮质激素一起被释放
入血液。β-内啡肽可使血压降低。β-内啡肽的降血压作用可能主要是中枢性的。血浆中的
β-内啡肽可进入脑内并作用于某些与心血管活动有关的神经核团，使交感神经活动抑制，
心迷走神经活动加强。内毒素、失血等强烈刺激可引起β-内啡肽释放，并可能成为引起循
环休克的原因之一。针刺穴位也可引起脑内阿片肽的释放。这可能是针刺使高血压患者血压
下降的机制之一。
除中枢作用外，阿片肽也可作用于外周的阿片受体。血管壁的阿片受体在阿片肽作用
下，可导致血管平滑肌舒张。另外，交感缩血管纤维末梢也存在接头前阿片受体。这些受体
被阿片肽激活时，可使交感缩血管纤维递质释放减少。
(九)组胺
组胺 (histamine)是由组氨酸在脱羧酶作用下产生的。许多组织，特别是皮肤、肺和肠
黏膜的肥大细胞中含有大量组胺。当组织受损或发生炎症和过敏反应时，都可释放组胺。组
胺具有强烈的舒血管作用，并能使毛细血管和微静脉的管壁通透性增加，血浆漏入组织，导
致局部组织水肿。 ‘
(十)肾上腺髓质素
肾上腺髓质素 (adrenomedulin，ADM)是最初从人的肾上腺嗜铬细胞瘤提取物中分离
出的一种由 52氨基酸残基组成的活性肽。后来知道它分布在体内几乎所有的组织中，在肾
上腺、肺和心房等组织中最多，而血管内皮细胞则可能是合成和分泌肾上腺髓质素的主要部
位。在心脏、肺、肝、脾、骨骼肌等组织中分布肾上腺髓质素的特异性受体；许多血管的内
皮细胞和平滑肌细胞上也都有肾上腺髓质素受体的分布。肾上腺髓质素的生理作用和心房钠
尿肽相似，能使血管舒张、外周阻力降低，血压降低，并使肾脏排水和排钠增多。肾上腺髓
质素能使血管内皮细胞合成和释放 NO，后者再使血管舒张。
三、局部血流调节
体内各器官的血流量一般取决于器官组织的代谢活动，代谢活动愈强，耗氧愈多，血
流量也就愈多。器官血流量主要通过对灌注该器官的阻力血管的口径的调节而得到控制。除
了前述的神经调节和体液调节机制外，还有局部组织内的调节机制。
实验证明，如果将调节血管活动的外部神经、体液因素都去除，则在一定的血压变动
范围内，器官、组织的血流量仍能通过局部的机制得到适当的调节。这种调节机制存在于器
官组织或血管本身，故也称自身调节。关于器官组织血流量的局部调节机制，一般认为主要
有以下两类。
(一)代谢性自身调节机制
组织细胞代谢需要消耗氧，并产生各种代谢产物，如 CO2、H+、腺苷、ATP、K+等。
当组织代谢活动增强时，局部组织中氧分压降低和多种代谢产物积聚，都能使局部的微动脉
和毛细血管前括约肌舒张，引起局部的血流量增多，向组织提供更多的氧，与增加的组织代
谢水平相适应；但局部血流量增多也带走可引起血管舒张的多种代谢产物，又使微动脉和毛
细血管前括约肌收缩，如此周而复始。局部组织微循环这种随氧分压下降和多种代谢产物增
加而引起的局部舒血管效应，称为代谢性自身调节机制。这种代谢性局部舒血管效应有时相
当明显，即使同时发生交感缩血管神经活动加强，该局部组织的血管仍能舒张。
(二)肌源性自身调节机制
许多血管平滑肌本身经常保持一定的紧张性收缩，称为肌源性活动 (myogenic
activity)。血管平滑肌还有一个特性，即被牵张时其肌源性活动加强。因此，当供应某一器
官血管的灌注压突然升高时，由于血管跨壁压增大，血管平滑肌受到牵张刺激增加，于是肌
源性活动增强。这种现象在毛细血管前阻力血管特别明显。其结果是器官的血流阻力增大，
器官的血流量不致因灌注压升高而增多，即器官血流量能因此保持相对稳定。当器官血管的
灌注压突然降低时，则发生相反的变化，即阻力血管舒张，血流量仍保持相对稳定。这种肌
源性的自身调节现象，在肾血管表现特别明显，也可见于脑、心、肝、肠系膜和骨骼肌的血
管，但皮肤血管一般不出现这种情况。在实验中用罂粟碱、水合氯醛或氰化钠等药物抑制平
滑肌的活动后，肌源性自身调节现象将随之消失。
四、动脉血压的长期调节
根据各种神经、体液因素对动脉血压调节的时程，可将动脉血压调节分为短期调节
(short-term regulation)和长期调节 (loog-term regulation)。短期调节是指对短时间内发生的血
压变化起即刻调节作用，主要是神经调节，包括各种心血管反射通过调节心肌收缩力和血管
外周阻力使动脉血压恢复正常并保持相对稳定，其具体机制已如前述。而当血压在较长时间
内 (数小时，数天，数月或更长)发生变化时，单纯依靠神经调节常不足以将血压调节到正
常水平。动脉血压的长期调节主要是通过肾脏调节细胞外液量来实现的，因而构成肾-体液
控制系统 (renal-body fluid system)。当体内细胞外液量增多时，循环血量增多，循环血量和
血管系统容量之间的相对关系发生改变，使动脉血压升高；而循环血量增多和动脉血压升高，
又能直接导致肾排水和排钠增加，将过多的体液排出体外，从而使血压恢复到正常水平。当
体内细胞外液量或循环血量减少，血压下降时，则发生相反的调节。
《一)体液平衡与血压稳态的相互制约
在体内，体液平衡和血压维持稳态有密切的关系。一方面，平均动脉压的高低与循环
血量和血管系统容量之间的比例有关。当循环血量增多时，不仅可引起循环系统平均充盈压
升高，而且可通过增加回心血量和心输出量使动脉血压升高。体液稳态的维持依赖于肾脏对
体液的调节，只要液体摄人量与排出量不相等，体液总量以及循环血量就会发生相应的变化，
从而影响动脉血压的高低。因此从长期的观点来看，血压维持稳态的基础是液体摄入量与排
出量之间的平衡，使体液和循环血量维持在正常水平。另一方面，血压的改变又可影响循环
血量，血压对循环血量的影响是肾脏的压力性利尿 (pressure diuresis)作用的结果。换言之，
在肾功能正常情况下，循环血量增多引起的动脉血压升高，可导致。肾血流量增多和肾小球
滤过率升高，因此肾脏在单位时间内排出的 Na+和水增多 (尿量增多)，从而使循环血量回
降，于是循环血量和动脉血压降低至接近正常；反之，在循环血量减少和动脉血压降低时，
则会发生相反的情况，使尿量减少，循环血量增加，因此血压回升至接近正常水平。
(二)影响肾-体液控制系统活动的若干因素
肾-体液控制系统的活动受体内若干因素的影响，其中较重要的是血管升压素、心房
钠尿肽和肾素-血管紧张索-醛固酮系统。当循环血量增多、动脉血压升高时，可通过以下机
制使循环血量和血压恢复至正常水平 (详见第八章)：①血管升压素的释放减少，可使肾远
曲小管和集合管对水的重吸收减少，肾排水量增加，细胞外液量回降。②ANP分泌增多，
可使肾脏重吸收：Na+和水减少，排 Na+和排水量增加，细胞外液量回降。③AngⅡ生成减
少，则 AngⅡ引起血管收缩效应减弱，血压回降；AngⅡ促进肾上腺皮质分泌醛固酮的作用
也减弱，醛固酮分泌减少，肾小管重吸收 Na+和水的作用也减小，故引起细胞外液培回降。
反之，当循环血量减少、动脉血压降低时，则出现相反的效应。
总之，动脉血压的调节是个复杂的过程，有许多机制的参与。每一种机制都在一个方
面发挥调节作用，但不能完成全部的、复杂的调节。神经调节一般是快速的、短期内的调节，
主要是通过对阻力血管口径及心脏活动的调节来实现的；而长期调节则主要是通过肾对细胞
外液量的调节而实现的。
第五节 器官循环
体内各器官的血流量都由该器官的动、静脉压差和阻力血管的舒缩状态所决定。由于
各器官的结构和功能不同，器官内部的血管分布也各有特点，因此，其血流量的调节除服从
前述的一般规律外，还有其各自的特殊规律。本节主要叙述心、肺、脑的血液循环。
一、冠脉循环
(一)冠脉循环的解剖特点
冠脉循环 (coronary circulation)是营养心脏自身的血液循环。供应心脏血液的左、右
冠状动脉由升主动脉根部发出，其主干走行于心脏的表面，小分支常以垂直于心脏表面的方
向穿人心肌，并在心内膜下层分支成网。冠脉小分支的分布特点使之容易在心肌收缩时受到
压迫。心脏的毛细血管网分布非常丰富，毛细血管数和心肌纤维数的比例为 1:1。在心肌横
截面上，每平方毫米面积内有 2 500~3 000根毛细血管。因此心肌和冠脉血液之间的物质交
换可迅速进行，当心肌因负荷过重而发生代偿性肥厚时，肌纤维直径增大，但毛细血管数量
并不相应增加，所以肥厚的心肌容易发生血供不足。此外，冠状动脉之间有侧支互相吻合，
但人类的这种吻合支在正常时较细小，血流量很少。因此当冠状动脉突然阻塞时，不易很快
建立起侧支循环，常可导致心肌梗死。但是，如果冠脉阻塞是缓慢形成的，则侧支可逐渐扩
张，建立新的有效侧支循环，从而起到一定的代偿作用。
(二)冠脉循环的生理特点
1．血压较高，血流量大 冠状动脉直接开口于主动脉根部，加上冠状血管的血流途
径短，因此在其较小的分支血管内，血压仍能维持在较高水平。正常成年人在安静状态下，
冠脉血流量为每 100g心肌 60~80ml/min，中等体重的人，其总的冠脉血流量约 225ml/min，
占心输出量的 4％~5％；而心脏的重量只占体重的 0.5％。冠脉血流量的大小取决于心肌的
活动水平，左心室单位克重的心肌组织的血流量大于右心室。当心肌活动加强，冠脉达到最
大舒张状态时，冠脉血流量可增加到每 100g心肌 300~400ml/min。
2．摄氧率高。耗氧量大 心肌富含肌红蛋白，摄氧能力很强。动脉血流经心脏后，
其中 65％~70％的氧被心肌摄取，比骨骼肌的摄氧率高 1倍左右，从而能满足心肌对氧的需
求。另一方面，由于心肌耗氧量大，即使在平静时，经冠脉毛细血管后，冠状静脉血液中的
氧含量就较低，即动-静脉血中的含氧量差很大。因此，当机体进行剧烈运动时，心肌耗氧
量增加，心肌依靠提高从单位血液中摄氧的潜力就较小，此时主要依靠扩张冠脉血管来增加
其血流量，以满足心肌当时对氧的需求。
3．血流量受心肌收缩的影响显著 由于冠脉的分支大部分深埋于心肌组织中，故心肌
的节律性收缩对冠脉血流量有很大影响 (图 4-28)，左冠状动脉血流受心肌收缩的影响尤为
显著。左心室在等容收缩期开始时，心室壁张力急剧升高，压迫肌纤维之间的小血管，使左
冠状动脉血流量明显减少，甚至发生逆流。随着左心室射血，主动脉压升高，冠状动脉压也
随之升高，冠脉血流量增加；但进入减慢射血期时，冠脉血流量又复减少。在舒张期开始时，
心肌对冠脉的压迫减弱或消失，冠脉血流阻力减小，血流量迅速增加，并在舒张早期达到高
峰，然后再逐渐减少。在左心室深层，心肌收缩对冠脉血流量的影响更为明显。左心房收缩
时对冠脉血流量也有一定影响，但不显著。一般情况下，左心室在收缩期的血流量仅有舒张
期的 20％~30％；当心肌收缩增强时，心缩期血流量所占比例则更小。可见，动脉舒张压的
高低及心舒期的长短是影响冠脉血流量的重要因素。当体循环外周阻力增大时，动脉舒张压
升高，冠脉血流量就增加；而当心率加快时，由于心舒期明显缩短，因而冠脉血流量减少。
在某些病理状态 (如主动脉瓣关闭不全)时，常因动脉舒张压太低而发生心肌供血不足。右
心室心肌比左心室薄弱，收缩日寸对冠脉血流量的影响不如对左心室明显，在安静状态下，
右心室收缩期的血流量和舒张期血流量相差不大，或略多于后者。
(三)冠脉血流量的调节
与其他器官相似，冠脉血流量也受神经和体液因素的调节，但最主要的调节因素是心
肌自身的代谢水平，而神经调节的作用相对次要。
1．心肌代谢水平的影响 心肌收缩的能量来源几乎仅依靠有氧代谢。实验表明，当
心肌耗氧量增加或心肌组织中的氧分压降低时，都可引起冠脉舒张，增加心肌血流量；在切
断支配心脏的神经后，上述现象仍然存在。目前认为，心肌代谢增强引起冠脉舒张的原因并
非低氧本身，而是由于心肌产生的某些代谢产物增多所致。在各种代谢产物中，腺苷所起的
作用最重要。当心肌代谢增强而使局部组织中氧分压降低时，心肌细胞中的 ATP分解为 ADP
和 AMP。存在于冠脉血管周围间质细胞中的 5’-核苷酸酶可使 AMP分解而产生腺苷。腺
苷对小动脉具有强烈的舒张作用。腺苷生成后在几秒钟内即被破坏，因此不会引起其他器官
的血管舒张。心肌的其他代谢产物，如 H+、CO2、乳酸、缓激肽、前列腺素 E等也有舒张
冠脉的作用。
2．神经调节 冠状动脉受交感和迷走神经的支配。交感神经的直接作用是使冠脉收
缩，这主要是通过激活血管平滑肌上的仪受体而实现的；但交感活动加强可通过激活心肌上
的β受体使心率加快，心肌收缩力增强，耗氧量增加，代谢加强而使代谢产物增多，因而可
继发性引起冠脉舒张，从而使交感神经直接的缩血管效应被掩盖。迷走神经的直接作用是使
冠脉舒张，这是通过激活血管平滑肌上的M受体而实现的；但迷走活动加强可通过抑制心
脏活动而使心肌代谢水平降低，继发性引起冠脉收缩。总之，在完整机体，神经因素的影响
在很短的时间内就被心肌代谢改变引起的血流变化所掩盖。在剧烈运动或大失血等情况下，
交感神经兴奋使全身血管收缩，而冠脉血管 (及脑血管)却无明显收缩，即通过血量的重新
分配，从而保证心、脑等重要器官仍保持相对较多的血供。
3．激素的调节 肾上腺素和去甲肾上腺素可通过增强心肌代谢水平和耗氧量使冠脉
血流量增加；也可直接作用于冠脉血管上的α或β受体，引起冠脉血管收缩或舒张。甲状腺
激素增多时，心肌代谢水平提高，耗氧量增加，可使冠脉舒张，血流量增加。血管紧张素Ⅱ
和大剂量血管升压素能使冠状动脉收缩，血流量减少。
二、肺循环
肺循环 (pulmonary circuladon)是指血液由右心室射出，经肺动脉及其分支到达肺毛细
血管，再经肺静脉回到左心房的血液循环，其任务是使血液在流经肺毛细血管时与肺泡气进
行气体交换，将含氧量较低的静脉血转变为含氧量较高的动脉血。肺循环与体循环中营养呼
吸性细支气管以上的呼吸道组织的支气管血管在末梢处有吻合支相沟通，有一部分支气管静
脉的血液可经这些吻合支进入肺静脉，使主动脉血液中掺入 1％~2％的静脉血。
(一)肺循环的生理特点
1．血流阻力小、血压低 与主动脉及其分支相比，肺动脉及其分支短而粗，其管壁
较薄，肺动脉的管壁厚度仅为主动脉的 1/3；而且，肺循环的全部血管都位于胸腔内，而胸
腔内的压力低于大气压，即胸膜腔负压 (见第五章)。这些结构和功能上的特点使肺循环的
血流阻力明显小于体循环；而右心室的心输出量却与左心室基本相同，因此肺循环压力也明
显低于体循环。用插入导管的方法可直接测得右心室和肺动脉压。在正常人，右心室收缩压
平均约 22 mmHg，舒张压为 0~1mmHg，肺动脉的收缩压与右心室收缩压相同，平均约 22
mmHg，舒张压平均约 8 mmHg，平均压约 13 mmHg。用间接方法可测得肺循环毛细血管平
均压约 7 mmHg。肺静脉压和左房内压难以直接测量，也通过间接的方法测得肺静脉压和左
心房内压为 1~4 mmHg，肺静脉压平均为 2 mmHg。所以，肺循环是一个血流阻力小、血压
低的系统。当左心功能不全时可引起肺淤血和肺水肿，导致呼吸功能的障碍。
2．血容量变化大 肺部的血容量约 450ml，占全身血量的 9％左右。由于肺组织和
肺血管的顺应性大，故肺部血容量的变化范围较大。在用力呼气时，肺部血容量可减少到
200ml左右，而在深吸气时则可增加到 1 000ml左右。由于肺部血容量较大，且变动范围也
大，因此，肺循环血管可起储血库的作用。当机体失血时，肺循环可将一部分血液转移到体
循环，起代偿作用。在呼吸周期中，肺循环血容量可发生周期性变化，并对左心室输出量和
动脉血压发生影响。在吸气时，由于胸腔内负压加大，从腔静脉回到右心房的血量增多，右
心室输出量也增多，肺循环的血管扩张，血容量增大。但在几次心搏后，扩张的肺循环血管
已被充盈，因而由肺静脉回流入左心房的血量逐渐增多。而在呼气时则发生相反的变化过程。
因此，动脉血压在吸气相之初出现下降，至吸气相中期降到最低点，在吸气相后半期逐渐回
升，呼气相前半期继续上升，至呼气相中期达最高点，在呼气相后半期又开始下降，周而复
始。这种呼吸周期中出现的血压波动称为动脉血压的呼吸波。
3．毛细血管的有效滤过压为负值 如前所述，肺循环毛细血管血压平均为 7mmHg，
血浆胶体渗透压平均为 25 mmHg；由于肺部组织的组织液静水压和组织液胶体渗透压都很
低，因此，有效滤过压为负值。这一负压有利于肺循环毛细血管处的液体重吸收，使肺部组
织间隙中的液体量较少，并使肺泡膜与毛细血管壁紧紧相贴，有利于肺泡气和肺循环毛细血
管血液之间进行气体交换。这一负压还有助于对肺泡内液体的吸收，使肺泡内保持干燥，因
而有利于肺通气。在某些病理情况下，如发生左心衰竭时，由于肺静脉压升高，肺循环毛细
血管血压也随之升高，当高于血浆胶体渗透压时，就可能有血浆滤出毛细血管而进入肺组织
间隙和肺泡内，使肺泡内液体积聚，从而形成肺水肿。
(二)肺循环血流量的调节
由于肺循环在结构和功能上的一些特点，即肺血管的管径大、管壁薄，可扩张性大，
因此其口径变化在大多情况下是被动的，但肺循环血流量仍受神经、体液和局部组织化学因
素的调节和影响。
1．局部组织化学因素的影响 肺泡气的氧分压对肺循环血管的舒缩活动具有较大影
响。急性或慢性低氧都能使肺循环血管收缩，血流阻力增大。引起肺血管收缩的原因是肺泡
气的氧分压过低，而非血液氧张力过低。当一部分肺泡内气体的氧分压降低时，这些肺泡周
围的微动脉收缩。尤其在肺泡气的 CO2分压升高时，低氧引起的肺部微动脉收缩更加显著。
由此可见，肺循环血管对局部低氧发生的反应和体循环血管不同。关于肺循环血管对低氧发
生缩血管反应的机制，目前尚不完全清楚。肺泡气低氧引起局部缩血管反应具有一定的生理
意义。当一部分肺泡因通气不足而氧分压降低时，这些肺泡周围的血管收缩，血流量减少，
可使较多的血液流经通气充足、肺泡气氧分压较高的肺泡。假如没有这种缩血管反应，血液
流经通气不足的肺泡时，血液将不能充分氧合，即导致肺换气效率降低，这部分含氧较低的
血液回流入左心房，就会影响体循环血液中的含氧量。当吸入气氧分压过低时，如在高海拔
地区，可引起肺循环微动脉广泛收缩，血流阻力增大，故肺动脉压显著升高。长期居住在低
海拔地区的人，若以较快的速度登上高海拔地区，常可发生肺动脉高压，甚至发生肺水肿；
长期居住在高海拔地区的人，常可因肺动脉高压使右心室负荷长期加重而引起右心室肥厚。
2．神经调节 肺循环血管受交感神经和迷走神经的双重支配。刺激交感神经的直接
效应是使肺血管收缩和血流阻力增大。但在整体情况下，交感神经兴奋时由于体循环血管收
缩，可将一部分血液挤人肺循环，使肺循环内血容量增加。刺激迷走神经的直接效应是肺血
管舒张。
3．血管活性物质的作用 肾上腺素、去甲肾上腺素、血管紧张素Ⅱ、血栓素 A2、
前列腺素 F2α等可使肺循环的微动脉收缩；而组胺、5-羟色胺等则能使肺循环的微静脉收
缩，但在流经肺循环后即分解失活。
三、脑循环
脑的血液供应来自颈内动脉和椎动脉。前者供应大脑半球前 2/3和部分间脑；后者供
应大脑半球后 1/3、间脑后部、小脑和脑干。脑静脉血先汇人硬脑膜静脉窦，再经颈内静脉
注入腔静脉。
(一)脑循环的特点
1．血流量大、耗氧量大 正常成年人在安静状态下，每 100g脑组织的血流量为
50-60ml/min，脑循环总的血流量约为 750ml/min，相当于心输出量的 15％；而脑的重量仅
占体重的 2％左右。由于脑组织代谢水平高，耗氧量也很大。安静时每 100g脑组织耗氧
3-3.5ml/min，脑的总耗氧量约为 50ml/min，占全身总耗氧量的 20％。脑组织对缺血和缺氧
的耐受性较低，若每 100g脑组织血流量低于 40ml/min时，就会出现脑缺血症状；在正常体
温条件下，如果脑血流完全中断数秒钟，意识即丧失，中断 5~6min以上，将产生不可逆的
脑损伤。
2。血流量变化 小脑位于由颅骨构成的颅腔内。除脑组织外，颅腔内还有脑血管 (包
括血管内血流)和脑脊液。由于颅腔的容积是固定的，而脑组织和脑脊液均不可压缩，脑血
管的舒缩程度就受到很大的限制。所以，脑血流量的变化范围明显小于其他器官。脑组织血
液供应的增加主要依靠提高脑循环的血流速度来实现。
3．存在血-脑脊液屏障和血-脑屏障见后文。
(二)脑循环的调节
与其他器官一样，脑血流量也取决于动、静脉压差和血流阻力。在正常情况下，颈内
静脉压接近于右心房压，且变化不大，脑血流阻力的变化也很小，所以影响脑血流量的主要
因素是颈动脉压。
1．脑血流的自身调节 正常情况下，脑循环的灌注压为 80~100mmHg。当平均动
脉压在 60~140mmHg范围内变动时，脑血管可通过自身调节机制使脑血流量保持相对稳定。
当平均动脉压低于 60mmHg时，脑血流量将明显减少，可引起脑功能障碍；若平均动脉压
高于 140mmHg时，脑血流量则明显增加，严重时可因脑毛细血管血压过高而引起脑水肿。
2．CO2和低氧对脑血流的影响 CO2分压升高和低氧有直接的舒血管效应，但在
整体情况下，CO2分压升高和低氧引起的化学感受性反射可引起血管收缩。由于化学感受
性反射对脑血管的缩血管效应很小，所以血液中 CO2分压升高和低氧对脑血管的直接舒血
管效应非常明显。目前认为，CO2分压升高引起脑血管舒张可能需要通过 NO作为中介，
而低氧的舒血管效应则依赖于 NO、腺苷的生成和钾通道的激活。当过度通气使 CO2呼出
过多时，由于脑血管收缩，脑血流量减少，可引起头晕等症状。
3．神经调节 脑血管受交感缩血管纤维和副交感舒血管纤维的支配，但神经纤维的
分布较少，所起的作用也很小。刺激或切断上述支配神经后，脑血流量无明显改变。此外，
在多种心血管反射中，脑血流量也无明显变化。
(三)血-脑脊液屏障和血-脑屏障
在脑室和蛛网膜下隙中充满脑脊液 (cerebrospinal fluid)。正常成年人的脑脊液总量约
150ml，其中大部分由脑室脉络丛上皮细胞和室管膜细胞分泌而生成，小部分则由软脑膜血
管和脑毛细血管滤过而产生。每天生成的脑脊液约 800ml，同时有等量的脑脊液被吸收入血
液，可见脑脊液的更新率较高。脑脊液生成后，由侧脑室经第三脑室、导水管、第四脑室进
入蛛网膜下隙，然后由蛛网膜绒毛吸收入硬脑膜静脉窦的血液中，完成脑脊液的循环。
脑脊液的主要功能是在脑、脊髓和颅腔、椎管之间起缓冲作用，有保护脑和脊髓的意
义。当头部受到外力冲击时，可因脑脊液的缓冲而大大减小脑部发生震荡或移位的程度。同
时，由于脑浸浴于脑脊液中，对脑有一定的浮力，使脑的重量减轻到仅 50g左右，从而可减
轻脑组织对颅底部神经和血管的压迫。此外，脑脊液也是脑和脊髓神经组织与血液之间进行
物质交换的媒介。由于脑组织中无淋巴管，由毛细血管壁漏出的少量蛋白质可随脑脊液回流
人血液，脑脊液循环是回收蛋白质的途径之一。
脑脊液的成分与血浆成分不同。脑脊液中蛋白质含量极微，葡萄糖含量以及 K+、
HCO3-和 Ca2+的浓度也较低，但 Na+和Mg2+的浓度则较高。表明脑脊液的形成不是简单的
血浆滤过，而是主动转运过程。一些大分子物质较难从血液进入脑脊液，很可能在血液与脑
脊液之间存在某种特殊的屏障，因而称为血-脑脊液屏障 (blood-cerebrospinal fluid barrier)。
这一屏障的组织学基础是无孔的毛细血管壁和脉络丛细胞中运输各种物质的特殊载体系统。
血液与脑组织之间也存在类似的屏障，可限制物质在血液和脑组织之间的自由交换，
故称为血-脑屏障 (blood-brain barrier)。脂溶性物质如 CO2、O2、某些麻醉剂以及乙醇等，
很容易通过血-脑屏障。对于不同的水溶性物质来说，其通透性并不一定与其分子的大小有
关。例如，葡萄糖和氨基酸的通透性较高，而甘露醇、蔗糖和许多离子的通透性则很低，甚
至不能通透，这说明脑内毛细血管处的物质交换与体内其他部位的毛细血管是不同的，有许
多主动的转运过程。在电子显微镜下可见，脑内大多数毛细血管表面都被星形胶质细胞伸出
的突起 (血管周足)所包围。因而推测，毛细血管内的血液与神经元之间进行物质交换时，
都要通过神经胶质细胞中介。可以认为，毛细血管内皮细胞、内皮下基膜和星形胶质细胞的
血管周足等结构可能是血-脑屏障的结构基础。另外，毛细血管壁对各种物质的特殊的通透
性也与这种屏障作用有重要的关系。
血-脑脊液屏障和血-脑屏障对于保持脑组织的内环境理化因素的相对稳定和防止血
液中有害物质侵入脑组织具有重要意义。在脑组织缺氧、损伤以及脑瘤所在部位，毛细血管
的通透性增高，可使平时不易通过血-脑屏障的物质进入病变部位，并导致脑脊液的理化性
质、血清学和细胞学特性发生改变。临床上检查脑脊液标本，可对神经系统某些疾病的诊断
提供参考依据。
在脑室系统，脑脊液和脑组织之间为室管膜所分隔；在脑的表面，脑脊液和脑组织之
间为软脑膜所分隔。室管膜和软脑膜的通透性都很高，脑脊液中的物质很容易通过它们进入
脑组织。在临床上，为使那些不易透过血-脑屏障的药物较快进入脑组织，可将药物直接注
入脑脊液内。
(沈霖霖 林默君 杜友爱)
第五章 呼 吸
机体与外界环境之间的气体交换过程称为呼吸 (respiration)。通过呼吸，机体从外界环境摄
取新陈代谢所需要的 O2，排出代谢所产生的 CO2。体重为 70kg的人，体内储存的 O2量约
为 1 550ml，在基础状态下，机体的耗氧量约为 250ml/min，体内储存的全部 O2仅够维持机
体正常代谢 6min左右。因此，呼吸是维持机体生命活动所必需的基本生理过程之一，呼吸
一旦停止，生命便将终结。
在人和高等动物，呼吸的全过程由三个环节组成 (图 5-1)。①外呼吸 (external
respiration)，即肺毛细血管血液与外界环境之间的气体交换过程。外呼吸又包括肺通气和肺
换气两个过程。肺与外界环境之间的气体交换过程称为肺通气 (pulmonary ventilation)；肺泡
与肺毛细血管血液之间的气体交换过程称为肺换气 (gas exchange in lungs)。②气体运输
(transport of gas)，即由循环血液将 O2从肺运输到组织以及将 CO2从组织运输到肺的过程，
也可看成是肺与组织之间的气体交换过程。③内呼吸 (internal respiration)，即组织毛细血管
血液与组织、细胞之间的气体交换过程，也称组织换气 (gas exchange in tissues)，有时将细
胞内的生物氧化过程也包括在内。呼吸的三个环节相互衔接并同时进行。由于肺通气是整个
呼吸过程的基础，而肺通气的动力来源于呼吸运动，因此，狭义的呼吸通常们括怦嚼运动。
第一节 肺通气
实现肺通气的主要结构基础包括呼吸道、肺泡和胸廓等。呼吸道是肺通气时气体进出肺的通
道，同时还具有加温、加湿、过滤和清洁吸入气体以及引起防御反射 (咳嗽反射和喷嚏反射
等)等保护功能；肺泡是肺换气的主要场所；胸廓的节律性呼吸运动是实现肺通气的原动力。
一、肺通气的原理
肺通气是气体流动进出肺的过程，取决于推动气体流动的动力和阻止气体流动的阻力
的相互作用，动力必须克服阻力，才能实现肺通气。
(一)肺通气的动力
气体进出肺取决于肺泡与外界环境之间的压力差。在一定的海拔高度，外界环境的压
力，即大气压是相对恒定的；因此，在自然呼吸情况下，肺泡与外界环境之间的压力差是由
肺泡内的压力，即肺内压 (intrapulmonary pressure)决定的。肺内压的高低取决于肺的扩张和
缩小，但肺自身并不具有主动扩张和缩小的能力，其扩张和缩小依赖于呼吸肌的收缩和舒张
引起的胸廓运动。可见，由肺内压的变化建立的肺泡与外界环境之间的压力差是肺通气的直
接动力，而呼吸肌的收缩和舒张引起的节律性呼吸运动则是肺通气的原动力。
1．呼吸运动 呼吸肌的收缩和舒张引起的胸廓节律性扩大和缩小称为呼吸运动
(respiratory movement)，胸廓扩大称为吸气运动 (inspiratory movement)，而胸廓缩小则称为
呼气运动 (expiratory movement)。主要吸气肌为膈肌和肋间外肌，主要呼气肌为肋间内肌和
腹肌；此外，还有一些辅助吸气肌，如斜角肌、胸锁乳突肌等。
(1)呼吸运动的过程：平静呼吸时，吸气运动是由主要吸气肌，即膈肌和肋间外肌的
收缩而实现的，是一个主动过程。膈肌位于胸腔和腹腔之间，构成胸腔的底，静止时向上隆
起，形似钟罩；收缩时，隆起的中心下移，从而增大胸腔的上下径。肋间外肌起自上一肋骨
的下缘，斜向前下方走行，止于下一肋骨的上缘。由于脊椎的位置是固定的，而胸骨则可上
下移动，所以当肋间外肌收缩时，肋骨和胸骨上举，同时肋骨下缘向外侧偏转。从而增大胸
腔的前后径和左右径。胸腔的上下径、前后径和左右径都增大，引起胸腔扩大，肺的容积随
之增大，肺内压降低。当肺内压低于大气压时，外界气体流入肺内，这一过程称为吸气
(inspiration)。平静呼吸时，呼气运动并不是由呼气肌收缩引起的，而是由膈肌和肋间外肌舒
张所致，是一个被动过程。膈肌和肋间外肌舒张时，肺依其自身的回缩力而回位，并牵引胸
廓，使之上下径、前后径和左右径缩小，从而引起胸腔和肺的容积减小，肺内压升高。当肺
内压高于大气压时，气体由肺内流出，这一过程称为呼气 (expiration)。
用力吸气时，膈肌和肋间外肌加强收缩，辅助吸气肌也参与收缩，胸廓和肺的容积进
一步扩大，更多的气体被吸入肺内。用力呼气时，除吸气肌舒张外，还有呼气肌参与收缩，
此时呼气运动也是一个主动过程。肋间内肌的走行方向与肋间外肌相反，收缩时使肋骨和胸
骨下移，肋骨还向内侧旋转，使胸腔的前后径和左右径进一步缩小，呼气运动增强，呼出更
多的气体；腹肌收缩可压迫腹腔器官，推动膈肌上移，同时也牵拉下部肋骨向下向内移位，
从而使胸腔容积缩小，加强呼气。
(2)呼吸运动的型式：参与活动的呼吸肌的主次、多少和用力程度不同，呼吸运动可
呈现不同的型式 (breathing pattern)。
1)腹式呼吸和胸式呼吸：膈肌的收缩和舒张可引起腹腔内器官位移，造成腹部的起伏，
这种以膈肌舒缩活动为主的呼吸运动称为腹式呼吸 (abdominal breathing)。肋间外肌收缩和
舒张时主要表现为胸部的起伏、，因此，以肋间外肌舒缩活动为主的呼吸运动称为胸式呼吸
(thoracic breathing)。一般情况下，成年人的呼吸运动呈腹式和胸式混合式呼吸，只有在胸部
或腹部活动受限时才会出现某种单一形式的呼吸运动。在婴幼儿，肋骨倾斜度小，位置趋于
水平，主要呈腹式呼吸。
2)平静呼吸和用力呼吸：安静状态下，正常人的呼吸运动平稳而均匀，每分钟 12~18次，
吸气是主动的，呼气是被动的，这种呼吸运动称为平静呼吸 (eupnea)。当机体运动或吸入气
中 CO2含量增加而 O2含量减少或肺通气阻力增大时，呼吸运动将加深加快，此时不仅参
与收缩的吸气肌数量更多，收缩更强，而且呼气肌也参与收缩，这种呼吸运动称为用力呼吸
(forced breathing)或深呼吸 (deep breathing)。在缺氧、CO2增多或肺通气阻力增大较严重的
情况下，可出现呼吸困难 (dyspnea)，表现为呼吸运动显著加深，鼻翼扇动，同时还会出现
胸部困压的感觉。
2．肺内压 在呼吸运动过程中，肺内压呈周期性波动 (图 5-2)。吸气时，肺容积增
大，肺内压下降并低于大气压 (若以大气压为 0，则肺内压为负值)，外界气体被吸入肺泡；
随着肺内气体的增加，肺内压也逐渐升高，至吸气末，肺内压升高到与大气压相等，气流也
就停止。呼气时，肺容积减小，肺内压升高并超过大气压 (若以大气压为 0，则肺内压为正
值)，气体由肺内呼出；随着肺内气体的减少，肺内压也逐渐降低，至呼气末，肺内压又降
到与大气压相等，气流亦随之停止。在呼吸过程中，肺内压变化的程度与呼吸运动的缓急、
深浅和呼吸道是否通畅等因素有关。平静呼吸时，肺内压波动较小，吸气时为-2~-1mmHg，
呼气时为 1~2 mmHg，用力呼吸或呼吸道不够通畅时，肺内压的波动幅度将显著增大，如紧
闭声门并尽力做呼吸运动，吸气时肺内压可低至-100~-30 mmHg，呼气时可高达 60~140
mmHg，前已述及，肺内压的周期性交替升降是引起肺通气的直接动力。根据这一原理，在
自然呼吸停止时，可用人为的方法建立肺内压与大气压之间的压力差，以维持肺通气，这就
是人工呼吸 (artificial respiration)。人工呼吸可分为正压法和负压法两类。施以正压引起吸
气的人工呼吸为正压人工呼吸，施以负压引起吸气的人工呼吸为负压人工呼吸。简便易行的
口对口人工呼吸为正压人工呼吸，节律性地举臂压背或挤压胸廓为负压人工呼吸，采用不同
类型的人工呼吸机可实施正压或负压人工呼吸。自然呼吸一旦停止，必须紧急实施人工呼吸。
3．胸膜腔内压 在肺和胸廓之间存在一个潜在的密闭的胸膜腔 (pleura1 cavity)，由
紧贴于肺表面的胸膜脏层和紧贴于胸廓内壁的胸膜壁层所构成。胸膜腔内没有气体，仅有一
薄层浆液，厚约 10μm。胸膜腔内的薄层浆液一方面在两层胸膜之间起润滑作用，减小呼吸
运动中两层胸膜互相滑动的摩擦阻力；另一方面，浆液分子之间的内聚力可使两层胸膜紧贴
在一起，不易分开。因此，密闭的胸膜腔将肺和胸廓两个弹性体耦联在一起，使自身不具有
主动张缩能力的肺能随胸廓容积的变化而扩大、缩小。
胸膜腔内的压力称为胸膜腔内压 (intrapleural pressure)。胸膜腔内压可采用直接法和间接法
进行测定。直接法是将与检压计相连接的注射针头斜刺入胸膜腔内，直接测定胸膜腔内压
(见图 5-2左)，其缺点是有刺破胸膜脏层和肺的危险。间接法是让受试者吞下带有薄壁气囊
的导管至下胸段食管内，通过测定食管内压来间接反映胸膜腔内压。因为食管在胸腔内介于
肺和胸壁之间，食管壁薄而软，在呼吸过程中食管内压的变化值与胸膜腔内压的变化值基本
一致，所以可用食管内压的变化间接反映胸膜腔内压的变化。
平静呼吸时，胸膜腔内压始终低于大气压，即为负压，并随呼吸运动而发生周期性波
动。平静呼气末胸膜腔内压为-5~-3 mmHg，平静吸气末为-10~-5 mmHg (见图 5-2右)。肺
通气阻力增大时，胸膜腔内压的波动幅度显著增大，呼气时有可能高于大气压。例如，在关
闭声门，用力吸气时，胸膜腔内压可降至-90 mmHg；关闭声门并用力呼气时，由于吸气肌
的强烈收缩，胸膜腔内压可升高到 110mmHg。
胸膜腔内负压的形成与肺和胸廓的自然容积不同有关。在人的生长发育过程中，胸廓
的发育比肺快，因此胸廓的自然容积大于肺的自然容积。因为两层胸膜紧紧贴在一起，所以
从胎儿出生后第一次呼吸开始，肺即被牵引而始终处于扩张状态。由此，胸膜腔便受到两种
力的作用，一是使肺泡扩张的肺内压；二是使肺泡缩小的肺回缩压 (图 5-2左，箭头所示)，
胸膜腔内压就是这两种方向相反的力的代数和，即
胸膜腔内压=肺内压+ (-肺回缩压) (5-1)
在吸气末或呼气末，呼吸道内气流停止，并且呼吸道与外界环境相通，因此肺内压等于大气
压，此时
胸膜腔内压=大气压+ (-肺回缩压) (5-2)
若以大气压为 0，则
胸膜腔内压=-肺回缩压 (5-3)
在呼吸过程中，肺始终处于被扩张状态而总是倾向于回缩。因此，在平静呼吸时，胸
膜腔内压总是保持负值，只是在吸气时肺扩张程度增大，肺回缩压增大，导致胸膜腔内负压
更大；呼气时，肺扩张程度减小，肺回缩压降低，导致胸膜腔内负压减小。用力呼吸或气道
阻力增加时，由于肺内压的大幅度波动，吸气时胸膜腔内压更负，而呼气时胸膜腔内压可以
为正压。
在外伤或疾病等原因导致胸壁或肺破裂时，胸膜腔与大气相通，空气将立即自外界或
肺泡进入负压的胸膜腔内，形成气胸 (pneumothorax)。此时胸膜腔的密闭性丧失，胸膜腔内
压等于大气压，肺将因其自身的内向回缩力的作用而塌陷，不再随胸廓的运动而节律性扩张
和缩小。因此，胸膜腔内负压对维持肺的扩张状态具有非常重要的意义，而胸膜腔的密闭状
态是形成胸膜腔内负压的前提。此外，胸膜腔负压也作用于壁薄而可扩张性大的腔静脉和胸
导管等，使之扩张而有利于静脉血和淋巴的回流。因此，气胸时，不仅肺通气功能出现障碍，
血液和淋巴回流也将减少。严重气胸可因肺通气功能和血液循环功能障碍而危及生命，必须
紧急处理。在关闭声门并用力呼气时，也可因胸膜腔内压变为正压而减少静脉回流。
综上所述，可将肺通气的动力概括如下：呼吸肌的收缩和舒张所引起的胸廓扩大和缩
小为肺通气提供原动力，由于胸膜腔和肺的结构功能特征，肺随胸廓的张缩而张缩，肺容积
也随之发生变化，进而建立肺内压和大气压之间的压力差，为肺通气提供直接动力，推动气
体进出肺，实现肺通气。
(二)肺通气的阻力
肺通气过程中所遇到的阻力为肺通气的阻力，可分为弹性阻力和非弹性阻力两类。前
者包括肺的弹性阻力和胸廓的弹性阻力；后者包括气道阻力、惯性阻力和组织的粘滞阻力。
平静呼吸时，弹性阻力约占肺通气总阻力的 70％，非弹性阻力约占 30％。弹性阻力在气流
停止的静止状态下仍存在，属静态阻力；而气道阻力、惯性阻力和粘滞阻力只在气体流动时
才有，故为动态阻力。肺通气阻力增大是临床上肺通气障碍最常见的原因。
1．弹性阻力和顺应性 物体对抗外力作用所引起的变形的力称为弹性阻力 (elastic
resistance)。弹性阻力的大小可用顺应性的高低来度量。顺应性 (compliance)是指弹性体在外
力作用下发生变形的难易程度。在空腔器官，顺应性可用单位跨壁压变化 (?P)所引起的器
官容积变化 (?V)来表示，单位是 L/cmH2O，即
顺应性 (C)与弹性阻力 (R)成反变关系，即顺应性越大，弹性阻力就越小，在外力的
作用下容易变形；顺应性越小，则弹性阻力越大，在外力的作用下不易变形。肺和胸廓均为
弹性组织，也具有弹性阻力，其弹性阻力的大小亦可用顺应性来表示。
(1)肺的弹性阻力和顺应性：肺在被扩张时产生回缩力，对抗外力所引起的肺扩张，
是吸气的阻力，但也是呼气的动力。肺的弹性阻力可用肺的顺应性 (compliance of lung，CL)
表示
式中跨肺压是指肺内压与胸膜腔内压之差。
测定肺顺应性时，一般采用分步吸气 (或打气入肺)或分步呼气 (或从肺内抽气)的方
法，每步吸气或呼气后，在受试者屏气并保持气道通畅的情况下测定肺容积和胸膜腔内压。
因为此时呼吸道内没有气体流动，肺内压等于大气压，所以只需测定胸膜腔内压就可算出跨
肺压。根据每次测得的数据绘制成的压力-容积曲线 (pressure-volume curve)就是肺的顺应性
曲线 (图 5-3)。如果测定是在屏气，即呼吸道无气流的情况下进行的，那么所测得的顺应性
为肺的静态顺应性 (static compliance)。曲线的斜率反映不同肺容量下顺应性或弹性阻力的
大小。曲线斜率大，表示肺顺应性大，弹性阻力小；反之，则表示肺顺应性小，弹性阻力大。
正常成年人平静呼吸时，肺顺应性约 0.2L/cmH2O，且位于顺应性曲线斜率最大的中段，故
平静呼吸时肺的弹性阻力较小，呼吸较为省力。由图 5-3还可看出，呼气和吸气时的肺顺应
性曲线并不重叠，这一现象称为滞后现象 (hysteresis)；在动物离体肺实验中，如果以生理
盐水代替空气测定肺的顺应性，则滞后现象不明显 (图 5-4)，因此，滞后现象的产生主要与
肺泡液-气界面的表面张力 (见后文)有关。
肺顺应性还受肺总量的影响。肺总量较大时，顺应性较大；肺总量较小时，顺应性也
较小。例如，若用 5 cmH2O的压力将 1L气体注入一个人的两肺，计算得出全肺顺应性为
0.2L/cmH2O；如果左、右两肺的容积和顺应性都相同，那么每侧肺容量仅增加 0.5L，则每
侧肺的顺应性只有 0.1L/cmH2O。由于不同个体间肺总量存在一定差别，所以临床上测得的
肺顺应性为男性大于女性，成年人大于儿童。为了排除肺总量的影响，可测定单位肺容量的
顺应性，即比顺应性 (apecific compHance)，用以比较不同肺总量个体的肺弹性阻力。由于
平静吸气是从功能余气量 (见后文)开始的，所以肺的比顺应性可用下式计算得到
肺的弹性阻力与肺自身的弹力纤维和胶原纤维等弹性成分有关，当肺被扩张时，这些
纤维被牵拉而倾向于回缩。肺扩张越大，其牵拉作用越强，肺的回缩力和弹性阻力便越大；
反之，就越小。
肺的弹性阻力除来自肺组织自身的弹性回缩力外，还与存在于肺泡内表面的液体层与
肺泡内气体之间的液-气界面所形成的表面张力有关，球形液-气界面的表面张力倾向于使肺
泡缩小，因而它也是肺弹性阻力的来源之一。
图 5-4显示离体的肺在充气和充生理盐水时各自的顺应性曲线。可见以气体扩张肺比
以生理盐水扩张肺所需的跨肺压大得多，前者约为后者的 3倍。这是因为充气时，存在于肺
泡内的液-气界面具有表面张力；而充生理盐水时，液-气界面消失，因而没有表面张力的作
用，起作用的只有肺组织自身的弹性成分所产生的弹性阻力。可见，肺组织自身的弹性成分
所产生的弹性阻力仅占肺总弹性阻力的 1/3左右，而表面张力则占 2/3左右，因此，表面张
力的大小对肺的顺应性起着重要的作用。
式中 P为肺泡液-气界面的压强 (N/m2)，它能使肺泡回缩；T为肺泡液-气界面的表面张
力系数，即单位长度的表面张力 (N/m)；r为肺泡半径 (m)。如果表面张力系数不变，则肺
泡的回缩力与肺泡半径成反比，即小肺泡的回缩力大，而大肺泡的回缩力小。肺约有 3亿个
大小不等的肺泡，其半径可相差 3-4倍。如果不同大小的肺泡之间彼此连通，则小肺泡内的
气体将流人大肺泡内，引起小肺泡萎陷关闭而大肺泡则过度膨胀，肺泡将失去稳定性 (图
5-5)。此外，如果表面张力过大，还会降低肺顺应性，增加吸气阻力；甚至会造成肺水肿 (见
后文)。但由于肺泡液-气界面上存在肺表面活性物质。所以，上述情况不会发生。
肺表面活性物质 (pulmonary surfactant)主要由肺泡Ⅱ型细胞产生，为复杂的脂蛋白混
合物，其主要成分是二棕榈酰卵磷脂 (dipalmitoyl phosphatidyl choline，DPPC)和表面活性物
质结合蛋白 (surfactant-associated protein，SP)，前者约占 60％以上，后者约占 10％。DPPC
分子的一端是非极性的脂肪酸，不溶于水；另一端是极性的，易溶于水。因此，DPPC分子
垂直排列于肺泡液-气界面，极性端插入液体层，非极性端朝向肺泡腔，形成单分子层分布
在肺泡液-气界面上，其密度随肺泡的张缩而改变。已证明有四种 SP，即 SP-A、SP-B、SP-C
和 SP-D，它们对维持 DPPC的功能以及在 DPPC的分泌、清除和再利用等过程中具有重要
意义。肺表面活性物质的主要作用是降低肺泡液-气界面的表面张力，减小肺泡的回缩力，
它可使肺泡液-气界面的表面张力系数下降到 (5~30)×10-3N/m，显著低于血浆的表面张力
(5×10-2N/m)。肺表面活性物质这种作用的生理意义在于消除上述表面张力对肺通气的不利
影响。①有助于维持肺泡的稳定性。因为肺表面活性物质的密度随肺泡半径的变小而增大，
或随半径的增大而减小，所以在肺泡缩小 (或呼气)时，表面活性物质的密度增大，降低表
面张力的作用加强，肺泡表面张力减小，因而可防止肺泡萎陷；在肺泡扩大 (或吸气)时，
表面活性物质的密度减小，肺泡表面张力增加，因而可防止肺泡过度膨胀，这样就能保持不
同大小肺泡的稳定性。②减少肺组织液生成，防止肺水肿。肺泡表面张力合力指向肺泡腔内，
可对肺泡间质产生“抽吸”作用，使肺泡间质静水压降低，组织液生成增加，因而可能导致
肺水肿。肺表面活性物质可降低肺泡表面张力，减小肺泡回缩力。减弱对肺泡间质的“抽吸”
作用，从而能防止肺水肿的发生。③降低吸气阻力，减少吸气做功。
胎儿在六、七个月或更后，肺泡Ⅱ型细胞才开始合成和分泌肺表面活性物质，因此，
早产儿可因缺乏肺表面活性物质而出现新生儿呼吸窘迫综合征 (neonatal respiratory distress
syndrome，NRDS)，导致死亡。由于肺泡液可进入羊水，所以可抽取羊水检查其中表面活性
物质的含量和成分，以了解肺发育的成熟状态。如果检测出肺表面活性物质缺乏，可采取延
长妊娠时间或用药物 (糖皮质类固醇)促进其合成等措施，预防 NRDS的发生。出生后也可
给予外源性肺表面活性物质进行替代治疗。成人患肺炎、肺血栓等疾病时，也可因肺表面活
性物质减少而发生肺不张。
总之，在肺充血、肺组织纤维化或肺表面活性物质减少时，肺的顺应性降低，弹性阻
力增加，患者表现为吸气困难；而在肺气肿时，肺弹性成分大量破坏，肺回缩力减小，顺应
性增大，弹性阻力减小，患者表现为呼气困难。这些情况都会导致肺通气功能降低。
(2)胸廓的弹性阻力和顺应性：胸廓的弹性阻力来自胸廓的弹性成分。胸廓处于自然
容积位置时，肺容量约为肺总量的 67％ (相当于平静吸气末的肺容量)，此时胸廓无变形，
不表现出弹性阻力。当肺容量小于肺总量的 67％ (如平静呼气或深呼气)时，胸廓被牵引向
内而缩小，其弹性阻力向外，是吸气的动力，呼气的阻力；当肺容量大于肺总量的 67％ (如
深吸气)时，胸廓被牵引向外而扩大，其弹性阻力向内，成为吸气的阻力，呼气的动力。所
以胸廓的弹性阻力既可能是吸气或呼气的阻力，也可能是吸气或呼气的动力，应视胸廓的位
置而定。这与肺的情况不同，肺的弹性阻力总是吸气的阻力。胸廓的弹性阻力可用胸廓的顺
应性 (compliance of chest wall，Cchw)表示，即
胸廓的顺应性 (Cchw)= (L/cmH2O) (5-8)
式中跨胸壁压为胸膜腔内压与胸壁外大气压之差。正常人胸廓的顺应性也是 0.2L/cmH2O。
胸廓顺应性可因肥胖、胸廓畸形、胸膜增厚和腹腔内占位性病变等而降低，但由此而引起肺
通气障碍的情况较少见，所以临床意义相对较小。
(3)肺和胸廓的总弹性阻力和顺应性：因为肺和胸廓呈串联排列，所以肺和胸廓的总
弹性阻力是两者弹性阻力之和。因为弹性阻力是顺应性的倒数，所以可用下式计算平静呼吸
时肺和胸廓的总弹性阻力
如以顺应性来表示，则平静呼吸时肺和胸廓的总顺应性 (CL+chw)为 0.1L/cmH2O。
平静呼气时，吸气肌舒张，因为此时肺的内向回缩力大于胸廓的外向弹性回位力，所
以胸廓被牵拉而缩小，产生被动呼气。在呼气过程中，随着胸廓容积的缩小，胸廓的外向弹
性回位力逐渐增大，当其等于肺的内向回缩力时，呼气便终止，此时的肺容量即为功能余气
量，约为肺总量的 40％。因此，肺和胸廓在平静呼气末的位置和肺容量的大小取决于肺内
向回缩力和胸廓外向弹性回位力之间的平衡状态。当肺回缩力下降时 (如肺气肿)，平衡位
置向外移位，胸廓外扩呈桶状，胸膜腔负压减小，功能余气量增大；当肺回缩力增高时 (如
肺纤维化)，平衡位置向内移位，胸廓容积缩小，胸膜腔负压增大，功能余气量降低。平静
吸气时，在吸气肌收缩和胸廓外向弹性回位力 (以前者为主)作用下，克服逐渐增大的肺的
内向回缩力，引起胸廓扩大，产生主动吸气，直到吸气终止。吸气末，胸廓回到其自然容积
位置，此时肺容量约为肺总量的 67％。
2．非弹性阻力 非弹性阻力 (inelastic resistance)包括惯性阻力、粘滞阻力和气道阻力。
惯性阻力 (inertial resistance)是气流在发动、变速、换向时因气流和组织的惯性所产生的阻
止肺通气的力。粘滞阻力 (viscous resistance)来自呼吸时组织相对位移所发生的摩擦。平静
呼吸时，呼吸频率较低、气流速度较慢，惯性阻力和粘滞阻力都很小。气道阻力 (airway
resistance)来自气体流经呼吸道时气体分子之间和气体分子与气道壁之间的摩擦，是非弹性
阻力的主要成分，占 80％~90％，非弹性阻力是在气体流动时产生的，并随气体流速加快而
增加，故为动态阻力。下面进一步讨论气道阻力。
气道阻力的大小可用维持单位时间内气体流量所需要的压力差来表示
健康人平静呼吸时，总气道阻力为 1~3 cmH2O?s/L，主要发生在鼻 (约占总阻力的 50
％)、声门 (约占 25％)及气管和支气管 (约占 15％)等部位，仅 10％发生在口径小于 2mm的
细支气管。气道阻力越小，则呼吸越省力；反之，当气道阻力增大时，呼吸较费力。
气道阻力受气流速度、气流形式和气道管径大小的影响。气流速度快，则阻力大；气
流速度慢，则阻力小。气流形式有层流和湍流，层流阻力小，湍流阻力大。气流太快和气道
不规则时容易发生湍流。如气管内有黏液、渗出物或肿瘤、异物等，可用排痰。清除异物、
减轻黏膜肿胀等方法减少湍流，以降低气道阻力。在层流时，流体的阻力与管道半径的 4
次方成反比 (见第四章)，可见，气道管径缩小时，气道阻力将显著增加。因此，气道管径
的大小是影响气道阻力的主要因素。气道管径主要受以下四方面因素的影响。
(1)跨壁压：这里的跨壁压是指呼吸道内外的压力差。呼吸道内压力高，则跨壁压大，
气道管径被动扩大，气道阻力变小；反之则气道阻力增大。
(2)肺实质对气道壁的牵引：小气道的弹力纤维和胶原纤维与肺泡壁的纤维彼此穿
插，像帐篷的拉线一样对气道壁发挥牵引作用，以保持那些没有软骨支持的细支气管的通畅。
(3)自主神经系统的调节：呼吸道平滑肌受交感和副交感神经的双重支配，二者均有
紧张性作用。副交感神经使气道平滑肌收缩，管径变小，气道阻力增加；而交感神经则使之
舒张，管径变大，气道阻力降低。临床上常用拟肾上腺素能药物解除支气管痉挛，缓解呼吸
困难。呼吸道平滑肌的舒缩活动还受自主神经释放的非肾上腺素非乙酰胆碱的共存递质的调
制，如血管活性肠肽、神经肽 Y、速激肽等，它们或作用于接头前受体，调制递质的释放，
或作用于接头后，调制气道平滑肌对递质的反应或直接改变气道平滑肌的活动状态。
(4)化学因素的影响：儿茶酚胺可使气道平滑肌舒张；前列腺素 (PG)中，PGF2α可
使之收缩，而 PGE2却使之舒张；过敏反应时，由肥大细胞释放的组胺和白三烯等物质可使
支气管收缩；吸入气 CO2含量增加可刺激支气管和肺的 c类纤维，反射性引起支气管收缩，
气道阻力增加。气道上皮细胞还可合成、释放内皮素，使气道平滑肌收缩。哮喘 (asthma)
病人内皮素的合成和释放增加，提示内皮素可能参与哮喘的病理生理过程。
在上述四种因素中，前三种均随呼吸而发生周期性变化，气道阻力因而也出现周期性
改变。吸气时，因胸膜腔内负压增大而跨壁压增大，因肺的扩展而使弹性成分对小气道的牵
引作用增强，以及交感神经紧张性活动增强等，都使气道口径增大，气道阻力减小；呼气时
则相反，气道口径变小，气道阻力增大。这也是哮喘病人呼气比吸气更为困难的主要原因。
二、肺通气功能的评价
肺通气过程受呼吸肌的收缩活动、肺和胸廓的弹性特征以及气道阻力等多种因素的影
响。呼吸肌麻痹、肺和胸廓的弹性发生变化，以及气胸等引起肺的扩张受限，可发生限制性
通气不足 (restrictive hypoventilation)；而支气管平滑肌痉挛、气道内异物、气管和支气管等
黏膜腺体分泌过多，以及气道外肿瘤压迫引起气道口径减小或呼吸道阻塞时，则可出现阻塞
性通气不足 (obstructive hypoventilation)。对患者肺通气功能的测定不仅可明确是否存在肺
通气功能障碍及其障碍程度，还能鉴别肺通气功能降低的类型。
(一)肺容积和肺容量
肺容积和肺容量是评价肺通气功能的基础。
1．肺容积肺内气体的容积称为肺容积 (pulmonary volume)。通常肺容积可分为潮气
量、补吸气量、补呼气量和余气量 (图 5-6)，它们互不重叠，全部相加后等于肺总量。
(1)潮气量：每次呼吸时吸入或呼出的气体量称为潮气量 (tidal volume，TV)。正常
成年人平静呼吸时的潮气量为 400~600ml，平均约 500ml。运动时，潮气量增大，最大可达
肺活量大小。潮气量的大小决定于呼吸肌收缩的强度、胸廓和肺的机械特性以及机体的代谢
水平。
(2)补吸气量或吸气储备量：平静吸气末，再尽力吸气所能吸入的气体量称为补吸气
量 (inspiratory reserve volume，IRV)。正常成年人的补吸气量为 1 500~2 000ml。补吸气量反
映吸气的储备量。
(3)补呼气量或呼气储备量：平静呼气末，再尽力呼气所能呼出的气体量称为补呼气
量 (expiratory reserve volume，ERV)。正常成年人的补呼气量为 900~1 200ml。补呼气量反
映呼气的储备量。
(4)余气量：最大呼气末尚存留于肺内不能呼出的气体量称为余气量 (residual
volume，RV)。正常成年人的余气量为 1000~1 500ml。余气量的存在是由于在最大呼气末，
细支气管特别是呼吸性细支气管关闭所致；胸廓向外的弹性回位力也使肺不可能回缩至其自
然容积。余气量的存在可避免肺泡在低肺容积条件下的塌陷。若肺泡塌陷，则需要极大的跨
肺压才能实现肺泡的再扩张。支气管哮喘和肺气肿患者的余气量增加。
2．肺容量 肺容积中两项或两项以上的联合气体量称为肺容量 (pulmonary capacity)。
肺容量包括深吸气量、功能余气量、肺活量和肺总量 (图 5-6)。
(1)深吸气量：从平静呼气末做最大吸气时所能吸入的气体量为深吸气量 (inspiratory
capacity，IC)。它是潮气量与补吸气量之和，是衡量最大通气潜力的一个重要指标。胸廓、
胸膜、肺组织和呼吸肌等发生病变，均可使深吸气量减少而最大通气潜力降低。
(2)功能余气量：平静呼气末尚存留于肺内的气体量称为功能余气量 (fianctional
residual capacity，FRC)。功能余气量等于余气量与补呼气量之和，正常成年人约 2500ml。
肺气肿患者的功能余气量将增加，肺实质性病变时则减小。功能余气量的生理意义是缓冲呼
吸过程中肺泡气氧分压 (PO2)和二氧化碳分压 (PCO2)的变化幅度。由于功能余气量的稀释
作用，吸气时，肺内 PO2不致突然升得太高，PCO2不致降得太低；呼气时，则 PO2不会
降得太低，PCO2不会升得太高。这样，肺泡气和动脉血液的 Po，和 P呱就不会随呼吸而
发生大幅度的波动，有利于肺换气。
(3)肺活量、用力肺活量和用力呼气量：尽力吸气后，从肺内所能呼出的最大气体量
称为肺活量 (vital capacity，VC)。肺活量是潮气量、补吸气量与补呼气量之和。肺活量有较
大的个体差异，与身材大小、性别、年龄、体位、呼吸肌强弱等有关，正常成年男性平均约
为 3 500ml，女性约为 2 500ml。肺活量测定方法简单，重复性好，可反映一次通气的最大
能力，是肺功能测定的常用指标。
由于测定肺活量时不限制呼气的时间，在某些肺组织弹性降低或呼吸道狭窄的病人，
虽然通气功能已经受到损害，但是如果延长呼气时间，所测得的肺活量仍可正常。因此，肺
活量难以充分反映肺组织的弹性状态和气道通畅程度等变化，即不能充分反映肺通气功能的
状况。用力肺活量和用力呼气量能更好地反映肺通气功能。用力肺活量 (forced vital capacity，
FVC)是指一次最大吸气后，尽力尽快呼气所能呼出的最大气体量 (图 5-7A)。正常时，用力
肺活量略小于在没有时间限制条件下测得的肺活量；但在气道阻力增高时，用力肺活量却低
于肺活量。第 1 秒钟内的用力肺活量称为 1 秒用力呼气量 (forced expiratory volume in 1
second，FEV1)，曾称为时间肺活量 (timed vital capacity)。为排除肺容积差异的影响，通常
以 FEV，所占用力肺活量的百分数表示，正常时，FEV1/FVC约为 80％。FEVl在临床鉴别
限制性肺疾病和阻塞性肺疾病中具有重要意义。在肺纤维化等限制性肺疾病患者，FEV1和
FVC均下降，但 FEVl/FVC可正常甚至超过 80％；而在哮喘等阻塞性肺疾病患者，FEV1
的降低比 FVC更明显，因而 FEV1/FVC也变小，所以往往需要较长时间才能呼出相当于肺
活量的气体 (图 5-7B)。
(4)肺总量：肺所能容纳的最大气体量称为肺总量 (total lung capacity，TLC)。肺总量等于
肺活量与余气量之和，其大小因性别、年龄、身材、运动锻炼情况和体位改变而异，成年男
性平均约 5 000nil，女性约 3 500ml。在限制性通气不足时肺总量降低。
在临床肺功能测定中，肺活量、余气量、功能余气量、肺总量等指标通常受到重视。潮气量、
深吸气量和补吸气量是辅助指标，一般不用作肺容量异常的依据。肺活量低于正常为异常；
而余气量 j功能余气量、肺总量低于或高于正常皆为异常。
(二)肺通气量和肺泡通气量
1．肺通气量 每分钟吸入或呼出的气体总量称为肺通气量 (pulmonary ventilation)。肺
通气量等于潮气量与呼吸频率的乘积。正常成年人平静呼吸时，呼吸频率为每分钟 12~18
次，潮气量为 500ml，则肺通气量为 6~9L。肺通气量随性别、年龄、身材和活动量的不同
而有差异。为便于比较，应在基础条件下测定，并以每平方米体表面积 (见第七章)的通气
量为单位来计算。
劳动或体育运动时，肺通气量增大。在尽力作深、快呼吸时，每分钟所能吸入或呼出
的最大气体量为最大随意通气量 (maximal voluntary ventilation)。最大随意通气量反映单位
时间内充分发挥全部通气能力所能达到的通气量，是估计一个人能进行多大运动量的生理指
标之一。测定时，一般只测量 10s或 15s的呼出或吸入气量，再换算成每分钟的最大通气量。
最大通气量一般可达 150L，25倍于肺通气量。对平静呼吸时的每分通气量与最大通气量进
行比较，可了解通气功能的储备能力，通常用通气储量百分比表示其正常值应等于或大于
93％。肺或胸廓顺应性降低，呼吸肌收缩力量减弱或气道阻力增大等因素均可使最大随意通
气量减小。
2．无效腔和肺泡通气量每次吸入的气体，一部分将留在鼻或口与终末细支气管之间
的呼吸道内，不参与肺泡与血液之间的气体交换，这部分呼吸道的容积称为解剖无效腔
(anatomical dead space)。解剖无效腔与体重相关，约 2.2ml/kg。体重为 70kg的成年人，其解
剖无效腔约 150ml。进入肺泡的气体，也可因血流在肺内分布不均而不能都与血液进行气体
交换，未能发生交换的这一部分肺泡容量称为肺泡无效腔 (alveolar dead space)。肺泡无效腔
与解剖无效腔一起合称为生理无效腔 (physiological dead space)。健康人平卧时，生理无效
腔等于或接近于解剖无效腔。
由于无效腔的存在，每次吸入的新鲜空气不能都到达肺泡与血液进行气体交换。因此，
为了计算真正有效的气体交换量，应以肺泡通气量为准。肺泡通气量 (alveolar ventilation)
是指每分钟吸入肺泡的新鲜空气量，它等于潮气量和无效腔气量之差与呼吸频率的乘积。如
果潮气量为 500 ml，无效腔为 150 ml，则每次吸入肺泡的新鲜空气量为 350ml。若功能余气
量为 2 500ml，则每次呼吸仅使肺泡内的气体更新 1/7左右。若潮气量减少或功能余气量增
加，均可使肺泡气体的更新率降低，不利于肺换气。此外，潮气量和呼吸频率的变化对肺通
气量和肺泡通气量有不同的影响。在潮气量减半和呼吸频率加倍或潮气量加倍而呼吸频率减
半时，肺通气量保持不变，但是肺泡通气量却发生明显变化。由表 5-1可见，对肺换气而言，
浅而快的呼吸是不利的。深而慢的呼吸虽可增加肺泡通气量，但也会增加呼吸做功。
临床上在某些情况下 (如配合支气管镜检查，治疗呼吸衰竭等)使用一种特殊形式的
人工通气，即高频通气。通常采用接近或低于解剖无效腔的脉动气流以高速通过细套管向病
人气道内喷射气流，其频率可为每分钟 60~100次或更高，潮气量小于解剖无效腔，却可保
持有效的肺通气和肺换气，这似乎与上述浅快呼吸不利于气体交换的观点相矛盾。高频通气
的通气原理与通常情况下的通气原理不尽相同，其机制尚待进一步阐明。有人认为它和气体
对流的加强及气体分子扩散的加速有关。
(三)最大呼气流速-容积曲线
2mm以下的小气道管壁薄，炎症易波及其全层和周围组织；其管腔小，因分泌物或
渗出物的增多而易被阻塞；且缺乏软骨的支撑，主要依赖肺组织的弹性纤维牵拉而维持其开
放状态；其总横截面积大，小气道的气道阻力小，仅约占总气道阻力的 10％，因而常规肺
功能检查不易发现小气道病变。由于小气道阻力受肺组织弹性和小气道病变双重影响，所以
当小气道阻力增高时，只有排除肺组织弹性减退才能认为是小气道本身病变所致。
临床上，让受试者尽力吸气后，尽力尽快呼气至余气量，并同步记录呼出的气量和流
速，即可绘制成最大呼气流速随肺容积变化而变化的关系曲线，即最大呼气流速-容积
(maximum expiratory flow volume，MEFV)曲线，肺容积变化常用肺容积所占肺活量的百分
比 (％肺活量)表示。MEFV曲线的升支较陡，在肺容积较大时，呼气流速随呼气肌用力程
度 (力度)的增加而加大，曲线很快达到峰值。MEFV曲线的降支下降缓慢，表示呼气过程
中不同肺容积时的最大呼气流速，可用于诊断气道阻塞的情况。在小气道阻力增高时，在某
一给定的肺容积，其最大呼气流速降低，且MEFV曲线降支下移 (图 5-8)。
以上测定中出现流速限制的机制与气道的动态挤压有关。动态挤压 (dynamic compression)
是指用力呼气时，胸膜腔内压增高而挤压气道。使其口径减小，阻力增加的现象。在用力呼
气时，胸膜腔内压将增高。从而使肺泡内压增加，呼气的驱动压也加大，因而呼气流速加快；
但此时气流摩擦阻力和气道内的压力降落也都增加，因此气道内形成压力梯度。同时，用力
呼气时胸膜腔内压明显增高，从而压迫气道，使其趋于关闭。因此，在用力呼气时可在气道
上找到一个点，在这个点上气道内、外的压力相等，即跨壁压为零，这个点就称为等压点
(equal pressure point)。等压点与肺泡之间的这部分气道称为上游气道，上游气道内的压力高
于胸膜腔内压。处于开放状态；等压点与鼻腔之间的这部分气道称为下游气道，下游气道内
的压力低于胸膜腔内压，因而气道受到挤压。在肺容积较大的情况下，气道口径大，阻力小，
气道内的压力降落小，因此等压点远离肺泡，常发生在较大的支气管。大气道有软骨支撑，
不会塌陷，所以呼气流速呈力度依赖性。相反，当肺容积较小时，呼吸道阻力大，压力降落
也大，等压点将移向上游气道，因此动态挤压的范围将扩大到小气道，呼气越用力，等压点
越往上游移，挤压的范围也就越大。因此，加强呼气力度，流速不再增大。呈非力度依赖性。
随着肺容积减小，阻力加大，最大呼气流速也减小。显然，处于非力度依赖状态时，呼气流
速依赖于驱动压和上游气道的阻力，而与下游气道阻力无关，因此可用于判断肺通气功能的
状态。
《四)呼吸功
在一次呼吸过程中，呼吸肌为实现肺通气所做的功称为呼吸功 (work of breathing)。
呼吸做功用于克服肺通气的阻力 (包括肺和胸廓的弹性阻力和非弹性阻力)，通常以一次呼
吸过程中的跨壁压变化乘以肺容积变化来表示。功的单位是焦耳 (J)，如果跨壁压的单位用
cmH2O，肺容积的单位用 L，则
1J=10.2L?cmH2O
正常人平静呼吸时，每一次呼吸做功很小，仅约 0.25J。呼吸加深，潮气量增大时，呼
吸做功将增加。在病理情况下，弹性阻力或非弹性阻力增大时，呼吸功也将增大。单位时间
所做的功即为功率，用瓦 (W)作单位。正常人平静呼吸的频率若以每分钟 12次 (即每次呼
吸历时 5s)计，则呼吸的平均功率为
0.25J÷5s=0.05W (50mW)
平静呼吸时，呼吸耗能仅占全身总耗能的 3％~5％。剧烈运动时，呼吸耗能可升高
25~50倍，但由于全身总耗能也增大数十倍，所以呼吸耗能仍只占总耗能的很小一部分。
第二节 肺换气和组织换气
一、肺换气和组织换气的基本原理
(一)气体的扩散
气体分子不停地进行无定向的运动，当不同区域存在分压差时，气体分子将从分压高处向分
压低处发生净转移，这一过程称为气体的扩散 (diffusion)。肺换气和组织换气就是以扩散方
式进行的。根据 Fick弥散定律，气体在通过薄层组织时，单位时间内气体扩散的容积与组
织两侧的气体分压差成正比，与扩散距离 (组织的厚度)成反比，与该气体的扩散系数成正
比。通常将单位时间内气体扩散的容积称为气体扩散速率 (diffusion rate，D)。气体扩散速
率受多种因素的影响，如下式所示
式中?p为某气体的分压差；T为温度；A为气体扩散的面积；S为气体分子溶解度；d为气
体扩散的距离；MW为气体的分子量。
1．气体的分压差 在混合气体中，每种气体分子运动所产生的压力称为各该气体的
分压 (partial pressure，P)。混合气的总压力等于各气体分压之和。在温度恒定时，每一气体
的分压取决于它自身的浓度和气体总压力，而与其他气体无关。气体分压可按下式计算
气体分压=总压力×该气体的容积百分比 (5-13)
两个区域之间的分压差 (?P)是气体扩散的动力，分压差越大，扩散速率越大；反之，
分压差越小，则扩散速率越小。
2．气体的分子量和溶解度 根据 Graham定律，气体分子的相对扩散速率与气体分子
量 (MW)的平方根成反比。因此，质量轻的气体扩散较快。如果扩散发生于气相和液相之间，
扩散速率还与气体在溶液中的溶解度成正比。溶解度 (S)是单位分压下溶解于单位容积溶液
中的气体量。一般以 1个大气压，38℃时，100ml液体中溶解的气体毫升数来表示。溶解度
与分子量的平方根之比 (S/MV)称为扩散系数 (diffusion coefficient)，它取决于气体分子本身
的特性。因为 CO2在血浆中的溶解度 (51.5)约为 O2的 (2.14)24倍，CO2的分子量 (44)略
大于 O2的分子量 (32)，所以 CO2的扩散系数是 O2的 20倍。
3．扩散面积和距离 气体扩散速率与扩散面积 (A)成正比，与扩散距离 (d)成反比。
4．温度 气体扩散速率与温度 (T)成正比。在人体，体温相对恒定，故温度因素可忽
略不计。
(二)呼吸气体和人体不同部位气体的分压
呼吸气和肺泡气的成分和分压 人体吸入的气体是空气。空气的主要成分为 O2、CO2
和 N2，其中具有生理意义的是 O2和 CO2。空气中各气体的容积百分比一般不因地域不同
而异，但分压可因总大气压的变动而改变。高原大气压较低，各气体的分压也低。吸入的空
气在呼吸道内被水蒸气饱和，所以呼吸道内吸入气的成分已不同于大气，各种气体成分的分
压也发生相应的改变。呼出气是无效腔内的吸入气和部分肺泡气的混合气体。上述各部分气
体的成分和分压如表 5-2所示。
2．血液气体和组织气体的分压液体中的气体分压也称气体的张力 (tension)。表 5-3
示血液和组织中的 Po,和 PCO2。不同组织中的 PO2和 PCO2不同，在同一组织，它们还受
组织活动水平的影响，表中反映的仅为安静状态下的大致 PO2、PCO2值。
二、肺换气
(一)肺换气过程
如图 5-9所示，混合静脉血流经肺毛细血管时，血液 PO2为 40mmHg，比肺泡气的 102mmHg
低，O2就在分压差的作用下由肺泡气向血液净扩散，使血液 Po,逐渐上升，最后接近肺泡气
的 PCO2；混合静脉血 Pco,为 46mmHg，肺泡气 PCO2为 40mmHg，所以，CO2便向相反的
方向净扩散，即从血液向肺泡扩散。O2和 CO2在血液和肺泡之间的扩散都极为迅速，不到
0.3s即可达到平衡。通常，血液流经肺毛细血管的时间约 0.7s，所以当血液流经肺毛细血管
全长约 1/3时，肺换气过程已基本完成。可见，肺换气有很大的储备能力。
正常安静状态下，经过肺换气过程，肺毛细血管血液的氧含量由每 100ml血液 1.5ml
升至 20ml，CO2含量则由每 100ml血液 52ml降至 48ml。若按心输出量为 5L/min算，则流
经肺毛细血管的血流每分钟可自肺泡摄 O2 250ml，并释出 CO2 200ml。正常情况下，体循
环动脉血 Po,稍低于肺静脉血，主要是因为混入了来自支气管静脉的少量去氧血。
{=)影响肺换气的因素
前已述及，气体分压差、扩散面积、扩散距离、温度和扩散系数等因素均可影响气体
的扩散速率。这里进一步讨论扩散距离、扩散面积以及通气/血流比值对肺换气的影响。
1．呼吸膜的厚度 肺泡与血液进行气体交换须通过呼吸膜 (respiratory membrane) (肺
泡-毛细血管膜)才能进行。气体扩散速率与呼吸膜厚度成反比，呼吸膜越厚，单位时间内交
换的气体量就越少。呼吸膜由六层结构组成 (图 5-10)：含肺表面活性物质的液体层、肺泡
上皮细胞层、上皮基底膜、肺泡上皮和毛细血管膜之间的间隙 (基质层)、毛细血管基膜和
毛细血管内皮细胞层。虽然呼吸膜有六层结构，却很薄，总厚度平均约 0.6μm，有的部位
只有 0.2μm，气体易于扩散通过。此外，整个肺的呼吸膜面积很大，约 70m2，而肺毛细血
管总血量只有 60~140ml，因而血液层很薄，非常有利于气体交换。肺毛细血管直径平均约
5μm，红细胞需要挤过肺毛细血管，因此，红细胞膜通常能接触到毛细血管壁，O2、CO2
不必经过大量的血浆层就可到达红细胞或进入肺泡，扩散距离短，交换速度快。任何使呼吸
膜增厚或扩散距离增加的疾病，都会降低气体扩散速率，减少扩散量，如肺纤维化、肺水肿
等。特别是运动时，由于血流加速，气体在肺部的交换时间缩短，所以呼吸膜的厚度或扩散
距离的改变对肺换气的影响就更显突出。
2．呼吸膜的面积 气体扩散速率与扩散面积成正比。正常成年人的两肺约有 3亿个
肺泡，总扩散面积达 70m2。安静状态下，用于气体扩散的呼吸膜面积约 40 m2，因此有相
当大的储备面积。劳动或体育运动时，由于肺毛细血管开放的数量和开放程度增加，有效扩
散面积也大大增加。肺不张、肺实变、肺气肿、肺叶切除或肺毛细血管关闭和阻塞等，均可
使呼吸膜扩散面积减小，进而影响肺换气。
3．通气/血流比值 通气/血流比值 (ventilation/perfusion ratio)是指每分钟肺泡通气量
(VA)和每分钟肺血流量 (Q)之间的比值 (VA/Q)。正常成年人安静时，VA约为 4.2L/min，Q
约为 5L/min，因此，VA/Q约为 0.84。这一比值的维持依赖于气体泵和血液泵的协调配合，
一方面，气体泵实现肺泡通气，肺泡气体得以不断更新，提供 O2，排出 CO2；另一方面，
血液泵向肺循环泵入相应的血液量，及时带走摄取的 O2，带来机体产生的 CO2。如果 VA/Q
比值增大，就意味着通气过剩，血流相对不足，部分肺泡气体未能与血液气体充分交换，致
使肺泡无效腔增大。反之，VA/Q比值下降，则意味着通气不足，血流相对过多，部分血液
流经通气不良的肺泡，混合静脉血中的气体不能得到充分更新，犹如发生了功能性动-静脉
短路。可见，无论 VA/Q比值增大或减小，都会妨碍肺换气，导致机体缺氧和 CO2潴留，
尤其是缺氧。VA/Q比值异常时，主要表现为缺氧的原因在于：①动、静脉血液之间 PO2差
远大于 PCO2差，所以动-静脉短路时，动脉血 PO2下降的程度大于 PCO2升高的程度；②
CO2的扩散系数是 O2的 20倍，因此 CO2扩散比 O2快，不易潴留；③动脉血 PO2下降和
PCO2升高时，可刺激呼吸，增加肺泡通气量，有助于 CO2的排出，却几乎无助于 O2的摄
取，这是由氧解离曲线和 CO2解离曲线的特点所决定的 (见第三节)。在肺气肿病人，由于
许多细支气管阻塞和肺泡壁的破坏，上述两种 VA/Q比值异常的情况都可能发生，致使肺换
气效率受到极大影响，这是造成肺换气功能异常最常见的一种原因。因此，VA/Q比值可作
为衡量肺换气功能的指标。
健康成年人安静时肺总的 VA/Q比值约为 0．84。但是，肺泡通气量和肺毛细血管血
流量在肺内的分布是不均匀的，因此，各个局部的通气/血流比值并不相同。例如，人在直
立位时，由于重力等因素的作用，从肺底部到肺尖部，肺泡通气量和肺毛细血管血流量都逐
渐减少，而以血流量的减少更为显著，所以肺尖部的 VA/Q比值较大，可高达 3.3，而肺底
部的比值较小，可低至 0.63 (图 5-11)。虽然正常情况下存在肺泡通气和血流的不均匀分布，
但从总体上来说，由于呼吸膜面积远超过肺换气的实际需要，所以并未明显影响 O2的摄取
和 CO2的排出。
(三)肺扩散容量
气体在单位分压差 (1mmHg)的作用下，每分钟通过呼吸膜扩散的气体毫升数称为肺
扩散容量 (diffusing capacity of lung，DL)，即
式中，V代表每分钟通过呼吸膜扩散的气体量 (ml/min)，PA代表肺泡气中某种气体的平均
分压，PC代表肺毛细血管血液内该气体的平均分压。肺扩散容量是衡量呼吸气体通过呼吸
膜的能力的一种指标。正常成人安静时，O2的 DL平均约为 20ml/ (min?mHg)，CO2的 DL
约为 O2的 20倍。运动时，因为参与肺换气的呼吸膜面积和肺毛细血管血流量的增加以及
通气、血流的不均匀分布得到改善，所以 DL增大。肺部疾病情况下，DL可因有效扩散面
积减小或扩散距离增加而降低。
三、组织换气
组织换气的机制和影响因素与肺换气相似，不同的是气体的交换发生于液相 (血液、
组织液、细胞内液)介质之间，且扩散膜两侧 O2和 CO2的分压差随细胞内氧化代谢的强度
和组织血流量而异。如果血流量不变，代谢增强，则组织液中的 PO2降低，PCO2升高；如
果代谢率不变，血流量增大，则组织液中的 PO2升高，PCO2降低。
在组织中，由于细胞的有氧代谢，O2被利用，并产生 CO2，所以 PO2可低至 30mmHg
以下，而 PCO2可高达 50mmHg以上。动脉血液流经组织毛细血管时，O2便顺分压差从血
液向组织液和细胞扩散，CO2则由组织液和细胞向血液扩散 (图 5-9)，动脉血因失去 O2和
得到 CO2而变成静脉血。
第三节 气体在血液中的运输
经肺换气摄取的 O2通过血液循环被运输到机体各器官组织供细胞利用；由细胞代谢
产生的 CO2经组织换气进入血液后，也经血液循环被运输到肺部排出体外。因此，O2和
CO2的运输是以血液为媒介的。O2和CO2都以物理溶解和化学结合两种形式存在于血液中。
根据 Henry定律，气体在溶液中溶解的量与分压和溶解度成正比，与温度成反比。温度为
38℃时，1个大气压下，O2和 CO2在 100ml血液中溶解的量分别为 2.36ml和 48ml。按此
计算，动脉血PO2为100mmHg，每100ml血液含溶解的O2 0.31ml；静脉血P CO2为46mmHg，
每 100ml血液含溶解的 CO2 2.9ml。安静状态下，正常成年人心输出量约 5L/min，因此，物
理溶解于动脉血液中的 O2流量仅约 15ml/min，物理溶解于静脉血液中的 CO2 流量约为
145ml/min。然而，安静时机体耗氧量约 250ml/min，CO2生成量约 200ml/min。显然，单靠
物理溶解形式来运输 O2和 CO2是不能适应机体代谢需要的。实际上，机体在进化过程中
形成了非常有效的 O2和 CO2的化学结合运输形式。如表 5-4所示，血液中的 O2和 CO2
主要以化学结合的形式存在，而物理溶解的 O2和 CO2所占比例极小；化学结合可使血液
对 O2的运输量增加约 65至 140倍，对 CO2的运输量增加近 20倍。
虽然血液中以物理溶解形式存在的 O2和 CO2很少，但很重要，因为必须先有溶解
才能发生化学结合。在肺换气或组织换气时，进入血液的 O2和 CO2都是先溶解在血浆中，
提高各自的分压，再出现化学结合；O2和 CO2从血液释放时，也是溶解的先逸出，使各自
的分压下降，然后化学结合的 O2和 CO2再分离出来，溶解到血浆中。物理溶解和化学结
合两者之间处于动态平衡。下面主要讨论 O2和 CO2的化学结合形式的运输。
一、氧的运输
血液中以物理溶解形式存在的 O2量仅占血液总 O2含量的 1.5％左右，化学结合的约
占 98.5％。血红蛋白 (hemoglobin，Hb)是红细胞内的色蛋白，其分子结构特征使之成为有
效的运 O2工具。Hb也参与 CO2的运输。
(一)Hb的分子结构
每一 Hb分子由 1个珠蛋白和 4个血红素 (又称亚铁原卟啉)组成 (图 5-12)。每个血
红素又由 4个吡咯基组成一个环，中心为一个 Fe2+。每个珠蛋白有 4条多肽链，每条多肽
链与 1个血红素相连接，构成 Hb的单体或亚单位。Hb是由 4个单体构成的四聚体。不同
Hb分子的珠蛋白的多肽链的组成不同。成年人的 Hb (HbA)由 2条α链和 2条β链组成，为
α2β2结构。胎儿的 Hb (HbF)由 2条α链和 2条γ链组成，为α2γ2结构。出生后不久。
HbF即为 HbA所取代。每条α链含 141个氨基酸残基，每条β链 (或γ链)含 146个氨基酸
残基 (HbF的γ链与 HbA的β链的区别在于其中有 37个氨基酸残基不一样)。血红素基团
中心的 Fe2+可与氧分子结合而使 Hb成为氧合血红蛋白。
Hb的 4个亚单位之间和亚单位内部由盐键连接。Hb与 O2的结合或解离将影响盐键
的形成或断裂，使 Hb四级结构的构型发生改变，Hb与 O2的亲和力也随之而发生变化，这
是 Hb氧解离曲线呈 S形和波尔效应 (Bohr effect)的基础 (见下文)。
(二)Hb与 O2结合的特征
1．快速性和可逆性 Hb与 O2的结合反应快，可逆，不需酶的催化，但可受 PO2
的影响。当血液流经 P O2高的肺部时，Hb与 O2结合，形成氧合血红蛋白 (oxyhemoglobin，
HbO2)；当血液流经 PO2 低的组织时，HbO2 迅速解离，释出 O2，成为去氧血红蛋白
(deoxyhemoglobin，Hb)，可用下式表示
2．是氧合而非氧化 Fe2+与 O2 结合后仍是二价铁，所以，该反应是氧合
(oxygenation)，而不是氧化 (oxidation)。
3．Hb与 O2结合的量 1分子 Hb可结合 4分子 O2，成年人 Hb的分子量为 64458，
所以，在 100％O2饱和状态下，1g Hb可结合的最大 O2量为 1.39ml。正常时红细胞中含有
少量不能结合 O2的高铁 Hb，因此 1g Hb实际结合的 0：量低于 1.39ml，通常按 1.34ml计
算。在 100ml血液中，Hb所能结合的最大 O2量称为 Hb氧容量 (oxygerl capacity of Hb)，
而 Hb实际结合的 O2量称为 Hb氧含量 (oxygen content of Hb)。Hb氧含量与氧容量的百分
比为 Hb氧饱和度 (oxygen saturation of Hb)。例如，血液中 Hb浓度为 15g/100ml时，Hb的
氧容量为 20.1ml/100ml (血液)，如果 Hb的氧含量是 20.1ml，则 Hb氧饱和度是 100％；如
果 Hb氧含量是 15ml，则 Hb氧饱和度约 75％。通常情况下，血浆中溶解的 O2极少，可忽
略不计，因此，Hb氧容量、Hb氧含量和 Hb氧饱和度可分别视为血氧容量 (oxygen capacity
of blood)、血氧含量 (oxygen content of blood)和血氧饱和度 (oxygen saturation of blood)。
HbO2呈鲜红色，Hb呈紫蓝色。当血液中 Hb含量达 5g/100ml (血液)以上时，皮肤、黏膜呈
暗紫色，这种现象称为发绀 (cyanosis)。出现发绀常表示机体缺氧，但也有例外。例如，红
细胞增多 (如高原性红细胞增多症)时，Hb含量可达 5g/100ml (血液)以上而出现发绀，但机
体并不一定缺氧。相反，严重贫血或 CO中毒时，机体有缺氧但并不出现发绀。
4．Hb与 O2的结合或解离曲线呈 S形 Hb与 O2的结合或解离曲线呈 S形与 Hb的
变构效应有关。目前认为 Hb有两种构型：Hb为紧密型 (tense form，T型)，HbO2为疏松
型 (relaxed form，R型)。当 O2与 Hb的 Fe2+结合后，盐键逐步断裂，Hb分子逐渐由 T型
变为 R型，对 O2的亲和力逐渐增加，R型 Hb对 O2的亲和力为 T型的 500倍。也就是说，
Hb的 4个亚单位无论在结合 O2或释放 O2时，彼此之间有协同效应，即 1个亚单位与 O2
结合后，由于变构效应，其他亚单位更易与 O2结合；反之，当 HbO2的 1个亚单位释出
O2后，其他亚单位更易释放 O2。因此，Hb氧解离曲线呈 S形 (sigmoid shape)。
(三)氧解离曲线
氧解离曲线 (oxygen dissociation curve)或氧合血红蛋白解离曲线是表示血液 PO2与
Hb氧饱和度关系的曲线 (图 5-13)。该曲线既表示在不同 PO2下 O2与 Hb的解离情况，同
样也反映在不同 PO2时 O2与 Hb的结合情况。根据氧解离曲线的 S形变化趋势和功能意义，
可将曲线分为三段。
1．氧解离曲线的上段 氧解离曲线的上段 (右段)相当于 PO2在 60~100mmFig之间
时的 Hb氧饱和度，可认为它是反映 Hb与 O2结合的部分。这段曲线的特点是比较平坦，
表明在这个范围内 PO2 的变化对 Hb 氧饱和度或血液氧含量影响不大。例如，PO2 为
100mmHg时，相当于动脉血的 PO2，Hb氧饱和度为 97.4％，血液的氧含量约为 19.4ml/100ml
(血液)。如果将吸入气的 PO2提高到 150mmHg，Hb氧饱和度为 100％，只增加 2.6％；血
液氧含量约为 20.0ml/100ml (血液)，增加不到 1m1。这也可解释为何 VA/Q不匹配时，肺泡
通气量的增加几乎无助于 O2的摄取。反之，当 PO2从 100mmHg下降到 70mmHg时，Hb
氧饱和度为 94％，也仅降低 3.4％。因此，即使在高原、高空或某些呼吸系统疾病时，吸入
气或肺泡气 PO2有所下降，但只要不低于 60mmHg，Hb氧饱和度仍能维持在 90％以上，血
液仍可携带足够量的 O2，不致引起明显的低氧血症。
2．氧解离曲线的中段 氧解离曲线的中段较陡，相当于 PO2在 40~60mmHg之间的
Hb氧饱和度，是反映 HbO2释放 O2的部分。PO2为 40mmHg时，相当于混合静脉血的 PO2，
Hb氧饱和度约 75％，血氧含量约 14.4ml/100ml (血液)，即每 100ml血液流经组织时释放 5ml
O2。血液流经组织时释放出的 O2容积占动脉血氧含量的百分数称为氧利用系数 (utilization
coefficient of oxygen)。安静时，心输出量约 5L，每分钟耗氧量约为 250ml，因此 O2的利用
系数为 25％左右。
3．氧解离曲线的下段 氧解离曲线的下段 (左段)相当于 PO2在 15~40mmHg之间时
的 Hb氧饱和度，也是反映 HbO2与 O2解离的部分。在组织活动加强时，组织中的 PO2可
降至 15mmHg，HbO2进一步解离，Hb氧饱和度降至更低水平，血氧含量仅约 4.4ml/100ml
(血液)。这样，每 100ml血液能供给组织 15ml O2，O2的利用系数可提高到 75％，是安静
时的 3倍。可见该段曲线也可反映血液中 O2的储备。
(四)影响氧解离曲线的因素
O2与 Hb的结合或解离可受多种因素影响，使氧解离曲线的位置发生偏移，亦即使
Hb对 O2的亲和力发生变化。通常用 P50来表示 Hb对 O2的亲和力。P50是使 Hb氧饱和
度达 50％时的 PO2，正常为 26.5mmHg,，P50增大，表示 Hb对 O2的亲和力降低，需更高
的 PO2才能使 Hb氧饱和度达到 50％，曲线发生右移；氏降低，则表示 Hb对 O2的亲和力
增加，达 50％Hb氧饱和度所需 PO2降低，曲线发生左移。影响 Hb与 O2亲和力或 P50的
因素有血液的 pH、PCO2、温度和有机磷化合物 (图 5-14)等。
1．pH和 PCO2的影响 pH降低或 PCO2升高时，Hb对 O2的亲和力降低，P50增
大，氧解离曲线右移；而 pH升高或 PCO2降低时，则 Hb对 O2的亲和力增加，P50降低，
氧解离曲线左移。酸度对 Hb氧亲和力的这种影响称为波尔效应 (Bohr effect)。波尔效应的
发生主要与 pH改变时 Hb的构象发生变化有关。酸度增加时，H+与 Hb多肽链某些氨基酸
残基结合，促进盐键形成，使 Hb分子向 T型转变，从而降低 Hb对 O2的亲和力；而酸度
降低时，则促使盐键断裂放出 H+，使 Hb向 R型转变，对 O2的亲和力增加。此外，Hb与
O2的结合也受 PCO2的影响，一方面，PCO2改变时，可通过 pH的改变产生间接效应；另
一方面，可通过 CO2与 Hb结合而直接影响 Hb对 O2的亲和力，不过这种效应很小。波尔
效应有重要的生理意义，它既可促进肺毛细血管血液的氧合，又有利于组织毛细血管血液释
放 O2，当血液流经肺时，CO2从血液向肺泡扩散，血液 PccL随之下降，H+浓度也降低，
二者均使 Hb对 O2的亲和力增大，促进 O2与 Hb的结合，血液氧含量增加。当血液流经组
织时，C0：从组织扩散进入血液，血液 PCO2和 H+浓度随之升高，Hb对 O2的亲和力降低，
促进}tbO2解离，为组织提供 O2。
2．温度的影响 温度升高时，氧解离曲线右移，促进 O2的释放；温度降低时，曲
线左移，不利于 O2的释放。温度对氧解离曲线的影响，可能与温度变化会影响 H+的活度
有关。温度升高时，H+的活度增加，可降低 Hb对 O2的亲和力；反之，可增加其亲和力。
组织代谢活动增强 (如体育运动)时，局部组织温度升高，CO2和酸性代谢产物增加，
都有利于 HbO2解离，因此组织可获得更多 O2，以适应代谢增加的需要。临床上进行低温
麻醉手术时，低温有利于降低组织的耗氧量。然而，当组织温度降至 20℃时，即使 PO2为
40mmHg，Hb氧饱和度仍能维持在 90％以上，此时由于 HbO2对 O2的释放减少，可导致
组织缺氧，而血液因氧含量较高而呈红色，因此容易疏忽组织缺氧的情况。
3．2,3-二磷酸甘油酸 红细胞中含有丰富的磷酸盐，如 2,3-二磷酸甘油酸 (2，
3-diphosphoglycerate，2,3-DPG)、ATP等，其中特别是 2,3-DPG在调节 Hb对 O2的亲和力
中具有重要作用。2,3-DPG浓度升高时，Hb对 O2的亲和力降低，氧解离曲线右移；反之，
曲线左移。其机制可能是由于 2,3-DPG与 Hb的β链形成盐键，促使 Hb向 T型转变的缘故。
此外，红细胞膜对 2,3-DPG的通透性较低，当红细胞内 2,3-DPG生成增多时，还可提高细
胞内 H+浓度，进而通过波尔效应降低 Hb对 O2的亲和力。
2,3-DPG是红细胞无氧糖酵解的产物。在慢性缺氧、贫血、高山低氧等情况下，糖酵
解加强，红细胞内 2,3-DPG增加，氧解离曲线右移，有利于释放较多的 O2，改善组织的缺
氧状态。在血库中用抗凝剂枸橼酸一葡萄糖液保存三周后的血液，糖酵解停止，红细胞内
2,3-DPG含量因此而下降，导致 Hb对 O2的亲和力增加，O2不容易解离出来。如果用枸橼
酸盐一磷酸盐一葡萄糖液作抗凝剂，该影响则要小些。所以，在临床上，给病人输入大量经
过长时间储存的血液时，应考虑到这种血液在组织中释放的 O2量较少。
4．其他因素 O2与 Hb的结合还受 Hb自身性质的影响。如果 Hb分子中的 Fe2+氧
化成 Fe3+，Hb便失去运 O2的能力。胎儿的 Hb对 O2的亲和力较高，有助于胎儿血液流经
胎盘时从母体摄取 O2。异常 Hb的运 O2功能则较低。
CO可与 Hb结合，占据 Hb分子中 O2的结合位点，因此使血液中 HbO2的含量减少。
CO与 Hb的亲和力是 O2的 250倍，这意味着在极低的 PO2下，CO即可从 HbO2中取代
O2。此外，当 CO与 Hb分子中一个血红素结合后，将增加其余 3个血红素对 O2的亲和力，
使氧解离曲线左移，妨碍 O2的解离。因此，CO中毒既可妨碍 Hb对 O2的结合，又能妨碍
Hb对 O2的解离，危害极大。
二、二氧化碳的运输
(一)CO2的运输形式
血液中物理溶解的 CO2约占 CO2总运输量的 5％，化学结合的约占 95％。化学结合
的形式主要是碳酸氢盐和氨基甲酰血红蛋白，前者约占 CO2总运输量的 88％，而后者约占
7％。表 5-5中示血液中各种形式的 CO2的含量 (ml/100ml血液)、所占百分比 (％)和各种
形式的 CO2的释出量 (动、静脉血 CO2含量差值)及其所占百分比 (％)。
从组织扩散入血的 CO2首先溶解于血浆，小部分溶解的 CO2与水结合生成 H2CO3，
H 2CO3又解离成 HCO3-和 H+。HCO3-主要与血浆中的 Na+结合生成 NaHCO3，H+被血浆
缓冲系统缓冲，pH无明显变化。在肺部，反应向相反方向进行，CO2被释放出来并通过肺
换气和肺通气排出体外。因为血浆中缺乏碳酸酐酶，所以这一反应过程较为缓慢，需要数分
钟才能达到平衡。此外，溶解的 CO2也可与血浆蛋白的游离氨基反应，生成氨基甲酰血浆
蛋白，但其量极少。可见，血浆并非 CO2运输的主要途径。溶解于血浆中的 CO2绝大部分
扩散进入红细胞，在红细胞内以碳酸氢盐和氨基甲酰血红蛋白形式运输。
1．碳酸氢盐 血浆中的 CO2进入红细胞内与 H2O反应生成 H2CO3，H2CO3再解离
成 HCO3-和 H+ (图 5-15)，如下式
由此生成的一部分 HCO3-主要与 K+结合，生成 KHCO3，H+主要与 Hb结合而被缓
冲。红细胞内含有较高浓度的碳酸酐酶 (carbonic anhydrase)，在其催化下，CO2与 H2O结
合生成 H2CO3的反应极为迅速，其反应速率可增加 5000倍，不到 1s即达平衡。在该反应
过程中，红细胞内 HCO3-的浓度不断增加，一部分 HCO3-便顺浓度梯度通过红细胞膜扩散
进入血浆，红细胞内负离子因此而减少。因为红细胞膜不允许正离子自由通过，而允许小的
负离子通过，所以 Cl-便由血浆扩散进入红细胞，这一现象称为 Cl转移 (chloride shift)。在
红细胞膜上有特异的 HCO3--Cl-转运体，转运这两种离子进行跨膜交换。这样，HCO3-便不
会在红细胞内堆积，有利于上述反应的进行和 CO2的运输。随着 CO2的进入，红细胞内的
渗透压由于 HCO3-或 Cl-的增多而升高，因此，H2O进入红细胞以保持其渗透压平衡，并使
静脉血的红细胞轻度“肿胀”。同时，因为动脉血中的一部分液体经淋巴而不是经静脉回流，
所以静脉血的红细胞比容比动脉血的大 3％左右。
上述反应是可逆的，在肺部，反应向相反方向进行。因为肺泡气 PCO2比静脉血低，
血浆中溶解的 CO2首先扩散入肺泡，红细胞内的 HCO3-与 H+生成 H2CO3，碳酸酐酶又加
速 H2CO3分解成 CO2和 H2O，CO2从红细胞扩散入血浆，而血浆中的 HCO3-便进入红细
胞以补充被消耗的 HCO3-，Cl-则扩散出红细胞。这样，以 HCO3-形式运输的 CO2便在肺
部被释放出来。
由上述可见，碳酸酐酶在 CO2的运输中具有非常重要的意义，因此，在使用碳酸酐酶抑制
剂 (如乙酰唑胺)时，应注意可能会影响 CO2的运输。有动物实验资料表明，乙酰唑胺可使
组织 PCO2由正常的 46mmHg升高至 80mmHg。
2．氨基甲酰血红蛋白 一部分 CO2 与 Hb 的氨基结合，生成氨基甲酰血红蛋白
( carbaminohemoglobin， HHbN-HCOOH) (图 5-15)，这一反应无需酶的催化，而且迅速、
可逆，如下式所示
调节这一反应的主要因素是氧合作用。HbO2与 CO2结合形成 HHbNHCOOH的能力比 Hb
小。在组织，HbO2解离释出 O2，部分 HbO2变成 Hb，与 CO2结合成 HHbNHCOOH。此
外，Hb的酸性比 HbO2弱，易与 H+结合，也促进反应向右进行，并缓冲 pH的变化。在肺
部，HbO2生成增多，促使 HHbNHCOOH解离，释放 CO2和 H+，反应向左进行。氧合作
用的调节具有重要意义，从表 5-5中可见，虽以氨基甲酰血红蛋白形式运输的 CO2仅占 CO2
总运输量的 7％左右，而在肺部排出的 CO2中却有 17.5％是从氨基甲酰血红蛋白释出的。
(二) CO2解离曲线
CO2解离曲线 (carbon dioxide dissociation curve)是表示血液中 CO2含量与 PCO2关系
的曲线 (图 5-16)。血液中 CO2的含量随 PCO2的升高而增加。与氧解离曲线不同，CO2解
离曲线接近线性而不呈 S形，且无饱和点，故 CO2解离曲线的纵坐标不用饱和度而用浓度
表示。图 5-16中的 A点是静脉血 PO2为 40mmHg、PCO2为 45mmHg时血液中的 CO2含
量，约 52ml/100ml (血液)；B点是动脉血 PO2为 100mmHg、PCO2为 40mmHg时血液中的
CO2含量，约 48ml/100ml (血液)。可见，血液流经肺部时，每 100ml血液可释出 4mlCO2。
(三)O2与 Hb的结合对 CO2运输的影响
O2与 Hb结合可促使 CO2释放，而去氧的 Hb则容易与 CO2结合，这一现象称为何
-尔登效应 (Haldane effect)。从图 5-16中可见，在相同的 PCO2下，动脉血 (HbO2多)所携
带的 CO2比静脉血少：因为 HbO2酸性较强，而 Hb酸性较弱，所以 Hb容易与 CO2结合，
生成 HHbNHCOOH，也容易与 H+结合，使 H2CO3解离过程中产生的 H+可被及时中和，
有利于血液运输 CO2。因此，在组织中，HbO2释出 O2而成为 Hb，可通过何尔登效应促使
血液摄取并结合 CO2；反之，在肺部，则因 O2与 Hb结合，何尔登效应表现为促进 CO2
释放。可见，O2和 CO2的运输不是孤立进行的，而是相互影响的。CO2通过波尔效应影响
O2与 Hb的结合和释放，O2又通过何尔登效应影响 CO2与 Hb的结合和释放。
第四节 呼吸运动的调节
呼吸运动是整个呼吸过程的基础，是呼吸肌的一种节律性的舒缩活动，其节律性起源于呼
吸中枢。呼吸运动的深度和频率可随体内外环境的改变而发生相应改变，以适应机体代谢的
需要。例如在肌肉活动时，代谢增强，呼吸运动加深加快，肺通气量增大，机体可摄取更多
O2，排出更多 CO2。此外，机体在完成其他某些功能活动 (如说话、唱歌、吞咽以及喷嚏
反射、咳嗽反射等)时，呼吸运动也将受到相应调控，使机体得以实现其他功能活动。
一、呼吸中枢与呼吸节律的形成
(一)呼吸中枢
中枢神经系统内，产生和调节呼吸运动的神经元群称为呼吸中枢 (respiratory center)。
呼吸中枢广泛分布于中枢神经系统内，包括大脑皮质、间脑、脑桥、延髓和脊髓等，但它们
在呼吸节律 (respilatory rhythm)的产生和调节中所起的作用不同，正常节律性呼吸运动是在
各级呼吸中枢的共同作用下实现的。
1．脊髓 脊髓中有支配呼吸肌的运动神经元，它们的胞体位于第 3~5颈段脊髓前角
(支配膈肌)和胸段脊髓前角 (支配肋间肌和腹肌等)。呼吸肌在相应脊髓前角运动神经元支配
下，发生节律性收缩、舒张运动，即呼吸运动。据文献记载，早在公元 2世纪，Galen就观
察到，斗剑士或动物在高位颈脊髓受到损伤时，呼吸运动便停止。在动物实验中，如果在延
髓和脊髓之间做一横切，呼吸运动也会立即停止。这些现象清楚地说明，脊髓本身以及呼吸
肌和支配呼吸肌的传出神经不能产生呼吸节律，脊髓的呼吸运动神经元是联系高位呼吸中枢
和呼吸肌的中继站。另外，脊髓在某些呼吸反射活动的初级整合中可能具有一定作用。
2．低位脑干 低位脑干指脑桥和延髓。1923年，英国生理学家 Lumsden用横切脑干
的方法，对猫进行实验研究，观察到在不同平面横切脑干，可使呼吸运动发生不同的变化。
在中脑和脑桥之间 (图 5-17，A平面)横断脑干，呼吸节律无明显变化；在延髓和脊髓之间 (图
5-17，D平面)横断，则呼吸运动停止。这些结果表明呼吸节律产生于低位脑干，而高位脑
对节律性呼吸运动的产生不是必需的。如果在脑桥的上、中部之间 (图 5-16，B平面)横断，
呼吸将变慢变深；如果再切断双侧迷走神经，吸气动作便大大延长，仅偶尔为短暂的呼气所
中断，这种形式的呼吸称为长吸式呼吸 (apneusis)。这一结果提示，脑桥上部有抑制吸气活
动的中枢结构，称为呼吸调整中枢 (pneumotaxic center)；来自肺部的迷走神经传入冲动也有
抑制吸气和促进吸气转换为呼气的作用。当失去来自脑桥上部和迷走神经传入这两方面的抑
制作用后，吸气活动便不能及时被中断而转为呼气，于是出现长吸式呼吸。如果再在脑桥和
延髓之间 (图 5-17，C平面)横断，不论迷走神经是否完整，长吸式呼吸都消失，出现喘息
样呼吸 (gasping)，表现为不规则的呼吸节律。这些结果表明，在脑桥中下部可能存在能兴
奋吸气活动的长吸中枢；在延髓内有喘息中枢 (gasping center)。于是，在 20世纪 20~50年
代期间，便形成了所谓三级呼吸中枢学说，即在延髓内，有喘息中枢产生最基本的呼吸节律；
在脑桥下部，有长吸中枢，对吸气活动产生紧张性易化作用；在脑桥上部，有呼吸调整中枢，
对长吸中枢产生周期性抑制作用，在三者的共同作用下，形成正常的呼吸节律。后来的研究
肯定了关于延髓有呼吸节律基本中枢和脑桥上部有呼吸调整中枢的结论，但未能证实脑桥中
下部存在长吸中枢。
在 20世纪 60年代后的大约二十多年中，微电极技术研究揭示，在中枢神经系统内，
有的神经元呈节律性自发放电，且其节律性与呼吸周期相关，这些神经元称为呼吸相关神经
元 (respiratory-related neuron)或呼吸神经元 (respiratory neuron)。呼吸神经元有不同的类型，
就其自发放电相对于呼吸的时相而言，在吸气相放电的为吸气神经元 (inspiratory neuron)，
在呼气相放电的为呼气神经元 (expiratory neuron)，在吸气相开始放电并延续到呼气相的为
吸气-呼气跨时相神经元 (inspiratory-expiratory phase spanning neuron)，而在呼气相开始放电
并延续到吸气相的则为呼气 -吸气跨时相神经元 (expiratory-inspiratory phase spanning
neuron)。在低位脑干，呼吸神经元主要集中分布于左右对称的三个区域 (图 5-17左)。①延
髓背内侧的背侧呼吸组 (dorsal respiratory group，DRG)，相当于孤束核腹外侧部，其中主要
含吸气神经元，其主要作用是使吸气肌收缩而引起吸气。②延髓腹外侧的腹侧呼吸组
(ventral respiratory group，VRG)，从尾端到头端相当于后疑核、疑核和面神经后核及其邻近
区域。该区含有多种类型的呼吸神经元，主要作用是使呼气肌收缩而引起主动呼气，还可调
节咽喉部辅助呼吸肌的活动以及延髓和脊髓内呼吸神经元的活动。③脑桥头端背侧分的脑桥
呼吸组 (pontine respiratory group， PRG)，相当于臂旁内侧核 (NPBM)及其相邻的
K?lliker-Fuse (KF)核，二者合称为 PBKF核群，为呼吸调整中枢所在部位，主要含呼气神经
元，其作用是限制吸气，促使吸气向呼气转换。
20世纪 90年代初以来，有学者发现，在 VRG中，相当于疑核头端平面，存在一个
被称为前包钦格复合体 (pre-B?tzinger complex)的区域 (图 5-17左)，该区可能是哺乳动物呼
吸节律起源的关键部位。
在脑损伤、脑脊液压力升高、脑膜炎等病理情况下，可出现比奥呼吸 (Biot breathing)。
比奥呼吸是一种病理性的周期性呼吸，表现为一次或多次强呼吸后，继以长时间呼吸停止，
之后又再次出现数次强呼吸，其周期变动较大，短则仅 10s，长则可达 1min。比奥呼吸常是
死亡前出现的危急症状，其发生原因尚不清楚，可能是疾病已侵及延髓，呼吸中枢受损所致。
3．高位脑 呼吸运动还受脑桥以上中枢部位的影响，如大脑皮质、边缘系统、下丘
脑等。大脑皮质可通过皮层脊髓束和皮层脑干束在一定程度上随意控制低位脑干和脊髓呼吸
神经元的活动，以保证其他呼吸运动相关活动的完成，例如说话、唱歌、哭笑、咳嗽、吞咽、
排便等等。一定程度的随意屏气或加深加快呼吸也靠大脑皮质的控制而实现。大脑皮质对呼
吸运动的调节系统是随意的呼吸调节系统，而低位脑干的呼吸运动调节系统则为不随意的自
主呼吸节律调节系统。这两个系统的下行通路是分开的。临床上有时可观察到自主呼吸和随
意呼吸分离的现象。例如，在脊髓前外侧索下行的自主呼吸通路受损后，自主节律性呼吸运
动出现异常甚至停止，而病人仍可进行随意呼吸。但这种病人常需依靠人工呼吸机来维持其
肺通气，如果不进行人工呼吸，病人一旦入睡，呼吸运动就会停止。
(二)呼吸节律的形成
关于正常呼吸节律的形成机制，目前主要有两种学说，即起步细胞学说和神经元网络
学说。
起步细胞学说认为，节律性呼吸犹如窦房结起搏细胞的节律性兴奋引起整个心脏产生
节律性收缩一样，是由延髓内具有起步样活动的神经元的节律性兴奋引起的，上述前包钦格
复合体可能就是呼吸节律起步神经元的所在部位。
神经元网络学说认为，呼吸节律的产生依赖于延髓内呼吸神经元之间的相互联系和相
互作用。有学者在大量实验研究资料基础上提出了多种模型，其中最有影响的是 20世纪 70
年代提出的中枢吸气活动发生器 (central inspiratory activity generator)和吸气切断机制
(inspiratory off-switch mechanism)模型 (图 5-18)。该模型认为，在延髓内存在一些起中枢吸
气活动发生器和吸气切断机制作用的神经元。中枢吸气活动发生器神经元的活动引起吸气神
经元呈渐增性的放电，继而兴奋吸气肌运动神经元，引起吸气过程；中枢吸气活动发生器神
经元的活动还能增强脑桥 PBKF神经元和延髓吸气切断机制神经元的活动。吸气切断机制神
经元在接受来自吸气神经元、PBKF神经元和迷走神经中肺牵张感受器的传入信息时活动增
强，当其活动增强到一定阈值时，就能抑制中枢吸气活动发生器神经元的活动，使吸气活动
及时终止，即吸气被切断，于是吸气过程转为呼气过程。在呼气过程中，吸气切断机制神经
元因接受的兴奋性影响减少而活动减弱，中枢吸气活动发生器神经元的活动便逐渐恢复，导
致吸气活动的再次发生。如此周而复始，形成节律性的呼吸运动。由于脑桥 PBKF神经元的
活动和迷走神经肺牵张感受器的传入活动可增强吸气切断机制的活动，促进吸气转为呼气，
所以在实验中如果损毁 PBKF并切断迷走神经，动物便出现长吸式呼吸。该模型仍有许多不
完善之处，尚待进一步研究。
由于方法学的限制，有关起搏细胞学说的实验依据多来自新生动物，而关于神经元网
络学说的依据主要来自成年动物。两种学说中哪一种是正确的或是否两种都正确，至今尚不
清楚。很可能两种机制都起作用，只是在动物的不同发育阶段，各自的地位有所不同，在新
生期以起步细胞的活动起主导作用，而随着动物的生长发育，呼吸神经元之间的相互作用加
强，网络的作用更加重要。但无论如何，即使呼吸节律的产生依赖于起步细胞的活动，神经
元网络的作用对于完整机体正常节律性呼吸活动的样式和频率的维持也是必需的。
二、呼吸运动的反射性调节
呼吸节律虽起源于脑，但呼吸运动的频率、深度和样式等都受到来自呼吸器官自身以
及血液循环等其他器官系统感受器传入冲动的反射性调节。下面讨论几种重要的反射。
(二)化学感受性呼吸反射
化学因素对呼吸运动的调节是一种反射性活动，称为化学感受性反射
(chemoreceptive reflex)。这里的化学因素是指动脉血液、组织液或脑脊液中的 O2、CO2和
H+。机体通过呼吸运动调节血液中 O2、CO2和 H+的水平，而血液中的 O2、CO2和 H+水
平的变化又通过化学感受性反射调节呼吸运动，从而维持机体内环境中这些化学因素的相对
稳定和机体代谢活动的正常进行。
1．化学感受器 化学感受器 (chemoreceptor)是指其适宜刺激是 O2、CO2和 H+等化
学物质的感受器考根据所在部位的不同，化学感受器分为外周化学感受器 (peripheral
chemoreceptor)和中枢化学感受器 (central chemoreceptor)。
(1)外周化学感受器：外周化学感受器位于颈动脉体和主动脉体，在呼吸运动和心血
管活动的调节中具有重要作用。外周化学感受器在动脉血 PO2降低、PCO2或 H+浓度升高
时受到刺激，冲动分别经窦神经 (舌咽神经的分支，分布于颈动脉体)和迷走神经 (分支分布
于主动脉体)传入延髓，反射性地引起呼吸加深加快和血液循环功能的变化 (后者见第四章)。
虽然颈动脉体和主动脉体二者都参与呼吸和循环的调节，但是颈动脉体主要参与呼吸调节，
而主动脉体在循环调节方面较为重要。由于颈动脉体的解剖位置有利于研究，所以对外周化
学感受器的研究主要集中在颈动脉体。
颈动脉体和主动脉体的血液供应非常丰富，其每分钟血流量约为其重量的 20倍，100g
该组织的血流量约每分钟 2 000ml (每 100g脑组织每分钟血流量约 54ml)。其动、静脉 PO2
差几乎为零，即在一般情况下，外周化学感受器始终处于动脉血液的环境之中。
记录游离的颈动脉体的传入神经单纤维动作电位，观察改变灌流液成分时动作电位频
率的变化，可了解颈动脉体所感受的刺激的性质和刺激与反应之间的关系。结果表明，当灌
流液中的 PO2下降，Pco,升高或 H+浓度升高时，传入神经纤维放电频率增加，反射性使呼
吸运动增强增快，肺通气量增加。
如果保持灌流液的 PO2在 10mmHg，仅减少灌流量，其传入冲动频率也增加。当血
流量下降时，颈动脉体从单位体积血液中摄取的 O2量相对增加，细胞外液的 PO2因供 O2
少于耗 O2而下降。然而，在贫血或 CO中毒时，血液氧含量虽然下降，但是其 PO2仍正常，
只要血流量充分，化学感受器传入神经放电频率并不增加。所以，当机体缺氧时，化学感受
器所感受的刺激是其所处环境中 PO2的下降，而不是动脉血氧含量的降低。
当血液中 PCO2升高和 H+浓度升高时，外周化学感受器还可因 H+进入其细胞内而受
到刺激，引起传入神经动作电位频率增高，进而兴奋呼吸运动。CO2容易扩散进入外周化
学感受器细胞，使细胞内 H+浓度升高；而血液中的 H+则不易进入细胞，因而，血液 H+浓
度升高时，感受器细胞内的 H+浓度变化较小。因此，相对而言，CO2对外周化学感受器的
刺激作用比 H+强。
在实验中还可观察到，上述三种因素对化学感受器的刺激作用有相互增强的现象，两
种因素同时作用比单一因素的作用强。这种协同作用的意义在于，当机体发生循环或呼吸衰
竭时，PCO2升高和 PO2降低常常同时存在，它们协同刺激外周化学感受器，共同促进代偿
性呼吸增强反应。
颈动脉体含 I型细胞 (球细胞)和Ⅱ型细胞 (鞘细胞)，它们周围包绕以毛细血管窦，
血液供应十分丰富。I型细胞呈球形，有大量囊泡，内含递质，如乙酰胆碱、儿茶酚胺、某
些神经肽等，这类细胞起感受器的作用。Ⅱ型细胞数量较少，没有囊泡，功能上类似神经胶
质细胞。窦神经的传入纤维末梢分支穿插于 I、Ⅱ型细胞之间，与 I型细胞形成特化的接触，
包括单向突触、交互突触、缝隙连接等 (图 5-19)，传入神经末梢可为突触前和 (或)突触后
成分。交互突触在 I型细胞与传入神经之间构成一种反馈环路，通过释放递质调节化学感受
器的敏感性。此外，颈动脉体还受传出神经支配，通过调节血流和化学感受器的敏感性来改
变化学感受器的活动。目前认为，I型细胞受到刺激时，细胞内 Ca2+浓度升高，由此而触发
递质释放，引起传入神经纤维兴奋。
(2)中枢化学感受器：摘除动物外周化学感受器或切断其传入神经后，吸入 CO2仍
能增加肺通气量；增加脑脊液 CO2和 H+浓度，也能刺激呼吸。起初认为这是 CO2直接刺
激呼吸中枢所致。后来大量动物实验研究表明，在延髓还存在一些不同于呼吸中枢但可影响
呼吸活动的化学感受区，这些区域被称为中枢化学感受器，以别于外周化学感受器。
中枢化学感受器位于延髓腹外侧部的浅表部位，左右对称，可分为头、中、尾三个区 (图
5-20A)。头端和尾端区都有化学感受性；中间区不具有化学感受性，可能是头端区和尾端区
传入冲动向脑干呼吸中枢投射的中继站。
中枢化学感受器的生理性刺激是脑脊液和局部细胞外液中的 H+，而不是 CO2。但血液
中的 CO2能迅速通过血-脑屏障，使化学感受器周围细胞外液中的 H+浓度升高，从而刺激
中枢化学感受器，再引起呼吸中枢兴奋 (图 5-20B)。由于脑脊液中碳酸酐酶含量很少，CO2
与水的水合反应很慢，所以对 CO2的反应有一定的时间延迟。血液中的 H+不易通过血-脑
屏障，故血液 pH的变动对中枢化学感受器的作用较小，也较缓慢。
当体内 CO2持续增多时，在最初数小时内，呼吸兴奋反应很明显，但是在随后 1~2
天内，呼吸兴奋反应逐渐减弱到原先的 1/5左右。这是因为：①肾对血液 pH具有调节作用；
②血液中的 HCO3-也可缓慢透过血-脑屏障和血-脑脊液屏障，降低 H+浓度，减弱 H+对呼吸
运动的刺激作用。由于这些调节机制的存在，血液中的 CO2对呼吸运动的急性驱动作用较
强，而慢性刺激作用则较弱。
中枢化学感受器与外周化学感受器不同，它不感受低氧的刺激，但对 H+的敏感性比
外周化学感受器高，反应潜伏期较长。中枢化学感受器的生理功能可能是调节脑脊液的 H+
浓度，使中枢神经系统有一稳定的 pH环境；而外周化学感受器的作用则主要是在机体低氧
时驱动呼吸运动。
2．CO2、H+和低氧对呼吸运动的调节
(1)CO2对呼吸运动的调节：CO2是调节呼吸运动最重要的生理性化学因素。很早就知道，
在麻醉动物或人，当动脉血液 PCO2降到很低水平时，可出现呼吸暂停。因此，一定水平的
PCO2对维持呼吸中枢的基本活动是必需的。
吸入气中 CO2增加时，肺泡气 PCO2随之升高，动脉血 PCO2也升高，因而呼吸加深、
加快，肺通气量增加 (图 5-21)。肺通气增加可使 CO2排出增加，使肺泡气和动脉血 PCO2
重新接近诈常水平．侣当吸入气 CO2含量超过一定水平时，肺通气量不能相应增加，使肺
泡气和动脉血 PCO2湿著升高，导致中枢神经系统包括呼吸中枢活动的抑制，引起呼吸困难、
头痛、头昏，甚至昏迷，出现 CO2麻醉。总之，CO2在呼吸调节中经常起作用，动脉血 PCO2
在一定范围内升高，可加强对呼吸的刺激作用，但超过一定限度则有抑制和麻醉效应。
CO2刺激呼吸运动是通过两条途径实现的：一是通过刺激中枢化学感受器再兴奋呼
吸中枢；二是刺激外周化学感受器，冲动经窦神经和迷走神经传入延髓，反射性地使呼吸加
深、加快，肺通气量增加。去除外周化学感受器的作用之后，CO2引起的通气反应仅下降
20％左右；动脉血 PCO2只需升高 2mmHg就可刺激中枢化学感受器，出现肺通气增强的反
应；而刺激外周化学感受器，动脉血 PCO2需升高 10mmHg。可见，中枢化学感受器在 CO2
引起的通气反应中起主要作用。不过，因为中枢化学感受器的反应较慢，所以当动脉血 PCO2
突然增高时，外周化学感受器在引起快速呼吸反应中可起重要作用。另外，当中枢化学感受
器受到抑制，对 CO2的敏感性降低或产生适应后，外周化学感受器的作用就显得很重要。
因某种原因使呼吸受到刺激时，例如，心力衰竭或脑干损伤引起呼吸中枢的反应增强，
可使肺通气量增加，呼出的 CO2增多，因此肺泡气 PCO2下降，血液 PCO2也下降，这种
低 PCO2的血液到达脑部，呼吸中枢因缺少足够的 CO2刺激而受到抑制，于是呼吸变慢、
变浅甚至停止；呼吸的抑制又使 CO2的排出减少，血液 PCO2升高，PCO2升高的血液到达
脑部后，又刺激呼吸中枢，引起呼吸运动变快、变深，再次使 PCO2下降，呼吸运动再次受
到抑制。如此周而复始，出现病理性的周期性呼吸，每个周期约 45s至 3min，这种形式的
呼吸称为陈-施呼吸 (Cheyne-Stokes breathing)。
(2)H+对呼吸运动的凋节：动脉血液 H+浓度升高时，呼吸运动加深、加快，肺通气
量增加；H+浓度降低时，呼吸运动受到抑制，肺通气量降低 (图 5-21)。
H+对呼吸的调节也是通过外周化学感受器和中枢化学感受器实现的。中枢化学感受
器对 H+的敏感性较外周化学感受器高，约为后者的 25倍。但是 H+通过血-脑屏障的速度较
慢，限制了它对中枢化学感受器的作用。因此，血液中的 H+主要通过刺激外周化学感受器
而起作用，而脑脊液中的 H+才是中枢化学感受器最有效的刺激物。
(3)低氧对呼吸运动的调节：吸入气 PO2降低时，肺泡气和动脉血 PO2都随之降低，
因而呼吸运动加深、加快，肺通气量增加 (图 5-21)。通常在动脉血 PCO2下降到 80mmHg
以下时，肺通气量才出现可觉察到的增加。可见，动脉血 PO2的改变对正常呼吸运动的调
节作用不大，仅在特殊情况下低氧刺激才有重要意义。在严重肺气肿、肺心病患者，由于肺
换气功能障碍，导致低氧和 CO2潴留，长时间的 CO2潴留能使中枢化学感受器对 CO2的
刺激作用发生适应，而外周化学感受器对低氧刺激的适应则很慢，在这种情况下，低氧对外
周化学感受器的刺激就成为驱动呼吸运动的主要刺激因素。因此，如果在因为慢性肺通气或
肺换气功能障碍而引起机体缺氧的情况下给病人吸入纯氧，则可能由于低氧的刺激作用被解
除，反而引起呼吸运动暂停，所以在临床应用氧疗时应给予高度注意。
低氧对呼吸运动的刺激作用完全是通过外周化学感受器实现的。切断动物外周化学感受
器的传入神经后，急性低氧对呼吸运动的刺激效应完全消失。低氧对中枢的直接作用是抑制
性的。低氧通过外周化学感受器对呼吸中枢的兴奋作用可对抗其直接抑制作用。但是，在严
重缺氧时，如果外周化学感受器的反射效应不足以克服低氧的直接抑制作用，将导致呼吸运
动的抑制。
3．CO2、H+和低氧在呼吸运动调节中的相互作用 图 5-21显示的是 CO2、H+和
O2三个因素中只改变一个因素而保持其他两个因素不变时的肺通气效应。由图中可见，三
者引起的肺通气反应的程度大致接近。然而，在自然呼吸情况下，不可能只有一个因素改变
而其他因素不变，一种因素的改变往往会引起另外一种或两种因素相继改变或几种因素的同
时改变。三者之间具有相互作用，对肺通气的影响既可因总和而增强，也可因相互抵消而减
弱。图 5-22所示为一种因素改变而对另外两种因素不加控制时的情况。可见，CO2对呼吸
的刺激作用最强，且比其单因素作用时 (图 5-21)更明显；H+的作用次之；低氧的作用最弱。
PCO2升高时，H+浓度也随之升高，两者的作用发生总和，使肺通气反应比单纯 PCO2升高
时更强。H+浓度增加时，因肺通气增加而使 CO2排出增加，导致 PCO2下降，H+浓度也有
所降低，因此可部分抵消 H+的刺激作用，使肺通气量的增加比单因素 H+浓度升高时小。
PCO2降低时，也因肺通气量增加，呼出较多的 CO2，使 PCO2和 H+浓度降低，从而减弱
低氧的刺激作用。
(二)肺牵张反射
1868年，Breuer和 Hering发现，在麻醉动物，肺扩张或向肺内充气可引起吸气活动的
抑制，而肺萎陷或从肺内抽气则可引起吸气活动的加强。切断迷走神经后，上述反应消失，
说明这是由迷走神经参与的反射性反应。这种由肺扩张或肺萎陷引起的吸气抑制或吸气兴奋
的反射称为肺牵张反射 (pulmonary stretch reflex)或黑-伯反射 (Hering-Breuer reflex)。肺牵张
反射包括肺扩张反射和肺萎陷反射两种成分。
1．肺扩张反射 肺扩张反射 (pulmonary inflation reflex)是肺扩张时抑制吸气活动的反射。
感受器位于从气管到细支气管的平滑肌中，是牵张感受器，其阈值低，适应慢。肺扩张时，
牵拉呼吸道，使呼吸道扩张，于是牵张感受器受到刺激，其传入纤维为有髓鞘纤维，传入冲
动沿迷走神经进入延髓，在延髓内通过一定的神经联系，促使吸气转为呼气。肺扩张反射的
生理意义在于加速吸气过程向呼气过程的转换，使呼吸频率增加。在动物实验中，切断两侧
颈迷走神经后，动物的吸气过程延长，吸气加深，呼吸变得深而慢。有人比较了 8种动物的
肺扩张反射，发现反射的敏感性有种属差异，兔的肺扩张反射最敏感，而人的敏感性最低。
在人类，大约在出生 4~5天后，该反射的敏感性显著减弱。在成年人，潮气量要超过 1500ml
时才能引起肺扩张反射。所以在平静呼吸时，肺扩张反射一般不参与呼吸运动的调节。在病
理情况下，肺顺应性降低，肺扩张时对气道的牵张刺激较强，可引起该反射，使呼吸变浅、
变快。
2．肺萎陷反射 肺萎陷反射 (pulmonary deflation reflex)是肺萎陷时增强吸气活动或
促进呼气转换为吸气的反射。感受器同样位于气道平滑肌内，但其性质尚不清楚。肺萎陷反
射一般在较大程度的肺萎陷时才出现，所以它在平静呼吸时并不参与调节，但在防止呼气过
深以及在肺不张等情况下可能起一定作用。
(三)呼吸肌本体感受性反射
肌梭和腱器官是骨骼肌的本体感受器。；肌梭受到牵张刺激时，可反射性引起其所在
的骨骼肌收缩，这种反射称为骨骼肌牵张反射 (muscle stretch reflex)，属于本体感受性反射
(proprioceptive reflex) (见第十章)。在麻醉的猫，切断双侧迷走神经并在第七颈段平面横断
脊髓，以排除相应传入冲动的影响后，牵拉膈肌可引起膈肌肌电活动增强；切断动物的胸段
脊神经背根后，呼吸运动减弱。在人类，呼吸肌本体感受性反射也参与正常呼吸运动的调节，
在呼吸肌负荷增加时能发挥较明显的作用。
(四)防御性呼吸反射
主要的防御性呼吸反射包括咳嗽反射和喷嚏反射。
1．咳嗽反射 咳嗽反射 (cough reflex)是常见的重要的防御性反射。咳嗽反射的感受
器位于喉、气管和支气管的黏膜。大支气管以上部位的感受器对机械刺激敏感，二级支气管
以下部位对化学刺激敏感。传入冲动经迷走神经传入延髓，触发咳嗽反射。
咳嗽时，先是一次短促的或较深的吸气，继而声门紧闭，呼气肌强烈收缩，肺内压和
胸膜腔内压急剧上升，然后声门突然开放，由于肺内压很高，气体便由肺内高速冲出，将呼
吸道内的异物或分泌物排出。剧烈咳嗽时，可因胸膜腔内压显著升高而阻碍静脉回流。使静
脉压和脑脊液压升高。
2．喷嚏反射 喷嚏反射 (sneeze reflex)是类似于咳嗽的反射，不同的是刺激作用于鼻
黏膜的感受器，传入神经是三叉神经，反射效应是腭垂下降，舌压向软腭，而不是声门关闭，
呼出气主要从鼻腔喷出，以清除鼻腔中的刺激物。
除受上述反射性调节外，呼吸运动还受其他多种感受器的传入性影响。例如，肺毛细
血管充血或肺泡壁间质积液时，肺毛细血管旁感受器 (juxtacapillary receptor，简称 J感受器)
受到刺激，冲动经迷走神经无髓鞘纤维传入延髓，引起反射性呼吸暂停，继以呼吸浅快、血
压降低、心率减慢；颈动脉窦、主动脉弓、心房、心室等处的压力感受器 (baroreceptor)受
到刺激时，可反射性抑制呼吸运动。但是，这些反射活动的调节作用较弱，生理意义有限。
(郑 煜)
第六章 消化和吸收
第一节 概 述
在人和高等动物，消化系统由消化道和消化腺组成，消化道包括口腔、咽、食管、胃、
小肠和大肠，主要的消化腺有唾液腺、肝、胰和散在分布于消化道壁内的腺体。消化系统的
主要生理功能是对食物进行消化和吸收，为机体的新陈代谢提供必不可少的营养物质和能量
以及水和电解质。此外，消化器官还有重要的内分泌功能和免疫功能。
食物中所含的营养物质，如糖类、蛋白质和脂肪，都以结构复杂的大分子形式存在，
不能被人体直接利用，须在消化道内经消化而分解成结构简单的小分子物质，如氨基酸、甘
油、脂肪酸和葡萄糖等，才能被机体吸收和利用。而维生素、无机盐和水则不需要分解就可
直接被吸收利用。消化 (digestion)是指食物中所含的营养物质 (糖、蛋白质和脂肪等)在消化
道内被分解为可吸收的小分子物质的过程。消化道对食物的消化有机械性消化 (mechanical
digestion)和化学性消化 (chemical digestion)两种方式。前者是指通过消化道肌肉的舒缩活
动，将食物磨碎，使之与消化液充分搅拌、混合，并将食物不断地向消化道远端推送的过程；
后者则为通过消化液中含有的各种消化酶的作用，将食物中的大分子物质 (主要是糖、蛋白
质和脂肪)分解为结构简单的、可被吸收的小分子物质的过程。正常情况下，两种方式的作
用是紧密配合、互相促进、同时进行的，共同完成对食物的消化过程。食物经消化后形成的
小分子物质，以及维生素、无机盐和水通过消化道黏膜上皮细胞进入血液和淋巴的过程，称
为吸收 (absorption)。未被吸收的食物残渣和消化道脱落的上皮细胞等在进入大肠后形成粪
便，经肛门排出体外。消化和吸收是两个相辅相成、紧密联系的过程。
消化道平滑肌的生理特性
在消化道中，除口腔、咽、食管上端的肌肉和肛门外括约肌是骨骼肌外，其余部分都
由平滑肌组成。在平滑肌细胞之间存在缝隙连接。平滑肌的舒缩活动与食物的机械性消化、
化学性消化以及吸收过程是密切相关的，细胞间的缝隙连接可使电信号在细胞间传递。消化
道平滑肌具有肌肉组织的共同特性，如兴奋性、传导性和收缩性，同时又具有其自身的特点。
(一)消化道平滑肌的一般生理特性
1．舒缩迟缓其收缩的潜伏期、收缩期和舒张期所占的时间均比骨骼肌长。消化道平
滑肌的一次舒缩过程可达 20s以上。
2．富有伸展性 消化道平滑肌具有较大的伸展性。胃的伸展性尤其明显，进食后，大
量食物暂时储存于胃内而不发生明显的压力改变，因而具有重要意义。
3．具有紧张性消化道平滑肌经常保持一种微弱的持续收缩状态，称为平滑肌的紧张
性。消化道各种不同形式的运动也都是在此紧张性的基础上进行的。
4．节律性收缩 消化道平滑肌在离体后置于适宜的环境中，仍能进行节律性舒缩，但
其节律缓慢且不规则，变异性较大，通常每分钟数次至十余次，远不如心肌那样规则。
5．对电刺激不敏感用单个电刺激常不能引起平滑肌收缩；但它对温度变化、化学和
牵张刺激的敏感性较高。例如，温度升高、微量的乙酰胆碱或牵拉均能引起其明显收缩；而
微量的肾上腺素则使其舒张。
(二)消化道平滑肌的电生理特性
消化道平滑肌与其他可兴奋组织一样，也有生物电活动。主要有三种电变化，即静息
电位、慢波和动作电位。
1．静息电位 在静息状态下，消化道平滑肌正常的静息电位为-50~-60mV，其特点是
电位较低，电位不稳定，波动较大。静息电位的产生机制主要是 K+由膜内向膜外扩散和生
电性钠泵的活动所形成的 (见第二章)。此外，少量的 Na+、Ca2+向膜内扩散和膜内 Cl-向膜
外扩散也起一定的作用。
2。慢波 消化道平滑肌在静息膜电位基础上，可自发地周期性地产生去极化和复极化，
形成缓慢的节律性电位波动，由于其频率较慢，因而称为慢波 (slow wave)。慢波可决定消
化道平滑肌的收缩节律，故又称基本电节律 (basic electrical rhythm，BER)。慢波的幅度为
5~15mV，持续时间为数秒至十几秒。慢波的频率变动在每分钟 3~12次，随所在消化道部
位的不同而异，人类胃平滑肌的慢波频率为每分钟 3次，十二指肠为每分钟 11~12次，回肠
末端为每分钟 8~9次。
目前认为，节律性慢波起源于广泛存在于胃体、胃窦及幽门部的环形肌和纵行肌交界
处间’质中的 Cajal细胞 (interstitial Cajal cell，ICC)。它能启动节律性电活动，因而被认为
是胃肠活动的起搏细胞。ICC既非神经细胞又非平滑肌细胞，是一种兼有成纤维细胞和平滑
肌细胞特性的间质细胞，它们与平滑肌细胞之间的距离很近，并在多处形成缝隙连接。因而
慢波可以电紧张的形式传至纵行肌和环行肌层。实验证明，慢波活动受自主神经的调节，交
感神经活动增强时，慢波的幅度减小；副交感神经活动增强时，其幅度则增加。但在去除平
滑肌的神经支配或用药物阻断神经冲动后，慢波依然存在，提示慢波的产生并不依赖于神经
的支配。实验还观察到，在纵行肌和环形肌交界处，慢波波幅最大，并从交界向两肌层传播；
若将附着于两肌层交界处的 ICC去除，慢波即消失；若电刺激带有 ICC的游离小肠肌条，
则可产生慢波。表明 ICC是慢波产生的必要条件，并在两肌层间起“桥梁”作用。
关于慢波产生的离子基础，目前尚不十分清楚。实验提示，它的产生可能与细胞膜上
生电性钠泵活动的周期性减弱或停止有关，当钠泵活动暂时受到抑制时，静息电位便发生去
极化；当钠泵活动恢复时，膜电位又回到原来水平。用哇巴因抑制钠泵活动后，消化道平滑
肌的慢波随即消失。
3．动作电位 在慢波的基础上，消化道平滑肌在受到各种理化因素的刺激后，慢波
可进一步去极化，当达到阈电位 (约-40mV)时，即可爆发动作电位；有时当慢波去极化达到
阈电位时，动作电位也可自发产生。与慢波相比，动作电位的时程很短，约 10~20ms，故又
称快波。动作电位常叠加在慢波的峰顶上，幅度为 60~70mV，可为单个，也可成簇出现 (1~10
次/秒)。动作电位的升支主要由慢钙通道开放，大量 Ca2+内流和少量 Na+内流而产生，而降
支则主要由 K+通道开放，K+外流所引起。
消化道平滑肌的慢波、动作电位和肌肉收缩三者之间是紧密联系的。在慢波去极化的
基础上产生动作电位，由动作电位再引起平滑肌收缩，动作电位频率较高时引起的平滑肌收
缩也较强 (图 6-1)。慢波虽然不能直接触发平滑肌的收缩，但它是决定肌肉收缩频率、传播
速度和方向的控制波。
二、消化腺的分泌功能
消化道黏膜内散在分布许多大小不等的腺体，在消化道的附近还有唾液腺、胰和肝，
它们向消化道内分泌多种消化液，包括唾液、胃液、胰液、胆汁、小肠液和大肠液等。成年
人每日由各种消化腺分泌的消化液总量达 6~8L，其主要成分是水、无机盐和多种有机物，
其中最重要的是多种消化酶 (表 6-1)，食物的化学性消化就由它们来完成。
消化腺的分泌过程是腺细胞主动活动过程，包括从血液中摄取原料，在细胞内合成并
经浓缩，以酶原颗粒和囊泡等形式储存起来，需要时由细胞排出等复杂的过程。
三、消化道的神经支配及其作用
支配消化道的神经有分布于消化道壁内的内在神经系统 (intrinsic nervous system)和
外来神经系统 (extrinsic nervous system)两大部分。两者相互协调，共同调节胃肠的功能。
(一)内在神经系统
消化道的内在神经系统又称为肠神经系统 (enteric nervous system)，是由分布于消化
道壁内无数不同类型的神经元和神经纤维所组成的神经网络。其神经元的总数约 108个，相
当于脊髓内神经元的总数。其中有感觉神经元和运动神经元，前者感受消化道内化学、机械
和温度等刺激；后者则支配消化道平滑肌、腺体和血管；此外，还有大量的中间神经元。各
种神经元之间通过短的神经纤维形成网络联系，组成一个结构与功能十分复杂、相对独立而
完整的网络整合系统，因而有“肠脑” (gut brain)之称。
内在神经系统包括两类神经丛，即位于纵行肌和环行肌之间的肌间神经丛 (myenteric
plexus)或称欧氏神经丛 (Auerbach plexus)和位于环行肌和黏膜层之间的黏膜下神经丛
(submucosal plexus)或称麦氏神经丛 (Meisser plexus) (图 6-2)。这些神经丛广泛分布于消化
道壁内，它们将消化道壁内的各种感受器、效应细胞、外来神经和壁内神经元紧密地联系在
一起。内在神经系统在调节胃肠运动和分泌以及胃肠血流中起重要作用。
(二)外来神经系统
消化道除口腔、咽、食管上端的肌肉及肛门外括约肌由躯体神经支配外，主要接受自
主神经 (包括交感和副交感神经)系统的支配。
1．交感神经交感神经从脊髓第 5胸段至第 2腰段侧角发出，其节前纤维在腹腔神经
节、肠系膜神经节或腹下神经节内更换神经元，而后发出节后纤维 (其末梢释放去甲肾上腺
素)主要终止于壁内神经丛内的胆碱能神经元，抑制其兴奋性；少数交感节后纤维直接支配
消化道平滑肌、血管平滑肌和消化道腺细胞。交感神经兴奋时，可引起消化道运动减弱，腺
体分泌抑制和血流量减少，而消化道括约肌却收缩，其机制尚不清楚。
2．副交感神经副交感神经包括迷走神经和盆神经，其节前纤维进入胃肠组织后。主
要与肌间神经丛和黏膜下神经丛的神经元形成突触，节后纤维支配腺细胞、上皮细胞、血管
和消化道平滑肌细胞。消化道内副交感节后纤维主要为胆碱能纤维，兴奋时释放乙酰胆碱，
通过激活M受体，可使消化道收缩，腺体分泌增多，而消化道括约肌却松弛。此外，尚有
少量肽能神经 (pepridergic nerve)纤维，末梢释放的递质有 P物质、血管活性肠肽、脑啡肽
和生长抑素等。
在交感和副交感神经中，除上述传出纤维外，还存在大量传入纤维。在支配消化道的近
三万根交感神经纤维中，约 50％是传入纤维；在迷走神经中至少 80％是传入性的。消化道
各种感受器的传入纤维可将各种信息传到壁内神经丛，除引起肠壁局部反射外，还可通过交
感和副交感神经的传入纤维传向中枢，以调节消化系统的活动 (图 6-3)。如迷走-迷走反射
(vagovagal reflex)，就是一种传入和传出信息分别经迷走神经中传入和传出纤维而完成的胃
肠反射活动。
四、消化道的内分泌功能
目前已知，从胃到大肠的黏膜层内存在多种内分泌细胞；消化道内所含的内分泌细胞
数远大于体内所有内分泌腺所含的细胞总数。所以，消化道不仅是个消化器官，也是目前所
知的体内最大的内分泌器官。由消化道内分泌细胞合成和释放的激素，统称为胃肠激素
(gastrointestinal hormone，或 gut hormone)。这类激素在化学结构上都属于肽类物质，故又称
胃肠肽 (gastrointestinal peptide) (表 6-2)。迄今已被鉴定的胃肠肽约 30余种，其中最主要
的有胃泌素、缩胆囊素、促胰液素、抑胃肽 (gastric inhibitory peptide，GIP)和胃动素 (motilin)
等．
(一)消化道的内分泌细胞
消化道的内分泌细胞可分为开放型细胞和闭合型细胞两类。开放型细胞的顶端有微绒
毛突入消化道腔内，能感受腔内的食物成分和 pH等化学刺激；此类细胞占消化道内分泌细
胞的大多数，如分泌胃泌素的胃窦部 G细胞。闭合型细胞的顶端不暴露于消化道腔内，而
是被相邻的非内分泌细胞所覆盖。这类细胞能感受机械性刺激、温度变化和组织液、血液等
局部环境的变化，如胃泌酸腺区分泌生长抑素的 D细胞。
(二)APUD细胞的概念
消化道的内分泌细胞都具有摄取胺前体、进行脱羧而产生肽类或活性胺的能力，这类
细胞统称为 APUD细胞 (amine precursor uptake and decarboxylation cell)。目前已知，具有这
种能力的细胞种类颇多，除消化道和胰腺的内分泌细胞外，神经系统、甲状腺、肾上腺髓质、
腺垂体等组织中也含 APUD细胞。这类细胞来源于胚胎外胚层的神经内分泌程序细胞。多
数胃肠肽也存在于中枢神经系统中，例如，胃泌素、缩胆囊素、胃动素、生长抑素、血管活
性肠肽、脑啡肽和 P物质等，这种双重分布的肽总称为脑-肠肽 (brain-gut peptides)。
《三)胃肠激素的分泌方式
胃肠激素分泌后作用于其靶细胞的方式有多种。多数胃肠激素 (如胃泌素、促胰液素、
缩胆囊素、抑胃肽等)经血液循环途径而起作用，即远距分泌或经典的内分泌方式；有些胃
肠激素则通过旁分泌 (如生长抑素)、神经分泌 (如血管活性肠肽、蛙皮素、P物质等)而产
生效应。此外，有些胃肠激素 (如胃泌素、胰多肽)可直接分泌入胃肠腔内而发挥作用，这
种方式称为腔分泌 (exocrine)；还有些胃肠激素分泌到细胞外，扩散到细胞间隙，再反过来
作用于分泌该激素的细胞自身，这种方式称为自分泌 (autocrine) (图 6-4)。
(四)胃肠激素的生理作用
胃肠激素的主要作用是调节消化器官的功能，但对体内其他器官的活动也可产生广泛
的影响。
1．调节消化腺的分泌和消化道的运动 胃肠激素的靶器官包括食管和胃的括约肌、
消化道平滑肌、消化腺、胆囊、肝细胞等 (表 6-3)。不同的胃肠激素对不同的器官、组织可
产生不同的调节作用；一个激素可调节多个消化器官的功能；而一个消化器官的功能往往接
受多种激素的调节。如胃泌素既能刺激胃酸、胰酶、胆汁、小肠液等的分泌，又能促进食管
和胃的括约肌以及消化道平滑肌的收缩；而胃酸的分泌既可为胃泌素、缩胆囊素所促进，又
可被促胰液素、抑胃肽所抑制。
2．营养作用 一些胃肠激素具有促进消化道组织代谢和生长的作用，称为营养性作用
(trophic action)。例如，胃泌素能刺激胃泌酸腺区黏膜和十二指肠黏膜的 DNA、RNA和蛋白
质合成，从而促进其生长；给动物长期注射五肽胃泌素，可引起胃的壁细胞增生；在临床上
也观察到，切除胃窦的病人，血清胃泌索水平下降，同时可发生胃黏膜萎缩；在患有胃泌素
瘤的病人，血清胃泌素水平很高，且多伴有胃黏膜的增生、肥厚。
3．调节其他激素的释放 胃肠激素还能调节其他激素的释放。例如，在消化期，从
消化道释放的抑胃肽对胰岛素的分泌具有很强的刺激作用；口服葡萄糖要比静脉注射同样剂
量的葡萄糖引起更多的胰岛素分泌；胃窦部由 D细胞释放的生长抑素可抑制 G细胞释放的
胃泌素，结果使胃液分泌减少；此外，胰多肽和血管活性肠肽对生长激素、胰岛素、胰高血
糖素和胃泌素等多种激素的释放均有调节作用。
五、消化道血液循环的特点
(一)消化道血供的特点
消化道是机体最大的储血器官。在静息状态下，消化系统 (包括胃、肠、肝、胰、脾)
的血流量约占心输出量的 1/3。在进餐后，小肠绒毛及其邻近的黏膜下层的血流量可增加至
平时的 8倍以上，胃肠壁肌层的血流量也随之增加，直至 2~4h后才降至进餐前的水平。可
见，消化道的血流量与局部组织的活动水平密切相关。
(二)影响消化道血流量的因素
消化期内消化道血流量增多的原因是多方面的。由于消化系统活动增强，可使消化道
组织的代谢率增加，导致局部代谢产物 (如腺苷)生成增加，因而血管舒张；由于食物的刺
激。消化道可释放多种胃肠激素，如缩胆囊素 (CCK)、血管活性肠肽 (VIP)、胃泌素和促胰
液素等，消化道某些腺体还能释放血管舒张素和缓激肽等，这些物质均具有舒血管作用。此
外，消化道血流量也受神经调节。副交感神经兴奋时，局部血流量增加；交感神经兴奋时，
则消化道血管收缩，血流量减少，但数分钟后，血流量即可恢复，基本维持胃肠的血供需要。
这是由于血管收缩造成组织缺血、缺 O2，使局部代谢产物增加所致。
第二节 口腔内消化
消化过程从口腔开始。食物在口腔内停留的时间为 15~20s，在这里，食物被咀嚼、
磨碎并与唾液混合，形成食团，而后被吞咽。口腔中的唾液具有较弱的化学性消化作用。
一、唾液及其分泌
人的口腔内有 3对主要的唾液腺：腮腺、颌下腺和舌下腺。此外，还有众多散在的小唾
液腺。唾液就是由这些大小腺体所分泌的混合液。
(一)唾液的性质和成分
唾液 (saliva)是无色、无味、近于中性 (pH6.6~7.1)的低渗液体，比重为 1.002~1.012。
正常成年人每日分泌量为 1.0~1.5L，最高分泌量达 4ml/min。唾液几乎全被吞下，其中的水
分和离子在消化道中被重吸收回血液循环。
唾液中，水分约占 99％；有机物主要是黏蛋白、黏多糖、唾液淀粉酶 (salivary amylase)、
溶菌酶、免疫球蛋白 (IgA、IgG、IgM)、血型物质 (a、B、H)、尿素、尿酸和游离氨基酸等；
无机物有 Na+、K+、Ca2+、Cl-、HCO3-以及一些气体分子等。
(二)唾液的作用
唾液具有如下作用：①湿润口腔，利于吞咽和说话；②溶解食物，利于产生味觉；③
清洁和保护口腔，冲洗和清除食物残渣，减少细菌繁殖；溶菌酶和免疫球蛋白具有杀灭细菌
和病毒作用；④消化作用，唾液淀粉酶可把食物中的淀粉分解为麦芽糖，由于食物在口腔中
停留时间较短，食团在入胃后，食团内部的唾液淀粉酶的活性仍可维持一段时间，继续发挥
作用；⑤排泄功能，进入体内的某些异物可随唾液排出，如铅等。此外，某些药物等也随唾
液的分泌进行排泄。
{三)唾液分泌的调节
在安静情况下，唾液腺不断分泌少量唾液，分泌量约 0.5ml/min，以润湿口腔，称为
基础分泌 (basic secretion)。进食时唾液的分泌完全是神经反射性调节，包括非条件反射和
条件反射。进食时，食物对口腔黏膜机械性、化学性和温热性刺激所引起的唾液分泌，称为
非条件反射性分泌。其反射调节过程是：食物的上述刺激引起口腔黏膜和舌的感受器发生兴
奋，冲动沿第 V、Ⅶ、Ⅸ、X对脑神经传入，到达延髓的上涎核和下涎核初级中枢，以及下
丘脑和大脑皮层的嗅觉、味觉感受区，然后通过第Ⅶ、Ⅸ对脑神经中的副交感纤维和交感传
出纤维到达唾液腺 (以副交感神经为主)。副交感神经兴奋时，其末梢可释放 ACh，作用于
腺细胞膜上的M受体，引起胞内 IP，释放，触发胞内钙库释放 Ca2+，使腺细胞分泌活动加
强，唾液腺血管舒张，增加腺体的血流量，结果使唾液分泌增加。副交感神经兴奋引起的唾
液分泌增加主要是量多而固体成分少，即稀薄的唾液。M受体拮抗剂阿托品可阻断上述作
用而抑制唾液的分泌。交感节后纤维释放的去甲肾上腺素可作用于唾液腺细胞膜上的 p受
体，引起胞内 cAMP增高，使唾液腺分泌黏稠的唾液。在进食活动中，食物的形状、颜色、
气味以及进食的环境乃至语言文字描述引起的唾液分泌，称为条件反射性唾液分泌，是在大
脑皮层的参与下实现的。历史故事“望梅止渴”就是条件反射性唾液分泌的一个典型例子；
此外，在睡眠、疲劳、失水、恐惧等情况下，可通过抑制延髓唾液分泌中枢的活动使唾液分
泌减少。
二、咀嚼和吞咽
(一)咀嚼
咀嚼 (mastication)是由咀嚼肌群的顺序收缩所完成的复杂的节律性动作。咀嚼的作．
用是：①将食物切碎、研磨、搅拌，使食物与唾液混合而成食团，便于吞咽；②使食物与唾
液淀粉酶充分接触而引起化学性消化；③咀嚼动作能反射性地引起胃肠、胰、肝和胆囊等消
化器官的活动，为食物的进一步消化做好准备。
(二)吞咽
吞咽 (deglutition，或 swallowing)是指口腔良的食团经咽和食管送人胃内的过程，它是
口腔和咽、喉各部分以及食管密切配合的有顺序的复杂动作。根据食团在吞咽时所经过的部
位不同，可将吞咽动作分为以下 3期。
第 1期称为口腔期，指食团由口腔进入咽，是随意动作。主要依靠舌的运动把食团由
舌背推向咽部。这些动作是在大脑皮层的控制下进行的。
第 2期称为咽期，指食团由咽进入食管上端，是由食团对软腭和咽部触觉感受器的刺
激所引起的一系列反射动作。
第 3期称为食管期，指食团从食管上端经贲门人胃。当食团通过食管上端括约肌后，
该括约肌反射性收缩，食管随即产生由上而下的蠕动，将食团推送入胃。蠕动 (peristalsis)
是消化道平滑肌的一种基本运动形式，是一种由神经介导的，可使消化道内容物向前推进的
反射活动。蠕动反射通常包含两个部分：一是食团上端食管的兴奋性反应，表现为环行肌收
缩和纵行肌舒张；二是食团下端食管的抑制性反应，表现为纵行肌收缩和环行肌的舒张。这
样，在食团上端食管出现一收缩波，在食团下端食管出现一舒张波，食团因此而被推送前进。
吞咽过程所需时间很短，在直立位咽水时只需 1s，一般不超过 15s。昏迷或脑神经功
能障碍 (如偏瘫)的病人，其吞咽功能障碍，进食时食物 (尤其是流质)易误入气管。
在正常情况下，胃内的食糜或其他内容物不会向食管逆流。形态学观察表明，在食管
下端和胃连接处并不存在明显的括约肌，但在这一区域有一宽约 1~3cm的高压区，其内压
比胃内压高 5~10mmHg，成为阻止胃内容物逆流人食管的一道屏障，起到生理性括约肌的
作用，故称为食管下括约肌 (lower esophageal sphincter，LES)。LES受迷走神经抑制性和兴
奋性纤维的双重支配。当食管壁感受器受到食团刺激时，迷走神经中的抑制性纤维兴奋，末
梢释放 VIP或 NO，使 LES舒张，以便食团通过；随后其兴奋性纤维兴奋，末梢释放 ACh，
使该括约肌收缩，防止胃内容物的逆流。此外，LES也受体液因素的调节，食物人胃后可引
起的胃泌素和胃动素等的释放，使 LES收缩；而促胰液素、CCK、PGA2等可使 LES舒张。
LES若不能弛缓，将导致食管推送食团入胃受阻，引起吞咽困难，临床上称为贲门失弛缓症；
反之，LES张力减弱，可造成酸性胃液逆流入食管，损伤食管黏膜。
第三节 胃内消化
胃是消化道中最膨大的部分，具有暂时储存食物和消化食物的功能。成年人胃的容量为
1~2L。胃的消化功能包括胃液的化学性消化和胃运动的机械性作用，使进入胃内的半固体
食团被胃液水解和胃运动所研磨，形成食糜 (chyme)，此后，逐次少量地通过幽门被排人十
二指肠。
一、胃液及其分泌
(一)胃的分泌细胞
胃黏膜内含有三种管状外分泌腺和多种内分泌细胞。所以，胃黏膜与胃的化学性消化
功能的关系最为密切。
1．外分泌细胞 胃黏膜的外分泌细胞构成外分泌腺。胃的外分泌腺主要有三种：④贲
门腺：分布于胃与食管连接处的环状区内，主要由黏液细胞组成，分泌稀薄的碱性黏液；②
泌酸腺：分布于胃底和胃体部，其数量最多，由壁细胞、主细胞和黏液颈细胞组成，壁细胞
分泌盐酸和内因子，主细胞分泌胃蛋白酶原，黏液颈细胞则分泌黏液；⑧幽门腺：分布于幽
门部，分泌碱性黏液。除上述三种胃腺外，还有分布于胃的所有区域的上皮细胞，它们分泌
黏稠的黏液，是构成胃表面黏液层的主要成分。
2．内分泌细胞 胃黏膜内含有多种内分泌细胞，主要有：①G细胞：分布于胃窦部，
分泌胃泌素和 ACTH样物质；②D细胞：分布于胃底、胃体和胃窦部，分泌生长抑素，生
长抑素对胃泌素和胃酸的分泌起调节作用；⑨肠嗜铬样细胞 (enterochromaffin-like cell，
ECL)：分布于胃泌酸区黏膜内，能合成和释放组胺 (histamine)。
(二)胃液的性质、成分和作用
纯净的胃液是无色的酸性液体，pH为 0.9~1.5。正常成年人每日分泌量为 1.5~2.5L。
胃液中除含大量水外，主要成分包括盐酸、HCO3-、Na+、K+等无机物和消化酶、黏蛋白、
内因子等有机物。
1。盐酸 盐酸 (hydrochloric acid，HCl)也称胃酸 (gastric acid)，由泌酸腺中的壁细
胞 (parietal cell)所分泌。盐酸在胃液中有两种形式，一种呈游离状态，称为游离酸；另一种
与蛋白质结合成盐酸蛋白盐，称为结合酸。两者在胃液中的总浓度称为胃液的总酸度。在纯
净的胃液中，盐酸的含量通常以单位时间内分泌的毫摩尔数表示，称为胃酸排出量 (gastric
acid output)。正常人空腹时，盐酸排出量约 0~5mmol/h，称为基础酸排出量。在食物或某些
药物 (如胃泌素或组胺)的刺激下，盐酸排出量明显增加，其最大排出量可达 20~25mmol/h。
盐酸的最大排出量主要决定于胃黏膜壁细胞的数目及其功能状态，男性的酸分泌率大于女
性，50岁以后分泌速率有所降低。
(1)盐酸的分泌及分泌机制：据测定，胃液中 H+最大浓度为 150mmol/L，比血浆中
的 H+浓度约高 300万倍；胃液中 Cl-浓度为 170mmol/L，而血浆的 Cl-浓度为 108mmol/L，
前者为后者的 1.7倍左右，表明胃液中的 H+和 Cl-不可能是由血浆扩散而来的，而是由壁细
胞逆着巨大的浓度梯度主动分泌的，因此需要消耗能量。现已证明，H+的主动分泌与壁细
胞顶膜上的质子泵 (proton pump)的作用有关。
质子泵位于壁细胞顶端膜内陷形成的分泌小管 (secretory canaliculus)膜上，具有转运
H。和催化 A’TP水解的功能。质子泵每水解 1分子 ATP，可驱使一个 H+分泌进入分泌小
管腔内，同时从分泌小管腔内换回一个 K+。所以镶嵌于壁细胞膜内的质子泵是一种 H+，
K+-ATP酶 (见第二章)。
壁细胞泌酸的离子转运过程 (图 6-5)可归纳如下:①壁细晌分泌的 H+是由胞质中的
H2O解离生成的。H+在顶端膜上的质子泵的作用下，主动分泌到分泌小管腔内，并从分泌
小管腔内换回一个 K+。与此同时，顶端膜上存在的 K+通道和 Cl-通道也同时开放，故进入
壁细胞内的 K+又经 K+通道再次进入分泌小管腔，细胞内的 Cl-也由 Cl-通道分泌至分泌小
管腔内，然后与 H+形成 HCl，当需要时，HCl则由壁细胞分泌入胃腔；②在壁细胞内，H+
被质子泵泵出后，留在胞质中的 OH-则和 CO2在碳酸酐酶 (carbonic anhydrase，CA)的催化
下形成 HCO3-。胞质内的 HCO3-通过壁细胞的基底侧膜上的 Cl--HCO3-逆向转运体，与来
自血浆中的 Cl-进行交换，被转运至细胞外进入血液，与 Na+形成 NaHCO3，而 Cl-则被转
运入壁细胞，再经顶端膜上的 Cl-通道进入分泌小管腔，不断地与 H+形成 HCl；③壁细胞基
底侧膜上存在的 Na+，K+-ATP酶可将细胞内的 Na+泵出细胞，最终转运回血液，同时将
K+泵人壁细胞内，以补充转运到分泌小管腔内的部分 K+。
在消化期，因为胃酸的大量分泌，同时有大量的 HCO3-进入血液，从而形成所谓餐
后碱潮 (postprandial alkaline tide)。壁细胞分泌小管上的质子泵可被其选择性抑制剂奥美拉
唑 (omeprazole)所阻断，目前该药已在临床上被用来有效抑制胃酸分泌。
(2)盐酸的生理作用：主要有以下几个方面。①可将无活性的胃蛋白酶原激活为有活
性的胃蛋白酶，并为其发挥分解蛋白质的作用提供合适的酸性环境；②可促使食物中的蛋白
质变性，使之易于被消化；③可杀灭随食物进入胃内的细菌；④可与 Ca2+和 Fe2+结合，形
成可溶性盐，从而促进它们在小肠内的吸收；⑤进入十二指肠后，可促进促胰液素、缩胆囊
素的释放，进而促进胰液、胆汁和小肠液的分泌。
胃酸分泌过多，对胃、十二指肠黏膜有侵蚀作用，使黏膜层受损，可能是诱发胃和十
二指肠溃疡的原因之一；若盐酸分泌过少，则可产生腹胀、腹泻等消化不良的症状。
2．胃蛋白酶原 胃蛋白酶原 (pepsinogen)主要是由泌酸腺的主细胞合成和分泌的，
黏液颈细胞、贲门腺和幽门腺的黏液细胞及十二指肠近端的腺体也能分泌胃蛋白酶原。胃蛋
白酶原以无活性的酶原形式储存在细胞内。迷走神经兴奋、进餐以及其他刺激可引起其释放
增多。胃蛋白酶原进入胃腔后，在盐酸的作用下或在酸性环境中，分离出 1个小分子多肽，
从而形成有活性的胃蛋白酶 (pepsin)。已被激活的胃蛋白酶对胃蛋白酶原也有激活作用，即
自我激活。胃蛋白酶为内切酶，只在较强的酸性环境中才能发挥作用，其最适 pH为 2.0~3.5，
当 pH>5.0时便失活。
胃蛋白酶的功能是水解蛋白质，生成脲和胨及少量多肽和氨基酸。当由于胃酸分泌不
足而导致消化不良时，可服用稀盐酸和胃蛋白酶。
3．黏液和碳酸氢盐 胃的黏液 (mucus)是由胃黏膜表面的上皮细胞、黏液颈细胞、
贲门腺和幽门腺共同分泌的。其主要成分是糖蛋白，具有较高的黏滞性和形成凝胶的特性。
它在正常人的胃黏膜表面形成厚约 0.5mm的黏液凝胶保护层，约为胃黏膜上皮细胞厚度的
10~20倍。胃黏液的作用有：①具有润滑作用，有利于食糜在胃内的往返运动；②保护胃黏
膜免受坚硬食物的机械性损伤；③黏液呈中性或弱碱性，可降低胃液的酸度，减弱胃蛋白酶
的活性；④由于黏液具有较高的黏滞性，在胃黏膜表面形成的黏液层能减慢胃腔中的 H+向
胃壁扩散速度。
胃内 HCO3-主要由胃黏膜非泌酸细胞所分泌，仅有少量的 HCO3-是从组织间液渗入胃内的。
基础状态下，其分泌速率仅为 H+分泌速率的 5％，进食时，分泌速率增加。研究表明，单
独的黏液或碳酸氢盐的分泌都不能有效地保护胃黏膜免受胃腔内盐酸和胃蛋白酶的损伤，而
由黏液和碳酸氢盐共同构成的一个厚约 0.5~1.0mm的抗胃黏膜损伤的屏障，称为黏液-碳酸
氢盐屏障 (mucus bicar-bonate barrier) (图 6-6)。当 H+从黏膜表面向深层扩散时，与胃黏膜
上皮细胞分泌的 HCO3-相遇而发生中和，形成 H2CO3。此时在胃黏膜层中出现一个 pH梯
度，即靠近胃腔面一侧的黏液层呈酸性，pH约为 2.0；靠近上皮细胞一侧的黏液层则呈中性
或偏碱性，pH约为 7.0。因此，这个黏液一碳酸氢盐屏障在一定程度上能有效保护胃黏膜免
受 H+的直接侵蚀，同时也使胃蛋白酶原在上皮细胞侧不能被激活，因而可防止胃蛋白酶对
胃黏膜的消化作用。
除黏液一碳酸氢盐屏障外，胃上皮细胞的顶端膜和相邻细胞之间存在的紧密连接对胃
黏膜的保护也起重要作用，它们对 H+相对不通透，可防止胃腔内的 H+向黏膜内扩散。因
此，胃上皮细胞的顶端膜和相邻细胞之间存在的紧密连接构成了胃黏膜屏障 (gastric
mucosal barrier)。同时，胃黏膜还能合成和释放某些前列腺素 (PGE2、PGI2)，后者能抑制
胃酸和胃蛋白酶原的分泌，刺激黏液和碳酸氢盐的分泌，使胃黏膜的微血管扩张，增加黏膜
的血流量，有助于胃黏膜的修复和维持其完整性。
许多因素如酒精、胆盐、阿司匹林类药物、肾上腺素以及幽门螺杆菌感染等，均可破
坏或削弱胃黏膜的屏障作用，严重时可造成胃黏膜的损伤，引起胃炎或溃疡。
4．内因子 内因子 (intrinsic factor)是壁细胞分泌的一种糖蛋白。它有两个活性部位，
一个部位与进入胃内的维生素 B12结合，形成内因子-维生素 B12复合物，保护维生素 B12
不被小肠内水解酶破坏；另一部位与远侧回肠黏膜上的受体结合，促进维生素 B12的吸收。
当缺乏内因子时，可造成维生素 B12缺乏症，影响红细胞生成，出现恶性贫血 (见第三章)。
(三)胃液分泌的调节 在消化间期 (空腹时)胃液分泌很少，称为消化间期胃液分泌；进
食后，在神经和体液因素的调节下，胃液大量分泌，属消化期胃液分泌。进食是胃液分泌的
自然刺激。
1．促进胃酸分泌的内源性物质
(1)乙酰胆碱：支配胃的大部分迷走神经节后纤维末梢释放乙酰胆碱 (ACh)，ACh作用于壁
细胞上的M受体 (M3型受体)，引起胃酸分泌，该作用可被M受体拮抗剂阿托品阻断。此
外，胆碱能纤维还通过 ACh直接兴奋胃泌酸区黏膜内的肠嗜铬样 (ECL)细．胞，引起后者
分泌组胺，组胺与壁细胞上的 H2受体结合后，可促进胃酸分泌。
(2)胃泌素：胃泌素 (gastrin)是由胃窦部和上段小肠黏膜 G细胞分泌的一种肽类激素。胃
泌素的作用较广泛，主要有：①刺激胃酸和胃蛋白酶原的分泌；②刺激，ECL细胞分泌组
胺，间接促进壁细胞分泌胃酸；③促进消化道黏膜的生长和刺激胃、肠、胰的蛋白质合成，
即营养作用；④加强胃肠运动和胆囊收缩，促进胰液、胆汁的分泌。
体内存在的胃泌素有多种分子形式，主要有大胃泌素 (G-34)和小胃泌素 (G-17)两种。胃窦
部黏膜内主要是 G-17，而十二指肠黏膜内 G-17和 G-34各占一半。G-17刺激胃分泌作用比
G-34强 5~6倍，且清除速度快。目前，人工合成的四肽 (G-4)或五肽 (G-5)胃泌素具有天然
胃泌素的全部活性，已广泛应用于临床与实验研究。
(3)组胺：组胺 (histamine)是由胃泌酸区黏膜的 ECL细胞分泌的，通过旁分泌方式作用于
邻近壁细胞上的 H2受体，具有很强的刺激胃酸分泌的作用。
实验观察到，ECL细胞膜上也分别含有胆碱能受体和胃泌素受体，Ach和胃泌索可通过各自
的受体刺激 ECL细胞释放组胺，组胺再作用于壁细胞上的 H2受体，促进壁细胞分泌盐酸，
同时组胺还可提高壁细胞对 ACh或胃泌素的敏感性。可见，上述三种内源性物质一方面可
各自直接刺激壁细胞分泌胃酸，另一方面又相互影响 (图 6-7)。临床上使用组胺受体阻断剂
甲氰咪呱 (cimetidine)治疗消化性溃疡时，不仅可阻断壁细胞对组胺的反应，而且还能降低
壁细胞对胃泌素和．ACh的敏感性。
目前已知，ACh、胃泌素和组胺与壁细胞膜上的各自受体结合后，通过不同的信号转导途径，
刺激壁细胞分泌盐酸。组胺对胃酸分泌的刺激作用由 cAMP介导；而 ACh和胃泌素则激活
磷脂酶 C (PLC)，生成第二信使 IP3，使细胞内的 Ca2+库释放 Ca2+。无论是 cAMP水平升
高还是细胞内高 Ca2+，均通过激活蛋白激酶，使更多的 Cl-通道和质子泵表达于壁细胞的分
泌小管膜上，从而增加 HCl的分泌。临床上除用 H2受体阻断剂抑制胃酸分泌外，还采用质
子泵抑制剂如奥美拉唑等进行治疗，其抑酸作用更加强大而持久。
此外，刺激胃酸分泌的其他因素还有 Ca2+、低血糖、咖啡因和酒精等。
引起壁细胞分泌胃酸的大多数刺激物均能促进主细胞分泌胃蛋白酶原及黏液细胞分泌黏液。
ACh是主细胞分泌胃蛋白酶原的强刺激物；胃泌素也可直接作用于主细胞；H+可通过壁内
神经丛反射性地刺激胃蛋白酶原的释放；十二指肠黏膜分泌的促胰液素和缩胆囊素也能刺激
胃蛋白酶原的分泌。
2．抑制胃酸分泌的内源性物质 生长抑素 (somatostatin，SS)是由胃体、，胃窦和小肠黏
膜内 D细胞分泌的一种 14肽激素，它对胃酸分泌具有很强的抑制作用。共机制有以下几个
方面：①抑制胃窦 G细胞释放胃泌素；②抑制 ECL细胞释放组胺；③直接抑制壁细胞的分
泌。生长抑素是通过旁分泌或血液循环的方式发挥作用的。实验表明，生长抑素对胃泌素、
组胺等引起的胃酸分泌具有紧张性的抑制作用；进食后，特别是进食蛋白和脂肪类食物后
SS分泌增加。此外，由小肠上部的 S细胞释放的促胰液素以及前列腺素、表皮生长因子都
能抑制胃泌素和胃酸分泌。
3．消化期胃液分泌的调节 进食后，胃液的分泌开始增多。其分泌的调节可按刺激部位的
不同，将胃液分泌人为地分成头期、胃期和肠期三个时期，实际上这三个时期几乎是同时开
始，互相重叠的，它们都受神经和体液因素的双重调节，但头期主要接受神经调节。而肠期
则以体液调节为主。
(1)头期胃液分泌：头期 (cephalic phase)胃液分泌由进食动作而引起，因感受器均位于头部
而得名。头期胃液分泌机制曾用假饲的方法而得到证实。事先对狗进行手术，形成食管瘘和
胃瘘，食物经口进入食管后，随即从食管瘘开口处流出，未能进入胃内，故称为假饲 (sham
feeding)。食物虽未人胃，却能引起胃液大量分泌。头期胃液分泌包括条件反射和非条件反
射性分泌。前者是由食物的形象、颜色、气味、声音等刺激眼、鼻、耳等感觉器官而引起的；
后者则是在食物入口后，刺激口腔和咽等处的化学和机械感受器而引起的。传入冲动经与刺
激唾液分泌相同的传入途径到达中枢的延髓、下丘脑、边缘叶以至大脑皮层等脑区，反射的
共同传出途径是迷走神经。传出冲动到达胃腺细胞，引起胃液分泌。当切断支配胃的迷走神
经后，可完全消除头期的胃液分泌。
支配胃黏膜壁细胞的迷走神经节后纤维末梢释放 Ach，阿托品可阻断迷走神经支配的壁细胞
分泌，但不能阻断迷走神经引起的胃泌素分泌。目前认为，支配 G细胞引起胃泌素释放的
迷走神经节后纤维释放的是蛙皮素 (bombesin)，也称胃泌素释放肽 (gastrin-releasing
peptide，GRP)。可见，迷走神经兴奋刺激头期胃液分泌存在两种机制，即直接的胆碱能机
制和由胃泌素中介的神经一体液调节机制 (图 6-8)。在人类的头期胃液分泌中，迷走神经直
接的胆碱能机制更为重要。
头期胃液分泌的潜伏期为 5~10min，分泌持续时间可长达 2~4h；其特点是胃液分泌量多，
占整个消化期胃液分泌量的 30％，酸度和胃蛋白酶原含量都很高，因而消化力强。
(2)胃期胃液分泌：胃期 (gastric phase)胃液分泌是指食物人胃后继续引起的胃液分泌。引起
胃期胃液分泌的机制有：①食物的机械性扩张可刺激胃底、胃体部感受器，产生的兴奋性冲
动通过迷走一迷走神经长反射和壁内神经丛的短反射，直接或通过胃泌素中介引起胃腺分
泌；②食物的机械性扩张可刺激幽门部感受器，通过壁内神经丛作用于 G细胞，促进胃泌
素释放，进而引起胃液分泌；③食物的化学成分，主要是蛋白质消化产物，可直接作用于 G
细胞，促进胃泌素释放而引起胃液分泌 (图 6-8)。
胃期胃液分泌的持续时间长，可达 3~4h，其特点是胃液分泌量大，占整个消化期分泌量的
60％，胃液的酸度也很高，但胃蛋白酶原的含量比头期少，故消化力比头期弱。
(3)肠期胃液分泌：肠期 (intestinal phase)胃液分泌是指食物进入小肠上段 (主要是十二指肠)
后继续引起的胃液分泌 (图 6-8)。食物进入小肠后，可通过其机械扩张和消化产物的化学性
刺激，使十二指肠黏膜的 G细胞释放胃泌素，同时还释放肠泌酸素 (entero-oxyntin)等均可
刺激胃酸分泌。
实验观察到，将食糜、肉的提取液、蛋白胨液等由瘘管直接注入十二指肠内，也可引起胃液
分泌的增加，说明食物离开胃进入小肠后，仍有继续刺激胃液分泌的作用；当切断支配胃的
迷走神经后，食物对小肠的刺激仍可引起胃液分泌，提示肠期胃液分泌主要通过体液调节机
制而实现，神经调节可能并不重要。
肠期胃液分泌的特点是胃液的分泌量较少，约占胃液分泌总量的 10％，总酸度和胃蛋白酶
含量均较低。
4．消化期抑制胃液分泌的因素 在消化期内，胃液的分泌是兴奋性和抑制性因素共同作用的
结果。抑制胃液分泌的因素除精神、情绪因素外，主要有胃酸、脂肪和高张溶液。
(1)胃酸：当胃内胃酸分泌过多，使胃窦部 pH≤1.2~1.5或十二指肠内 pH≤2.5时，则胃腺
分泌受到抑制，这是一种典型的负反馈调节。其可能机制有：①胃酸可直接抑制胃窦黏膜 G
细胞释放胃泌素；②胃酸可刺激胃窦部 D细胞释放生长抑素，间接地抑制 G细胞释放胃泌
素和胃酸分泌；③胃酸可刺激十二指肠黏膜释放促胰液素和球抑胃素 (bulbo-gastrone)，促
胰液素对胃泌索引起的胃酸分泌有明显的抑制作用，球抑胃素是一种具有抑制胃分泌的肽类
激素，但其化学结构尚未最后确定。
(2)脂肪：实验观察到，脂肪及其消化产物具有抑制胃酸分泌的作用，其作用发生在进入十
二指肠后，而不是在胃内。早在 20世纪 30年代，我国生理学家林可胜等就从小肠黏膜中提
取出一种能抑制胃液分泌和胃运动的物质。这种物质被认为是脂肪在进入小肠后引起小肠黏
膜释放的，因而称为肠抑胃素 (enterogastrone)，但这种物质一直未能被提纯。目前认为，肠
抑胃素可能不是一种独立的激素，而是几种具有此类作用的激素的总称，如小肠黏膜中存在
的促胰液素、抑胃肽、神经降压素、胰高血糖素等。
(3)高张溶液：十二指肠内高张溶液可能通过两个途径，即激活小肠内的渗透压感受器，通
过肠-胃反射 (enterogastric reflex)，或通过刺激小肠黏膜释放一种或多种激素来抑制胃液分
泌。
(四)胃黏膜的细胞保护作用及消化性溃疡的现代概念
1．胃黏膜的细胞保护作用 食物中含有各种刺激性的因素 (如温度、酸碱度等)的影响，胃
液中含有的高浓度 HCl和胃蛋白酶，它们对胃黏膜具有很强的损伤性；此外，有时从十二
指肠中倒流入胃的胆汁对胃黏膜屏障也有一定的破坏作用，从而使胃黏膜经常受到侵蚀。但
在正常人，胃黏膜能抵御各种伤害性刺激，胃组织本身不会被消化。
近年来发现，胃壁内存在的某些物质对胃黏膜上皮细胞具有强烈的细胞保护作用。细胞保护
作用 (cytoprotection)是指某些物质具有防止或减轻各种有害刺激对细胞的损伤和致坏死的
能力。这些物质包括内源性的和外源性的。已知胃黏膜和肌层中含有高浓度的前列腺素 (PG)
以及表皮生长因子等，它们可有效地抵抗强酸、强碱、酒精和胃蛋白酶等有害因素所致的损
伤。上世纪八十年代，我国著名的生理学家王志均教授就提出“细胞保护作用可能是胃肠肽
的生理功能之一”的论断，证明了蛙皮素、神经降压素、生长抑索和降钙素基因相关肽等均
可抵抗多种损害性刺激对胃黏膜的损伤，通常把这些作用称为直接细胞保护作用 (direct
cytoprotection)；近年来还注意到，经常存在的弱刺激可有效地减轻或防止相继而来的强刺
激对胃黏膜的损伤，这种情况称为胃的适应性细胞保护作用 (adaptivc cytoprotection)。这种
保护作用在肝、胰等组织中也可观察到。因此，它极可能是机体的一种普遍性适应现象。
目前，对胃黏膜的细胞保护作用的机制尚未完全阐明，PG和胃肠激素可激活胃黏膜非壁细
胞内的腺苷酸环化酶，提高细胞内 cAMP的水平，这可能是细胞保护作用机制之一；同时．
PG或胃肠激素通过抑制胃酸分泌、增加黏液和 HCO3-分泌、改善胃黏膜血流量、促进损伤
的胃黏膜上皮细胞快速修复等作用，对胃黏膜的细胞保护作用也具有重要的影响。
此外，在胃黏膜存在黏液一碳酸氢盐屏障和胃黏膜屏障，两者构成抵抗各种有害刺激的天然
屏障，它们可有效地抵抗高浓度的盐酸和胃蛋白酶对胃黏膜细胞的直接接触，能有力地抵御
胃腔内的 H+进入黏膜层内和血液中。Na+向胃腔内扩散。当致胃黏膜损伤的因素超过其抵
抗因素时，将导致胃黏膜损伤。
2．消化性溃疡 消化性溃疡包括胃溃疡和十二指肠溃疡，是一种常见病和多发病。过去普
遍认为，溃疡病的发生与胃酸分泌过多，引起胃黏膜自行消化和胃黏膜屏障被破坏有关，并
认为健康的胃是无菌的，故有“无酸无溃疡”的说法。1983年，澳大利亚珀斯皇家医院医
生 Marshall 和病理学家 Warren 首次报道了导致胃炎和胃溃疡的细菌——幽门螺杆菌
(helicobacter pylori，Hp)。在全世界掀起了研究幽门螺杆菌的热潮。研究证实，90％以上的
十二指肠溃疡和 80％以上的胃溃疡都是由幽门螺杆菌的感染引起的。“定居”在胃内的幽门
螺杆菌可产生毒素和有毒性作用的酶，损害胃黏膜，破坏胃黏膜屏障，使局部产生炎症和免
疫反应，增加胃泌素的分泌，最终导致胃部疾病的发生。
在对使用抗生素根除幽门螺杆菌的感染而治愈溃疡病的患者，作长期随访观察发现，其复发
率在 10％以下，而仅用抑酸剂虽可愈合溃疡，但一年内的复发率高达 60％~90％。因而有人
提出了“没有幽门螺杆菌，就没有溃疡”的新说法。幽门螺杆菌的发现对胃部疾病的诊断和
治疗是一场革命，它从根本上改变了传统观点对胃病的认识，使其治疗更为简单而有效。
二、胃的运动
根据胃壁肌层的结构和功能特点，胃底和胃体上 1/3 (也称头区)的主要功能是容纳和暂时储
存食物，调节胃内压及促进液体的排空；胃体其余 2/3和胃窦 (也称尾区)的主要功能是混合、
磨碎食物形成食糜，并加快固体食物的排空。
(一)胃运动的形式及其调节
1．容受性舒张 由进食动作 (如咀嚼、吞咽)和食物对咽、食管等处感受器的刺激反射性地
引起胃底和胃体肌肉的舒张，称为容受性舒张 (receptive relaxation)。这种舒张可使胃容量
由空腹时的 50ml左右增大到进食后的 1.5L左右，其生理意义在于适应大量食物的暂时储存，
同时保持胃内压基本不变，从而防止食糜过早排入小肠，有利于食物在胃内充分消化。
胃的容受性舒张是通过迷走一迷走反射实现的，切断迷走神经后容受性舒张就不再出现。这
一反射的迷走传出纤维是抑制性的，其末梢释放的递质可能是某种神经肽 (如 VIP)或 NO。
2．紧张性收缩 紧张性收缩 (tonic contraction)是消化道平滑肌共有的运动形式。这种收缩
使胃腔内具有一定的压力，有助于胃液渗入食物内部，促进化学性消化，并协助推动食糜移
向十二指肠，同时还可使胃保持一定的形状和位置，不致出现胃下垂。
3．蠕动 食物人胃后约 5min，胃即开始蠕动。蠕动波起自胃体中部，逐步地向幽门方向推
进。人胃的蠕动波频率约每分钟 3次，每个蠕动波约需 1min到达幽门，通常是一波未平，
一波又起 (图 6-9)。
蠕动在开始时较弱，在向幽门推进的过程中逐渐加强，当接近幽门时明显增强。每次可将少
量食糜 (约 1~2m1)推人十二指肠，这种作用也称“幽门泵”。并非每个蠕动波都能到达幽门，
有些蠕动波到达胃窦部时即已消失。当蠕动收缩波超越胃内容物到达胃窦末端时，由于该部
位的有力收缩，可将部分食糜被反向推回到近侧胃窦或胃体，经多次往返运动。食糜与消化
液得以充分混合和反复研磨，形成微小颗粒。胃蠕动的生理意义在于使食物和胃液充分混合，
以利于胃液发挥化学性消化作用，也有利于块状食物进一步被磨碎和粉碎，并将食糜由胃排
人十二指肠。
(二)胃的排空及其影响因素
1．胃排空的过程 胃的排空 (gastric emptying)是指食糜由胃排人十二指肠的过程。一般在
食物人胃后 5min即有部分食糜被排入十二指肠。食糜的物理性状和化学组成不同，胃排空
的速度也不同。在 3种主要营养物质中，糖类排空最快，蛋白质次之，脂肪最慢；一般而言，
稀的流体食物比稠的固体食物排空快；碎小的颗粒食物比大块食物排空快；等渗溶液比高渗
溶液排空快。混合性食物由胃完全排空的时间约为 4~6h。
胃排空的动力是近端胃紧张性收缩及远端胃收缩产生的胃内压，其排空的阻力是幽门及十二
指肠的收缩。当胃内压超过十二指肠内压，并足以克服幽门部阻力时，胃的排空才能进行。，
因此，凡能增强胃运动的因素都能促进胃的排空；反之，则延缓胃的排空。
2．影响胃排空的因素
(1)胃内促进排空的因素：①胃排空的速率通常与胃内食物量的平方根成正比，胃内的食物
量大，对胃壁的扩张刺激就强，通过壁内神经丛反射和迷走-迷走反射，可使胃的运动加强，
从而促进排空；②食物的机械扩张刺激或化学刺激 (主要是蛋白质消化产物)，可引起胃窦
部 G细胞释放胃泌素，后者可促进胃体和胃窦的收缩，有利于增加胃内压，但同时又能增
强幽门括约肌的收缩，其综合效应是延缓胃的排空。
(2)十二指肠内抑制胃排空的因素：①肠-胃反射。进入小肠的酸、脂肪、脂肪酸、高渗溶液
以及食糜本身的体积等，均可刺激十二指肠壁上的化学、渗透压和机械感受器，通过肠一胃
反射而抑制胃的运动，使胃排空减慢。肠-胃反射对胃酸的刺激尤其敏感，当小肠内的 pH
降低到 3.5~4.0时，反射即可发生，因而可延缓酸性食糜进入十二指肠；②胃肠激素。当大
量食糜，特别是酸或脂肪进入十二指肠后，可引起小肠黏膜释放促胰液素、缩胆囊素、抑胃
肽等，这些激素可抑制胃的运动，从而延缓胃的排空。
胃内因素与十二指肠因素是互相配合，共同作用的。食物刚入胃时，胃内食物较多，而肠内
食物较少，故此时排空速度较快；以后十二指肠内抑制胃运动的因素逐渐占优势，胃的排空
则减慢；随着进入十二指肠的酸被中和，食物的消化产物被吸收，对胃运动的抑制影响逐渐
消失，胃的运动又开始逐渐增强，推送另一部分食糜进入十二指肠，如此反复，直至食糜从
胃全部排入十二指肠为止。因此，胃排空是间断进行的，并与十二指肠内的消化和吸收相适
应。
(三)非消化期的胃运动
人在空腹时胃弛缓，胃内压变化较小。非消化期 (或称消化间期)的胃运动呈现以间歇性强
力收缩，伴有较长的静息期为特征的周期性活动，称为消化间期移行性复合运动 (migrating
motor complex，MMC)。MMC 始于胃体上部，并向肠道方向扩布。MMC 的每一周期为
90~120min，可分为四个时相 (图 6-10)。
I相为运动静止期，只能记录到慢波，不出现胃肠收缩，持续 40~60min；Ⅱ相内出现间断的
不规则的收缩，持续时间为 30~45min；Ⅲ相内出现规则的高振幅收缩，持续 5~10min；Ⅳ
相是从Ⅲ相转向下一周期 I相的短暂过渡期，持续约 5 min。
MMC使整个消化道在非消化期仍有断续的运动，特别是Ⅲ相强力收缩在通过消化道时，可
将胃肠内容物，包括上次进食后遗留的残渣、脱落的细胞碎片和细菌，以及空腹时咽下的唾
液、胃黏液等清除干净，即起“清道夫”的作用。非消化期的胃肠运动减退，可引起功能性
消化不良及肠道内细菌过度繁殖等病症。目前认为，I相可能与 NO有关，而Ⅲ相则与胃动
素的分泌有关。
(四)呕吐
呕吐 (vomiting)是通过一系列复杂的反射活动，将胃和肠内容物从口腔驱出体外的过程。呕
吐前常有恶心、流涎、呼吸急迫、心率加快而不规则等自主神经兴奋的症状。呕吐时，胃和
食管下端舒张，膈肌和腹肌强烈收缩而挤压胃体，使胃内容物通过食管经口吐出。
剧烈呕吐时，十二指肠和空肠上段的运动显著增强，蠕动加快，并转为痉挛。由于胃舒张，
十二指肠收缩，使十二指肠内容物倒流入胃，因此，呕吐物中常混有胆汁和小肠液。
呕吐是一种反射活动。呕吐中枢位于延髓的孤束核附近。如消化道炎症、胆绞痛、肾绞痛、
盆腔炎等病变刺激胃肠道感受器，通过迷走和交感神经传入呕吐中枢；晕车、晕船时前庭器
官受刺激，其传入冲动经前庭神经传入；视觉、嗅觉刺激可在传入间脑和大脑皮层后，再作
用于呕吐中枢；而颅内压增高可直接刺激呕吐中枢。传出冲动沿迷走神经、交感神经、膈神
经和脊神经等传至胃、小肠、膈肌、腹壁肌等，引起呕吐。
呕吐是一种具有保护意义的反射。临床上遇有食物中毒的病人，借助呕吐可把进入胃内的有
毒物质在未被吸收前排出体外。但剧烈频繁的呕吐将会影响进食和正常的消化活动，使大量
消化液丢失，导致水盐代谢紊乱和酸碱平衡失调。
第四节 小肠内消化
食糜由胃进入小肠后，即开始小肠内的消化过程。小肠是食物消化和吸收最重要的部位。小
肠内的消化也是整个消化过程中最重要的阶段。在小肠内，食物受到胰液、胆汁和小肠液的
化学性消化和小肠运动的机械性消化。在这里，食物的消化基本完成，并且许多物质也是在
这里被吸收的，余下的食物残渣则进入大肠。食物在小肠内所经历的时间，随其性质不同而
有差异，一般混合性食物在小肠内停留的时间为 3~8h。
一、胰液的分泌
胰腺兼有外分泌和内分泌双重功能。胰腺的外分泌部分由腺泡及导管所组成；它们所分泌的
胰液具有很强的消化能力，是最重要的消化液。
(一)胰液的性质、成分和作用
胰液 (pancreatic juice)是无色、无臭的碱性液体，pH7.8~8.4，渗透压与血浆相等。
成年人每日分泌的胰液量为 1~2L。胰液的成分包括水、无机物和有机物。
1．胰液的无机成分和作用 胰液的无机成分中，量最大的是水，占 97.6％；无机物主要由
胰小导管上皮细胞分泌，其中主要的负离子是 HCO3-和 Cl-。当胰液大量分泌时，HCO3-的
浓度是血浆中的 5倍，是胰液呈碱性的主要原因。胰液中 HCO3-的主要作用是中-和进入十
二指肠的胃酸，保护肠黏膜免受强酸的侵蚀；此外，HCO3-可为小肠内多种消化酶发挥作用
提供最适宜的 pH环境。
2．胰液中的有机成分和作用 胰液中的有机物主要是由胰腺腺泡细胞分泌的多种消化酶，
包括消化淀粉、蛋白质和脂肪的水解酶。
(1)碳水化合物水解酶：胰淀粉酶 (pancreatic amylase)系α-淀粉酶，不需激活就具有活性，
其最适 pH为 6.7~7.0，可将淀粉、糖原及大多数其他碳水化合物水解为糊精、麦芽糖和麦芽
寡糖，但不能水解纤维素。在小肠内，淀粉与胰液接触约 10min就能全部被水解，故胰淀
粉酶的水解效率高、速度快。
(2)蛋白质水解酶：胰液中重要的蛋白质水解酶分别是胰蛋白酶 (trypsin)、糜蛋白酶
(chymotrypsin)和羧基肽酶 (carboxypeptidase)，其中胰蛋白酶的含量最多。它们均以无活性
的酶原形式存在于胰液中。小肠液中的肠激酶 (enterokinase)是激活胰蛋白酶原的特异性酶。
在肠激酶的作用下，可将无活性的胰蛋白酶原 (trypsinogen)转变为有活性的胰蛋白酶。随后
胰蛋白酶又可激活胰蛋白酶原 (正反馈)，也可激活糜蛋白酶原 (chymotrypsinogen)和羧基肽
酶原，使它们分别转化为相应的有活性的酶。胰蛋白酶和糜蛋白酶 (chymotrypsin)作用相似，
都能将蛋白质分别分解为且示和胨，当它们协同作用于蛋白质时，则可使蛋白质进一步分解
成小分子的多肽和氨基酸，多肽则可被羧基肽酶进一步分解成氨基酸；此外，糜蛋白酶还有
较强的凝乳作用。胰液中还含有 RNA酶、DNA酶等核酸水解酶，它们也以酶原的形式存在，
可被胰蛋白酶激活，激活后能使相应的核酸水解为单核苷酸。
(3)脂类水解酶：胰脂肪酶 (pancreatic lipase)是消化脂肪的主要酶，其最适 pH为 7.5~8.5。
胰脂肪酶对脂肪的分解需要胰腺分泌的另一种酶，即辅脂酶 (colipase)的存在，后者对胆盐
微胶粒具有较高的亲和力，这一特性使胰脂肪酶、辅脂酶和胆盐形成复合物，有助于胰脂肪
酶锚定于脂滴表面发挥其分解脂肪的作用，防止胆盐将胰脂肪酶从脂肪表面清除出去。胰脂
肪酶可将中性脂肪分解为甘油、甘油一酯及脂肪酸。此外，胰液中还有一定量的胆固醇酯水
解酶和磷脂酶 A2，分别水解胆固醇酯和磷脂。
正常情况下，胰液中的蛋白水解酶并不消化胰腺本身，这是因为它们是以无活性的酶原形式
分泌的。同时，腺泡细胞还能分泌少量胰蛋白酶抑制物 (trypsin inhibitor)，后者能与胰蛋白
酶和糜蛋白酶结合而形成无活性的化合物，从而防止胰腺自身被消化。但胰蛋白酶抑制物在
胰液中的含量较少，作用有限，当胰腺导管梗阻、痉挛或饮食不当引起胰液分泌急剧增加时，
可因胰管内压力升高导致胰小管和胰腺腺泡破裂，胰蛋白酶原渗入胰腺间质而被组织液激
活．出现胰腺组织的自身消化，从而发生急性胰腺炎。
由于胰液中含有消化 3种主要营养物质的消化酶，因而胰液是所有消化液中消化力最强、消
化功能最全面的一种消化液。当胰液分泌缺乏时，即使其他消化腺的分泌都很正常，食物中
的脂肪和蛋白质仍然不能完全被消化和吸收，常可引起脂肪泻；同时，也可使脂溶性维生素
A、D、E、K等吸收受到影响，但对糖的消化和吸收影响不大。
(二)胰液分泌的调节
在非消化期间，胰液几乎不分泌或很少分泌。进食后，胰液开始分泌或分泌增加，食物是刺
激胰腺分泌的自然因素。胰液分泌的调节，像胃液分泌的调节一样，也可分为头期、胃期和
肠期。头期主要是神经调节，胃期和肠期以体液调节为主 (图 6-11)。
1．头期的胰液分泌 食物的色、香、味对感觉器官的刺激或者给动物假饲，均可引起含酶
多但液体量少的胰液分泌。这是由于条件反射或食物直接刺激口咽部等感受器所引起的，其
传出神经是迷走神经，递质为 ACh。ACh主要作用于胰腺的腺泡细胞，而对导管细胞的作
用较弱。故迷走神经兴奋引起胰液分泌的特点是水和碳酸氢盐含量较少，而酶的含量很丰富。
此外，迷走神经还可通扩张过促进胃窦和小肠黏膜释放胃泌素，后者通过血液循环作用于胰
腺，间接引起胰液的分泌，但这一作用较小。头期胰液的分泌量占消化期胰液分泌量的 20
％左右。
2．胃期的胰液分泌 食物扩张胃，通过迷走-迷走反射引起含酶多但液体量少的胰液分泌。
扩张胃以及蛋白质的消化产物也可刺激胃窦黏膜释放胃泌素，间接引起含酶多但液体量少的
胰液分泌。此期的胰液分泌只占消化期胰液分泌量的 5％~10％。
3．肠期的胰液分泌 肠期的胰液分泌是消化期胰腺分泌反应的最重要时相，此期的胰液分
泌量最多，占消化期胰液分泌量的 70％，碳酸氢盐和酶含量也高。进入十二指肠的各种食
糜成分，特别是蛋白质、脂肪的水解产物对胰液分泌具有很强的刺激作用，参与这一时相调
节胰液分泌的因素主要是促胰液素和缩胆囊素。此外，消化产物刺激小肠黏膜通过迷走神经
介导的迷走一迷走反射，也可在这一时相引起胰液的分泌。
胰液的分泌受多种胃肠激素的调节，主要有以下几种。
促胰液素 (secretin)是由小肠上段黏膜内的 S细胞分泌的，它是由 27个氨基酸残基组成的直
链多肽，它需要完整分子才能表现出最强的作用。胃酸是引起促胰液素释放最强的刺激因素，
其次是蛋白质分解产物和脂酸钠，糖类则无刺激作用。
促胰液素主要作用于胰腺小导管上皮细胞，使其分泌大量的水和碳酸氢盐，而酶的含量则不
高，碳酸氢盐可迅速中和酸性食糜，同时使进入十二指肠的胃消化酶失活，使肠黏膜免受损
伤；大量的碳酸氢盐还为胰腺分泌的消化酶提供适合的 pH环境。此外，促胰液素还可促进
肝胆汁分泌，抑制胃酸分泌和胃泌素的释放。
缩胆囊素 (cholecystokinin，CCK)又称促胰酶素 (pancreozyrnin)，是由小肠黏膜 I细胞释放
的由 33个氨基酸残基组成的多肽。能促进 CCK释放的因素，按强弱顺序依次为蛋白质分
解产物、脂肪酸、胃酸和脂肪，而糖类则无促进作用。
CCK的作用有：①促进胰腺腺泡分泌多种消化酶；②促进胆囊平滑肌强烈收缩，促使胆囊
胆汁排出；③对胰腺组织具有营养作用，促进胰腺组织蛋白质和核糖核酸的合成。
促胰液素和缩胆囊素对胰腺的分泌作用是通过不同的细胞内信息转导机制实现的。促胰液素
以 cAMP为第二信使，缩胆囊素则通过激活磷脂酰肌醇系统，在 Ca2+介导下而起作用。此
外，促胰液素和缩胆囊素共同作用于胰腺时具有协同作用，即一种激素可以加强另一种激素
的作用。
胃泌素可促进胰液中胰蛋白酶原、糜蛋白酶原和淀粉酶的分泌。血管活性肠肽可促使胰导管
上皮分泌水和碳酸氢盐。胰高血糖素、生长抑素、胰多肽、降钙素基因相关肽等则有抑制胰
腺分泌的作用。
4．胰液分泌的反馈性调节 实验观察到，向动物十二指肠内注入胰蛋白酶抑制剂，可刺激
CCK释放和胰酶分泌；若向十二指肠内灌注胰蛋白酶，则抑制 CCK和胰酶的分泌。提示肠
腔内胰蛋白酶对胰酶的分泌具有负反馈调节作用。进一步的研究表明，蛋白质水解产物及脂
肪酸可刺激小肠黏膜中 I细胞释放一种胰蛋白酶敏感物质，即 CCK释放肽 (CCK-releasing
peptide，CCK-RP)，它可介导 CCK的释放，进而促进胰酶的分泌。可见，当食糜进入小肠
后，一方面刺激 CCK-RP释放，引起 CCK和胰酶的分泌；另一方面．分泌的胰蛋白酶又可
使 CCK-RP失活，反馈抑制 CCK和胰蛋白酶的进一步分泌。胰蛋白酶分泌反馈性调节的生
理意义在于防止胰蛋白酶的过度分泌。慢性胰腺炎患者由于胰酶分泌减少，其反馈性抑制作
用减弱，将导致 CCK释放增加，刺激胰腺分泌，因而产生持续性疼痛。
二、胆汁的分泌和排出
肝细胞能持续生成胆汁 (bile)，胆汁生成后由肝管流出，经胆总管排入十二指肠，或
由肝管转人胆囊管而储存于胆囊中，在消化期再由胆囊排至十二指肠。
(一)胆汁的性质和成分
胆汁系一种味苦的有色液汁，由肝细胞分泌后直接流人小肠的胆汁称为肝胆汁，肝胆
汁呈金黄色或橘棕色，pH约 7.4，比重 1.009；在胆囊中储存过的胆汁称为胆囊胆汁，胆囊
胆汁因在胆囊中被浓缩而颜色变深，并因碳酸氢盐被胆囊吸收而呈弱酸性，pH约 6.8。成年
人每日分泌的胆汁为 800~1 000ml。胆囊能储存 40~70ml胆汁。
胆汁的成分很复杂，除水分和 Na+、K+、Cl-、Ca2+、HCO3-等无机成分外，其有机
成分有胆盐、胆色素、胆固醇、脂肪酸、卵磷脂和黏蛋白。此外，还含少量重金属离子，如
Cu2+、Zn2+、Mn2+、Al3+等。胆汁中不含消化酶。
1．胆盐 胆盐 (bile salt)是由肝细胞分泌的胆汁酸与甘氨酸或牛磺酸结合而形成的钠
盐或钾盐。它是胆汁中参与脂肪消化和吸收的主要成分。胆盐随肝胆汁排至小肠后，约有
95％在回肠末端被吸收入血，经门静脉进入肝脏再合成胆汁，而后又被排人肠内，这个过程
称为胆盐的肠-肝循环 (enterohepatic circulation of bile salt) (图 6-12)。每循环 1次，胆盐约
损失 5％，胆盐的肠-肝循环在每次餐后可进行 2~3次。
2．胆固醇 胆固醇是体内脂肪代谢的产物，占胆汁固体成分的 4％。正常情况下，
胆汁中的胆盐 (或胆汁酸)、胆固醇和卵磷脂之间有适当的比例，这是维持胆固醇呈溶解状
态的必要条件。当胆固醇分泌过多，或胆盐 (更主要的是卵磷脂)减少时，胆固醇可析出而
形成胆固醇结晶，这是形成胆结石的原因之一。
3．胆色素 胆色素占胆汁固体成分的 2％，是血红蛋白的分解产物。
(二)胆汁的作用
胆汁在消化中的作用主要由胆盐来承担，它对脂肪的消化和吸收具有重要意义。
1．乳化脂肪，促进脂肪消化分解 胆汁中的胆盐、胆固醇和卵磷脂可作为乳化剂，
降低脂肪的表面张力，使脂肪乳化成直径仅为 3~10μm的脂肪微滴，分散在肠腔内，从而
增加了与胰脂肪酶的接触面积，可加快脂肪酶对脂肪消化分解。
2．促进脂肪的吸收 胆汁中的胆盐能够帮助脂肪酸、甘油一酯及其他脂类从小肠黏
膜吸收。胆盐达到一定浓度后，其分子可聚合成为直径 3~6μm的微胶粒 (micelle)，肠腔中
脂肪分解产物，如脂肪酸和甘油一酯及胆固醇等均可渗入到微胶粒中，形成水溶性复合物，
即混合微胶粒 (mixed micelle)。这样，胆盐作为运载工具，能将不溶于水的脂肪分解产物运
送到小肠黏膜表面，从而促进脂肪消化产物的吸收。如果缺乏胆盐，食人的脂肪将有 40％
左右不能被消化和吸收。
3．促进脂溶性维生素的吸收 由于胆汁能促进脂肪的消化吸收，所以对脂溶性维生
素 A、D、E、K的吸收也有促进作用。
4．其他作用 胆汁在十二指肠内可中和胃酸；通过肠一肝循环而被重吸收后的胆盐，
可直接刺激肝细胞合成和分泌胆汁；微胶粒中的胆盐 (更主要的是卵磷脂)是胆固醇的有效
溶剂，因而可防止胆固醇析出而形成胆固醇结晶结石。
(三)胆汁的分泌、排放及其调节
1．胆汁的分泌和排放 在非消化期，由肝细胞持续分泌的胆汁大部分流人胆囊储存。
胆囊可吸收胆汁中的水和无机盐，使胆汁浓缩 4~10倍，因而能增加储存效能。在消化期，
胆汁可直接由肝脏以及由胆囊经胆总管排至十二指肠。消化道内的食物是引起胆汁分泌和排
放的自然刺激物。高蛋白食物 (蛋黄、肉类)引起的胆汁排放量最多，高脂肪或混合性食物
次之，糖类食物的作用最小。在胆汁排出的过程中，胆囊和 Oddi括约肌的活动具有相互协
调的关系，在非消化期，Oddi括约肌收缩，胆汁不能流入肠腔，胆囊便舒张而容纳胆汁，
使胆管内压力不至过高；进食后，胆囊收缩，Oddi括约肌舒张，胆汁被排至十二指肠。不
难看出，胆囊在储存和浓缩胆汁以及在调节胆管内压力和排放胆汁中具有重要作用。
2．胆汁分泌与排放的调节 受神经和体液因素的调节，但以体液调节为主。
(1)神经调节：进食动作或食物对胃和小肠的刺激都可通过神经反射引起肝胆汁分泌
的少量增多，胆囊收缩也轻微加强。其传出途径是迷走神经，切断迷走神经或应用阿托品后，
上述反应消失：同时，迷走神经还可促进胃泌素释放，间接引起肝胆汁分泌和胆囊收缩。
(2)体液调节
1)缩胆囊素：在胆管、胆囊和 Oddi括约肌上均有 CCK受体的分布。肠腔内蛋白质和
脂肪的分解产物能有效刺激小肠黏膜中的 I细胞释放 CCK，后者通过血液途径到达靶器官，
引起胆囊强烈收缩和 Oddi括约肌舒张，促进胆囊胆汁大量排放至十二指肠。
2)促胰液素：促胰液素主要作用是刺激胰液分泌，同时也有一定的刺激肝胆汁分泌的
作用。促胰液素主要作用于胆管系统，而非作用于肝细胞，故其引起胆汁的分泌量和碳酸氢
盐含量增加，而对胆盐分泌则无影响。
3)胃泌素：胃泌素的调节途径有：①通过血液循环直接作用于肝细胞和胆囊，促进肝
胆汁分泌和胆囊收缩；②刺激胃酸分泌，间接引起十二指肠黏膜分泌促胰液素而刺激肝胆汁
的分泌。
4)胆盐：胆盐通过肠一肝循环重新回到肝脏，对肝细胞分泌胆汁具有很强的促进作用，
因而具有利胆作用。胆盐是临床上常用的利胆剂之一。
三、小肠液的分泌
小肠中有两种腺体，即位于十二指肠黏膜下层的十二指肠腺和分布于整个小肠黏膜层
内的小肠腺。前者又称勃氏腺 (Brunner glands)而后者又称李氏腺 (Lieberkiihn crypt)。小肠
液是这两种腺体分泌的混合液，其分泌量是消化液中最多的一种，但其变动较大，成人每日
分泌量为 1~3L。
(一)小肠液的性质、成分和作用
小肠液呈弱碱性，pH约 7.6，渗透压与血浆相近。小肠液中除大量水外，无机成分有
Na+、K+、Ca2+、Cl-、HCO3-等，有机成分有黏蛋白、IgA和肠激酶等。在不同的条件下，
小肠液的性状变动很大，有时较稀薄，有时则因含有大量黏蛋白而变得很黏稠。小肠液中还
常混有脱落的肠上皮细胞、白细胞等。
从小肠腺分泌人肠腔的消化酶可能只有肠激酶一种，它能激活胰蛋白酶原 (见前文)。
此外，在小肠液中还可检测到一些寡肽酶、二肽酶、二糖酶等，但一般认为这些酶由脱落的
肠黏膜上皮细胞释放，而非肠腺所分泌，它们在小肠消化中不起作用；但当营养物质被吸收
入上皮细胞内时，这些存在于上皮细胞刷状缘内的消化酶可发挥消化作用，将寡肽进一步分
解为氨基酸，将蔗糖、麦芽糖和乳糖进一步分解为单糖，从而能阻止没有完全分解的消化产
物被吸收入血。因此，小肠液可能在完成对某些营养物质的最后消化中起作用。小肠液中的
黏蛋白具有润滑作用，并在黏膜表面形成一道抵抗机械损伤的屏障。HCO3-能中和胃酸，尤
其在十二指肠，因而可保护十二指肠黏膜免受胃酸侵蚀。由于小肠液的量较大，因而可稀释
肠内消化产物，降低其渗透压，有利于消化产物的消化和吸收。
(二)小肠液分泌的调节
在调节小肠液分泌的许多因素中，最重要的是各种局部神经反射，特别是由食糜及其
消化产物对肠黏膜局部机械性或化学性刺激所引起的肠神经系统的局部反射。小肠内食糜量
越大，小肠液的分泌量就越多。此外，一些能促进其他消化液分泌的激素，如胃泌素、促胰
液素、缩胆囊素、血管活性肠肽和胰高血糖素等，都能刺激小肠液的分泌。
四、小肠的运动
小肠肠壁的外层是较薄的纵行肌，内层是较厚的环行肌。小肠的运动是靠其肠壁内、
外两层平滑肌的舒缩活动完成的。空腹时，小肠运动很弱，进食后逐渐增强，与胰液、胆汁
和小肠液的化学性消化协同活动。
(一)小肠运动的形式
1．紧张性收缩 小肠平滑肌的紧张性收缩是小肠其他运动形式有效进行的基础，即
使在空腹时也存在，在进食后则显著增强。紧张性收缩使小肠平滑肌保持一定的紧张度，保
持肠道一定的形状，并维持一定的腔内压，有助于肠内容物的混合，使食糜与肠黏膜密切接
触，有利于吸收的进行。
2．分节运动 小肠的分节运动 (segmental motility)是一种以肠壁环行肌为主的节律
性收缩和舒张活动。在食糜所在的一段肠道，环形肌在许多不同部位同时收缩，把食糜分割
成许多节段，随后，原来收缩的部位发生舒张，而原先舒张的部位发生收缩，将原先的食糜
节段分为两半，而相邻的两半则合并为一个新的节段，如此反复交替进行，使食糜不断分开
又不断混合 (图 6-13)。
分节运动在空腹时几乎不存在，进食后逐渐加强。小肠各段分节运动的频率不同，上
部频率较高，下部较低。在人的十二指肠约每分钟 11次，回肠末段约每分钟 8次。这种活
动梯度有助于食糜由小肠上段向下推进。
分节运动的意义主要在于使食糜与消化液充分混合，有利于化学性消化的进行；同时
能增强食糜与小肠黏膜的接触，有利于营养物质的吸收；此外，通过对肠壁的挤压，有助于
血液和淋巴的回流，为吸收创造良好的条件。
3．蠕动，小肠的蠕动可发生于小肠的任何部位，并向肠的远端传播，速度为
0.5~2.0cm/s，近端大于远端。每个蠕动波只把食糜推进一小段距离 (数厘米)。进食后蠕动
明显增强 j蠕动的意义在于使经过分节运动的食糜向前推进，到达新的肠段，再开始新的分
节运动。在小肠常可见到一种进行速度很快 (2~25cm/s)、传播较远的蠕动，称为蠕动冲
(peristaltic rush)。它可将食糜从小肠的始端一直推送到末端或直达结肠。蠕动冲可由进食时
的吞咽动作或食糜刺激十二指肠而引起。此外，在回肠末段可出现逆蠕动，即与一般的蠕动
方向相反，其作用是防止食糜过早地通过回盲瓣进入大肠，有利于食物的充分消化和吸收。
此外，小肠在非消化期也存在周期性移行性复合运动 (MMC)，它是胃MMC向下游
扩布形成的，其生理意义与胃MMC相似。
(一)回盲括约肌的活动
在回肠末端与盲肠交界处的环行肌显著加厚，称为回盲括约肌，其长度约 4cm，静息
状态下回肠末端内压比结肠内高 15~20mmHg。进食后，食物入胃，引起胃一回肠反射，使
回肠蠕动加强，当蠕动波到达回肠末端时，，回盲括约肌舒张，约有 3~4ml食糜被排入结肠
j正常情况下，每日有 450~500ml食糜进入大肠。盲肠的充盈刺激可通过肠段局部的壁内神
经丛反射，引起回盲括约肌收缩和回肠运动减弱，延缓回肠内容物通过。故回盲括约肌的作
用是防止回肠内容物过快、过早地进入结肠，以便小肠内容物充分消化和吸收；回盲括约肌
具有活瓣样作用，可阻止大肠内容物倒流人回肠 a
(三)小肠运动的调节
1．壁内神经丛反射肌间神经丛对小肠运动具有调节作用。食糜对小肠的机械性和化
学性刺激，均可通过局部神经丛反射使小肠蠕动加强。切断支配小肠的外来神经后，蠕动仍
可进行，说明小肠内在神经丛对小肠的运动起主要作用。
2．外来神经调节 副交感神经的兴奋能加强小肠的运动，交感神经兴奋则抑制小肠运
动。它们的作用一般是通过小肠壁内神经丛实现的。同时，小肠的运动还受神经系统高级中
枢的影响，如情绪的波动可改变肠的运动功能。
3．体液调节 胃肠激素在调节小肠运动中起重要作用。如胃泌素、CCK和胃动素等
都能促进小肠的运动；而促胰液素、生长抑素和血管活性肠肽等则可抑制小肠的运动。
第五节 大肠的功能
人类的大肠内没有重要的消化作用。大肠的主要功能有：①吸收肠内容物中的水分和
无机盐，参与机体对水、电解质平衡的调节；②吸收由结肠内微生物合成的维生素 B复合
物和维生素 K；③完成对食物残渣的加工，形成并暂时储存粪便，以及将粪便排出体外。
一、大肠液的分泌及大肠内细菌的活动
(一)大肠液的分泌
大肠液是由大肠黏膜表面的柱状上皮细胞及杯状细胞分泌的。大肠的分泌物富含黏液
和碳酸氢盐，pH为 8.3~8.4，其主要作用在于其中的黏液蛋白，后者能保护肠黏膜和润滑粪
便。
(二)大肠内细菌的活动
大肠内有大量细菌，主要是大肠杆菌、葡萄球菌等。它们主要来自空气和食物，大肠
内的酸碱度和温度适合于一般细菌的活动和繁殖；细菌体内含有能分解食物残渣的酶。细菌
对糖和脂肪的分解称为发酵，能产生乳酸、乙酸、CO2、甲烷等。细菌对蛋白质的分解则称
为腐败，可产生氨、硫化氢、组胺、吲哚等，其中有些成分由肠壁吸收后到肝脏中进行解毒。
大肠内的细菌能利用肠内较为简单的物质合成维生素 B复合物和维生素 K，它们在
肠内被吸收，能为人体所利用。
据估计，粪便中死的和活的细菌约占粪便固体总量的 20％~30％。
二、大肠的运动和排便
大肠的运动少而缓慢，对刺激的反应也较迟缓，这些特点有利于粪便在大肠内暂时储
存。
(一)大肠运动的形式
1．袋状往返运动 这是在空腹和安静时最多见的一种非推进性运动形式。这种运动形
式是由环行肌的不规则收缩而引起的，它使结肠呈现一串结肠袋，使结肠内的压力升高，结
肠袋中的内容物向前、后两个方向作短距离位移，对内容物仅起缓慢的搓揉作用，而不能向
前推进；这种运动有助于促进水的吸收。
2．分节推进和多袋推进运动 这是人在餐后或副交感神经兴奋时的运动形式。分节推
进运动是指环形肌有规则的收缩，将一个结肠袋的内容物推移到邻近肠段，收缩结束后，肠
内容物不返回原处；如果在一段较长的结肠壁上同时发生多个结肠袋收缩，并使其内容物向
下推移，则称为多袋推进运动。
3．蠕动 与消化道其他部位一样，大肠蠕动的意义也在于将肠内容物向远端推进。
此外，大肠还有一种进行快而行程远的蠕动，称为集团蠕动 (mass peristalsis)。它通常始于
横结肠，可将大肠内一部分内容物推送到乙状结肠或直肠。这种蠕动每日发生 3~4次。常见
于餐后或胃内有大量食物充盈时。这种餐后结肠运动的增强称为胃-结肠反射。胃-结肠反射
敏感的人往往在餐后或餐间产生便意，此属于生理现象，多见于儿童。
(二)排便
正常人的直肠内通常是没有粪便的。当肠蠕动将粪便推入直肠时，刺激直肠壁内的感
受器，冲动经盆神经和腹下神经传入脊髓腰、骶段的初级排便中枢，并同时上传到大脑皮层
引起便意。当条件许可时，即可发生排便反射 (defecation reflex)。此时，传出冲动沿盆神经
下传，使降结肠、乙状结肠和直肠收缩，肛门内括约肌舒张；同时，阴部神经的冲动减少，
使肛门外括约肌舒张，于是将粪便排出体外。在排便过程中，支配膈肌和腹肌的神经也参与
活动，这些神经的兴奋可使膈肌和腹肌收缩，腹内压升高，因而可促进粪便的排出。
排便反射受大脑皮层的意识控制，如果对便意经常予以制止，可使直肠对粪便压力刺
激的敏感性逐渐降低，便意的刺激阈就会提高。粪便在大肠内滞留过久，水分吸收过多而干
硬，引起排便困难和排便次数减少，称为便秘。另外，直肠黏膜由于炎症而敏感性提高，即
使肠内只有少量粪便和黏液等，也可引起便意及排便反射，并在便后有排便未尽的感觉，临
床上称为“里急后重”，常见于痢疾或肠炎。
第六节 吸 收
一、吸收的部位和途径
(一)吸收的部位
消化道不同部位对各种物质的吸收能力和速度是不同的。食物在口腔和食管内一般不
能被吸收，只有某些脂溶性药物 (如硝酸甘油)能通过口腔黏膜进入血液；在胃内，食物也
很少被吸收，仅有乙醇和少量水分以及某些药物 (如阿司匹林)可在胃内被吸收；大肠主要
吸收水分和无机盐。
作为重要的吸收部位，小肠具备多方面的有利条件：①吸收面积大。正常成年人的小
肠长 4~5m，其黏膜具有许多环状皱褶，皱褶上有大量绒毛，在绒毛的每个柱状上皮细胞顶
端又有1700条左右微绒毛。这样的结构可使小肠黏膜的总面积增加 600倍，达到200~250m2，
几乎是一个成年人体表面积的 130倍；②绒毛内富含毛细血管、毛细淋巴管、平滑肌纤维和
神经纤维网等结构。淋巴管纵贯绒毛中央，称为中央乳糜管。消化期内，小肠绒毛产生节律
性的伸缩和摆动，可促进绒毛内毛细血管网和中央乳糜管内的血液和淋巴向小静脉和淋巴管
流动，有利于吸收；③营养物质在小肠内已被消化为结构简单的可吸收的物质；④食物在小
肠内停留时间较长，一般为 3~8h。
(二)小肠吸收的途径和机制
1．吸收的途径小肠内的水、电解质和食物水解产物的吸收，主要经跨细胞和细胞旁
两种途径跨越肠上皮层进入细胞外间隙，然后再进入血液和淋巴 (图 6-14)。跨细胞途径是
指肠腔内物质由肠上皮细胞顶端膜进入细胞，再由细胞基底侧膜进入细胞外间隙的过程；而
细胞旁途径则为肠腔内物质通过上皮细胞之间的紧密连接进入细胞外间隙的过程。
2．吸收的机制 小肠内的水、电解质和食物水解产物的吸收机制有多种，包括被动转
运和主动转运 (见第二章和第八章)。
二、主要物质在小肠内的吸收
通常情况下，小肠每日可吸收数百克糖，100g以上脂肪，50~100g氨基酸，50~100g
无机盐和 6~8L水。小肠的吸收潜力很大，需要时，上述各种物质的吸收量可增加数倍。
(一)水的吸收
成年人每日摄入 1~2L水，每日分泌的消化液为 6~8L，所以胃肠每日吸收的液体总量多达
8L左右，而每日随粪便排出的水仅 0.1~0.2L。水的吸收是被动的，各种溶质，尤其是 NaCl
的主动吸收所产生的渗透压梯度是水吸收的动力。
(二)无机盐的吸收
单价碱性盐类，如钠、钾、铵盐的吸收很快；多价碱性盐则吸收很慢；而与钙结合形成
沉淀的盐则不能被吸收。
1．钠的吸收 成年人每日摄入 5~8g Na+，每日分泌人消化液中的．Na+为 20~30g，而
每日吸收的钠为 25~35g，表明肠内容物中 97％~99％的钠被吸收回血液。
小肠黏膜对钠的吸收属于主动转运。吸收 Na+的原动力来自于肠上皮细胞基底侧膜上
的钠泵。钠泵的活动造成细胞内低 Na+，同时，细胞内电位也比其顶端膜外负-40mV左右，
故肠腔内 Na+在电-化学梯度的推动下，借助于肠上皮细胞顶端膜上的多种转运体进入细胞。
由于钠泵不断将细胞内的 Na+泵至细胞外，使肠腔内的 Na+持续进入细胞，同时，使细胞外
组织间隙中的 Na+浓度升高，渗透压升高，因而可吸引肠腔内的水透过细胞膜和细胞之间的
紧密连接，进入组织间隙，使组织间隙内静水压升高，结果使 Na+和水一起进入毛细血管被
血流带走。
Na+在肠上皮细胞顶端膜通过转运体进入细胞时，往往与葡萄糖、氨基酸和 HCO3-
同向转运，所以钠的吸收可为葡萄糖、氨基酸、水、HCO3-等的吸收提供动力。
2．铁的吸收 铁的吸收量较有限，人每日吸收铁约 1mg，仅占每日膳食中含铁量的
5％~10％。铁的吸收与人体对铁的需要量有关。体内铁过多，可抑制其吸收；孕妇、儿童及
急性失血者对铁的吸收量增加，大约比正常人高 2~5倍。
铁的吸收是一个主动过程，吸收铁的主要部位是在小肠上部。铁的吸收过程包括上皮
细胞对肠腔中铁的摄取和向血浆中的转运，吸收过程均需要消耗能量。在上皮细胞的顶端膜
上存在铁的载体，即转铁蛋白 (transferrin)，它对 Fe2+ (亚铁)的转运效率比 Fe3+ (高铁)高
2~15倍左右，所以 Fe2+更容易吸收。维生素 C能将 Fe3+还原为 Fe2+，因而可促进铁的吸
收。胃酸可使铁溶解并使之维持于可被吸收的离子状态，故胃酸有促进铁吸收的作用。胃大
部切除或胃酸分泌减少的病人，由于影响铁的吸收可导致缺铁性贫血。当机体对铁的需要量
增加时，则铁的载体表达增多，小肠对铁的吸收能力增高。铁进入细胞后，只有一小部分通
过基底侧膜被主动转运出细胞，并进入血液；而大部分则被氧化为 Fe3+，并与细胞内的脱
铁铁蛋白 (apoferritin)结合成铁蛋白 (ferritin)，储存于细胞内留待以后缓慢释放。肠上皮细
胞内铁蛋白水平与机体内的铁量相适应。当铁过多时，上皮细胞内的铁蛋白的含量就会增多；
如果细胞内铁蛋白大量积聚，可造成组织细胞的损伤。
3．钙的吸收 钙的主要吸收部位是小肠，其中以十二指肠的吸收能力为最强。食物
中的结合钙须转变成离子钙才能被吸收。
钙的吸收是一个主动转运过程，在小肠黏膜细胞的微绒毛上存在一种钙结合蛋白
(calcium-binding protein，CaBP)，与 Ca2+有很强的亲和力。每一分子的 CaBP每次可运载 4
个 Ca2+进入胞质。在细胞内，Ca2+可储存在线粒体内，并可随时被转运出细胞。进入细胞
内的 Ca2+可通过位于基底侧膜上的钙泵或 Na+-Ca2+交换体被转运出细胞，然后再进入血
液。此外，肠腔内的 Ca2+也可通过上皮细胞顶端膜的 Ca2+通道进入细胞，或由细胞旁途径
被吸收。
机体对 Ca2+的需要量能够精确地控制 Ca2+的吸收量。维生素 D是影响钙吸收的最
重要因素，其他如食物中钙与磷的适当比例、肠内一定的酸度、脂肪、乳酸、某些氨基酸 (如
色氨酸、赖氨酸和亮氨酸)等都可促进 Ca2+的吸收；食物中的草酸和植酸均可与 Ca2+形成
不溶解的化合物，从而妨碍 Ca2+的吸收。
(三)糖的吸收
食物中的糖类一般须被分解为单糖后才能被小肠吸收。各种单糖的吸收速率有很大差
别，其中以半乳糖和葡萄糖的吸收为最快，果糖次之，甘露糖则最慢。
葡萄糖的吸收是逆浓度梯度进行的主动转运过程，其能量来自钠泵的活动，属于继发
性主动转运 (见第二章和图 2-3)。在肠上皮细胞顶端膜上的 NaL葡萄糖同向转运体可将 2
个 Na+和 1分子葡萄糖分子同时转运入胞内。基底侧膜上的钠泵可将胞内的 Na+主动转运出
细胞，以维持胞内低 Na+，从而保证转运体不断转运 Na+入胞，同时也为葡萄糖的转运提供
动力，使之能逆浓度差转入细胞内。进入细胞的葡萄糖则通过基底侧膜上的另一种非 Na+
依赖性的葡萄糖转运体。以易化扩散的方式转运到细胞间隙而人血。各种单糖与转运体的亲
和力不同，因此吸收的速率也不同。果糖的吸收机制与葡萄糖有所不同，它是通过顶端膜上
的非 Na+依赖性转运体转运人细胞，是一种不耗能的被动过程。
(四)蛋白质的吸收
食物中的蛋白质必须在肠道中分解为氨基酸和寡肽后才能被吸收。吸收部位主要在小
肠，吸收的途径是血液。
与葡萄糖的吸收相似，氨基酸的吸收也与钠同向转运，也属于继发性主动转运。但所
涉及的转运体远比单糖复杂。目前已知，在小肠上皮细胞顶端膜上至少存在七种不同的氨基
酸转运体，且需。Na+、K+等参与；同样，基底侧膜上的转运体也不同于顶端膜上的转运体。
曾经认为，蛋白质只有水解为氨基酸后才能被吸收。现已证明，小肠内的寡肽 (指由
2~6个氨基酸残基组成的肽)也可被上皮细胞摄取。在上皮细胞顶端膜上存在二肽和三肽转
运系统，称为 H+-肽同向转运体，可顺浓度梯度由肠腔向细胞内转运 H+，同时逆浓度梯度
将寡肽同向转运人细胞 (图 6-15)。进入细胞的二肽和三肽可被细胞内的二肽酶和三肽酶进
一步分解为氨基酸，后者经基底侧膜上的氨基酸载体转运出细胞，然后进入血液循环。这一
转运过程需要钠泵活动以维持 Na+的跨膜势能，进而维持 H+的浓度梯度，故也是一种耗能
过程。为了区别葡萄糖和氨基酸的继发性主动转运机制，有人将寡肽的吸收过程称为第三级
主动转运 (tertiary active transport)。
(五)脂肪的吸收
在小肠内，脂类的消化产物脂肪酸、甘油一酯、胆固醇等很快与胆汁中的胆盐结合形成
水溶性混合微胶粒，然后透过肠黏膜上皮细胞表面的静水层到达细胞的微绒毛。在这里，甘
油一酯、脂肪酸和胆固醇等又逐渐地从混合微胶粒中释出，并通过微绒毛的细胞膜进入上皮
细胞，而胆盐则被留在肠腔内继续发挥作用。
长链 (含 12个碳原子以上)脂肪酸及甘油一酯进入上皮细胞后，在内质网中大部分被
重新合成为甘油三酯，并与细胞中生成的载脂蛋白合成乳糜微粒 (chylomicron)，再以出胞
的方式进入细胞外组织间隙，然后扩散至淋巴管 (图 6-16)。
中、短链 (含 12个碳原子以下)甘油三酯水解产生的脂肪酸和甘油一酯是水溶性的，可直接
进入血液循环而不进入淋巴管。由于动、植物油食物中含有 15个以上碳原子的长链脂肪酸
很多，所以脂肪的吸收以淋巴途径为主。
(六)胆固醇的吸收
胆固醇主要来自食物和肝脏分泌的胆汁，每日进入小肠的胆固醇为 1~2g。来自胆汁的
胆固醇是游离的，而食物中胆固醇部分是酯化的。酯化的胆固醇须在肠腔中经胆固醇酯酶水
解为游离胆固醇后才能被吸收。游离胆固醇通过形成混合微胶粒，在小肠上部被吸收。吸收
后的胆固醇大部分在小肠上皮细胞中又重新被酯化，生成胆固醇酯，最后与载脂蛋白一起组
成乳糜微粒由淋巴进入血液循环。
(七)维生素的吸收
大部分维生素在小肠上段被吸收，只有维生素 B，：是在回肠被吸收的。大多数水溶性
维生素 (如维生素 B1、B2、B6、PP)是通过依赖于 Na+的同向转运体被吸收的。维生素 B12
须先与内因子结合成复合物后，再到回肠被主动吸收。脂溶性维生素 A、D、E、K的吸收
与脂类消化产物相同。
每日进入大肠的小肠内容物约有 1 000~1 500ml，其中水和电解质大部分被大肠吸收，
仅约 100ml液体和少量 Na+、Cl-随粪便排出。如果粪便在大肠内停留时间过久，则几乎所
有水分都被吸收，而形成较干燥的粪便。
大肠黏膜具有很强的主动吸收 Na+的能力。Na+的主动吸收导致 Cl-的被动同向转运；
由于 Na+和 Cl-的吸收，又可以引起水的渗透性吸收。大肠在吸收 Cl-时，通过 Cl--HCO3-
逆向转运，伴有 HCO3-的分泌，进入肠腔内的 HCO3-可中和结肠内细菌产生的酸性产物。
严重腹泻的病人，由于 HCO3-的大量丢失，可导致代谢性酸中毒。
大肠黏膜具有很强的吸水能力。每日可吸收 5~8L水和电解质溶液。当从回肠进入大
肠的液体或大肠分泌的液体超过此数量或大肠的吸收发生障碍，可引起腹泻。由于大肠具有
很强的吸收能力，所以通过直肠灌肠可作为一种有效的给药途径。如某些麻醉药、镇静荆等
药物可以通过灌肠迅速被大肠吸收。
大肠也能吸收肠内细菌合成维生素等，以补充机体维生素摄入的不足；此外，大肠也
能吸收由细菌分解食物残渣产生的短链脂肪酸，如乙酸、丙酸和丁酸等。
(张建福)
第七章 能量代谢与体温
第一节 能量代谢
新陈代谢是生命的基本特征之一。新陈代谢包括合成代谢和分解代谢两个方面，前者是指生
物体不断地从外界摄取营养物质来构筑和更新自身，并储存能量；而后者则为机体利用储存
的能量或分解体内自身物质而转变成能量，用以维持体温和进行各种功能性活动，如躯体运
动、心脏射血、细胞的生物电活动和生物分子的合成等。可见物质代谢与能量代谢是相伴随
发生的。生理学中通常将生物体内物质代谢过程中伴随发生的能量的释放、转移、储存和利
用称为能量代谢 (energy metabolism)。
一、机体能量的来源与利用
(一)能量的来源
1．三磷酸腺苷的生成与作用 机体能利用的能量来源于食物中糖、脂肪和蛋白质分
子结构中蕴藏的化学能。当这些营养物质被氧化分解时，碳氢键断裂，释放出能量。但机体
的组织细胞在进行各种生理活动时并不能直接利用这种能量形式，组织细胞所需要的能量实
际上是由三磷酸腺苷 (adenosine triphosphate，ATP)直接提供的。ATP是糖、脂肪和蛋白质
在生物氧化过程中合成的一种高能化合物，当 ATP 水解为二磷酸腺苷 (adenosine
diphosphate，ADP)及磷酸时，同时释放出能量 (在生理条件下可释放 51.6kJ/mo1)供机体利
用。ATP既是体内直接的供能物质，又是体内能量储存的重要形式。人体在生命活动过程中
所消耗的 ATP，由营养物质在体内被氧化分解所释放的能量不断地使 ADP重新氧化磷酸化
而得到补充。
除 ATP外，体内还有其他高能化合物，如磷酸肌酸 (creatine phosphate，CP)等。CP
主要存在于肌肉和脑组织中。当物质氧化释放的能量过剩时，ATP将高能磷酸键转给肌酸，
在肌酸激酶催化下合成磷酸肌酸。反过来，当组织消耗的 ATP量超过营养物质氧化生成 ATP
的速度时，磷酸肌酸的高能磷酸键又可快速转给 ADP，生成 ATP，以补充 ATP的消耗。因
此，磷酸肌酸是体内 ATP的储存库。从机体能量代谢的整个过程来看，ATP的合成与分解
是体内能量转化和利用的关键环节。
2．三大营养物质的能量转化
(1)糖：糖 (carbohydrate)的主要生理功能是供给机体生命活动所需要的能量。人体所
需能量的 50％~70％是由糖类物质的氧化分解提供的。食物中的糖经过消化被分解为单糖，
在被吸收的单糖中，葡萄糖占总量的 80％，通常所说的血糖是指血中的葡萄糖。体内的糖
代谢途径可因供氧情况的不同而有所不同。在氧供应充足的情况下，葡萄糖进行有氧氧化，
生成 CO2和水，1mol葡萄糖完全氧化所释放的能量可合成 38mol ATP；在缺氧的情况下，
葡萄糖进行无氧酵解，生成乳酸，此时 1mol葡萄糖只能合成 2mol ATP。在一般情况下，大
多数组织细胞有足够的氧供应，因此，以糖的有氧氧化供能为主。糖酵解虽然只能释放少量
能量，但在人体处于缺氧状态时极为重要，因为这是人体的能源物质唯一不需 O2的供能途
径。例如，人在进行剧烈运动时，骨骼肌的耗氧胃剧增．但由于循环、呼吸等功能活动只能
逐渐加强，不能很快满足机体对 O2的需要，骨骼肌因而处于相对缺氧的状态，这种现象称
为氧债 (oxygen debt)。在这种情况下，机体只能动用储备在磷酸肌酸等分子中的高能磷酸
键和进行无氧酵解来提供能量。在肌肉活动停止后的一段时间内，循环、呼吸活动仍维持在
较高水平，因而可摄取较多的 O2，以偿还氧债。此外，某些细胞。如成熟红细胞，由于缺
乏有氧氧化的酶系，也主要依靠糖酵解来供能。而正常成年人脑组织则主要依赖葡萄糖的有
氧氧化供能。脑组织的耗氧量高，对缺氧非常敏感。成年人的脑每日消耗 100~150g葡萄糖，
由于脑组织的糖原储存量较少，对血糖的依赖性也较高，因此，当发生低血糖时，可引起脑
功能活动的障碍，出现头晕等症，重者可发生抽搐甚至昏迷。
(2)脂肪：脂肪 (fat)在体内的主要功能是储存和供给能量。体内储存的脂肪量较多，
可占体重的 20％左右。每克脂肪在体内氧化所释放的能量约为糖的 2倍。通常成年人储备
的肝糖原在饥饿 24小时后即被耗尽，而储存的脂肪所提供的能量可供机体使用多达 10多天
至 2个月之久。当机体需要时，储存的脂肪首先在脂肪酶的催化下分解为甘油和脂肪酸。甘
油主要在肝脏被利用，经过磷酸化和脱氢而进入糖的氧化分解途径供能，或转变为糖。脂肪
酸的氧化分解可在心、肝、骨骼肌等许多组织细胞内进行。脂肪酸与辅酶 A结合后，经过
β-氧化，逐步分解为乙酰辅酶 A而进入糖的氧化途径，同时释放能量。
(3)蛋白质：蛋白质 (protein)的基本组成单位是氨基酸。不论是由肠道吸收的氨基酸，
还是由机体自身蛋白质分解所产生的氨基酸，都主要用于重新合成蛋白质，成为细胞的构成
成分，以实现组织的自我更新，或用于合成酶、激素等生物活性物质。为机体提供能量则是
氨基酸的次要功能。只有在某些特殊情况下，如长期不能进食或体力极度消耗时，机体才会
依靠由组织蛋白质分解所产生的氨基酸供能，以维持基本的生理功能。
(二)能量的利用
各种能源物质在体内氧化过程中释放的能量，50％以上转化为热能，其余部分是以化
学能的形式储存于 ATP等高能化合物的高能磷酸键中，供机体完成各种生理功能，如肌肉
的收缩和舒张，细胞组分及生物活性物质的合成，产生生物电活动的某些离子转运，神经传
导，小肠和肾小管细胞对某些物质的主动转运，腺体的分泌和递质的释放等。除骨骼肌收缩
对外界物体做一定量的机械功 (简称外功)外，其他用于进行各种功能活动所做的功最终都
转化为热能。热能是最低形式的能量，主要用于维持体温，而不能转化为其他形式的能，因
此不能用来做功。用于维持体温的这部分体热最终由体表散发到外界环境中去；此外，还有
小部分体热则通过呼出气、排泄物等被带出体外。
(三)能量平衡
人体的能量平衡是指机体摄入的能量与消耗的能量之间的平衡。若在一段时间内体重
不变，便可认为此时人体的能量达到“收支”平衡，即这段时间内人体摄入的能量与消耗的
能量基本相等。人体每日消耗的能量主要包括基础代谢的能量消耗、食物的特殊动力效应
(见后述)、身体运动的能量消耗和其他的生理活动 (包括生长发育)所需能量。若摄人食物的
能量少于消耗的能量，机体即动用储存的能源物质；因而体重减轻，称为能量的负平衡；反
之，若机体摄入的能量多于消耗的能量，多余的能量则转变为脂肪等机体组织，导致肥胖，
因而体重增加，称为能量的正平衡。肥胖与许多疾病 (如糖尿病、高血压)的发生或代谢异
常 (如血脂紊乱)有关。临床上常用体重指数 (bodymass index)、腰围和腰臀围比作为判断肥
胖的简易诊断指标。体重指数是以身高 (m)的平方除体重 (kg)所得之商，主要反映全身性
超重和肥胖。在我国，体重指数 24为超重界限，28为肥胖界限。腰围和腰臀围比也能反映
体内脂肪总量和脂肪分布情况。因此，在日常生活中，人们须根据自身的实际生理状况、活
动强度等给予适当的能量供应，以保证机体的能量平衡。
体内有很多影响能量代谢的蛋白和活性肽。如解耦联蛋白，瘦素、增食因子、神经肽
Y、黑色素浓缩激素、脂联素、抵抗素等。解耦联蛋白 (uncoupfing protein，UCP)是一种线
粒体的质子转运蛋白，可调节 H+的跨膜转运，消除 H+在线粒体内膜两侧的电化学梯度，
解除呼吸链氧化磷酸化和 ATP合成的耦联，使 H+氧化过程中释出的能量转化为热量释放。
而不生成 ATP。目前已发现 5种 UCP家族成员，UCP1主要在棕色脂肪组织 (brown adipose
tissue，BAT)中表达，这对新生儿的体温调节具有重要意义 (见后文)。UCP2分布在白色脂
肪组织、BAT、骨骼肌、心脏、脾、肾和淋巴结等处，在基础代谢的调节中起重要作用；
UCP3主要在骨骼肌、BAT和心肌中表达，是产热的重要调节因素；UCP4在脑组织中表达；
UCP5则在脑组织和睾丸组织中表达，可能参与体温调节的产热作用和脑组织的代谢。瘦素
(leptin)是由肥胖 (obese)基因编码的 16kD的单链蛋白质，在脂肪组织表达。通过中枢及外
周受体影响摄食、能量消耗、脂肪分解等。当机体能量摄入过剩而转换成脂肪储存，脂肪细
胞含脂质增多而增大时，能促进瘦素表达。瘦素与靶细胞受体结合后，可激活 JAK，进而
使 STAT磷酸化，磷酸化的 STAT进入核内调节细胞的代谢活动和能量消耗 (细胞内机制)；
另外，瘦素还可抑制下丘脑的摄食中枢而兴奋饱中枢，抑制食欲，减少食物的摄入量 (细胞
外机制)。增食因子 (orexin)是具有增强食欲作用的神经肽，分为 orexin A和 orexin B两种亚
型。神经元胞体主要位于下丘脑外侧区和穹隆周围核。主要作用是刺激摄食和减少能量消耗，
与肥胖的发生密切相关。
二、能量代谢的测定
(一)能量代谢的测定原理
机体的能量代谢遵循能量守恒定律，即在整个能量转化过程中，机体摄入的蕴藏于食
物中的化学能与最终转化的热能和所做的外功，按能量来折算是完全相等的。因此，要想测
定整个机体的能量代谢率 (energy metabolism rate)，即单位时间内所消耗的能量，可通过测
定机体在一定时间内所消耗的食物，按照食物的热价 (见后文)计算出这些食物所包含的能
量，也可测定机体一定时间内产生的热量与所做的外功。但实际上机体在一定时间内所消耗
的食物量是很难测出的，因此，通常是测定机体一定时间内所消耗的能量，再计算出机体的
能量代谢率。如果排除机体所做的外功，则在一定时间内机体产生的热量即为机体消耗的全
部能量。这样，只需要测量单位时间内机体的产热量即可得到机体的能量代谢率。
(二)与能量代谢测定有关的几个概念
利用测定单位时间内机体的产热量来测定能量代谢率，需了解与能量代谢测定有关的
几个基本概念，主要包括食物的热价、氧热价和呼吸商。
1．食物的热价 1g某种食物氧化时所释放的能量，称为这种食物的热价 (thermal
equivalent of food)。食物的热价通常用焦耳 (J)作为计量单位 (1cal=4.187J)。食物的热价分
为生物热价和物理热价，分别指食物在体内氧化和体外燃烧时释放的能量。糖、脂肪和蛋白
质三种主要营养物质的热价列于表 7-1中。从表中可见，糖和脂肪的生物热价和物理热价相
同；蛋白质则不同，这是由于蛋白质在体内不能完全被氧化，有一部分包含在尿素、尿酸和
肌酐等分子中的能量从尿中排泄，还有很少量含氮产物在粪便中排出。因此，其牛物热价小
于物理热价。
2．食物的氧热价 某种食物氧化时消耗 1L O2所产生的热量，称为这种食物的氧热
价 (thermal equivalent of oxygen)。氧热价表示某种物质氧化时的耗氧量和产热量之间的关
系。由于各种营养物质中所含的碳、氢和氧等元素的比例不同，因此，同样消耗 1升 O2，
各种物质氧化时所释放的热量也不相同 (表 7-1)。
3．呼吸商 营养物质在细胞内氧化供能的过程中，需要消耗 O2，并产生 CO2。一
定时间内机体呼出的 CO2量与吸入的 O2量的比值，称为呼吸商 (respiratory quotient，RQ)。
由于各种营养物质中 O2的含量不同，其呼吸商也有差异 (见表 7-1)。测算呼吸商时，严格
地说，应以 CO2和 O2的摩尔数来计算呼吸商；但由于在同一温度和气压条件下，摩尔数
相同的不同气体，其容积也相等，所以常可用 CO2与 O2的容积数 (ml或 L)来计算呼吸商，
即
葡萄糖氧化时，产生的 CO2量与消耗的 O2量是相等的，所以糖氧化时的呼吸商等
于 1.00，蛋白质和脂肪氧化时的呼吸商分别为 0.80和 0.71。如果某人的呼吸商接近于 1.00，
说明此人在这段时间内所利用的能量主要来自糖的氧化。在糖尿病患者，因葡萄糖的利用发
生障碍，机体主要依靠脂肪代谢供能，因此呼吸商偏低，接近于 0.71；在长期饥饿的情况下，
人体的能量主要来自自身蛋白质的分解，故呼吸商接近于 0.80。正常人进食混合食物时，呼
吸商一般在 0.85左右。
一般认为，整体条件下的呼吸商可反映机体中三种营养物质氧化分解的比例，但事实
上这种看法与实际情况并不完全吻合。例如，让受试者在一定时期内只摄取某种单一的营养
物质，结果所测得的呼吸商与理论计算值并不完全一致。这是因为机体的组织细胞不仅能同
时氧化分解各种营养物质，而且也可使一种营养物质转变成另一种营养物质。由于脂肪的分
子组成中 O2的含量较少，当一部分糖转化为脂肪时，原来糖分子中的 O2就有剩余，这些
剩余的 O2可参加机体代谢过程中的氧化反应，相应减少了从外界摄入的 O2量，从而使呼
吸商变大，甚至超过 l。另外，在肌肉剧烈活动时，由于出现氧债，糖酵解就加强。因而可
产生大量乳酸，乳酸与体内缓冲系统作用，结果使肺排出的 CO2量明显增加；在肺过度通
气或酸中毒等情况下，CO2的排出量也增多，这些情况均可使呼吸商变大。相反，在肺通
气不足或碱中毒等情况下，呼吸商则变小。
在一般情况下，体内能量主要来自糖和脂肪的氧化，蛋白质的代谢量可忽略不计。由
糖和脂肪氧化时产生的 CO2 量和消耗的 O2 量的比值称为非蛋白呼吸商 (non-protein
respiratory quotient，NPRQ)。不同的非蛋白呼吸商所对应的糖和脂肪各自氧化的百分比以及
相应的氧热价列于表 7-2中。利用这些数据，可使能量代谢的测算更为方便。
(三)能量代谢的测定方法
测定整个机体能量代谢率通常有三种方法：直接测热法、间接测热法和双标记水法。
前两种测定方法是在受试者安静状态下进行直接测定散热量或间接测定产热量，最后一种方
法则能够测定机体在自由活动状态下的能量代谢量。
1．直接测热法 让受试者居于一个特殊的隔热小房间内，收集受试者安静状态下在
一定时间内发散的总热量，这种方法称为直接测热法 (direct calorimetry)。直接测热法所使
用的装置结构较为复杂，操作也很繁琐，故其应用受到很大限制，一般主要用于科学研究。
2．间接测热法 根据化学反应中反应物与产物的量之间呈一定比例的关系，即定比
定律，就可知道体内的糖、脂肪和蛋白质氧化分解时的耗氧量和 CO2产生量以及释放的热
量都有一定的比例。间接测热法 (indirect calorimetry)就是利用这种定比关系来测定受试者
在一定时间内产热量的一种方法。例如，氧化 1mol葡萄糖时，需要消耗 6molO2，并将产
生 6mol CO2 和 6mol H2O，同时释放一定的热量。其反应式如下 C6H12O6+6O2→
6CO2+6H2O+△H
(1)间接测热法的步骤：
1)计算氧化蛋白质食物的产热量：需先测定机体在一定时间内的尿氮排出量。蛋白质的
含氮量一般为 16％左右，即在体内氧化 1g蛋白质可产生 0.16g左右的尿氮 (粪便中的氮排
出量忽略不计)。以 0.16除测出的尿氮量，即为体内氧化蛋白质的量。根据蛋白质的生物热
价 (见表 7-1)，即可计算出氧化蛋白质食物的产热量。
2)计算氧化非蛋白食物的产热量：需先测定机体在一定时间内总的耗氧量和总的 CO2
产生量。根据 1g蛋白质氧化时的耗氧量和 CO2产生量 (见表 7-1)，可算出受试者在这段时
间内蛋白质食物氧化时的耗氧量和 CO2产生量，分别从总耗氧量和总 CO2产生量中减去蛋
白质食物氧化时的耗氧量和 CO2产生量，即为非蛋白部分 (糖和脂肪)食物氧化时的耗氧量
和 CO2产生量，由此即可求得非蛋白呼吸商 (NPRQ)。然后查表 7-2可得此 NPRQ相对应
的非蛋白氧热价，从而计算出氧化非蛋白食物的产热量。
3)计算出总产热量：将氧化蛋白质食物与非蛋白质食物两部分的产热量相加，即可算
出总产热量。
现以一个具体例子来说明间接测热法的测算方法。假定某受试者 24小时的耗氧量是
400L，CO2产生量为 340L (已换算成标准状态的气体容积)，尿氮排出量为 12g。根据这些
数据，氧化蛋白质食物的
氧化量=12g÷0.16=75g
产热量=18kJ/g×75g=1 350kJ
耗氧量=0.95L/g×75g=71.25L
CO2产生量=0.76L/g×75g=57L
氧化非蛋白食物的
耗氧量=400L-71.25L=328.75L
CO2产量=340L-57L=283L
NPRQ=283L÷328.75L=0.86
查表 7-2，当 NPRQ为 0.86时，氧热价为 20.41kJ/L，因此，氧化非蛋白食物的
产热量=20.41kJ/L×328.75L=6 709.79kJ
所以，该受试者 24小时内的
总产热量=1 350kJ+6 709.79kJ=8 059.79kJ
由于上述经典的测算方法较为繁琐，故在临床上和劳动卫生工作实践中，能量代谢率的
测定常用以下两种简化方法计算：①忽略不计蛋白质食物的氧化量，测得一定时间内的耗氧
量和 CO2产生量，将求出的呼吸商视为非蛋白呼吸商，经查表取得相对应的氧热价，便可
计算出这段时间内的产热量。②仅测定一定时间内的耗氧量，根据国人的统计资料，基础状
态下的非蛋白呼吸商约为 0.82，与此相对应的氧热价则为 20.20kJ/L，以测定的耗氧量与此
氧热价相乘，即可求得这段时间内的产热量。实际上，用简化法所得数值与上述经典测算方
法所得数值非常接近。
(2)测定耗氧量和 CO2产生量的方法
1)闭合式测定法：临床上常采用肺量计来测定耗氧量。该装置的结构与原理如图 7-1所
示，在肺量计内充有一定量的 O2，让受试者通过呼吸口瓣吸入装置中的 O2，呼出气中的
CO2和水则被气体回路中的吸收剂所吸收。描计装置与气体容器的上盖相连，可自动记录
呼吸曲线。吸气时上盖下降，呼气时则上盖升高。由于每次呼吸将摄取一定量的 O2，呼出
气中的 CO2又被吸收，因此，描笔不能回到原来的高度。随着呼吸的持续进行，气体容器
中的 O2逐渐减少，描笔记录出曲线逐渐下降。在一定时间内 (通常测试 6min)，以描笔下
降的高度与容器的换算系数相乘，即为该时间内的耗氧量。根据实验前后 CO2吸收剂的重
量改变，即能算出单位时间的 CO2产生量。
2)开放式测定法：即气体分析法，是在受试者呼吸空气的条件下测定耗氧量和 CO2产
生量的方法。该方法是收集受试者一定时间内的呼出气，通过气量计等测试仪测出呼出气量
并分析呼出气中 O2和 CO2的容积百分比。由于吸入气为空气，而空气中的 O2和 CO2的
容积百分比是已知的，因此可根据吸入气和呼出气中 O2和 CO2的容积百分比的差值，计
算出这段时间内的耗氧量和 CO2产生量。
3．双标记水法 上述检测方法是在受试者保持安静状态，且不做外功的条件下进行的。
双标记水法 (doubly labelled water，DLW)则可在受试者自由活动的状态下进行。给予受试者
一定量的氘 (2H)和 18氧 (18O)标记水 2H2O、H218O，在一定期间内 (通常为 10天左右)
间断采集尿液，测定 2H代谢率和 18O代谢率。由于 2H参与体内的水代谢；18O除参与水
的代谢外还参与 CO2代谢，因此，机体 CO2产生量可以通过 18O代谢率和 2H代谢率之差
而求得。呼吸商则根据受试者实际摄入的食物组成推算，这样就可以得出总的耗氧量，求出
每日总能量消耗量。由于此方法不需要限制受试者的活动，可应用于儿童生长发育、运动生
理、营养学等方面的研究。检测使用的双标记水是无放射性的，对健康无不良影响，且采用
非侵人性的口服方法，检测结果较为精确。但由于测试费用较高，所需时间较长，测定时需
要同位素比值质谱仪等特定的测试仪器及检测技术等，遂使此法的使用受到一定限制。影响
能量代谢的主要因素
(一)肌肉活动
肌肉活动对于能量代谢的影响最为显著，机体任何轻微的运动即可提高代谢率。人在
体育运动或劳动时，由于肌肉活动所消耗的能量需要通过营养物质的氧化来补充，因而可引
起机体的耗氧量显著增加。机体耗氧量的增加与肌肉活动的强度呈正比关系，机体持续体育
运动或劳动时的耗氧量可达安静时的 10~20倍。肌肉活动的强度通常用单位时间内机体的产
热量来表示，因此，可以把能量代谢率作为评估肌肉活动强度的指标。从表 7-3可以看到不
同劳动强度或运动时的能量代谢率。
(二)精神活动
与肌肉组织相比，脑组织的血流量大，代谢水平也高，在安静状态下，每 100g脑组织
的耗氧量为 3~3.5ml/min (氧化的葡萄糖量约 4.5mg/min)，此值约为肌肉组织安静时耗氧量的
20倍，但在不同精神活动状态下脑组织的能量代谢率却变化不大。研究发现，在睡眠时和
在精神活动活跃的状态下，脑中葡萄糖的代谢率却几乎没有差异。人在平静地思考问题时，
产热量增加一般不超过 4％。但当人处于精神紧张状态时，如烦恼、恐惧或情绪激动时，能
量代谢率可显著增高。这是由于随之出现的无意识的肌紧张，以及交感神经兴奋，甲状腺激
素、肾上腺素等刺激代谢的激素释放增多所致。
(三)食物的特殊动力效应
人在进食后的一段时间内，即使在安静状态下，也会出现能量代谢率增加的现象，一
般从进食后 1小时左右开始，延续 7~8小时。进食能刺激机体额外消耗能量的作用，称为食
物的特殊动力效应 (specific dynamic effect)。实验证明，在三种主要营养物质中，进食蛋白
质产生的特殊动力效应最为显著，能提供 100kJ能量的蛋白质，在被摄入后所产生的特殊动
力可达 30kJ，即进食蛋白质的特殊动力效应约为 30％；进食糖和脂肪的特殊动力效应分别
为 6％和 4％左右；进食混合性食物约为 10％。因此，在计算所需能量摄人量时，应注意到
额外消耗的这部分能量而给予相应的补充。有关食物特殊动力效应产生的确切机制目前尚不
清楚。实验表明，将氨基酸经静脉注射后仍然可以看到这种现象，但在切除肝脏后此现象即
消失。因而认为，食物的特殊动力效应与食物在消化道内的消化和吸收无关，可能主要与肝
脏处理氨基酸或合成糖原等过程有关。
(四)环境温度
当人在安静时，环境温度在 20~30℃范围内，在裸体或只穿薄衣的情况下，其能量代
谢最为稳定。当环境温度低于 20℃时，代谢率便开始增加；在 10℃以下时，则显著增加。
环境温度较低时，代谢率的增加主要是由于寒冷刺激反射性地引起寒战以及肌肉紧张度的增
强。在 20~30℃时，代谢率较为稳定，主要是因为肌肉比较松弛。当环境温度超过 30℃时，
代谢率又将逐渐增加，这与体内化学反应速度加快，发汗功能旺盛以及呼吸、循环功能增强
等因素有关。
四、基础代谢
基础代谢 (basal metabolism)是指基础状态下的能量代谢。基础代谢率 (basal
metabolism rate，BMR)则是指在基础状态下单位时间内的能量代谢。所谓基础状态是指人体
处在清醒而又非常安静，不受肌肉活动、精神紧张、食物及环境温度等因素影响时的状态。
因此，测定基础代谢需要在清醒、静卧，未作肌肉活动，无精神紧张，食后 12~14h、室温
保持在 20~25℃的条件下进行。此时能量消耗主要用以维持血液循环、呼吸等基本生命活动，
在这种状态下，基础代谢是比较稳定的。因此，基础代谢率常作为评价机体能量代谢水平的
指标。基础代谢率比一般安静时的代谢率低，是人体在清醒时的最低能量代谢水平。在熟睡
时机体的各种生理功能减弱至更低水平，此时的能量代谢率更低，但在做梦时可增高。
事实证明，不同大小的个体，其能量代谢量有较大的差异。若以每公斤体重的产热量
进行比较，则身材矮小的人每公斤体重的产热量要高于身材高大的人。研究表明，与机体的
心输出量、肺通气量等生理活动指标一样，若以每平方米体表面积的产热量进行比较，则不
论身材大小，每平方米体表面积每小时的产热量就非常接近。即能量代谢率的高低与体重不
成比例关系，而是与体表面积成正比。因此，能量代谢率常以单位时间内每平方米体表面积
的产热量为单位，即用 kJ/ (m2?h)来表示。
人体的体表面积可应用 Stevenson公式进行测算，即
体表面积 (m2)=0.006 1×身高 (cm)+0.0128×体重 (kg)=0.1529 (7-2)
近年来对国人体表面积的测算结果显示。利用 Stevenson公式的计算值较实测值略小。
另外，体表面积还可以在体表面积测算图 (图 7-2)上直接读取。具体做法是在图中分
别找出受试者的身高值和体重值在各自标尺上的对应点，这两点的连线与体表面积标尺交点
的读数，就是该受试者的体表面积。
在对基础代谢率进行测定时，一般采用能量代谢测定的简化方法测算，即将非蛋白呼
吸商定为 0.82，与之相对应的氧热价为 20.20kJ/L，因此，只需在基础状态下测定一定时间
内的耗氧量和体表面积，即可计算出基础代谢率。例如，某受试者，男性，20岁，在基础
状态下，lh的耗氧量为 14L，测算的体表面积为 1.6m2，故其基础代谢率为：
20.20kJ/L×14L/h÷1.6m2=176.75kJ/ (m2?h)
基础代谢率随性别、年龄的不同而有差异 (表 7-4)。当其他情况相同时，男性的基础
代谢率平均值比同年龄组的女性高；儿童比成人高；年龄越大，代谢率越低。
临床上在评价基础代谢率时，常将实测值和表 7-4中的正常平均值进行比较，即采用
相对值来表示。如相差在±15％之内，都视为属于正常范围；差值超过 20％时，才有可能
是病理性变化。很多疾病都伴有基础代谢率的改变，特别是影响甲状腺功能的疾病。当甲状
腺功能低下时，基础代谢率可比正常值低 20％~40％；而甲状腺功能亢进时，基础代谢率可
比正常值高 25％~80％。其他如肾上腺皮质和垂体功能低下、肾病综合征、病理性饥饿等，
常出现基础代谢率降低；糖尿病、红细胞增多症、白血病以及伴有呼吸困难的心脏病等，基
础代谢率可升高。当人体发热时，基础代谢率也升高，一般情况下，体温每升高 1℃，基础
代谢率将升高 13％左右。基础代谢率的测定是临床上某些疾病的辅助诊断方法之一，尤其
是用于甲状腺疾病的辅助诊断；但目前由于可直接测定反映甲状腺功能的血清激素水平，故
在甲状腺疾病的诊断上已很少应用基础代谢率的测定方法。
第二节 体温及其调节
生理学在研究人体的体温时把人体分为核心与表层两个部分。机体核心部分的温度称
为核心温度 (core temperature)；机体表层部分的温度称为表层温度 (shell temperature)。临床
上所说的体温 (body temperature)是指机体核心部分的平均温度。鸟类、哺乳动物和人的体
温是相对稳定的，故称为恒温动物 (homeotherm)。而低等动物，如爬虫类、两栖类的体温
则随环境温度的变化而变化，因而称为变温动物 (poikilotherrn)。恒温动物保持正常的体温
是机体进行新陈代谢和生命活动的必要条件。
(一)表层温度和核心温度
尽管机体的温度可分为表层温度与核心温度，但机体核心部分与表层部分的比例并不
是固定不变的，随着环境温度的变化，其比例也发生改变。如图 7-3所示，在寒冷的环境中，
核心温度分布区域缩小，主要集中在头部与胸腹内脏，表层温度分布区域相应扩大，表层部
分与核心部分之间存在着温度梯度。相反，在炎热环境中，核心温度分布区域扩大，可扩展
到四肢，而表层温度分布区域明显缩小。
1．表层温度 机体表层的温度低于核心温度，而且由表层向深部存在着比较明显的
温度梯度。表层温度易受环境温度的影响，各部位之间的温度差异较大。机体表层的最外层
即皮肤的温度称为皮肤温度 (skin temperature)。当环境温度为 23℃时，足部皮肤温度约 27
℃，手部约 30℃，躯干部约 32℃，额部为 33~34℃。四肢末梢皮肤温度最低，越近躯干、
头部，皮肤温度越高。当气温达 32℃以上时，皮肤温度的部位差别将变小。在寒冷环境中，
随着气温下降，手、足部皮肤温度降低最为显著，而头部皮肤温度的变动相对较小。皮肤温
度与局部血流量有密切的关系。凡能影响皮肤血管舒缩的因素，如环境温度变化或精神紧张
等都能改变皮肤温度。例如，人在情绪激动时，交感神经兴奋，皮肤血管紧张性增高，皮肤
温度，特别是手的皮肤温度显著降低。可从 30℃骤降至 24℃。由于皮肤温度的变化在一定
程度上可以反映血管的功能状态，因此，临床上常用皮肤温度作为诊断外周血管疾病的指标。
2．核心温度 核心温度是相对稳定的，各部位之间的温度差异很小。其中肝脏在全
身各器官中温度最高，为 38℃左右；脑产热量较多，也接近 38％；肾、胰腺及十二指肠等
器官温度略低；直肠的温度则更低，约 37.5℃。由于机体深部各个器官通过循环的血液交换
热量而使温度趋于一致，因此机体深部血液的温度可以代表内脏器官温度的平均值。
由于机体深部温度特别是血液温度不易测量，所以临床上通常用直肠、口腔和腋窝等
部位的温度来代表体温。直肠温度 (rectal temperature)的正常值为 36.9~37.9％，测量时温度
计应插入直肠 6cm以上，才能比较接近深部温度。口腔温度 (oral temperature)的正常值为
36.7~37.7℃，测量时应将温度计含于舌下，由于应用比较方便，因而是临床上常用的测温方
法。但需注意口腔温度受经口呼吸及进冷、热食物等因素的影响；此外，对于不能配合测量
的一些患者，如哭闹的小儿和精神病患者，则不宜测口腔温度。腋窝温度 (axillary temperature)
的正常值为 36.0~37.4℃。测量时需注意腋窝处是皮肤表面的一部分，其表层温度并不能代
表核心部的体温，只有让被测者将上臂紧贴胸廓，使腋窝紧闭而形成人工体腔，机体内部的
热量才能逐渐传至腋窝，使腋窝的温度逐渐升高至接近于机体深部温度的水平，此时所测得
的温度才能反映深部温度。因此，测量腋窝温度的时间一般需要持续 5~10min，还应保持腋
窝处干燥。
此外，食管温度比直肠温度低 0.3℃左右。食管中央部分的温度与右心房内的温度大
致相等，而且两者在体温调节中发生反应的时间过程也是一致的，所以在实验研究中可将食
管温度作为深部温度的一个指标。此外，鼓膜的温度大致与下丘脑温度相近，在研究体温调
节的生理学实验中常用鼓膜温度作为脑组织温度的指标。随着鼓膜温度计的开发，现在临床
上也将鼓膜温度用作衡量体温的指标。
(二)体温的正常变动
在生理情况下，体温可随昼夜、年龄、性别等因素而有变动，但这种变动幅度一般不
超过 1℃。
1．体温的昼夜变化 体温在一昼夜之间有周期性的波动，在清晨 2~6时体温最低，
午后 1~6时最高。机体功能活动的周期节律性变化的特性，称为生物节律 (见第十章)。人
体体温的这种昼夜周期性波动，称为体温的昼夜节律或日节律 (circadian rhythm)。研究结果
表明，体温的日节律是由一种内在的生物节律所决定的，而与机体的精神或肌肉活动状态等
没有因果关系。比如，让受试者处于特定的环境中，将一切标志时间的外在因素，如昼夜明
暗周期、环境温度的规律性变化、定时的进餐等都去除，此时受试者的体温仍表现出昼夜节
律性波动的特性，但这种节律的周期要比地球的自转周期 (24h)略长，故称为自由运转周期
(free-running period)。人在日常生活中，由于上述各种外在因素的作用，自由运转周期就和
24h运转周期同步化了。因此，体温的昼夜节律与地球自转周期是相吻合的。目前认为，生
物节律现象主要受下丘脑视交叉上核的控制。
2．性别的影响 在相同状态下，男性和女性体温略有差别，成年女性的体温平均高
于男性 0.3℃。此外，女性的基础体温随月经周期而变动 (图 7-4)。基础体温是指在基础状
态下的体温，通常在早晨起床前测定。在卵泡期内体温较低，排卵日最低，排卵后升高 0.3~0.6
℃。因此，通过每天测定基础体温有助于了解有无排卵和排卵的日期。排卵后体温升高是由
于黄体分泌的孕激素的作用所致 (见第十二章)。
3．年龄的影响 儿童和青少年的体温较高，而老年人因基础代谢率低，体温偏低。
新生儿，特别是早产儿，由于其体温调节机构的发育还不完善，调节体温的能力差，因此体
温易受环境因素的影响而变动。如果不注意保温，洗澡时婴儿的体温可降低 2~4℃，因此，
对婴幼儿应加强保温护理。
4．肌肉活动的影响 肌肉活动时由于代谢增强，产热量增加，可使体温升高。所以，
临床上测量体温应让受试者先安静一段时间后再进行，测量小儿体温时应防止小儿哭闹。
此外，情绪激动、精神紧张、进食等情况对体温也会产生影响，所以测定体温时，应
予充分考虑。
二、机体的产热与散热
如前所述，营养物质代谢所释放的化学能在体内转化中，50％以上直接转变成热能，
其余不足 50％的化学能载荷于 ATP等高能化合物的高能磷酸键上，经过转化与利用，最终
大部分也变成热能。体内的一部分热能用以维持体温，多余的热量则由循环血液传送到体表
并散发到体外。恒温动物之所以能维持相对稳定的体温，就是因为在体温调节机构的控制下，
产热 (heat production)和散热 (heat loss)两个生理过程能取得动态平衡的结果。
(一)产热过程
1．主要产热器官 体内的热量是由三大营养物质在组织细胞中进行分解代谢时产生
的，其中对体温影响较大的主要产热器官是肝和骨骼肌。从表 7-5中可见，机体在安静时主
要由内脏产热，占总产热量的 56％。在各内脏中肝的代谢最旺盛，产热量最高，肝的血液
温度比主动脉血液温度高 0.4~0.8℃。当机体进行体育运动或劳动时，肌肉则成为主要的产
热器官。由于骨骼肌的总重量约占体重的 40％，因而具有巨大的产热潜力，骨骼肌的紧张
度稍有增强，其产热量即可发生明显改变。当剧烈运动时，其产热量约可增加 40倍，占机
体总产热量的 90％左右。在新生儿，还有棕色脂肪组织参与非寒战产热 (后述)。
2．产热的形式 机体有多种产热形式，如基础代谢产热、骨骼肌运动产热、食物的
特殊动力效应产热、寒战和非寒战产热等。通常，机体的产热量大部分来自全身各组织器官
的基础代谢，其中内脏器官和脑组织的产热量约占基础代谢产热量的 70％。机体安静时在
寒冷环境中主要依靠寒战产热 (shivering thermogenesis)和非寒战产热 (non-shivering
thermogenesis)两种形式增加产热量。
(1)寒战产热：寒战是指在寒冷环境中骨骼肌发生不随意的节律性收缩，其节律为每
分钟 9~11次。寒战的特点是屈肌和伸肌同时收缩，许多肌纤维同步化放电，此时肌肉收缩
不做外功，能量全部转化为热量。当发生寒战时，机体的代谢率可增加 4~5倍，有利于维持
机体在寒冷环境中的体热平衡。
(2)非寒战产热：非寒战产热又称代谢产热，是一种通过提高组织代谢率来增加产热
的形式。非寒战产热作用最强的组织是分布在肩胛下区、颈部大血管周围、腹股沟等处的棕
色脂肪组织，在棕色脂肪组织细胞的线粒体内膜上存在解耦联蛋白 (UCP)，UCP的作用是
使线粒体呼吸链中的氧化磷酸化和 ATP合成之间的耦联被解除，从而使氧化还原反应过程
中释放的能量不能被用来合成 ATP，而是转化为热量散发出来。棕色脂肪组织的代谢产热量
约占非寒战产热总量的 70％。在人类，棕色脂肪组织只存在于新生儿体内。由于新生儿体
温调节功能尚不完善，不能发生寒战，所以非寒战产热对新生儿的意义尤为重要。
3．产热活动的调节
(1)体液调节：甲状腺激素是调节产热活动最重要的体液因素。如果机体暴露于寒冷
环境中数周，甲状腺的活动明显增强，甲状腺激素大量分泌，使机体代谢率可增加 20％~30
％。甲状腺激素调节代谢的特点是作用缓慢，但持续时间长。肾上腺素、去甲肾上腺素以及
生长激素等也可刺激产热，其特点是起效较快，但维持时间较短。
(2)神经调节：寒冷刺激可使位于下丘脑后部的寒战中枢兴奋，经传出通路到达脊髓
前角运动神经元，引起寒战。还可使交感神经系统兴奋，进而引起肾上腺髓质活动增强，导
致肾上腺素和去甲肾上腺素等激素释放增多，使代谢产热增加。前述寒冷促使甲状腺激素释
放的机制也是通过神经系统完成的，即寒冷刺激可通过某种递质引起下丘脑释放促甲状腺激
素释放激素，后者再刺激腺垂体释放促甲状腺激素，从而加强甲状腺的活动 (见第十一章)。
(二)散热过程
1．散热的部位 人体的主要散热部位是皮肤。当环境温度低于表层温度时，大部分
体热可通过辐射、传导和对流等方式向外界发散，小部分体热则随呼出气、尿、粪等排泄物
排出体外。当环境温度高于表层温度时，则通过蒸发散热来发散体热。
2．散热的方式
(1)辐射散热：辐射散热 (thermal radiation)是指人体以热射线的形式将体热传给外界
较冷物质的一种散热方式。人体在 21℃的环境中，在裸体情况下，约有 60％的热量是通过
辐射方式发散的。辐射散热量的多少主要取决于皮肤与周围环境之间的温度差，当皮肤温度
高于环境温度时，温度差越大，散热量就越多。反之，若环境温度高于皮肤温度，则机体不
仅不能散热，反将吸收周围环境中的热量。此外，辐射散热还取决于机体的有效散热面积，
有效散热面积越大，散热量就越多。由于四肢的表面积较大，因而在辐射散热中起重要作用。
(2)传导散热：传导散热 (thermal conduction)是指机体的热量直接传给与之接触的温
度较低物体的一种散热方式。经这种方式发散的热量取决于皮肤温度与接触物体之间的温度
差、接触面积，以及与皮肤接触的物体的导热性能等。空气的导热性较小，在空气中通过直
接传导散热量极小。棉、毛织物也是热的不良导体，所以体热因传导而散失的热量并不多。
另外，人体脂肪的导热效能也较小，因而肥胖的人身体深部的热量不易传向表层，在炎热的
天气里就容易出汗。由于水的比热较大，导热性能较好，在临床治疗中常利用水的热传导作
用进行局部加温处理或利用冰帽、冰袋等给高热患者降温。
(3)对流散热：对流散热 (thermal convection)是指通过气体流动进行热量交换的一种散
热方式。通过对流散失热量的多少，除取决于皮肤与周围环境之间的温度差和机体的有效散
热面积外，受风速的影响较大。风速越大，散热量就越多；相反，风速越小，散热量也越少。
衣服覆盖皮肤表面，加之棉毛纤维间的空气不易流动，这些因素都可使对流难以实现而有利
于保温。
(4)蒸发散热：蒸发 (evaporation)是水分从体表汽化时吸收热量而散发体热的一种方式。
在正常体温条件下，蒸发 1g水可使机体散发 2.43kJ的热量。因此，体表水分的蒸发是一种
十分有效的散热形式。当环境温度等于或高于皮肤温度时，蒸发将成为唯一有效的散热形式。
患有无汗症的人，在冷环境中的反应与正常人无异，但在热环境中，由于不能借助于汗液蒸
发散热，因而容易发生中暑。蒸发散热有不感蒸发和发汗两种形式。
1)不感蒸发：不感蒸发 (insensible perspiration)是指体液的水分从皮肤和黏膜 (主要是呼
吸道黏膜)表面不断渗出而被汽化的形式。这种蒸发形式不被人们所察觉，且与汗腺活动无
关。其中水分从皮肤表面的蒸发又称不显汗。在环境温度低于 30℃时，人体通过不感蒸发
所丢失的水分相当恒定，为 12~15g/(h?m2)。人体 24h的不感蒸发量一般约 1 000ml，其中从
皮肤表面蒸发的水分为 600~800ml，通过呼吸道黏膜蒸发的水分为 200~400ml。在肌肉活动
或发热状态下，不显汗可增加。婴幼儿不感蒸发的速率比成人大，因此，在缺水的情况下，
婴幼儿更易发生严重脱水。临床上给病人补液时，应注意勿忘补充由不感蒸发丢失的这部分
体液。在有些不能分泌汗液的动物，不感蒸发是一种有效的散热途径，如狗，在炎热环境下，
常采取热喘呼吸 (panting)的方式来加强散热。
2)发汗：发汗 (sweating)是指汗腺主动分泌汗液的过程。通过汗液蒸发可有效带走大量
体热。发汗可被意识到，故又称可感蒸发 (sensible evaporation)。人体皮肤上分布有大汗腺
和小汗腺。大汗腺局限于腋窝和阴部等处，开口于毛根附近。它从青春期开始活动，所以可
能和性功能有关。小汗腺可见于全身皮肤，其分布密度因部位而异，手掌和足跖最多，额部
和手背次之，四肢和躯干最少。然而，汗腺的分泌能力却以躯干和四肢为最强。
汗液中水分约占 99％，固体成分约占 1％。在固体成分中，大部分为 NaCl，也有乳酸
及少量 KCl和尿素等。实验测得，在汗腺分泌时分泌管腔内的压力可高达 250mmHg以上，
表明汗液不是简单的血浆滤出物，而是汗腺细胞的主动分泌物。刚从汗腺分泌出来的汗液是
与血浆等渗的，但在流经汗腺管腔时，在醛固酮的作用下，汗液中的 Na+和 Cl-被重吸收，
最后排出的汗液是低渗的。因此，当机体大量发汗时会导致血浆晶体渗透压升高，造成高渗
性脱水。但当发汗速度快时，由于汗腺管不能充分吸收 NaCl，汗液中的 NaCl浓度高，机体
丢失大量水分的同时，也丢失大量 NaCl，因此应注意在补充水的同时补充食盐。以免引起
水和电解质平衡紊乱，甚至由于神经系统和骨骼肌组织的兴奋性改变而发生热痉挛。
发汗是一种反射性活动，最主要的发汗中枢位于下丘脑，它可能在体温调节中枢或其附
近。人体的汗腺主要接受交感胆碱能纤维的支配，故乙酰胆碱有促进汗腺分泌的作用。由温
热性刺激引起的发汗称为温热性发汗 (thermal sweating)，见于全身各处，主要参与体温调节。
在手掌、足跖和前额等处，有些汗腺受肾上腺素能纤维支配，精神紧张时可引起这些部位发
汗，称为精神性发汗 (mental sweating)。精神性发汗与体温调节的关系不大，其中枢可能在
大脑皮层运动区。通常这两种形式的发汗并非截然分开，常同时出现。
汗腺的活动除受神经调节和体液性因素调节外，发汗量和发汗速度还受环境温度、湿度
及机体活动的影响。正常人在安静状态下，当环境温度达到 30℃左右时便开始发汗；如果
空气湿度较高，且衣着较多时，气温在 25℃时便可引起发汗，加之湿度高时汗液不易被蒸
发，体热就不易散失，可反射性地引起大量出汗；在进行劳动或体育运动时，气温虽在 20
℃以下，也可产生发汗，而且发汗量往往较多；相反，若在高温环境中停留时间过久，发汗
速度可因汗腺疲劳而明显减慢。
3．循环系统在散热中的作用 分布到皮肤的动脉穿透隔热层 (如脂肪组织等)，在真
皮的乳头下形成微动脉网，再经迂回曲折的毛细血管网延续为丰富的静脉丛。此外，皮下还
有大量动-静脉吻合支。皮肤血液循环的这些结构特点决定了皮肤血流量可在很大范围内发
生变动。如前所述，通过辐射、传导和对流等散热方式散失热量的多少，取决于皮肤和环境
之间的温度差，而皮肤温度的高低与皮肤的血流量有关。因此，机体可以通过改变皮肤血管
的舒缩状态来调节体热的散失量。机体的体温调节机构通过交感神经控制皮肤血管的口径，
调节皮肤的血流量，使散热量能符合当时条件下体热平衡的要求。例如，在炎热环境中，交
感神经紧张性活动降低，皮肤小动脉舒张，动-静脉吻合支开放，皮肤血流量因而大大增加。
据推算，全身皮肤的血流量最多可达到心输出量的 12％。皮肤血流量增多时，有较多的体
热可从机体深部被带到表层，使皮肤温度升高，故散热量增加。此时汗腺的活动也加强，皮
肤血流量增加也给汗腺分泌提供必要的水分。在寒冷环境中，交感神经紧张性活动增强，皮
肤血管收缩，皮肤血流量减少，散热量也因此大大减少，此时身体表层宛如一个隔热器，可
起防止体热散失的作用。当环境温度在 20~30℃时，机体的产热量没有大幅度变化，机体既
不发汗，也无寒战，仅仅通过调节皮肤血管的口径，改变皮肤温度，即可控制机体的散热量
以维持体热的平衡。另外，由于四肢深部的静脉和动脉相伴行，这样的结构相当于一个热量
的逆流交换系统，即从四肢远端回流的静脉血温度较低，可从与其伴行的动脉摄取热量，而
动脉血在流向四肢远端的过程中温度逐渐降低 (图 7-5)。逆流交换的结果使机体热量的散失
减少。
三、体温调节
人体体温的相对恒定有赖于自主性体温调节和行为性体温调节的功能活动。自主性体
温调节 (autonomic thermoregulation)是在体温调节中枢的控制下，通过增减皮肤的血流量、
发汗或寒战等生理调节反应，维持产热和散热过程的动态平衡，使体温保持相对稳定的水平。
行为性体温调节 (behavioral thermoregulation)是指有意识的调节体热平衡的活动，即通过在
不同环境中采取的姿势和发生的行为来调节体热的平衡。例如，人可增减衣着，动物则在寒
冷环境中具有日光趋向性和在炎热时躲在树荫下或钻进洞穴中。行为性体温调节是变温动物
的重要调节手段，而在恒温动物，显然以自主性体温调节为基础，而行为性体温调节则是对
自主性体温调节的补充，两者不能截然分开。例如，人在严寒环境中，如果衣着不暖，则在
发生肌肉寒战的同时，还会采取拱肩缩背的姿势和踏步或跑步等御寒行为。以下主要讨论自
主性体温调节。
机体的体温通过自主性体温调节使体温维持相对稳定是依靠负反馈控制系统实现的。
下丘脑的体温调节中枢是控制部分，它发出的传出信息控制受控系统的活动，如肝和骨骼肌
等产热器官的活动改变，还有皮肤血管、汗腺等散热器官的活动改变，从而使体温维持在相
对稳定的水平。而体温总是因内、外环境因素的变化而受到干扰，这些干扰通过温度检测装
置，即皮肤及机体深部的温度感受器，将干扰信息反馈至体温调节中枢。经过中枢的整合，
再调整受控系统的活动，建立起当时条件下的体热平衡，使体温保持相对稳定 (图 7-6)。
(一)温度感受器
根据温度感受器存在的部位可将它们分为外周温度感受器和中枢温度感受器；根据温度
感受器感受温度的性质又可将它们分为冷感受器和热感受器。
1．外周温度感受器 外周温度感受器 (peripheral thermoreceptor)是存在于皮肤、黏
膜和内脏中的对温度变化敏感的游离神经末梢。当局部温度升高时，热感受器兴奋；反之，
当温度降低时冷感受器兴奋。温度感受器在皮肤呈点状分布，冷感受器较多，大约是热感受
器的 5~11倍。这两种感受器各自对一定的温度敏感。例如，冷感受器在低于正常体温的某
一温度时放电频率最高，而热感受器在高于正常体温的某一温度时放电频率达高峰。当温度
偏离各自敏感的温度时，感受器发放冲动的频率将减少。此外，皮肤的温度感受器对温度的
变化速率更为敏感。
2．中枢温度感受器 中枢温度感受器 (central thermoreceptor)是指存在于中枢神经系
统内的对温度变化敏感的神经元。下丘脑、脑干网状结构和脊髓等处都含有温度敏感神经元。
其中，热敏神经元 (Warm-sensitive neuron)在局部组织温度升高时发放冲动频率增加；而冷
敏神经元 (cold-sensitive neuron)则在局部组织温度降低时发放冲动频率增加。动物实验表
明，在视前区-下丘脑前部 (preoptic-anterior hypothalamus area，PO/AH)，热敏神经元居多；
而在脑干网状结构和下丘脑的弓状核，则冷敏神经元较多。当局部脑组织温度变动 0.1℃时，
这两种神经元的放电频率都会发生变化，且不出现适应现象。
近年来发现一种被称为瞬时感受器电位 (transient receptor potential，TRP)的非选择性
阳离子通道，在感觉神经末梢、皮肤和中枢神经系统等多种组织中广泛表达。根据氨基酸残
基序列的同源性，哺乳动物的 TRP通道家族可分为 6个亚家族，即 TRPC、TRPV、TRPM、
TRPA、TRPP和 TRPML，每一亚家族再分为若干亚型。各种 TRP通道的共同作用是调节细
胞内的 Ca2+、Na+浓度和膜电位。其中 TRPV1、TRPV2、TRPV3、TRPV4、TRPM8和 ANKTM1
具有感受温度刺激的功能。TRPV3和 TRPV4感受温热刺激，TRPVl和 TRPV2感受伤害性
高温刺激，而 TRPM8和 ANKTM1则感受冷 (凉)刺激。这些通道蛋白不仅可感受温度刺激，
还能分别感受不同的理化刺激，如渗透压、H+浓度、辣椒素和薄荷醇等。TRP通道在温度
感受中的确切作用及其机制目前还不清楚。
(二)体温调节中枢
1．体温调节中枢的部位 从脊髓到大脑皮层的整个中枢神经系统中都存在参与调节
体温的神经元。但对恒温动物进行脑分段横断实验证明，只要保持下丘脑及其以下的神经结
构完整，动物虽然在行为等方面可能出现障碍，但仍具有维持体温相对恒定的能力，这说明
调节体温的中枢主要位于下丘脑。PO/AH中的某些温度敏感神经元不仅能感受局部脑温的
变化，尚能对下丘脑以外的部位，如中脑、延髓、脊髓，以及皮肤、内脏等处的温度变化发
生反应。换言之，来自中枢和外周的温度信息可会聚于这类神经元。此外，这类神经元对致
热原 (pyrogen)或 5-羟色胺、去甲肾上腺素以及多种肽类物质的反应，与这些物质所引起的
体温调节反应是一致的。广泛破坏 PO/AH区后，与体温调节有关的散热和产热反应都明显
减弱或消失。这些事实都说明 PO/AH是体温调节中枢整合机构的中心部位。
2．体温调定点学说 体温调定点学说认为，体温的调节类似于恒温器的调节。PO/AH
可通过某种机制决定体温调定点 (set point)水平，如 37℃。体温调节中枢就按照这个设定温
度进行体温调节，即当体温与调定点的水平一致时，机体的产热与散热取得平衡；当体温高
于调定点的水平时，中枢的调节活动会使产热活动降低，散热活动加强；反之，当体温稍低
于调定点水平时，产热活动加强，散热活动降低，直到体温回到调定点水平。关于调定点的
设置，目前有多种说法，尚无最后定论，如。Na+/Ca2+比值学说、神经元电生理特性学说
等。前者认为，下丘脑体温调节中枢的 Na+/Ca2+比值可影响调定点的水平，比值增大时调
定点上移；反之，比值减小时调定点下移。后者的主要观点是，调定点的水平取决于冷敏和
热敏两种温度敏感神经元放电频率对温度的变化反应曲线的斜率，当热敏神经元反应曲线的
斜率减小，或冷敏神经元反应曲线的斜率增大时，调定点上移；反之，热敏神经元反应曲线
的斜率增大，或冷敏神经元反应曲线的斜率减小时，调定点下移 (图 7-7)。如果某种原因使
调定点向高温侧移动，则出现发热 (fever)。例如，由细菌感染所致的发热，就是由于在致
热原作用下引起机体内一系列的反应，使体温调定点被重新设置，如上移到 39℃，这称为
重调定。由于在发热初期体温低于此时的调定点水平，机体首先表现为皮肤血管收缩，减少
散热。随即出现寒战等产热反应，直到体温升高到 39℃，此时。产热和散热过程在新的调
定点水平达到平衡，即发热属于调节性体温升高，是体温调节活动的结果。由于环境温度过
高而引起机体中暑时。也可出现体温升高，但是这种情况并非因为体温调节中枢调定点的上
移，而是由于体温调节中枢本身的功能障碍所致，为非调节性体温升高。
四、温度习服
机体在低温或高温环境下，逐渐产生适应性变化．使机体最大调节能力增强，这种现
象称为温度习服，包括热习服 (heat acclimation)和冷习服 (cold acclimation)。
1．热习服 机体在暴露于高温后产生的适应性变化。表现为引起发汗的体温阈值降
低，发汗反应的潜伏时缩短，发汗量增加，汗液中钠盐含量减少；引起皮肤血管扩张的体温
阈值降低，皮肤血流量增加等。
2．冷习服 机体在暴露于冷环境后逐渐出现的适应性改变。例如，基础代谢率增加，
非寒战性产热增加，细胞膜流动性改变，细胞骨架重新构建，Na+，K+-ATP酶活性增高，
热绝缘层 (皮下脂肪层或动物的羽毛密度)增大等。
(曹 宇)
第八章 尿的生成和排出
肾是机体主要的排泄器官。通过尿的生成 (urine formation)和排出 (excretion)，肾实现排出
机体代谢终产物以及进入机体过剩的物质和异物，调节水和电解质平衡，调节体液渗透压，
体液量和电解质浓度，以及调节酸碱平衡等功能。
尿生成包括三个基本过程：①血浆在肾小球毛细血管处的滤过，形成超滤液
(ultra-filtrate)；②超滤液在流经肾小管和集合管的过程中经过选择性重吸收 (selective
reabsorption)；③肾小管和集合管的分泌，最后形成尿液。
肾也是一个内分泌器官，可合成和释放肾素，参与动脉血压的调节；可合成和释放促红
细胞生成索等，调节骨髓红细胞的生成；肾的 1α-羟化酶可使 25-羟维生素 D3转化为 1,25-
二羟胆骨化醇 (1,25-dihydroxycholecalciferol)，从而调节钙的吸收和血钙水平；肾脏还能生
成激肽、前列腺素 (PGE2,PGI2)，参与局部或全身血管活动和机体多种活动的调节。此外，
在长期饥饿时肾还是糖异生的场所之一。可见，肾具有多种功能。本章重点讨论尿的生成和
排出。
第一节 肾的功能解剖和肾血流量
肾为实质性器官，分为皮质和髓质两部分。皮质位于髓质表层，富有血管，主要由肾小体和
肾小管构成。髓质位于皮质深部，血管较少，由 15~25个肾锥体 (renal pyramid)构成。锥体
的底朝向皮质髓质交界，而顶部伸向肾窦，终止于肾乳头 (renal papilla)。在肾单位和集合
管生成的尿液，经集合管在肾乳头处开口进入肾小盏 (minor calyx)，再进入肾大盏 (minor
calyx)和肾盂 (pelvis)，最后经输尿管进入膀胱。肾盏、肾盂和输尿管壁含有平滑肌，其收缩
运动可将尿液驱向膀胱。在排尿时，膀胱内的尿液经尿道排出体外。
一、肾的功能解剖
(一)肾单位的构成
人类每个肾约有 100万个肾单位 (nephron)。肾单位是尿生成的基本功能单位，它与集
合管共同完成尿的生成过程。肾不能再生新的肾单位。肾单位由肾小体 (renal corpuscle)及
与之相连接的肾小管 (renal tubule)构成。肾小体由肾小球 (glomerulus)和肾小囊 (Bowman’
s capsule)组成 (图 8-1)。肾小球是位于入球小动脉 (afferent arteriole)和出球小动脉 (efferent
arteriole)之间的一团彼此之间分支又再吻合的毛细血管网。肾小囊有脏层和壁层，脏层和肾
小球毛细血管共同构成滤过膜，壁层则延续至肾小管。肾小管包括近端小管 (proximal
tubule)、髓袢 (loop of Henle)和远端小管 (distal tubule)。髓袢按其行走方向又分为降支
(descending limb)和升支 (ascending limb)。前者包括近端小管的直段和髓袢降支细段；后者
包括髓袢升支细段和升支粗段。远端小管经连接小管 (connecting tubule)与集合管
(collecting duct)相连接。集合管不属于肾单位的组成成分，但功能上与肾小管的远端小管右
许名相同之处。集合管与远端小管在尿液浓缩过程中起重要作用。
肾单位按其所在的部位可分为皮质肾单位和近髓肾单位两类。肾小体位于外皮质和中皮质层
的肾单位称为皮质肾单位 (cortical nephron)，约占肾单位总数的 80％~90％。这类。肾单位
的特点为：①肾小体相对较小；②髓袢较短，只达外髓质层，有的甚至不到髓质；③入球小
动脉口径比出球小动脉大，二者的比例约为 2:1；④出球小动脉分支形成小管周围毛细血管
网，包绕在肾小管的外面，有利于肾小管的重吸收。近髓肾单位 (juxtamedullary nephron)
的肾小体位于靠近髓质的内皮质层，其特点是：①肾小球较大；②髓袢长，可深入到内髓质
层，有的可到达肾乳头部；③入球小动脉和出球小动脉口径无明显差异；④出球小动脉进一
步分支形成两种小血管，一种为网状小血管，缠绕于邻近的近曲和远曲小管周围；另一种是
细而长的 U形直小血管 (vasa recta)。网状血管有利于肾小管的重吸收，直小血管在维持髓
质高渗中起重要作用。在人类，近髓肾单位仅占全部肾单位的 10％~-15％。
(二)球旁器
球旁器 (juxtaglomerulal apparatus)由球旁细胞 (juxtaglomerular cell)，球外系膜细胞
(extra-glomerular mesangial cell)和致密斑 (macula densa)三部分组成 (图 8-2)，主要分布于皮
质肾单位。球旁细胞又称颗粒细胞，是入球小动脉和出球小动脉中一些特殊分化的平滑肌细
胞，细胞内含分泌颗粒，能合成、储存和释放肾素。球旁细胞的大小与血流量及血压有关，
肾内动脉血压降低或严重高血压，球旁细胞的容积增加。
致密斑是远端小管起始部的一小块高柱状上皮细胞构成的组织。致密斑穿过由同一肾单
位入球小动脉和出球小动脉间的夹角并与球旁细胞及球外系膜细胞相接触。它能感受小管液
中 NaCl含量的变化，并通过某种形式的信息传递，调节球旁细胞对肾素的分泌和肾小球滤
过率。
球外系膜细胞是位于入球小动脉、出球小动脉和致密斑之间的一群细胞，细胞聚集成一
锥形体，其底面朝向致密斑。该细胞具有吞噬和收缩等功能。
(三)滤过膜的构成
肾小球毛细血管内的血浆经滤过进入肾小囊，其间的结构称为滤过膜 (图 8-3)。由毛细
血管内皮细胞、基膜和肾小囊脏层足细胞 (podocyte)的足突 (foot process)构成。滤过膜的内
层是毛细血管内皮细胞，细胞上有许多直径为 70~90nm的小孔，称为窗孔 (fenestration)，
小分子溶质以及小分子量的蛋白质可自由通过，但血细胞不能通过；内皮细胞表面富含唾液
酸蛋白等带负电荷的糖蛋白，可阻碍带负电荷的蛋白质通过。基膜层为非细胞性结构，Ⅳ型
胶原是形成基膜的基本构架。膜上有直径为 2~8nm的多角形网孔，网孔的大小决定分子大
小不同的溶质是否可以通过，以及带负电荷的硫酸肝素和蛋白聚糖，也是阻碍血浆蛋白滤过
的一个重要屏障。滤过膜的外层是肾小囊上皮细胞，上皮细胞有很长突起，相互交错对插，
在突起之间形成滤过裂隙膜 (filtration slit membrane)，膜上有直径 4~11nm的小孔，是滤过
膜的最后一道屏障。足细胞裂隙膜的主要蛋白成分是 nephrin，其作用是防止蛋白质的漏出。
缺乏 nephrin，尿中将出现蛋白质。
正常人两侧肾脏全部肾小球的总滤过面积达 1.5m2左右，且保持相对稳定。不同物质通
过滤过膜的能力取决于被滤过物质分子的大小及其所带的电荷。一般来说，分子有效半径小
于 2.0nm的中性物质可自由滤过 (如葡萄糖)；有效半径大于 4.2nm的物质则不能滤过；有
效半径在 2.0~4.2nm之间的各种物质随有效半径的增加，其滤过量逐渐降低。用不同有效半
径的中性右旋糖酐分子进行实验，也清楚地证明滤过物质分子的大小与滤过的关系。然而，
有效半径约为 3.6nm的血浆清蛋白 (分子量为 96 000)却很难滤过，这是因清蛋白带负电荷。
用带不同电荷的右旋糖酐进行实验可观察到，即使有效半径相同，带负电荷的右旋糖酐也较
难通过，而带正电荷的右旋糖酐则较易通过 (图 8-4)。以上结果表明滤过膜的通透性不仅取
决于滤过膜孔的大小，还取决于滤过膜所带的电荷。在病理情况下，滤过膜的面积和通透性
均可发生变化，从而影响肾小球的滤过。
(四)肾脏的神经支配和血管分布
肾交感神经节前神经元胞体位于脊髓胸 12至腰 2节段的中间外侧柱，其纤维进入腹腔
神经节和位于主动脉、肾动脉部的神经节。节后纤维与肾动脉伴行，支配肾动脉 (尤其是入
球小动脉和出球小动脉的平滑肌)、肾小管和球旁细胞。肾交感神经节后纤维末梢释放的递
质是去甲肾上腺素，调节肾血流量、肾小球滤过率、肾小管的重吸收和肾素的释放。有资料
表明，肾神经中有一些纤维释放多巴胺，引起肾血管舒张。肾脏各种感受器的感觉信息可经
肾传入神经纤维传入至中枢，从而调节肾脏的功能。一般认为肾脏无副交感神经末梢分布。
肾动脉由腹主动脉垂直分出，入肾后依次分支形成叶间动脉、弓状动脉、小叶间动脉、
入球小动脉。入球小动脉分支并相互吻合形成肾小球毛细血管网，然后再汇集形成出球小动
脉。离开肾小体后，出球小动脉再次分支形成肾小管周围毛细血管网或直小血管，最后汇入
静脉。
肾脏血管分布的特点是有两套相互串联的毛细血管网，两者之间由出球小动脉相连。肾
小球毛细血管网与出球小动脉连接，毛细血管血压较高，约为主动脉平均压的 40％~60％，
故有利于肾小球的滤过。由于出球小动脉口径小，阻力大，故肾小管周围毛细血管血压较低，
且胶体渗透压高，有利于肾小管的重吸收。
二、肾血流量的特点及其调节
在安静状态下，健康成年人每分钟两肾的血流量约 1200ml，相当于心输出量的 1/5~1/4，
而肾仅占体重的 0.5％左右，因此，肾是机体供血量最丰富的器官[400ml/ (100g?min)]。此外，
肾小球毛细血管血压较高，有利于血浆的滤过；肾小管周围毛细血管管内的血浆胶体渗透压
较高，有利于肾小管的重吸收；直小血管的双向流动有利于肾髓质高渗透压的维持。肾脏在
尿生成过程中需大量能量，约占机体基础氧耗量的 10％，可见肾血流量 (renal blood flow，
RBF)远超过其代谢需要。肾血流量的另一特点是不同部位的供血不均，约 94％的血流供应
肾皮质，约 5％供应外髓部，剩余不到 1％供应内髓。
(一)肾血流量的自身调节
肾脏的一个重要特性是，安静情况下，当肾动脉灌注压在一定范围内 (80~180mmHg)
变动时，肾血流量能保持相对稳定，即使在离体实验中也如此。当肾动脉灌注压在一定范围
内降低时，肾血管阻力将相应降低；反之，当肾动脉灌注压升高时，肾血管阻力则相应增加，
因而肾血流量能保持相对恒定。在没有外来神经支配的情况下，肾血流量在动脉血压一定的
变动范围内能保持恒定的现象，称为肾血流量的自身调节。肾血流量的这种调节不仅使肾血
流量保持相对恒定，而且使 GFR保持相对恒定。这可防止肾排泄 (如水和钠等)因血压波动
而出现大幅度波动。当肾动脉灌注压超出上述范围时，肾血流量将随灌注压的改变而发生相
应的变化。肾血流量主要取决于肾血管阻力，包括入球小动脉、出球小动脉和叶间小动脉的
阻力，其中最重要的是入球小动脉的阻力。关于肾血流量自身调节的机制有以下两种学说。
1．肌源性学说 这一学说认为，当肾血管的灌注压升高时，肾入球小动脉血管平滑肌
因压力升高而受到的牵张刺激加大，使平滑肌的紧张性加强，阻力加大。反之，当动脉血压
降低时，肾入球小动脉平滑肌受到的牵张刺激降低，血管平滑肌就舒张，阻力降低。当动脉
血压低于 80mint{g时，平滑肌舒张达到极限；当动脉血压高于 180mmHg时，平滑肌达收
缩极限，故肾血流量随血压改变而变化。用罂粟碱、水合氯醛或氰化钠等药物抑制血管平滑
肌活动后，自身调节即减弱或消失，表明自身调节与血管平滑肌的功能有关。
2．管-球反馈 管-球反馈是肾血流量自身调节的另一种机制。当肾血流量和肾小球滤
过率增加时，到达远曲小管致密斑的小管液流量增加，Na+、K+、Cl-的转运速率也就增加，
致密斑将信息反馈至肾小球，使入球小动脉和出球小动脉收缩，肾血流量和肾小球滤过率将
恢复正常；反之，当肾血流量和肾小球滤过率减少时，流经致密斑的小管液流量减少，致密
斑又将信息反馈至肾小球，使肾血流量和肾小球滤过率增加至正常水平。这种由小管液流量
变化而影响肾小球滤过率和肾血流量的现象称为管-球反馈 (tubuloglomerular feedback，
TGF)。有关管-球反馈的机制与肾脏局部的肾素-血管紧张素系统有关；肾局部产生的腺苷，
一氧化氮 (NO)和前列腺素等也可能参与管-球反馈的调节过程。
(二)肾血流量的神经和体液调节
入球小动脉和出球小动脉血管平滑肌受肾交感神经支配。安静时，肾交感神经使血管平
滑肌有一定程度的收缩。肾交感神经兴奋时，末梢释放去甲肾上腺素作用于血管平滑肌α受
体，可使肾血管强烈收缩，肾血流量减少。体液因素中，如肾上腺髓质释放的去甲肾上腺素
和肾上腺素，循环血液中的血管升压素和血管紧张素Ⅱ，以及内皮细胞分泌的内皮素等，均
可引起血管收缩，肾血流量减少；肾组织中生成的 PGI2、PGE2、NO和缓激肽等，可引起
肾血管舒张，肾血流量增加；而腺苷则引起入球小动脉收缩，肾血流量减少。总之，肾血流
量的神经和体液调节能使肾血流量与全身血液循环相配合。例如，在血容量减少，强烈的伤
害性刺激或情绪激动，剧烈运动时，交感神经活动加强，肾血流量减少；反之。当血容量增
加或心肺容量感受器、动脉压力感受器受刺激时，将反射性抑制交感神经的活动，使肾血流
量增加。此外，当细胞外液的渗透压升高，下丘脑渗透压感受器受刺激时，可选择性减弱肾
交感神经活动，但其他器官的交感神经活动则加强。
第二节 肾小球的滤过功能
当血液流经肾小球毛细血管时，除蛋白质分子外的血浆成分被滤过进入肾小囊腔而形成超滤
液，这是尿生成的第一步。用微穿刺的方法获取肾小囊腔内的超滤液，并对超滤液进行分析，
结果表明，超滤液中所含的各种晶体物质的成分和浓度与血浆基本相似，由此证明囊内液是
血浆的超滤液而非分泌物。
单位时间内 (每分钟)两肾生成的超滤液量称为肾小球滤过率 (glomerular filtration rate，
GFR)。菊粉 (inulin)的清除率 (见第六节)可用来代表肾小球滤过率。据测定，正常成年人的
肾小球滤过率平均值为 125ml/min，故每天两肾的肾小球滤过液总量可达 180L。若用微穿刺
方法则可测定单个肾单位肾小球滤过率 (single nephron glomerular filtration rate，SNGFR)。
肾小球滤过率与肾血浆流量的比值称为滤过分数 (右 ltration fraction，FF)。从肾小球滤过率
和红细胞比容可计算肾血浆流量 (renal plasma flow，RPF)。若肾血浆流量为 660ml/min，肾
小球滤过率为 125ml/min，则滤过分数约为 19％。这表明当血液流经肾脏时，约有 19％的
血浆经滤过进入肾小囊腔，形成超滤液。
肾小球滤过率的大小取决于有效滤过压和滤过系数。
三、 有效滤过压
肾小球毛细血管上任何一点的滤过动力可用有效滤过压来表示 (图 8-5)。有效滤过压是指促
进超滤的动力与对抗超滤的阻力之间的差值。超滤的动力包括肾小球毛细血管血压和肾小囊
内超滤液胶体渗透压。正常情况下，前者约为 45mmHg，后者接近于 0mmHg；超滤的阻力
包括肾小球毛细血管内的血浆胶体渗透压和肾小囊内的静水压。正常情况下，肾小球毛细血
管始端胶体渗透压约为 25mmHg，肾小囊内压约为 10mmHg，所以
肾小球有效滤过压= (肾小球毛细血管血压+囊内液胶体渗透压)
- (血浆胶体渗透压+肾小囊内压) (8-1)
将上述数据代入公式，则肾小球毛细血管始端的
有效滤过压= (45+0)- (25+10)=10 (mmHg)
肾小球毛细血管不同部位的有效滤过压是不相同的，越靠近入球小动脉端，有效滤过压
越大。这主要是因为肾小球毛细血管内的血浆胶体渗透压不是固定不变的，当毛细血管血液
从入球小动脉端流向出球小动脉端时，由于不断生成超滤液，血浆中蛋白质浓度就会逐渐升
高，使滤过的阻力逐渐增大，因而有效滤过压的值就逐渐减小。当滤过阻力等于滤过动力时，
有效滤过压降低到零，即达到滤过平衡 (flltration equilibrium)，滤过也就停止 (图 8-6)。
二、影响肾小球滤过的因素
血浆在肾小球毛细血管处的超滤过受许多因素影响，如滤过系数，有效滤过压和滤过
平衡的血管长度等。
(一)肾小球毛细血管血压
前已述及，正常情况下，当血压在 80~180mmHg范围内变动时，由于肾血流量的自身
调节机制，肾小球毛细血管血压可保持稳定，故肾小球滤过率基本不变。如超出此自身调节
范围，肾小球毛细血管血压、有效滤过压和肾小球滤过率就会发生相应的改变。如在血容量
减少，剧烈运动，强烈的伤害性刺激或情绪激动等情况下，可使交感神经活动加强，入球小
动脉强烈收缩，导致肾血流量、肾小球毛细血管血量和毛细血管血压下降，从而影响肾小球
滤过率。
(二)囊内压
正常情况下囊内压一般比较稳定。当肾盂或输尿管结石、肿瘤压迫或任何原因引起输尿
管阻塞时，小管液或终尿不能排出，可引起逆行性压力升高，最终导致囊内压升高，从而降
低有效滤过压和肾小球滤过率。
(三)血浆胶体渗透压
正常情况下，血浆胶体渗透压不会发生大幅度波动。静脉输入大量生理盐水，或病理情
况下肝功能严重受损，血浆蛋白合成减少，或因毛细血管通透性增大，血浆蛋白丧失，都会
导致血浆蛋白浓度降低，胶体渗透压下降，使有效滤过压和肾小球滤过率增加。
(四)肾血浆流量
肾血浆流量对肾小球滤过率的影响并非通过改变有效滤过压，而是改变滤过平衡点。当
肾血浆流量增大时，肾小球毛细血管中血浆胶体渗透压上升速度减缓，滤过平衡点向出球小
动脉端移动，甚至不出现滤过平衡的情况，故肾小球滤过率增加；反之，当肾血浆流量减少
时，滤过平衡点则靠近入球小动脉端，故肾小球滤过率减少。当肾交感神经强烈兴奋引起入
球小动脉阻力明显增加时，如剧烈运动、失血、缺氧和中毒性休克等情况下，肾血流量和肾
血浆流量明显减少，肾小球滤过率也显著降低。
(五)滤过系数
滤过系数 (Kf)是指在单位有效滤过压的驱动下，单位时间内经过滤过膜的滤液量。Kf
是 k和 s的乘积，k是滤过膜的有效通透系数，s为滤过膜的面积。因此，凡能影响滤过膜
通透系数和滤过面积的因素都能影响肾小球滤过率。
与肾血流量一样，肾小球滤过率受许多因素的调节，在安静时通过自身调节能维持相对
稳定；应急状态下则受到神经和体液因素的调节。其调节机制与肾血流量的调节基本相同。
第三节 肾小管和集合管的物质转运功能
一、肾小管和集合管中物质转运的方式
正常人两肾生成的超滤液每天达 180L，而终尿量仅 1.5L左右，表明超滤液中的水分约 99
％被肾小管和集合管重吸收，超滤液中的其他物质被选择性重吸收或被肾小管上皮细胞主动
分泌。如滤过的葡萄糖和氨基酸可全部被重吸收，而肌酐、H+和 K+等则可被分泌到小管液
中而排出体外；Na+、Ca2+和尿素等则不同程度地被重吸收。
肾小管和集合管的物质转运功能包括重吸收和分泌。重吸收是指肾小管上皮细胞将物质
从肾小管液中转运至血液中；分泌则为肾小管上皮细胞将自身产生的物质或血液中的物质转
运至小管液 (tubular fluid)中。
肾小管和集合管的物质转运方式也分为被动转运和主动转运，其详细机制见第二章。
被动转运包括扩散、渗透和易化扩散。此外，当水分子通过渗透被重吸收时有些溶质可
随水分子一起被转运，这一转运方式称为溶剂拖曳 (solvent drag)。
主动转运包括原发性主动转运和继发性主动转运。前者包括钠泵、质子泵和钙泵等；继
发性主动转运包括：Na+-葡萄糖、Na+-氨基酸同向转运，K+-Na+-2Cl-同向转运；还有 Na+-H+
和 Na+-K+逆向转运等。此外，肾小管上皮细胞还可通过入胞方式重吸收少量小管液中的小
分子蛋白质。
各种转运体在肾小管上皮管腔面即细胞顶端膜 (apical membrane)上的分布与在细胞
基底侧膜 (basolateral membrane)上的分布是不同的。因此上皮细胞的管腔面和基底侧膜对各
种物质的转运情况是不同的。肾小管和集合管中物质转运的途径可分为两种，一种为跨细胞
转运途径 (transcellular pathway)重吸收。这一过程包括两个步骤：小管液中的溶质通过管腔
膜进入小管上皮细胞内，进入细胞内的物质通过一定的方式跨过基底侧膜进入组织间隙液。
另一途径为细胞旁途径 (paracellular pathway)重吸收。例如，小管液中的水分子和 Cl-、Na+
可直接通过小管上皮细胞问的紧密连接进入细胞间隙而被重吸收，有些物质如 K+和 Ca2+
也可通过这一途径以溶剂拖曳的方式被重吸收。
二、肾小管和集合管中各种物质的重吸收与分泌
由于肾小管和集合管各段的结构和功能 (各种转运体的分布)不同，小管液的成分也
不同。故肾小管各段的物质转运方式、转运量和转运机制亦不相同。以下讨论几种重要物质
在肾小管和集合管的转运。
(一) Na+、Cl-和水的重吸收
1．近端小管 近端小管重吸收超滤液中约 70％的 Na+、Cl-和水；其中约 2/3经跨细
胞转运途径，主要发生在近端小管的前半段；约 1/3经细胞旁途径被重吸收。主要发生在近
端小管的后半段 (图 8-7)。
在近端小管的前半段，Na+进入上皮细胞的过程与 H+的分泌以及与葡萄糖、氨基酸
的转运相耦联。由于上皮细胞基底侧膜上钠泵的作用，细胞内 Na+浓度较低，小管液中的
Na+和细胞内的 H+由管腔膜的 Na+-H+交换体进行逆向转运，H+被分泌到小管液中，而小
管液中的 Na+则顺浓度梯度进入上皮细胞内。小管液中的 Na+还可由管腔膜上的 Na+-葡萄
糖同向转运体和 Na+-氨基酸同向转运体与葡萄糖、氨基酸共同转运，Na+顺电化学梯度通过
管腔膜进入细胞内，同时将葡萄糖和氨基酸转运入细胞内。进入细胞内的 Na+经基底侧膜上
的钠泵被泵出细胞，进入组织间隙。进入细胞内的葡萄糖和氨基酸则以易化扩散的方式通过
基底侧膜离开上皮细胞，进入血液循环。由于 Na+、葡萄糖和氨基酸等进入细胞间隙，使细
胞间隙中的渗透压升高，通过渗透作用，水便进入细胞间隙。由于上皮细胞间存在紧密连接，
故细胞间隙内的静水压升高，可促使 Na+和水进入毛细血管而被重吸收。在近端小管前半段，
因 Na+-H+交换使细胞内的 H+进入小管液，HCO3-则被重吸收，而 Cl-不被重吸收，其结果
是小管液中 Cl-的浓度高于管周组织间液中的浓度。
在近端小管后半段，有 Na+-H+交换和 Cl--HCO3-逆向转运体，其转运结果是 Na+和
Cl-进入细胞内，H+和 HCO3-进入小管液，HCO3-可重新进入细胞 (以 COz方式)。进入细
胞内的 Cl-由基底侧膜上的 K+-Cl-同向转运体转运至细胞间隙，再吸收人血。前已述及，由
于进入近端小管后半段小管液的 Cl-浓度比细胞间隙液中浓度约高 20％~40％，Cl-顺浓度梯
度经紧密连接进入细胞间隙被重吸收。由于 Cl-被动扩散进入间隙后，小管液中正离子相对
增多，造成管内外电位差，管腔内带正电荷，驱使小管液内的：Na+顺电位梯度通过细胞旁
途径被动重吸收。因此这部分 Na+顺电位梯度吸收是被动的，Cl-为顺浓度差被动扩散，Na+
为顺电位差扩散，均经过上皮细胞间隙的紧密连接进入细胞间隙液 (图 8-7B)。近端小管对
水的重吸收是通过渗透作用进行的。因为上皮细胞主动和被动重吸收：Na+、HCO3-、Cl-、
葡萄糖和氨基酸进入细胞间隙后，小管液的渗透压降低，细胞间隙液的渗透压升高。水在这
一渗透压差的作用下通过跨上皮细胞和紧密连接两条途径进入细胞间隙，然后进入管周毛细
血管而被吸收。因此，近端小管中物质的重吸收为等渗性重吸收，小管液为等渗液。
2．髓袢 在髓袢，肾小球滤过的 NaCl约 20％被重吸收，水约 15％被重吸收。髓袢
降支细段钠泵活性很低，对 Na+也不易通透，但对水通透性较高。在组织液高渗作用下水被
重吸收。故小管液在流经髓袢降支细段时，渗透压逐渐升高。髓袢升支细段对水不通透，但
对 Na+和 Cl-易通透，NaCl扩散进入组织间液。故小管液流经髓袢升支细段时，渗透压逐渐
下降。升支粗段是 NaCl在髓袢重吸收的主要部位，而且是主动重吸收。髓袢升支粗段的顶
端膜上有电中性的 Na+-K+-2Cl-同向转运体，该转运体可使小管液中 1个 Na+、1个 K+和 2
个 Cl-同向转运进入上皮细胞内 (图 8-8)。Na+进入细胞是顺电化学梯度的，进入细胞内的：
Na+通过细胞基底侧膜的钠泵泵至组织间液，Cl-由浓度梯度经管周膜上的 Cl-通道进入组织
间液，而 K+则顺浓度梯度经管腔膜返回小管液中，并使小管液呈正电位。用哇巴因抑制钠
泵后，Na+和 Cl-的重吸收明显减少；呋喃苯胺酸 (呋塞米，furosemide)可抑制 Na+-K+-2Cl-
同向转运，所以能抑制 Na+和 Cl-的重吸收。
由于 K+返回小管中造成正电位，这一电位差又使小管液中的 Na+、K+和 Ca2+等正
离子经细胞旁途径而重吸收。这一部分重吸收属于被动转运。
髓袢升支粗段对水不通透，故小管液在流经升支粗段时，渗透压逐渐降低，但管外渗
透压升高。
3．远端小管和集合管 滤过的 Na+和 Cl-约 12％在远曲小管和集合管被重吸收，同
时有不同量的水被重吸收。远曲小管和集合管对 Na+、Cl-和水的重吸收可根据机体的水、
盐平衡状况进行调节。Na+的重吸收主要受醛固酮调节，水的重吸收则主要受血管升压素调
节。
在远曲小管始段，上皮细胞对水仍不通透，但仍能主动重吸收 NaCl，使小管液渗透
压继续降低。Na+在远曲小管和集合管的重吸收是逆电化学梯度进行的，属于主动转运。在
远曲小管始段的管腔膜，小管液中的 Na+和 Cl-经 Na+-Cl-同向转运体进入细胞内，细胞内
的 Na+由钠泵泵出。噻嗪类 (thiazide)利尿剂可抑制此处的 Na+-Cl-同向转运。
远曲小管后段和集合管的上皮有两类不同的细胞，即主细胞 (principal cell)和闰细胞
(intercalated cell) (图 8-9)。主细胞基底侧膜上的 Na+泵起维持细胞内低 Na+的作用，并成
为小管液中 Na+经顶端膜 Na+通道进入细胞的动力源泉。而 Na+的重吸收又造成小管液呈负
电位，可驱使小管液中的 Cl-经细胞旁途径而被动重吸收，也成为 K+从细胞内分泌入小管
腔的动力。氨氯吡咪 (阿米洛利，amiloride)可抑制远曲小管和集合管上皮细胞顶端膜的 Na+
通道，既减少 Na+的重吸收，又减少 Cl-经细胞旁途径的被动转运。闰细胞的功能与 H+的分
泌有关 (见 H+的分泌节)。远曲小管和集合管上皮细胞的紧密连接对。Na+、K+、Cl-等离子
的通透性较低，因此这些离子不易透过该部位返回小管液。
集合管对水的重吸收量取决于集合管主细胞对水的通透性。主细胞管腔膜侧胞质的囊
泡内含水孔蛋白 (aquaporin)AQP2，而基底侧膜有 AQP3和 AQP4分布。插入上皮细胞顶端
膜 AQP2的多少，决定上皮对水的通透性，而 AQP2的插入又受血管升压素控制。
(二)HCO3-的重吸收与 H+的分泌
在一般膳食情况下，代谢的酸性产物多于碱性产物。机体产生的挥发性酸 (CO2)主
要由呼吸道排出。肾脏通过重吸收 HCO3-和分泌 H+，以及分泌氨，回收 HCO3-，对机体酸
碱平衡的维持起重要的调节作用。
1．近端小管 正常情况下，从肾小球滤过的 HCO3-几乎全部被肾小管和集合管重吸
收，高达 80％的 HCO3-是由近端小管重吸收的。血液中的 HCO3-是以钠盐 NaHCO3的形式
存在，当滤过进入肾小囊后，离解为Na+和HCO3-。前已述及，近端小管上皮细胞通过Na+-H+
交换使 H+进入小管液，进入小管液的 H+与 HCO3-结合生成 H2CO3，很快生成 CO2和水，
这一反应由上皮细胞顶端膜表面的碳酸酐酶 (carbonic anhydrase，CA)催化，近端小管重吸
收 HCO3-的机制如图 8-10所示。CO2为高度脂溶性，很快以单纯扩散方式进入上皮细胞内，
在细胞内，CO2和水又在碳酸酐酶的催化下形成 H2CO3，后者很快离解成 H+和 HCO3-。
H+则通过顶端膜上的 Na+-H+逆向转运进入小管液，再次与 HCO3-结合形成 H2CO3。细胞
内的大部分 HCO3-与其他离子以联合转运方式进入细胞间隙；小部分通过 Cl--HCO3-逆向转
运方式进入细胞外液。两种转运方式所需的能量均由基底侧膜上的钠泵提供。由此可见，近
端小管重吸收 HCO3-是以 CO2的形式进行的，故 HCO3-的重吸收优先于 Cl-的重吸收。碳
酸酐酶在 HCO3-重吸收过程中起重要作用，用碳酸酐酶抑制剂，如乙酰唑胺 (acetazolamide)
可抑制 H+的分泌。此外，小部分 H+可由近端小管顶端膜上的质子泵 (H+-ATP酶)主动分泌
人管腔。
2．髓袢髓袢 对 HCO3-的重吸收主要发生在升支粗段。其机制同近端小管。
3．远端小管和集合管 远曲小管和集合管的闰细胞可主动分泌 H+。一般认为，远曲
小管和集合管的管腔膜上存在两种质子泵，一种是 H+-ATP酶，另一种为 H+-K+-ATP酶，
均可将细胞内的 H+泵入小管液中。泵入小管液中的 H+可与 HCO3-结合，形成 H2O和 CO2；
也可与 HPO42-反应生成 H2PO4-；还可与 NH3反应生成 NH4+，从而降低小管液中的 H+
浓度。肾小管和集合管 H+的分泌量与小管液的酸碱度有关。小管液 pH降低时，H+的分泌
减少。闰细胞的质子泵可逆 1000倍左右的 H+浓度差而主动转运，当小管液 pH降至 4.5时，
H+的分泌便停止。肾小管和集合管上皮细胞的碳酸酐酶活性受 pH的影响，当 pH降低时，
其活性增加，生成更多的 H+，有利于肾脏排 H+保碱。
(三)NH3的分泌与 H+、HCO3-的转运的关系
近端小管、髓袢升支粗段和远端小管上皮细胞内的谷氨酰胺 (glutarnine)在谷氨酰胺酶
(glutaminase)的作用下脱氨，生成谷氨酸根 (glutamate)和 NH4+；谷氨酸根又在谷氨酸脱氢
酶 (glutamate dehydrogenase)作用下生成α-酮戊二酸 (α-ketoglutarate)和 NH4+；α-酮戊二
酸代谢用去 2个 H+又生成二分子 HCO3-。这一反应过程中，谷氨酰胺酶是生成 NH3的限
速酶。在细胞内，NH4+与 NH3+H+两种形式处于一定的平衡状态。NH4+通过上皮细胞顶
端膜逆向转运体 (Na+-H+转运体)进入小管液 (由 NH4+代替 H+)。NH3是脂溶性分子，可
通过细胞膜单纯扩散进入小管腔，也可通过基底侧膜进入细胞间隙。HCO3-与 Na+一同跨过
基底侧膜进入组织间液。因此，1分子谷氨酰胺被代谢时，生成 2个 NH4+进入小管液，机
体获得 2个 HCO3- (新生成的 HCO3-)。这一反应过程主要发生在近端小管。
在集合管，NH3的分泌机制有所不同。集合管细胞膜对 NH3能高度通透，而对 NH4+
的通透性较低，故细胞内生成的 NH3 通过扩散方式进入小管液，与分泌的 H+结合形成
NH4+，并随尿排出体外。这一反应过程中，尿中每排出 1个 NH4+就有 1个 HCO3-被重吸
收回血液。
NH3的分泌与 H+的分泌密切相关。如集合管 H+的分泌被抑制，尿中 NH4+的排出也
就减少。生理情况下，肾脏分泌的 H+，约 50％由 NH3缓冲。慢性酸中毒时可刺激肾小管
和集合管上皮细胞谷氨酰胺的代谢，增加 NH4+和 NH3的排泄和生成 HCO3-。故 NH3的分
泌也是肾脏调节酸碱平衡的重要机制之一。
(四)K+的重吸收和分泌
肾脏对 K+的排出量取决于肾小球滤过量、肾小管对 K+的重吸收量和肾小管对 K+的
分泌量，但决定尿 K+排出量最重要的因素是 K+在远端小管和集合管的分泌量。
小管液中的 K+有 65％~70％在近端小管重吸收，25％~30％在髓袢重吸收，这些部位
对 K+的重吸收比例是比较固定的。远端小管和皮质集合管既能重吸收 K+，也能分泌 K+，
并可接受多种因素的调节，因而其重吸收和分泌的速率是可变的。
远端小管和集合管上皮细胞内的 K+浓度较高，管腔顶端膜对 K+有通透性，K+可顺
电化学梯度通过 K+通道进入小管液 (K+的分泌)。基底侧膜上的钠泵可将细胞内的 Na+泵出
细胞，同时将细胞外液中的 K+泵入细胞，这是形成细胞内高 K+的基础。由于远端小管和
集合管顶端膜有 Na+通道，小管液中的 Na+可顺电化学梯度扩散进入上皮细胞内，造成小管
液呈负电位，也构成了 K+扩散的电位梯度。
远端小管后半段和集合管约 90％的上皮细胞是主细胞。主细胞可分泌 K+，而闰细胞
则可重吸收 K+，但其机制尚不十分清楚。有人认为是位于管腔膜的 H+-K+-ATP酶的作用，
即每分泌 1个 H+进入小管液中，可交换 1个 K+进入上皮细胞内，进入细胞内的 K+再扩散
进入血液。一般认为，这一交换过程只有当细胞外液中 K+浓度较低时才发挥作用，而在正
常情况下作用不大。
由于肾对 K+的排出量主要取决于远端小管和集合管主细胞 K+的分泌量，故凡能影
响主细胞基底侧膜上钠泵活性和顶端膜对 Na+、K+通透性的因素，均可影响钾的分泌量。
刺激主细胞分泌 K+的因素包括细胞外液 K+浓度升高、醛固酮分泌增加和小管液流
速 (tubular flow rate)增高；而 H+浓度升高，细胞外液 K+浓度降低，小管液流速降低时，则
K+的分泌减少。细胞外液 K+浓度升高可通过三方面机制使 K+分泌增加：①刺激钠泵，加
速 K+通过基底侧膜进入细胞内的过程，由于细胞内 K+浓度升高，有利于 K+通过顶端膜分
泌入小管液；②细胞外液 K+的浓度升高，可增高小管顶端膜对 K+的通透性，也有利于 K+
的分泌；③细胞外 K+浓度升高可刺激肾上腺皮质分泌醛固酮，醛固酮则能促进 K+的分泌
(见后文)。给予利尿剂，或当细胞外液量增加时，小管液流速增加，而小管液流速增加可促
进 K+的分泌。因为肾小管细胞将 K+分泌入小管液后，小管液的 K+浓度升高，可对抗小管
细胞对 K+的进一步分泌；而小管液流速增加时，可将分泌的 K+加快带走，故小管液中 K+
的浓度不容易升高，从而有利于 K+的分泌。
(五)钙的重吸收和排泄
约 50％的血浆 Ca2+呈游离状态，其余部分与血浆蛋白结合。经肾小球滤过的 Ca2+
约 70％在近端小管重吸收，与 Na+的重吸收平行；20％在髓袢重吸收，9％在远端小管和集
合管重吸收，少于 1％的 Ca2+外随尿排出。
近端小管对 Ca2+的重吸收约 80％由溶剂拖曳的方式经细胞旁途径进入细胞间隙，约
20％经跨细胞途径重吸收。上皮细胞内的 Ca2+浓度远低于小管液中的 Ca2+浓度，且细胞内
电位相对小管液为负，此电化学梯度驱使 Ca2+从小管液扩散进入上皮细胞内，细胞内的
Ca2+则经基底侧膜上的 Ca2+-ATP酶和 Na+-Ca2+交换机制逆电化学梯度转运出细胞。髓袢
降支细段和升支细段对 Ca2+均不通透，仅髓袢升支粗段能重吸收 Ca2+。升支粗段小管液为
正电位，该段膜对 Ca2+也有通透性，故可能存在被动重吸收，也存在主动重吸收。在远端
小管和集合管，小管液为负电位，故 Ca2+的重吸收是跨细胞途径的主动转运。
肾脏对 Ca2+的排泄受多种因素影响，最主要的因素是甲状旁腺激素 (parathyroid
hormone，PTH)。细胞外液 Ca2+浓度升高一方面增加肾小球的滤过，使 Ca2+排泄增加，同
时又抑制 PTH的分泌，使 Ca2+重吸收减少。血浆磷浓度升高可刺激 PTH分泌，使肾小管
对 Ca2+的重吸收增加，减少 Ca2+的排泄。细胞外液量增加或动脉血压升高可降低近端小管
对 Na+和水的重吸收，也能减少 Ca2+的重吸收，这是因为 80％的 Ca2+是由溶剂拖曳而重
吸收的。此外，血浆 pH的改变能影响远端小管对 Ca2+的重吸收，代谢性酸中毒时 Ca2+的
重吸收增加，而代谢性碱中毒时 Ca2+的重吸收减少。
(六)葡萄糖和氨基酸的重吸收
肾小囊超滤液中的葡萄糖浓度与血浆中的相等，但在正常情况下，尿中几乎不含葡萄
糖，表明葡萄糖全部被重吸收。微穿刺实验证明，滤过的葡萄糖在近端小管，特别是近端小
管的前半段被重吸收。
近端小管上皮细胞顶端膜上有 Na+-葡萄糖同向转运机制，小管液中 Na+和葡萄糖与
转运体结合后，被转人细胞内，属于继发性主动转运。进入细胞内的葡萄糖则由基底侧膜上
的葡萄糖转运体 2 (glucose transporter 2)转运入细胞间隙。
近端小管对葡萄糖的重吸收是有一定限度的。当血糖浓度达 180mg/100ml (血液)时，
有一部分肾小管对葡萄糖的吸收已达极限，尿中开始出现葡萄糖，此时的血浆葡萄糖浓度称
为肾糖阈 (renal threshold for glucose)。每一肾单位的肾糖阈并不完全一样。当血糖浓度继续
升高时，尿中葡萄糖浓度也随之增高；当血糖浓度升至 300mg/100ml时，全部肾小管对葡
萄糖的重吸收均已达到或超过近球小管对葡萄糖的最大转运率 (maximal rate of transport of
glucose)，此时每分钟葡萄糖的滤过量达两肾葡萄糖重吸收极限，尿糖排出率则随血糖浓度
升高而平行增加。正常人两肾的葡萄糖重吸收的极限量，男性平均为 375mg/min，女性平均
为 300mg/min。
肾小球滤过的氨基酸和葡萄糖一样，主要在近端小管被重吸收，其吸收方式也是继发
性主动重吸收，需 Na+的存在，但有多种类型氨基酸转运体。
(七)一些代谢产物和进入体内的异物的排泄
肌酐可通过肾小球滤过，也可被肾小管和集合管分泌和重吸收 (少量)；青霉素、酚
红和一些利尿剂可与血浆蛋白结合，不能被肾小球滤过，但可在近端小管被主动分泌进入小
管液中而被排出。进入体内的酚红，94％由近端小管主动分泌进入小管液中并随尿液排出。
因此，检测尿中酚红的排泄量可作为判断近端小管排泄功能的粗略指标。
第四节 尿液的浓缩和稀释
肾小球超滤液在流经肾小管各段时，其渗透压发生变化，在近端小管和髓袢中，渗透
压的变化是固定的，但经过远端小管后段和集合管时，渗透压可随体内缺水或水过多等不同
情况出现大幅度的变动 (图 8-11)。近端小管为等渗重吸收，故在近端小管末端，小管液渗
透压仍与血浆相等。髓袢降支细段对水有高度通透性，而对 NaCl和尿素 (urea)则不易通透，
在小管外组织液高渗透压作用下，水被重吸收．故小管液在流经髓袢降支细段时，渗透浓度
(osmolality)逐渐升高，直至与髓质组织液渗透浓度相近。髓袢升支细段对水不通透，对 NaCl
和尿素则能通透。由于小管液 NaCl的浓度高于同一平面髓质间液中的浓度，故 NaCl被重
吸收；但尿素浓度则低于髓质间液，故尿素由组织间隙扩散进入小管。在此过程中，小管液
渗透浓度逐渐降低。髓袢升支粗段对水和尿素不通透，但能主动重吸收 NaCl，当小管液流
经髓袢升支粗段时，由于 NaCl不断被重吸收，渗透浓度逐渐下降，至升支粗段末端，小管
液为低渗 (与血浆渗透浓度相比)。正常成年人终尿的排出量约 1.5L/d，其渗透浓度可在 50~1
200mOsm/ (kg?H2O)范围内变动。终尿的渗透浓度高于血浆渗透浓度称为高渗尿，低于血浆
渗透浓度的尿液则称为低渗尿。尿量和尿的渗透浓度可受多种因素影响而发生很大变化。如
果每日尿量 (urine volume)超过 2.5L，称为多尿 (polyuria)；24h尿量少于 400ml，称为少尿
(oliguria)；24h尿量少于 100ml，则称为无尿 (anuria)。
一、尿液的稀释
尿液的渗透浓度最低可至 50mOsm/ (kg?H2O)。尿液的稀释主要发生在远端小管和集
合管。如前所述，在髓袢升支粗段末端，小管液是低渗的。如果机体内水过多而造成血浆晶
体渗透压下降，可使血管升压素的释放被抑制，远曲小管和集合管对水的通透性很低，水不
能被重吸收，而小管液中的 NaCl继续被重吸收，特别是髓质部的集合管，故小管液的渗透
浓度进一步降低，形成低渗尿。如饮大量清水后，血浆晶体渗透压降低，血管升压素释放减
少，引起尿量增加，尿液稀释。如血管升压素完全缺乏或肾小管和集合管缺乏血管升压素受
体时，可出现尿崩症 (diabetes insipidus)，每天可排出高达 20L的低渗尿。
二、尿液的浓缩
在失水、禁水等情况下，血浆晶体渗透压升高，可引起尿量减少，尿液浓缩，终尿的
渗透浓度可高达 1 200 mOsm/ (kg?H2O)。尿液浓缩也发生在远端小管和集合管，是由于小管
液中的水被继续吸收而溶质仍留在小管液中所造成的。同其他部位一样，肾对水的重吸收方
式是渗透，其动力来自肾髓质部。肾小管和集合管内、外的渗透浓度梯度，换言之，水的重
吸收要求小管周围组织液是高渗的。用冰点降低法测定鼠肾组织的渗透浓度，发现肾皮质部
的渗透浓度与血浆是相等的，由髓质外层向乳头部逐渐升高，内髓部的渗透浓度为血浆渗透
浓度的 4倍，约 1 200mOsm/L (图 8-12)。在不同动物中的观察发现，动物肾髓质越厚，内髓
部的渗透浓度也越高，尿的浓缩能力也越强。如沙鼠肾可产生 20倍于血浆渗透浓度的高渗
尿。人类肾最多能生成 4~5倍于血浆渗透浓度的高渗尿。可见，肾髓质的渗透浓度梯度是尿
浓缩的必备条件。
髓袢的形态和功能特性是形成肾髓质渗透浓度梯度的重要条件。有人用肾小管各段对
水和溶质的通透性不同 (表 8-1)和逆流倍增现象来解释’肾髓质高渗的形成。
由于髓袢各段对水和溶质的通透性和重吸收机制不同，髓袢的 u形结构和小管液的流
动方向，可通过逆流倍增 (countercurrent multiplication)机制建立起从外髓部至内髓部的渗透
浓度梯度。 “逆流”是指两个并列管道中液体流动方向相反。逆流倍增现象可由图 8-13所
示的模型来解释。有并列甲、乙、丙三个管，甲管下端与乙管相连。液体由甲管流进，通过
甲、乙管的连接部又折返经乙管流出，构成逆流系统。如果甲、乙管之间的膜M1能主动从
乙管中将。NaCl不断泵人甲管，而M1对水又不通透，当含 NaCl的水溶液在甲管中向下流
动时，M1膜不断将乙管中的 NaCl泵入甲管，结果，甲管液中的 NaCl浓度白上而下越来越
高，至甲乙管连接的弯曲部达到最大值。当液体折返从乙管下部向上流动时，NaCl浓度却
越来越低。可见，不论是甲管还是乙管，从上而下，溶液的浓度梯度逐渐升高而形成浓度梯
度，即出现逆流倍增现象。丙管中液体的渗透浓度低于乙管中的液体，而丙管与乙管之间的
膜 m2对水通透，当丙管中的水溶液由上向下流动时，水可通过渗透作用不断进入乙管，而
其溶质浓度则从上至下逐渐增加。从丙管流出的液体溶质浓度要比流人时高，其最大值取决
于乙管液的渗透浓度和 m2膜对水通透性的大小。
髓袢和集合管的结构排列与上述逆流倍增模型很相似 (图 8-14)。直小血管也符合逆
流系统的条件。超滤液从近端小管经髓袢降支向下流动，折返后经髓袢升支向相反方向流动，
再经集合管向下流动，最后进入肾小盏。以下详细讨论肾髓质渗透梯度形成的过程及机制。
1．髓袢升支粗段 小管液经髓袢升支粗段向皮质方向流动时，由于该段上皮细胞主
动重吸收 NaCl，而对水又不通透，结果是小管液在向皮质方向流动时渗透浓度逐渐降低，
而小管周围组织中由于 NaCl的堆积，渗透浓度升高，形成髓质高渗。故外髓部组织间隙液
高渗是 NaCl主动重吸收而形成的，但该段膜对水不通透亦是形成外髓质高渗的重要条件。
呋塞米可抑制髓袢升支粗段的 Na+-K+-2Cl-同向转运，故可降低外髓组织的高渗程度，从而
降低管内、外渗透浓度梯度，使水重吸收减少，产生利尿效应。
2．髓袢降支细段 髓袢降支细段对水通透，而对 NaCl和尿素相对不通透。由于髓
质从外髓部向内髓部的渗透浓度梯度，降支中的水不断进入组织间隙，使小管液从上至下形
成一逐渐升高的浓度梯度，至髓袢折返处，渗透浓度达到峰值。
3．髓袢升支细段 髓袢升支细段对水不通透，而对 NaCl能通透，对尿素为中等度
通透。当小管液从内髓部向皮质方向流动时，NaCl不断向组织间液扩散，其结果是小管液
的 NaCl浓度越来越低，小管外组织间液 NaCl浓度升高。由于髓袢升支粗段对 NaCl的主动
重吸收，使等渗的近端小管液流入远端小管时变为低渗，而髓质中则形成高渗。
4．髓质集合管 从肾小球滤过的尿素除在近端小管被吸收外，髓袢升支对尿素中等
度通透，内髓部集合管对尿素高度通透，其他部位对尿素不通透或通透性很低。当小管液流
经远端小管时，水被重吸收，使小管液内尿素浓度逐渐升高，到达内髓部集合管时，由于上
皮细胞对尿素通透性增高，尿素从小管液向内髓部组织液扩散，使组织间液的尿素浓度升高，
同时使内髓部的渗透浓度进一步增加。所以内髓部组织高渗是由 NaCl和尿素共同构成的
(据估计各占一半)。血管升压素可增加内髓部集合管对尿素的通透性，从而增高内髓部的渗
透浓度。严重营养不良时，尿素生成减少，可使内髓部高渗的程度降低，从而减弱尿的浓缩
功能。由于升支细段对尿素有一定通透性，且小管液中尿素浓度比管外组织液低，故髓质组
织液中的尿素扩散进入升支细段小管液，并随小管液重新进入内髓集合管，再扩散进入内髓
组织间液。这一尿素循环过程称为尿素的再循环 (urea recycling)。
三、直小血管在维持肾髓质高渗中的作用
前面讨论了肾髓质高渗的建立主要是由于 NaCl和尿素在小管外组织间液中积聚。这
些物质能持续滞留在该部位而不被血液循环带走，从而维持’肾髓质的高渗环境，这与直小
血管所起的逆流交换器作用密切相关。直小血管的降支和升支是并行的血管，与髓袢相似，
在髓质中形成袢。直小血管壁对水和溶质都有高度通透性。在直小血管降支进入髓质处，血
浆的渗透压约 300 mOsm/ (kg?H2O)，当血液经直小血管降支向髓质深部流动时，在任一平
面的组织间液渗透浓度均比直小血管内血浆的高，即组织间液中的溶质浓度比血浆中的高，
故组织间液中的溶质不断向直小血管内扩散，而血液中的水则进入组织间液，使直小血管内
血浆渗透浓度与组织液趋向平衡。愈向内髓部深入，直小血管中血浆的渗透浓度越高，在折
返处，其渗透浓度达最高值[约 1 200 mOsm/ (kg?H2O)]。当直小血管内血液在升支中向皮质
方向流动时，髓质渗透浓度越来越低，即在升支任一平面的血浆渗透压均高于同一水平的组
织间液，血浆中的溶质浓度比组织间液中的高，这一血管内外的渗透梯度和浓度梯度又使血
液中的溶质向组织液扩散，而水又从组织间液向血管中渗透。这一逆流交换过程使肾髓质的
渗透梯度得以维持，直小血管仅将髓质中多余的溶质和水带回血液循环。直小血管的这一作
用与血流量有关。直小管的血流量增加时，可使带走的肾髓质溶质有所增加，因而髓质部的
渗透梯度将变小；当直小血管血流量减少时，肾髓质供氧量降低，肾小管特别是髓袢升支粗
段主动重吸收 NaCl的功能减弱，髓质部的高渗梯度也就不能维持。
如前所述，小管液在流经近端小管、髓袢直至远曲小管前段时，其渗透压的变化基本
是固定的，而终尿的渗透压则可随机体内水和溶质的情况发生较大幅度的变化，可低至 50
mOsm/ (kg?H2O)或高达 1 200 mOsm/ (kg?H2O)。这一渗透压变化取决于小管液中水与溶质
重吸收的比例，主要由远曲小管后半段和集合管控制。髓质高渗是对小管液中水重吸收的动
力，但重吸收的量又取决于远曲小管和集合管对水的通透性。集合管上皮细胞对水的通透性
增加时，水的重吸收量就增加，小管液的渗透浓度就升高，尿液即被浓缩。当远曲小管和集
合管对水的通透性降低时，水的重吸收就减少，远曲小管近端的低渗的小管液得不到浓缩，。
尿液则为低渗。同时，集合管还主动重吸收 NaCl，使尿液的渗透浓度进一步降低，可低至
50 mOsm/ (kg?H2O)。血管升压素是决定远曲小管和集合管上皮细胞对水通透性的最重要的
激素。任何能影响肾髓质高渗的形成与维持和影响集合管对水通透性的因素，都将影响肾脏
对尿液的浓缩过程，使尿量和渗透浓度发生改变。
第五节 尿生成的调节
前已述及，尿生成的过程包括肾小球滤过、肾小管和集合管的重吸收和分泌。机体对
尿生成的调节就是通过影响尿生成的这三个基本过程而实现的。两肾每天生成的超滤液量可
达 180L，而终尿量仅 1.5L，表明约 99％以上的水被重吸收。有关肾小球滤过量的调节已在
前文叙述，本节主要讨论影响肾小管和集合管重吸收和分泌的因素，包括神经调节、体液调
节和自身调节。
一、肾内自身调节
(一)小管液中溶质的浓度对肾小管功能的调节
小管液中溶质浓度升高是对抗肾小管水重吸收的力量，因为小管内、外的渗透压梯度
是水重吸收的动力。例如，近端小管液中某些物质未被重吸收而导致小管液渗透浓度升高，
可保留一部分水在小管内，使小管液中的 Na+被稀释而浓度降低，因此小管液和上皮细胞内
Na+的浓度梯度减小，从而使 Na+的重吸收减少或停止。Na+的重吸收减少，小管液中较多
的 Na+又通过渗透作用保留相应的水，结果使尿量增多，NaCl排出量增多。这种情况也称
渗透性利尿 (osmotic diuresis)。糖尿病患者或正常人进食大量葡萄糖后，肾小球滤过的葡萄
糖量可超过近端小管对糖的最大转运率，造成小管液渗透压升高，结果将阻碍水和 NaCl的
重吸收，不仅尿中出现葡萄糖，而且尿量也增加。糖尿病病人出现多尿即由渗透性利尿所致。
临床上给病人静脉注入可通过。肾小球自由滤过但不被。肾小管重吸收的物质，如甘
露醇 (mannitol)等，也可产生渗透性利尿效应。
(二)球-管平衡
近端小管对溶质 (特别是 Na+)和水的重吸收可随肾小球滤过率的变化而改变，即当肾
小球滤过率增大时，近端小管对。Na+和水的重吸收率也增大；反之，肾小球滤过率减少时，
近端小管对 Na+和水的重吸收也减少。这种现象称为球-管平衡 (glomerulotubular balance)。
实验证明，近端小管中 Na+和水的重吸收率总是占肾小球滤过率的 65％~70％，称为近端小
管的定比重吸收 (constant fraction reabsorption)。定比重吸收的形成机制主要与肾小管周围
毛细血管的血浆胶体渗透压变化有关。如果肾血流量不变而肾小球滤过率增加， (如出球小
动脉阻力增加而入球小动脉阻力不变)，则进入近端小管旁毛细血管网的血流量就会减少，
毛细血管血压下降，而血浆胶体渗透压升高，这些改变都有利于近端小管 Na+和水的重吸收；
当肾小球滤过率减少时，近端小管旁毛细血管网的血压和血浆胶体渗透压将发生相反的变
化，故 Na+和水的重吸收量减少。在上述两种情况下，近端小管对 Na+和水重吸收的百分率
仍保持在 65％~70％。
球-管平衡的生理意义在于使尿中排出的 Na+和水不会随肾小球滤过率的增减而出现
大幅度的变化，从而保持尿量和尿钠的相对稳定。例如，当肾小球滤过率为 125ml/min时，
近端小管重吸收约87.5ml/min，流向肾小管远端的液量约为37.5ml/min。终尿量约为1ml/min。
假如没有球一管平衡，则当肾小球滤过率增至 126ml/min时，终尿量就会是 2ml/min，尿 Na+
排出量也增加 1倍。反之，肾小球滤过率减至 124ml/min时，尿量就会减少至 0.5ml/min。
球-管平衡在某些情况下可被破坏，如发生渗透性利尿时，虽然肾小球滤过率不变，但近端
小管重吸收减少，尿量和尿 Na+的排出将明显增多。
二、神经和体液调节
(一)肾交感神经的作用
实验证明，肾交感神经不仅支配肾血管，还支配肾小管上皮细胞和近球小体，对肾小
管的支配以近端小管、髓袢升支粗段和远端小管为主。
肾交感神经主要释放去甲肾上腺素。肾交感神经兴奋时，可通过下列方式影响肾脏的
功能：①通过肾脏血管平滑肌的仅受体，引起肾血管收缩而减少肾血流量。由于入球小动脉
比出球小动脉收缩更明显，使肾小球毛细血管血浆流量减少，毛细血管血压下降，肾小球滤
过率下降；②通过激活β受体，使近球小体的近球细胞释放肾素，导致血液循环中血管紧张
素Ⅱ和醛固酮浓度增加，血管紧张素Ⅱ可直接促进近端小管重吸收 Na+，醛固酮可使髓袢升
支粗段、远端小管和集合管重吸收 Na+，并促进 K+的分泌；③可直接刺激近端小管和髓袢
(主要是近端小管)对 Na+、Cl-和水的重吸收。
肾交感神经活动受许多因素的影响，如血容量改变 (通过心肺感受器反射)和血压改
变， (通过压力感受器反射)等均可引起。肾交感神经活动改变，从而调节肾脏的功能。
(二)血管升压素
血管升压素 (vasopressin，VP)也称抗利尿激素 (antidiuretic hormone，ADH)，是一种九
肽激素。在人和某些哺乳动物，其第八位氨基酸残基为精氨酸，故又称精氨酸血管升压素。
血管升压素在下丘脑视上核 (supraoptic nucleus)和室旁核 (paraventricular nucleus)神经元胞
体内合成。在这些神经元内，先合成血管升压素的前体，前体的氨基末端包含血管升压素分
子，羧基末端包含糖肽，二者之间有一个运载蛋白 (neurophysin)。前体被包装在分泌颗粒
中，沿下丘脑-垂体束的轴突被运输到神经垂体，在运输过程中，血管升压素与运载蛋白分
离并储存在颗粒中，直至释放入血。
血管升压素有 V1和 V2两种受体。V1受体分布于血管平滑肌，激活后可引起平滑肌
收缩，血管阻力增加，血压升高；V2受体主要分布在。肾远端小管后段和集合管上皮细胞，
激活后通过兴奋性 G蛋白 (Gs)激活腺苷酸环化酶，使细胞内 cAMP增加，cAMP再激活蛋
白激酶 A，使上皮细胞内含水孔蛋白 AQP-2的小泡镶嵌在上皮细胞的管腔膜上，形成水通
道，从而增加管腔膜对水的通透性 (图 8-15)。小管液中的水在管内外渗透浓度梯度的作用
下，通过水通道而被重吸收。通过管腔膜水孔进入上皮细胞内的水再经基底侧膜的水孔蛋白
(AQP-3和 AQP-4)进入细胞间隙而被重吸收。血管升压素通过调节远曲小管和集合管上皮细
胞膜上的水通道而调节管腔膜对水的通透性，对尿量产生明显影响。当缺乏血管升压素时，
细胞内 cAMP浓度下降，管腔膜上含水通道的小泡内移，进入上皮细胞胞质，上皮对水的
通透性下降或不通透，水的重吸收就减少，尿量明显增加。
血管升压素的释放受多种因素的调节和影响，其中最重要的是体液渗透压和血容量。
1．体液渗透压 细胞外液渗透浓度的改变是调节血管升压素分泌的最重要因素。正
常人血浆渗透压为 280~290 mOsm/ (kg?H2O)，引起血管升压素分泌的血浆渗透浓度阈值为
275~290 mOsm/ (kg?H2O)，血浆中血管升压素浓度为 0~4pg/ml。血浆渗透压低于引起血管
升压素分泌的渗透浓度阈值时，血管升压素分泌停止，血浆中血管升压素浓度可接近于零；
当血浆晶体渗透压升高达血管升压素释放的阈值后，血浆晶体液渗透压每升高 1％。血管升
压素浓度可升高 1pg/ml。血浆晶体渗透压升高还可引起渴觉。止常人引起渴觉的血浆渗透
浓度阈值为 289~307mmOsm/ (kg?H2O)；血浆血管升压素浓度达 5pg/ml时也可以引起渴觉。
体液渗透压改变对血管升压素分泌的影响是通过对渗透压感受器 (osmoreceptor)的
刺激而实现的，这是一种反射活动。渗透压感受器的所在部位还不完全清楚，但有资料证明
它们集中在下丘脑第三脑室前腹侧部 (anteroventral region of the third ventricle，AV3V)。该
区域的上部是穹隆下器 (subfomical organ)，下部是终板血管器 (organum vasculosum of the
lamina terrninalis，OVLT)，二者之间有内侧视前核 (median preoptic nucleus)。渗透压感受器
对不同溶质引起的血浆晶体渗透压升高的敏感性是不同的。Na+和 Cl-形成的渗透压是引起
血管升压素释放最有效的刺激；静脉注射甘露糖和蔗糖也能刺激血管升压素分泌，但葡萄糖
和尿素则无作用。
大量出汗、严重呕吐或腹泻等情况可引起机体失水多于溶质丧失，使体液晶体渗透压
升高，可刺激血管升压素的分泌，通过肾小管和集合管增加对水的重吸收，使尿量减少，尿
液浓缩；相反，大量饮水后，体液被稀释，血浆晶体渗透压降低，引起血管升压素释放减少
或停止，肾小管和集合管对水的重吸收减少，尿量增加，尿液稀释。若饮用生理盐水，则排
尿量不会出现饮清水后的那种变化 (图 8-16)。饮用大量清水引起尿量增多的现象，称为水
利尿 (water diuresis)。
2．血容量 当血容量减少时，对心肺感受器的刺激减弱，经迷走神经传入至下丘脑
的信号减少，对血管升压素释放的抑制作用减弱或取消，故血管升压素释放增加；反之，当
循环血量增多。回心血量增加时，可刺激心肺感受器，抑制血管升压素释放。动脉血压的改
变也可通过压力感受器对血管升压素的释放进行调节。当动脉血压在正常范围时 (平均压为
100mmHg)，压力感受器传入冲动对血管升压素的释放起抑制作用，当动脉血压低于正常水
平时，血管升压素释放增加。
心肺感受器和压力感受器在调节血管升压素释放时，其敏感性比渗透压感受器要低，
一般需血容量或动脉血压降低 5％~10％时，才能刺激血管升压素释放。但血容量或动脉血
压降低时，可降低引起血管升压素释放的血浆晶体渗透浓度阈值，即血管升压素释放的调定
点下移；反之，当血容量或动脉血压升高时，可使调定点上移。
3．其他因素 恶心是引起血管升压素分泌的有效刺激；疼痛、应激刺激、AngⅡ和低血糖
可刺激血管升压素分泌；某些药物，如尼古丁 (nicotine)和吗啡 (morphine)，也可刺激血管
升压素分泌；乙醇可抑制血管升压索分泌，故饮酒后尿量可增加。
(三)肾素-血管紧张素-醛固酮系统
1．肾素-血管紧张素-醛固酮系统的组成成分。肾素是一种酸性蛋白酶，由肾脏的近
球细胞合成、储存和释放。肾素作用于血管紧张素原，生成十肽血管紧张素 I (Ang I)，Ang I
在血管紧张素转换酶 (ACE)的作用下，生成血管紧张素Ⅱ (AngⅡ)。AngⅡ则可在 ACE2、
氨基肽酶和中性内肽酶 (NEP)的作用下，生成七肽血管紧张素Ⅲ (AngⅢ)。有关血管紧张素
转换和失活的详细机制见第四章。
2．血管紧张素Ⅱ的功能 AngⅡ对尿生成的调节包括直接作用于肾小管影响其重吸
收功能、改变肾小球滤过率和间接通过血管升压素和醛固酮而影响尿的生成。AngⅡ可促进
近端小管对 Na+的重吸收 (包括直接作用和影响肾血流动力学)。AngⅡ对肾小球滤过率的影
响则比较复杂。在 AngⅡ浓度较低时，它主要引起出球小动脉收缩 (出球小动脉对 AngⅡ的
敏感性比入球小动脉大)，在这种情况下，肾血流量减少，但肾小球毛细血管血压升高，因
此，肾小球滤过率变化不大。在 AngⅡ浓度较高时，入球小动脉强烈收缩，则肾小球滤过率
减小。AngⅡ还引起系膜细胞收缩，Kf值减小，也可使肾小球滤过率降低。当肾动脉血压降
低时，肾内 Ang的生成增加，由于出球小动脉收缩明显，故滤过分数增加，肾小球滤过率
能维持正常，这是肾小球滤过率自身调节的机制之一。此外，在入球小动脉，AngⅡ可使血
管平滑肌生成前列环素 (PGI2)和 NO，这些物质又能减弱 AngⅡ的缩血管作用。AngⅡ作用
于脑内一些部位，可引起血管升压素的释放。
3．醛固酮的功能 AngⅡ和 AngⅢ均可刺激肾上腺皮质分泌醛固酮。醛固酮作用于
远曲小管和集合管的上皮细胞，可增加 K+的排泄和增加 Na+、水的重吸收。醛固酮进入远
曲小管和集合管上皮细胞胞质后，与胞质内受体结合，形成激素一受体复合物。激素-受体
复合物穿过核膜进入核内，通过基因调节机制，生成特异性 mRNA。mRNA进入胞质后，
由内质网合成多种醛固酮诱导蛋白 (aldosterone-induced protein)。这些诱导蛋白可能就是：
①管腔膜钠通道蛋白，因而使钠通道数目增加，有利于小管液中的 Na+向细胞内扩散；②线
粒体中合成 ATP的酶，因而使 ATP的生成量增加，为基底侧膜钠泵提供生物能；③基底侧
膜上的钠泵，因而可加速将细胞内的 Na+泵出和将 K+泵入细胞的过程，增大细胞内与小管
液之间的 K+浓度差，有利于 K+的分泌 (图 8-17)。由于 Na+的重吸收，小管液呈负电位，
因此有利于 K+的分泌，同时也有利于 Cl-的重吸收。
4．肾素分泌的调节 肾素的分泌受多方面因素的调节，包括肾内机制、神经和体液
机制。
(1)肾内机制：肾内机制是指可在肾内完成的调节。其感受器是位于入球小动脉的牵
张感受器和致密斑。前者能感受肾动脉的灌注压 (对动脉壁的牵张程度)，后者能感受流经
该处小管液中的 Na+量。当肾动脉灌注压降低时，入球小动脉壁受牵拉的程度减小，可刺激
肾素释放；反之，当灌注压升高时则肾素释放减少。当肾小球滤过率减少或其他因素导致流
经致密斑的小管液中 Na+量减少时，肾素释放增加；反之，通过致密斑处 Na+量增加时则肾
素释放减少。
(2)神经机制：肾交感神经兴奋时释放去甲肾上腺素，后者作用于近球细胞的β受体，
可直接刺激肾素释放。如急性失血，血量减少，血压下降，可反射性兴奋肾交感神经，从而
使肾素释放增加。
(3)体液机制：血液循环中的儿茶酚胺 (肾上腺素和去甲肾上腺素)，肾内生成的 PGE2
和 PGI2，均可刺激近球细胞释放肾素。AngⅡ、血管升压素、心房钠尿肽、内皮素和 NO则
可抑制肾素的释放。
(四)心房钠尿肽
心房钠尿肽 (ANP)是由心房肌细胞合成并释放的肽类激素 (见第四章)，人血液循环
中的．ANP由 28个氨基酸残基组成。当心房壁受牵拉 (如血量过多、头低足高位、中心静
脉压升高和身体浸入水中等)均可刺激心房肌细胞释放 ANP。此外，乙酰胆碱、去甲肾上腺
素、降钙素基因相关肽 (CGRP)、血管升压素和高血钾也能刺激 ANP的释放。ANP的主要
作用是使血管平滑肌舒张和促进肾脏排钠、排水。ANP对肾脏的作用主要有以下几方面。
1．对肾小球滤过率的影响 ANP能使血管平滑肌胞质中的 Ca2+浓度下降，使入球
小动脉舒张，并可使滤过分数增加，因此肾小球滤过率增大。此外，ANP还能使系膜细胞
收缩，导致 Kf值增大。
2．对集合管的影响 ANP可通过第二信使 cGMP使集合管上皮细胞管腔膜上的钠通
道关闭，抑制 NaCl的重吸收，因而水的重吸收也减少。ANP还能对抗 ADH的作用，抑制
集合管对水的重吸收。
3．对其他激素的影响 ANP还可抑制肾素、醛固酮和血管升压素的分泌。
(五)其他激素
肾可生成多种局部激素，影响肾自身的血流动力学和肾小管的功能，如缓激肽可使肾
小动脉舒张，抑制集合管对 Na+和水的重吸收；NO可对抗 AngⅡ和去甲肾上腺素的缩血管
作用；PGE2和 PGI2能舒张小动脉，增加肾血流量，抑制近端小管和髓袢升支粗段对 Na+
的重吸收，导致尿钠排出量增加，且可对抗血管升压素，使尿量增加和抑制近球细胞释放肾
素等。
第六节 清除率
一、清除率的定义和计算方法
两肾在 1分钟内能将多少毫升血浆中所含的某种物质完全清除出去，这个被完全清除了
这种物质的血浆毫升数，就称为该物质的清除率 (clearance，C)。由于肾对各种物质的排出
是通过肾小球滤过、肾小管与集合管的重吸收和分泌而完成的，而各种物质的重吸收量和分
泌量也不尽相同，故不同物质的清除率是不同的。由清除率的定义可知，计算某种物质 x
的清除率 Cx，需要测定三个数值：①尿中该物质的浓度，用 Ux表示，单位为 mg/100ml；
②每分钟尿量，用 V表示，单位为 ml/min；③血浆中该物质的浓度，用 Px表示，单位为
mg/100ml。因为尿中的物质均来自血浆 (滤过或分泌)，所以
须指出的是，清除率只是一个推算的数值。实际上，肾并不可能只把这部分血浆中的
某种物质完全清除掉，而是指 1min内所清除的该物质的量来自多少毫升血浆，或相当于多
少毫升血浆中所含的这种物质。
二、测定清除率的意义
(一)测定肾小球滤过率
已知肾每分钟排出某种物质 X的量为 Ux×V，如果该物质可自由经肾小球滤过进入
小管液，又可被肾小管和集合管重吸收和分泌，则 Ux×V应是每分钟肾小球滤过量、重吸
收量 (Rx)和分泌量 (Sx)的代数和，而每分钟内肾小球滤过该物质的量为肾小球滤过率
(GFR)和该物质血浆浓度 (Px)的乘积，因此每分钟该物质的排出量为
Ux×V=GFR×Px-Rx+Sx (8-4)
1．菊粉清除率 如果某种物质可自由通过。肾小球滤过膜，则该物质在肾小囊超滤
液中的浓度与血浆浓度相同，同时，如果该物质在肾小管和集合管中既不被重吸收又不被分
泌，则单位时间内该物质在肾小球处滤过的量 (GFR×Px)应等于从尿中排出该物质的量
(Ux×V)，因此该物质的清除率就等于肾小球滤过率。菊粉是符合这个条件的物质，所以它
的清除率可用来代表肾小球滤讨率，即
式中 CIn是菊粉的清除率，UIn和 PIn分别代表尿中和血浆中菊粉的浓度。在进行菊粉清除
率的测定时，给被测者静脉滴注一定量菊粉以保持血浆中的浓度恒定，然后测定单位时间内
的尿量和尿中菊粉浓度。如果血浆菊粉浓度维持在 1mg/100ml，测得尿量为 1ml/min，尿菊
粉浓度为 125mg/100ml，则菊粉清除率为
所以肾小球滤过率为 125ml/min。
2．内生肌酐清除率 内生肌酐 (endogenous creatinine)清除率的值很接近肾小球滤过
率，故临床上常用它来推测肾小球滤过率。所谓内生肌酐是指体内组织代谢所产生的肌酐。
由于肉类食物中含肌酐以及剧烈肌肉活动可产生额外肌酐，故在进行内生肌酐测定前应禁食
肉类食物，避免剧烈运动。内生肌酐清除率可按下式计算
内生肌酐清除率= (8-7)
由于肾小管和集合管能分泌少量肌酐，也可重吸收少量肌酐，因此如果要准确地测定肾小球
滤过率，不能直接用内生肌酐清除率的值来代替。
(二)测定肾血流量
如果血浆在流经肾脏后，肾静脉血中某种物质的浓度接近于零，则表示血浆中该物质
经肾小球滤过和肾小管、集合管转运后，从血浆中全部被清除，因此该物质在尿中的排出量
(Ux×V)应等于每分钟肾血浆流量 (RPF)与血浆中该物质浓度的乘积，即
Ux×V=RPF×Px (8-8)
如静脉滴注碘锐特 (diodrast)或对氨基马尿酸 (para-aminohippuric acid，PAH)的钠盐，
使其血浆浓度维持在 1~3mg/100ml，当血液流经肾一次后，血浆中碘锐特和 PAH可几近完
全 (约 90％)被肾清除，因此碘锐特或 PAH的清除率可用来代表有效肾血浆流量 (effective
renal plasma flow)，即每分钟流经两肾全部肾单位的血浆量。因肾动脉的血液有一部分是供
应肾单位以外的组织，这部分血液不被肾小球滤过，也不被肾小管分泌，故实际肾静脉血中
碘锐特和 PAH的浓度并不等于零。通过测定 PAH清除率可以计算肾血浆流量。如测得 CPAH
为 594mL/min，假定肾动脉血中的 PAH有 90％被肾脏清除。则
若已知 GFR (例如为 125ml/min)，就可进一步计算出滤过分数 (FF)，即
根据肾血浆流量和红细胞比容，还可计算出肾血流量 (RBF)。若测得受试者的红细胞比容
为 45％，肾血浆流量为 660ml/min，则
(三)推测肾小管的功能
通过对各种物质清除率的测定，可推测哪些物质能被肾小管净重吸收 (net tubular
reabsorption)，哪些物质能被肾小管净分泌 (net tubular secretion)，从而推论肾小管对不同物
质的转运功能。例如，葡萄糖可自由通过肾小球滤过，但其清除率几近于零，表明葡萄糖可
全部被肾小管重吸收。尿素清除率小于肾小球滤过率，表明它被滤过之后，又被肾小管和集
合管净重吸收。假如某一物质的清除率小于肾小球滤过率，该物质一定在肾小管被重吸收，
但不能排除该物质也被肾小管分泌的可能性，因为当重吸收量大于分泌量时，其清除率仍可
小于肾小球滤过率；如果某种物质的清除率大于肾小球滤过率，则表明肾小管必定能分泌该
物质，但不能排除该物质也被肾小管重吸收的可能性，因为当其分泌量大于重吸收量时，清
除率仍可高于肾小球滤过率。
(四)自由水清除率
自由水清除率 (flee-water clearance，CH2O)是用清除率的方法定量测定肾排水情况的一
项指标，即对肾产生无溶质水 (又称自由水)能力进行定量分析的一项指标。在肾脏生理学
中，无溶质水 (solute-flee water)是指尿液在被浓缩的过程中肾小管每分钟从小管液中重吸收
的纯水量，亦即从尿中除去的那部分纯水量；或指尿液在被稀释的过程中，体内有一定量的
纯水被肾排出到尿液中去，亦即在尿中加入的那部分纯水量，否则尿液的渗透压将不可能成
为高渗或低渗，而将与血浆相等。
在计算自由水清除率时，须先算出肾对血浆全部溶质的清除率 (clearmlce of total
solute)。由于血浆中的全部溶质形成血浆的渗透压，故可用渗透单位清除率
(osmolarclearance，Cosm)来反映血浆全部溶质的清除率。Cosm可用一般的清除率测定方法
测得，即分别测定血浆渗透压 (Posm、尿液渗透压 (Uosm)和单位时间内的尿量 (V)，然后
用清除率的算式计算，即
单位时间内生成的尿量等于渗透单位清除率和自由水清除率之和，即
所以
由上式可见，当 Uosm/Posm<1，即尿液低渗时，CH2O为正值：而当 Uosm/Posm>1．
即尿液高渗时，CH2O 则为负值。在肾脏生理学中，CH2O 时可称之为自由水重吸收量
(free-water reabsorption)，用 TcH2O 来表示，可作为肾小管保留水分的能力 (tubular
conservation of water)的一个指标。例如，机体在高渗性脱水时，ADH分泌增加，肾小管将
重吸收更多的无溶质水，结果使 CH2O值降低而出现高渗尿。当 ADH发挥最大抗利尿作用
时，CH2O值可降至-1.3mL/min；而在水过多或缺乏 ADH时，CH2O值可高达 14.3ml/min。
第七节 尿的排放
尿液是连续不断生成的，由集合管、肾盏、肾盂经输尿管进入膀胱。尿液在膀胱内储存达一
定量时，即可引起反射性排尿 (micturition)，尿液遂经尿道排出体外。膀胱和尿道的神经支
配
膀胱逼尿肌和内括约肌受副交感和交感神经的双重支配 (图 8-18)。副交感神经节前
神经元的胞体位于脊髓第 2~4骶段，节前纤维行走于盆神经 (pelvic nerve)中，在膀胱壁内
换元后，节后纤维分布于逼尿肌和内括约肌，其末梢释放乙酰胆碱，能激活逼尿肌上的M
受体，使逼尿肌收缩。盆神经中也含感觉纤维，能感受膀胱壁被牵拉的程度。后尿道的牵张
刺激是诱发排尿反射的主要信号。除盆神经外，阴部神经 (pudendal nerve)支配膀胱外括约
肌。阴部神经为躯体运动神经，故膀胱外括约肌的活动可随意控制。阴部神经兴奋时，外括
约肌收缩；反之，外括约肌舒张。排尿反射时可反射性抑制阴部神经的活动。支配膀胱的交
感神经起自腰段脊髓，经腹下神经 (hypogastric nerve)到达膀胱。刺激交感神经可使膀胱逼
尿肌松弛，内括约肌收缩 (通过α受体)和血管收缩。交感神经亦含感觉传入纤维，可将引
起痛觉的信号传入中枢。
二、排尿反射
排尿是一个反射过程，称为排尿反射 (micturition reflex)。排尿反射是一种脊髓反射，
但脑的高级中枢可抑制或加强其反射过程。
当膀胱内无尿时，膀胱内压为零，当膀胱内尿液在 30~50ml 时，其压力可升至
5~10cmH2O，到膀胱内尿量为 200~300ml时，膀胱内压仅稍有升高。膀胱平滑肌和其他平
滑肌具有相同的特性，当被牵拉时，起初平滑肌张力加大，以后平滑肌松弛，张力恢复到原
先水平，这称为应力舒张 (stress relaxation)。当膀胱的容积大于 300~400ml时，膀胱内压才
明显升高 (图 8-19)，在此基础上，尿量稍有增加就会引起膀胱内压迅速升高。
当膀胱内尿量达到一定充盈度 (约 400~500ml)时，膀胱壁上，特别是后尿道的感受器
受牵张刺激而兴奋，冲动沿盆神经传入纤维传至脊髓骶段的排尿反射初级中枢，同时，冲动
也上传到达脑干 (脑桥)和大脑皮质的排尿反射高位中枢，并产生尿意。高位中枢可发出强
烈抑制或兴奋冲动控制骶髓初级排尿中枢。脑桥可产生抑制和兴奋冲动；大脑皮质中枢主要
产生抑制性冲动。
在发生排尿反射时，骶段脊髓排尿中枢的传出信号经盆神经传出，引起逼尿肌收缩，尿
道内括约肌舒张，于是尿液被压向后尿道。进入后尿道的尿液又刺激尿道的感受器，冲动沿
传入神经再次传至骶段脊髓排尿中枢，进一步加强其活动，这是一个正反馈过程，使逼尿肌
收缩更强，尿道外括约肌开放，于是尿液被强大的膀胱内压 (可高达 150cmH2O)驱出。这
一正反馈过程可反复进行，直至膀胱内的尿液被排完为止。排尿后残留在尿道内的尿液，在
男性可通过球海绵体肌的收缩将其排尽；而在女性则依靠尿液的重力而排尽。
若膀胱充盈后引起尿意，而条件不许可排尿时，人可有意识地通过高级中枢的活动来抑
制排尿。随着膀胱的进一步充盈，引起排尿的传入信号越来越强烈，尿意也越来越强烈。
三、排尿异常
如前所述，排尿是一个反射过程，但受高位中枢的随意控制。如果排尿反射弧的任何一个部
位受损，或骶段脊髓排尿中枢与高位中枢失去联系，都将导致排尿异常 (abnormality of
micturition)。
如膀胱的传入神经受损，膀胱充盈的传入信号不能传至骶段脊髓，则膀胱充盈时不能反
射性引起张力增加，故膀胱充盈膨胀，膀胱壁张力下降，称无张力膀胱 (atonic bladder)。当
膀胱过度充盈时，可发生溢流性滴流，即从尿道溢出数滴尿液，称为溢流性尿失禁 (overflow
incontinence)。如果支配膀胱的传出神经 (盆神经)或骶段脊髓受损，排尿反射也不能发生，
膀胱变得松弛扩张，大量尿液滞留在膀胱内，导致尿潴留 (utine retenfion)。若高位脊髓受损，
骶部排尿中枢的活动不能得到高位中枢的控制，虽然脊髓排尿反射的反射弧完好，此时可出
现尿失禁 (urine incontinence)，这种情况主要发生在脊休克恢复后。在脊休克期间，由于骶
段脊髓排尿中枢处于休克状态，排尿反射消失，可发生溢流性尿失禁。
(刘长金)
第九章 感觉器官的功能
感觉 (sensation)是客观物质世界在人主观上的反映。它是人和动物机体为了保持内环
境的相对稳定，为了适应内、外环境的不断变化所必需的一种功能。机体内、外环境中的各
种刺激首先作用于不同的感受器或感觉器官，通过感受器的换能作用，将各种刺激所包含的
能量转换为相应的神经冲动，后者沿一定的神经传入通路到达大脑皮质的特定部位，经过中
枢神经系统的整合，从而产生相应的感觉。由此可见，各种感觉都是通过特定的感受器或感
觉器官、传入神经和大脑皮质的共同活动而产生的。本章所述内容仅限于感受器或感觉器官
的功能，而各种感觉的最终形成与中枢神经系统的功能密不可分，这些内容将在第十章中进
一步加以阐述。
第一节 感受器及其一般生理特性
一、感受器、感觉器官的定义和分类
感受器 (receptor)是指分布于体表或组织内部的一些专门感受机体内、外环境变化的
结构或装置。感受器的结构形式是多种多样的，最简单的感受器就是感觉神经末梢，如体表
和组织内部与痛觉有关的游离神经末梢；有些感受器是在裸露的神经末梢周围包绕一些由结
缔组织构成的被膜样结构，如环层小体、触觉小体和肌梭等。另外，体内还有一些结构和功
能上都高度分化的感受细胞，如视网膜中的视杆细胞和视锥细胞是光感受细胞，耳蜗中的毛
细胞是声感受细胞等，这些感受细胞连同它们的附属结构 (如眼的屈光系统、耳的集音与传
音装置)，就构成了复杂的感觉器官 (sense organ)。高等动物最主要的感觉器官有眼 (视觉)、
耳 (听觉)、前庭 (平衡觉)、鼻 (嗅觉)、舌 (味觉)等，这些感觉器官都分布在头部，称为特
殊感觉器官。
机体的感受器种类繁多，其分类方法也各不相同。根据感受器分布部位的不同，可分
为内感受器 (interoceptor)和外感受器 (exteroceptor)。内感受器感受机体内部的环境变化，
而外感受器则感受外界的环境变化。外感受器还可进一步分为远距离感受器和接触感受器，
如视、听、嗅觉感受器可归属于远距离感受器，而触、压、味、温度觉感受器则可归类于接
触感受器。内感受器也可再分为本体感受器 (proprioceptor)和内脏感受器 (visceral receptor)。
前者有肌梭等，后者则存在于内脏和内部器官中。感受器还可根据它们所接受的刺激性质的
不同而分为光感受器 (photoreceptor)、机械感受器 (mechanoreceptor)、温度感受器
(thermoreceptor)、化学感受器 (chemoreceptor)和伤害性感受器 (nociceptor)等。需要指出的
是，一些感受器的传入冲动通常都能引起主观感觉，但也有一些感受器一般只是向中枢神经
系统提供内、外环境中某些因素改变的信息，引起各种调节性反应，在主观上并不产生特定
的感觉。
二、感受器的一般生理特性
(一)感受器的适宜刺激
一种感受器通常只对某种特定形式的刺激最敏感，这种形式的刺激就称为该感受器的适
宜刺激 (adequate stimulus)。例如，一定波长的电磁波是视网膜感光细胞的适宜刺激，一定
频率的机械振动是耳蜗毛细胞的适宜刺激等。但感受器并不只对适宜刺激有反应．对于一种
感受器来说，非适宜刺激也可引起一定的反应，不过，所需的刺激强度通常要比适宜刺激大
得多。例如，所有的感受器均能被电刺激所兴奋，大多数感受器对突发的压力和化学环境的
变化有反应，打击眼部可刺激视网膜感光细胞产生光感等。适宜刺激作用于感受器，必须达
到一定的刺激强度和持续一定的作用时间才能引起某种相应的感觉。每种感受器都有其特有
的感觉阈值 (sensory threshold)。引起感受器兴奋所需的最小刺激强度称为强度阈值；而所
需的最短作用时间称为时间阔值。对于某些感受器来说 (如皮肤的触觉感受器)，当刺激强
度一定时，刺激作用还要达到一定的面积，这称为面积阚值。当刺激较弱时，面积阈值就较
大；而刺激较强时，面积阈值则较小。此外，对于同一种性质的两个刺激，其强度的差异必
须达到一定程度才能使人在感觉上得以分辨，这种刚能分辨的两个刺激强度的最小差异，称
为感觉辨别阈 (discrimination threshold)。
(二)感受器的换能作用
各种感受器在功能上的一个共同特点，是能把作用于它们的各种形式的刺激能量转换
为传入神经的动作电位，这种能量转换称为感受器的换能作用 (transducer function)。因此可
以把感受器看成是生物换能器。在换能过程中，一般不是直接把刺激能量转变为神经冲动，
而是先在感受器细胞或传入神经末梢产生一种过渡性的电位变化，在感受器细胞产生的膜电
位变化，称为感受器电位 (receptor potential)，而在传入神经末梢产生的膜电位变化则称为
发生器电位 (generator potential)。对于神经末梢感受器来说，发生器电位就是感受器电位，
其感觉换能部位与脉冲发生的部位相同；但对于特化的感受器来说，发生器电位是感受器电
位传递至神经末梢的那一部分，其感觉换能部位与脉冲发生的部位不同。和体内一般细胞一
样，所有感受器细胞对外来不同刺激信号的跨膜转导，主要是通过膜上通道蛋白或 G蛋白
耦联受体系统把外界刺激转换成跨膜电信号。例如，肌梭感受器电位的产生是由于机械牵拉
造成肌梭感觉神经末梢的变形，从而使机械门控钙通道开放，Ca2+内流所致；感受器电位
以电紧张的形式扩布至传入神经末梢，使该处的电压门控钠通道开放，Na+内流而产生动作
电位。由此可见，所有感觉神经末梢或感受器细胞出现的电位变化，都是通过跨膜信号转导，
把不同能量形式的外界刺激转换成电位变化的结果。
感受器电位或发生器电位与终板电位一样，是一种过渡性慢电位，具有局部兴奋的性质，
即非“全或无”式的，可以发生总和，并以电紧张的形式沿所在的细胞膜作短距离扩布。因
此，感受器电位或发生器电位可通过改变其幅度、持续时间和波动方向，真实地反映和转换
外界刺激信号所携带的信息。
感受器电位或发生器电位的产生并不意味着感受器功能的完成，只有当这些过渡性电位
变化使该感受器的传入神经纤维发生去极化并产生“全或无”式的动作电位时，才标志着这
一感受器或感觉器官作用的完成。
(三)感受器的编码功能
感受器在把外界刺激转换为神经动作电位时，不仅发生了能量的转换，而且把刺激所包
含的环境变化的信息也转移到了动作电位的序列之中，起到了信息的转移作用，这就是感受
器的编码 (coding)功能。关于感受器将刺激所包含的环境变化信息内容编码在传入神经的电
信号序列中的详细机制，目前还不十分清楚，以下仅就感受器对外界刺激的性质、强度以及
其他属性进行编码的一些基本问题加以叙述。
首先讨论不同性质的刺激是如何被编码的。众所周知，不同感受器所产生的传入神经冲
动都是一些在波形和产生原理上十分相似的动作电位，并无本质上的差别。因此，不同性质
的外界刺激不可能是通过动作电位的幅度高低或波形特征来编码的。许多实验和临床经验都
证明，不同性质感觉的引起，不但决定于刺激的性质和被刺激的感受器种类，还决定于传入
冲动所到达的大脑皮质的特定部位。因为机体的高度进化，使得某一感受器细胞选择性地只
对某种特定性质的刺激发生反应，由此而产生的传入冲动只能循着特定的途径到达特定的皮
层结构，引起特定的感觉。所以不论刺激发生在某一个特定感觉通路上的哪个部分，也不论
这一刺激是如何引起的，它所引起的感觉都与感受器受到刺激时引起的感觉相同。例如，用
电刺激病人的视神经，或者直接刺激枕叶皮层，都会引起光亮的感觉；肿瘤或炎症等病变刺
激听神经时，会产生耳鸣的症状。在同一感觉系统或感觉类型的范围内，外界刺激的量或强
度又是怎样编码的?对于这个问题，可用脊椎动物的牵张感受器为例加以说明。图 9-1显示
蛙肌梭对刺激强度的编码。这里所施加的刺激是对肌肉的牵拉。在牵拉的动态期刺激的强度
逐渐增加，而在静态期中牵拉刺激的强度保持恒定 (图 9-1C)。为了观察单纯的感受器电位，
可用河豚毒人为地阻遏动作电位的产生。可以看到，随着刺激强度 (牵拉力量)的增加，感
受器电位的振幅逐渐增大，在动态牵拉终止时达到峰值，然后逐渐下降，在静态牵拉期内降
至一个较低的稳定水平 (图 9-1B)。在自然情况下，可同时记录到感受器电位和动作电位 (图
9-1A)，动作电位的频率与感受器电位的振幅密切相关。当感受器电位的振幅随刺激强度分
级、平稳地增大时，动作电位频率也逐渐增高。在这一过程中，连续变化的刺激转换为频率
不同的神经脉冲。又如，当给人的手部皮肤施以触压刺激时，随着触压力量的增大，触、压
感受器传入纤维上的动作电位频率逐渐增高，产生动作电位的传入纤维的数目也逐渐增多。
由此可见，刺激的强度不仅可通过单一神经纤维上动作电位的频率高低来编码，还可通过参
与电信息传输的神经纤维数目的多少来编码。
(四)感受器的适应现象
当某一恒定强度的刺激持续作用于一个感受器时，感觉神经纤维上动作电位的频率会逐
渐降低，这一现象称为感受器的适应 (adaptation)。适应的程度可因感受器的类型不同而有
很大的差别，通常可把它们区分为快适应感受器和慢适应感受器两类。前者以皮肤触觉感受
器为代表，例如给皮肤的环层小体施加恒定的压力刺激时，仅在刺激开始后的短时间内有传
入冲动发放，以后虽然刺激仍在作用，但其传入冲动的频率却很快降低到零。这类感受器对
于刺激的变化十分灵敏，适于传递快速变化的信息，这对生命活动是十分重要的，它有利于
机体探索新异的物体或障碍物，有利于感受器和中枢再接受新的刺激。慢适应感受器以肌梭、
颈动脉窦和关节囊感受器为代表，它们的共同特点是，在刺激持续作用时，一般仅在刺激开
始后不久出现冲动频率的轻微降低，以后可在较长时间内维持于这一水平。感受器的这种慢
适应过程对动物的生命活动同样具有重要意义，它有利于机体对某些功能状态进行长时间持
续的监测，并根据其变化随时调整机体的活动。例如，引起疼痛的刺激往往可能是潜在的伤
害性刺激，如果其感受器显示明显的适应，在一定程度上就会失去报警意义。适应并非疲劳，
因为对某一强度的刺激产生适应之后，如果再增加该刺激的强度，又可引起传入冲动的增加。
感受器发生适应的机制比较复杂，它可发生在感觉信息转换的不同阶段。感受器的换
能过程、离子通道的功能状态以及感受器细胞与感觉神经纤维之间的突触传递特性等均可影
响感受器的适应。例如，环层小体的环层结构就与快适应有关，如果剔除感受器外面的环层
结构，再以同样强度的压力直接施加于裸露的神经末梢时，仍可引起传入冲动发放，而且在
这种情况下感觉神经末梢变得不易适应，与剔除环层结构前表现的快适应明显不同。这是因
为环层结构具有一定的粘弹性，当压力突然施加于小体的一侧时，其内所含的黏液成分将直
接传递至轴心纤维的相同侧，引起感受器电位；但在几毫秒至几十毫秒之内，小体内的液体
重新分布，使整个小体内的压力变得几乎相等，感受器电位立即消失。另外，在压力持续作
用期间，神经纤维本身对刺激也能逐渐适应，这可能是由于神经纤维膜内、外的离子重新分
布的结果，但这个过程要慢得多。
第二节 躯体感觉
躯体通过皮肤及其附属的感受器接受不同的刺激，产生各种类型的感觉，称为躯体感觉
(somatic senses)。一般认为，躯体感觉包括浅感觉和深感觉两大类，浅感觉又包括触-压觉、
温度觉和痛觉；深感觉即为本体感觉，主要包括位置觉和运动觉。
一、本体感觉
本体感觉 (proprioception)是指来自躯体深部的肌肉、肌腱和关节等处的组织结构，主要
是对躯体的空间位置、姿势、运动状态和运动方向的感觉。本体感觉的传入对躯体平衡感觉
的形成具有一定作用。
位于肌肉、肌腱和关节等处的感受器称为本体感受器。例如，肌梭、腱器官和关节感受
器就属于本体感受器。当运动涉及皮肤的移动时，本体感觉亦涉及到触觉的产生。对单纯的
肌肉、肌腱和关节的感觉，人们平时并不能意识到。但在肢体运动时，本体感受器和皮肤感
受器一起产生作用，可使人们产生有意识的运动感觉。脊椎动物的肌肉内有两种感受器：肌
梭 (muscle spindle)和腱器官 (tendon organ)。在长期的进化过程中，两栖动物及哺乳动物因
为要对抗重力和维持姿势平衡，所以需要有本体感觉的信息输入。
肌梭是骨骼肌中的一种特殊的感受装置，位于肌肉的深部。主要由梭内肌、神经末梢、
梭囊与微小血管构成。梭内肌纤维的外表面被结缔组织构成的梭囊包绕，梭囊在肌梭的赤道
部约有 150nm的膨大，使其外观呈梭形。肌梭是检知骨骼肌的长度、运动方向、运动速度
和速度变化率的一种本体感受器。肌梭的功能是将肌肉受牵拉而被动伸展的长度信息编码为
神经冲动，传入到中枢。一方面产生相应的本体感觉，另一方面反射性地产生和维持肌紧张，
并参与对随意运动的精细调节 (见第十章)。实验表明，如果阻断肌梭的传入信息，机体的
姿势将会变得不稳。
腱器官大部分位于骨骼肌的肌腱部位，由于它是由 Golgi最早发现的，故又称为高尔
基腱器官 (Golgi tendon organ)。腱器官是检知骨骼肌张力变化的一种本体感受器。腱器官的
功能是将肌肉主动收缩的信息编码为神经冲动，传入到中枢，产生相应的本体感觉。在关节
囊、关节韧带及骨膜处有几种感受器，它们都是由皮肤相应的感受器变形而来的。例如，鲁
菲尼小体、环层小体和游离神经末梢等。鲁菲尼小体可检知关节的屈曲和伸展，环层小体可
检知关节的活动程度等。本体感受器的一个共同特点是对机械刺激敏感。运动时，关节的屈
曲、伸张及骨骼肌的舒缩活动等刺激了位于其中的本体感受器，使感受器细胞膜上的非特异
性阳离子通道开放，引起跨膜内向电流，造成膜的去极化，从而产生感受器电位或发生器电
位，并以电紧张的形式扩布到神经末梢而产生可传导的动作电位。
传统上认为本体感受器只参与皮层下和下意识的肌肉反应。近年来的研究修正了这一
观点，例如，即使局部麻醉上肢所有的皮肤传入纤维后，手指的位置感觉依然保持，说明肌
肉、关节的传入纤维依然可到达体感大脑皮质。辣根过氧化物酶示踪和电生理实验证明，肌
肉 I a类传入的主要皮层代表区在 3a区，还有些在顶叶 5区。
值得注意的是，肌肉和关节的传入纤维还可经过一些中继细胞途径到达运动皮层。因
此感觉与运动系统之间具有十分密切的关系。
二、触-压觉
给皮肤施以触、压等机械刺激所引起的感觉，分别称为触觉 (touch-sense)和压觉
(pressure sense)。由于两者在性质上类似，可统称为触-压觉。用不同性质的点状刺激检查人
的皮肤感觉时发现，不同感觉的感受区在皮肤表面呈相互独立的点状分布。如果用纤细的毛
轻触皮肤表面，只有当某些特殊的点被触及时，才能引起触觉，这些点称为触点 (touch
point)。如果将两个点状刺激同时或相继触及皮肤时，人体能分辨出这两个刺激点的最小距
离，称为两点辨别阈 (threshold of two-point discrimination)。引起触-压觉的最小压陷深度，
称为触觉阈 (tactile sensation threshold)，该阈值可随受试者的不同和身体部位的不同而不同。
一般来说，手指和舌的触觉阈值最低，背部的触觉阈值最高。这与触觉感受器皮肤感受野的
大小以及皮肤中触觉感受器的密度有关。例如，鼻、口唇、指尖等处感受器的密度最高，腹、
胸部次之，手腕、足等处最低；与其相应，触-压觉的阈值也是在鼻、口唇和指尖处最低．
腕、足部位最高。实验表明，人的指尖感受器的密度每平方厘米约 2 500个，其中约有 1500
个麦斯纳小体 (Meissner corpuscle)、750个梅克尔盘 (Merker disk)、75个环层小体 (pacinian
corpuscle)和鲁菲尼小体 (Ruffini ending)。这些感受器与有髓轴突 (每平方厘米约 300根)相
连。麦斯纳小体和梅克尔盘的感受野较小，其直径为 3~4nm，沿着手臂向上，其感受野逐
渐增大，神经支配的密度则下降，所以触觉分辨的精确性也下降。躯干部的感受野要比指尖
的感受野增大近 100倍。
触-压觉感受器可以是游离神经末梢、毛囊感受器或带有附属结构的环层小体、麦斯
纳小体、鲁菲尼小体和梅克尔盘等。不同的附属结构可能决定它们对触、压刺激的敏感性或
适应出现的快慢。触、压觉感受器的适宜刺激是机械刺激。机械刺激引起感觉神经末梢变形，
导致机械门控钠通道开放和 Na+内流，产生感受器电位。，当感受器电位使神经纤维膜去极
化并达到阈电位时，就产生动作电位。传入冲动到达大脑皮质感觉区，产生触-压觉。
三、温度觉
在人类的皮肤上有专门的“热点”和“冷点”，刺激这些点能分别引起热觉
(warmth-sense)和冷觉 (cold-sense)，两者合称温度感觉。皮肤上的冷点明显多于热点，以手
的皮肤为例，冷点的密度为每平方厘米 1~5个，而热点仅每平方厘米 0.4个，如果用 40℃的
温度刺激皮肤，可找到皮肤的热点；而用 15℃的温度刺激皮肤则可找到冷点毒在这些“热
点”和“冷点”部位存在热感受器和冷感受器，分别感受加在皮肤上的热刺激和冷刺激。实
验表明，热感受器只选择性地对热刺激发生反应，当皮肤温度升高到 32~45℃时，这类热感
受器才能激活，开始放电。在这个范围内，热感受器的放电频率随皮肤温度的升高而逐渐增
加，所产生的热感觉也随之增强。皮肤温度一旦超过 45℃，热感觉突然消失，代之出现的
是热痛觉。这是因为皮肤温度超过 45℃时便成为伤害性热刺激。这时温度伤害性感受器开
始兴奋，而热感受器的放电明显减少。这也说明，热感觉是由温度感受器介导的，而热痛觉
则由伤害性感受器介导。冷感受器只选择性地对冷刺激发生反应，引起这类冷感受器放电的
皮肤温度范围较广，在 10~40℃之间，如果将皮肤温度逐步降低到 30℃以下，冷感受器放电
增加，冷感觉也逐渐增强。通常情况下，冷感觉是由皮肤温度降低所引起的；但在某些情况
下，例如，有些化学物质作用于皮肤也能引起冷感觉。实验证明，薄荷能激活冷感受器而引
起冷感觉。
皮肤的温度感觉受皮肤的基础温度、温度的变化速度以及被刺激皮肤的范围等因素的
影响。皮肤的原有温度影响温度感觉的一个实例是Weber的“三碗实验” (Weber three-bowl
experiment)。取三只碗，第一碗盛冷水，第二碗盛温水，第三碗盛热水。将一只手放入冷水
碗中，另一只手放入热水碗中，然后将两只手同时放入温水碗中。这时在冷水碗浸过的手会
产生热的感觉，而在热水碗浸过的手则出现冷的感觉。
如果皮肤温度改变的速度很快，则人们在主观上很容易察觉。但如果皮肤温度的改变
非常缓慢，皮肤的感觉阈值将会大大提高。例如，当以 0.4℃/min的速率冷却皮肤时，可在
开始冷却后 11min，温度下降 4.4℃以后才会有冷的感觉。实际上此时皮肤温度已经很低，
而主观上却尚未感觉到。人们有时在不知不觉中着凉感冒，往往与此有关。
另外，皮肤受刺激的范围对温度感觉也有一定影响。在小范围皮肤上改变温度，其感
觉阈值要大于大范围的改变。这说明，来自温度感受器的冲动在产生温度感觉上可发生空间
总和。实验表明，给两只手背同时加热，其感觉阈值可低于单独给一只手背的加热。
由于适应，人的皮肤温度在 32~34℃时既无冷的感觉也无热的感觉，这就是皮肤温度
的中间范围区。如果皮肤温度的改变超出这个中间范围区，即低于 30℃或者高于 36℃．就
会分别引起冷或热的感觉。实验表明，并不是任何热刺激都能达到阈值，只有相当面积的皮
肤受到热刺激时，才能被觉察到。有人估算，大约需要 50个热感受器同时被激活，才能达
到热感觉的阈值，产生热的感觉。提示来自外周热感受器的信息需要一个空间总和的过程，
才能激发中枢的感觉机制。至于冷刺激，有人估算，单个冷感受器的兴奋只要其传入纤维的
放电频率达到每秒 50个冲动，便能产生冷的感觉。
热感受器是游离神经末梢，分布于皮肤表面下 0.3~0.6mm处，由无髓的 C类纤维传
导热感觉信号。热感受器的感受野很小，呈点状，对机械刺激不敏感。一根神经纤维可支配
若干个热点。冷感受器也是游离神经末梢，分布于皮肤表面下 0.15~0.17nm处，由细的有髓
鞘氏纤维传导冷感觉信号。冷感受器的皮肤感受野也很小，也呈点状，直径约 1mm。一根
神经纤维可支配 1个或多达 8个冷点。
四、痛觉
痛觉 (pain-sense)是由体内外伤害性刺激所引起的一种主观感觉，常伴有情绪活动和
防卫反应。痛觉不是一个独立的单一感觉，是一种与其他感觉混杂在一起的一种复合感觉。
痛的主观体验既有生理成分也有心理成分。
1．伤害性感受器的分类与特征 伤害性感受器 (nociceptor)的一个重要特征是没有一
定的适宜刺激，也就是说，任何刺激只要达到伤害程度均可使其兴奋。伤害性感受器的另一
个特征是不易出现适应，属于慢适应感受器。伤害性感受器的这种慢适应过程对动物和人体
的生命活动具有重要的意义，假如伤害性感受器显示明显的适应，那么在一定程度上就会失
去报警的意义，容易使伤害性刺激给机体造成一定程度的伤害。
根据刺激性质的不同，一般将伤害性感受器分为以下三类。
(1)机械伤害性感受器：机械伤害性感受器 (mechanical nociceptor)又称高阈值机械感
受器，它们只对强的机械刺激起反应，对针尖刺激特别敏感。这类感受器有氏纤维和 C纤
维两类传入纤维。
(2)机械温度伤害性感受器：机械温度伤害性感受器 (mechanothermal nociceptor’)
的传入纤维属 Aδ类，对机械刺激产生中等程度的反应，对 40~51℃温度刺激 (45℃为热
刺激引起痛反应的阈值)发生反应，反应随温度的升高而逐渐增强。
(3)多觉型伤害性感受器：多觉型伤害性感受器 (polymodal nociceptor)的数量较多，
遍布于皮肤、骨骼肌、关节和内脏器官。这类感受器对多种不同的伤害性刺激均能起反应，
包括机械的、热的和化学的伤害性刺激。
现已公认，伤害性感受器是游离神经末梢。在电子显微镜下可见到，神经纤维外裹一
层施万细胞膜，纤维内有大量的线粒体。在表皮内，这些游离的神经末梢脱去施万细胞膜，
更容易直接接受伤害性刺激或接触细胞释放的致痛化学物质。
传导痛觉信息的传入神经纤维有两类：一类属于 Aδ有髓鞘纤维，传导速度为
5~30m/s；另一类是 C类无髓鞘纤维，传导速度为 0.5~2m/s。沿 Aδ纤维传导的伤害性信息
到达大脑皮质后引起的痛觉称为快痛 (fast pain)，其特点是感觉敏锐，定位明确，痛发生快，
消失也快，一般不伴有明显的情绪变化。沿 C类纤维传导的伤害性信息到达大脑皮质后引
起的痛觉称为慢痛 (slow pain)，其特点是感觉比较模糊，定位不精确，痛的发生比较缓慢，
消退也有一个过程，而且往往伴有明显的情绪反应。另外，与其他体感神经纤维不同，传导
痛信息的纤维的阂值较高，只有当压力、温度或其他化学刺激强度达到痛阈时，才能引起痛
觉。
2．致痛物质 能引起疼痛的外源性和内源性化学物质，统称为致痛物质。机体组织
损伤或发生炎症时，由受损细胞释出的引起痛觉的物质，称为内源性致痛物质，包括 K+、
H+、5-羟色胺 (5-HT)、缓激肽、前列腺素和 P物质等。这些物质的细胞来源虽不完全相同，
但都能激活伤害性感受器，或使其阈值降低。例如，从损伤细胞释出的 K+可直接激活伤害
性感受器，引起去极化；缓激肽是由损伤和炎症部位的一种激肽释放酶降解血浆激肽原而生
成的，它是一种很强的致痛物质，可通过缓激肽 B2受体而引起疼痛；组胺由肥大细胞释放，
低浓度时可引起痒觉，高浓度时则引起痛觉。这些致痛物质不仅参与疼痛的发生，也参与疼
痛的发展，导致痛觉过敏。如果这些致痛物质在细胞间隙内的浓度超过一定阈值，便可引起
Aδ和 C类神经终末产生动作电位，传至大脑皮质引起痛觉。
伤害性刺激总是先在感觉神经末梢引起跨膜内向电流，造成膜的去极化，然后才有可
能在传入神经纤维上诱发动作电位。
第三节 眼的视觉功能
研究表明，在人脑所获得的外界信息中，至少有 70％以上来自于视觉 (vision)。通过视觉系
统，我们能感知外界物体的大小、形状、颜色、明暗、动静、远近等。双目失明会使患者失
去绝大部分的信息，人类正是由于具有优越的视觉系统才得以认识世界，进而改造世界。
引起视觉的外周感觉器官是眼，图 9-2是人右眼水平切面的示意图。眼内与产生视觉
直接有关的结构是眼的折光系统和视网膜。折光系统由角膜、房水、晶状体和玻璃体组成；
视网膜上所含的感光细胞以及与其相联系的双极细胞和视神经节细胞，构成眼的感光系统。
人眼的适宜刺激是波长为 380~760nm的电磁波，在这个可见光谱的范围内，来自外界物体
的光线，透过眼的折光系统成像在视网膜上。视网膜含有对光刺激高度敏感的视杆细胞和视
锥细胞，能将外界光刺激所包含的视觉信息转变成电信号，并在视网膜内进行编码、加工，
由视神经传向视觉中枢作进一步分析，最后形成视觉。因此，研究眼的视觉功能，首先要研
究眼的折光系统的光学特性，搞清楚它们是如何将不同远近的物体清晰地成像于视网膜上；
其次，要阐明视网膜是怎样对视网膜上的物像进行换能与编码的。
一、眼的折光系统及其调节
(一)眼的折光系统的光学特征
按照光学原理，当光线遇到两个折射率不同的透明介质的界面时。将发生折射，其折
射特性由界面的曲率半径和两种介质的折射率所决定。人眼的折光系统是一个复杂的光学系
统。射入眼内的光线，通过角膜、房水、晶状体和玻璃体四种折射率不同的介质，并通过四
个屈光度 (diopter)不同的折射面，即角膜的前表面、后表面和晶状体的前、后表面，才能在
视网膜上形成物像。入射光线的折射主要发生在角膜的前表面。按几何光学原理进行较复杂
的计算表明，正常成年人的眼在安静而不进行调节时，它的折光系统后主焦点的位置，恰好
是视网膜所在的位置。由于对人眼和一般光学系统来说，来自 6m以外物体的各发光点的光
线，都可认为是平行光线，因此这些光线可在视网膜上形成清晰的图像。
(二)眼内光的折射与简化眼
眼的折光系统是由多个折光体所构成的复合透镜，其节点、主面的位置与薄透镜大不
相同，要用一般几何光学的原理画出光线在眼内的行进途径和成像情况时，显得十分复杂。
因此，有人根据眼的实际光学特性，设计了与正常眼在折光效果上相同，但更为简单的等效
光学系统或模型，称为简化眼 (reduced eye)。简化眼只是一个假想的人工模型，但其光学参
数和其他特征与正常眼等值，故可用来研究折光系统的成像特性。简化眼模型由一个前后径
为 20mm的单球面折光体构成，折射率为 1.333，与水的折射率相同；入射光线只在由空气
进入球形界面时折射一次，此球面的曲率半径为 5mm，即节点 (nodal point)在球形界面后方．
5mm的位置，第二焦点正相当于视网膜的位置。这个模型和正常安静时的人眼一样，正好
能使平行光线聚焦在视网膜上 (图 9-3)。
利用简化眼可方便地计算出不同远近的物体在视网膜上成像的大小。如图 9-3所示，
AnB和 anb是具有对顶角的两个相似三角形，因而
(9-1)
式中 nb固定不变，为 15mm，那么，根据物体的大小和它与眼睛之间的距离，就可算出视
网膜上物像的大小。此外，利用简化眼可算出正常人眼能看清的物体在视网膜上成像大小的
限度。实际上，正常人眼在光照良好的情况下，如果物体在视网膜上的成像小于 5μm，一
般不能产生清晰的视觉，这表明正常人的视力有一个限度。这个限度只能用人所能看清楚的
最小视网膜像的大小来表示，而不能用所能看清楚的物体的大小来表示。因为物像的大小不
仅与物体的大小有关，也与物体与眼之间的距离有关。人眼所能看清楚的最小视网膜像的大
小，大致相当于视网膜中央凹处一个视锥细胞的平均直径。
(三)眼的调节
当眼在看远处物体 (6m以外)时，从物体上发出的所有进入眼内的光线可认为是平行
光线，对正常眼来说，不需作任何调节即可在视网膜上形成清晰的像。通常将人眼不作任何
调节时所能看清的物体的最远距离称为远点 (far point)。当眼看近物 (6m以内)时，从物体
上发出的进入眼内的光线呈不同程度的辐射状，光线通过眼的折光系统将成像在视网膜之
后，由于光线到达视网膜时尚未聚焦，因而只能产生一个模糊的视觉形象。但是，正常眼在
看近物时也非常清楚，这是因为眼在看近物时已进行了调节的缘故。人眼的调节亦即折光能
力的改变，主要是靠改变晶状体的折光力来实现的。另外，瞳孔的调节及双眼会聚对于在视
网膜上形成清晰的像也起重要的作用。
1．晶状体的调节 晶状体是一个富有弹性的双凸透镜形的透明体，它由晶状体囊和
晶状体纤维组成。其周边由悬韧带将其与睫状体相连。当眼看远物时，睫状肌处于松弛状态，
这时悬韧带保持一定的紧张度，晶状体受悬韧带的牵引，其形状相对扁平；当看近物时，可
反射性地引起睫状肌收缩，导致连接于晶状体囊的悬韧带松弛，晶状体因其自身的弹性而向
前和向后凸出，尤以前凸更为明显。晶状体的变凸使其前表面的曲率增加，折光能力增强，
从而使物像前移而成像于视网膜上 (图 9-4)。眼视近物时晶状体形状的改变是通过反射实现
的，其反射过程如下：当模糊的视觉图像到达视觉皮层时，由此而引起的下行冲动经锥体束
中的皮层一中脑束到达中脑的正中核，继而由正中核传到动眼神经缩瞳核，再经动眼神经中
副交感节前纤维传到睫状神经节，最后再经睫状短神经到达眼的睫状肌，使其环行肌收缩，
从而使悬韧带松弛，晶状体由于其自身的弹性而向前方和后方凸出。物体距眼睛越近，入眼
光线的辐散程度越大，因而也需要晶状体作更大程度的变凸，才能使物像成像于视网膜上。
由于睫状肌与缩瞳肌都受副交感神经支配，其递质为乙酰胆碱。临床上作某些眼科检查时，
需要放大瞳孔，因此用阿托品点眼可阻断该神经肌接头的兴奋传递，达到散瞳的目的；但由
于同时阻断了睫状肌收缩，因而可影响晶状体变凸而使视网膜成像变得模糊。
另外，晶状体的最大调节能力可用眼能看清物体的最近距离来表示，这个距离称为近
点 (near point)。近点距眼的距离可作为判断眼的调节能力大小的指标，近点距眼越近，说
明晶状体的弹性越好，亦即眼的调节能力愈强。随着年龄的增长，晶状体的弹性逐渐减弱，
导致眼的调节能力降低。这种现象称为老视 (presbyopia)。例如，10岁儿童的近点平均约为
8.3cm，20岁左右的成人约为 11.8cm，而 60岁时可增大到 200cm。
2．瞳孔的调节 虹膜由两种平滑肌纤维组成，即由交感神经支配的散瞳肌和由副交
感神经支配的缩瞳肌，中间的圆孔称为瞳孔。正常人眼瞳孔的直径可变动于 1.5~8.0mrn之
间，瞳孔的大小可调节入眼内的光量。当视近物时，可反射性地引起双侧瞳孔缩小，称为瞳
孔近反射 (near reflex of the pupil)或瞳孔调节反射 (pupillary accommodation reflex)。瞳孔缩
小可减少入眼的光量并减少折光系统的球面像差和色像差，使视网膜成像更为清晰。
瞳孔的大小主要由环境中光线的亮度所决定，当环境较亮时瞳孔缩小，环境变暗时瞳
孔散大。瞳孔的大小由于入射光量的强弱而变化称为瞳孔对光反射 (pupillary light reflex)。
瞳孔对光反射与视近物无关，它是眼的一种重要的适应功能，其意义在于调节进入眼内的光
量，使视网膜不致因光量过强而受到损害，也不会因光线过弱而影响视觉。其反射过程如下：
强光照射视网膜时产生的冲动经视神经传到中脑的顶盖前区更换神经元，然后到达双侧的动
眼神经缩瞳核，再沿动眼神经中的副交感纤维传出，使瞳孔括约肌收缩，瞳孔缩小。瞳孔对
光反射的中枢位于中脑，因此临床上常将它用作判断麻醉深度和病情危重程度的一个指标。
3．双眼会聚 当双眼注视一个由远移近的物体时，两眼视轴向鼻侧会聚的现象，称
为双眼会聚。眼球会聚是由于两眼球内直肌反射性收缩所致，也称为辐辏反射 (convergence
reflex)，其意义在于两眼同时看一近物时，物像仍可落在两眼视网膜的对称点 (corresponding
points)上，避免复视。其反射途径是在上述晶状体调节中传出冲动到达正中核后，再经动眼
神经核与动眼神经传至双眼内直肌，引起该肌收缩，从而使双眼球发生会聚。
(四)眼的折光能力异常
正常人眼无需作任何调节就可使平行光线聚焦于视网膜上，因而可看清远处的物体；
经过调节的眼，只要物体离眼的距离不小于近点，也能看清 6m以内的物体，这种眼称为正
视眼 (ernmetropia)；若眼的折光能力异常，或眼球的形态异常，使平行光线不能聚焦于安静
未调节跟的视网膜上，则称为非正视眼 (ametropia)，也称屈光不正，包括近视眼、远视眼
和散光眼。
1．近视 近视 (myopia)的发生是由于眼球前后径过长 (轴性近视)或折光系统的折光
能力过强 (屈光性近视)，故远处物体发出的平行光线被聚焦在视网膜的前方，因而在视网
膜上形成模糊的图像 (图 9-5M)。近视眼看近物时，由于近物发出的是辐散光线，故不需调
节或只需作较小程度的调节，就能使光线聚焦在视网膜上。因此，近视眼的近点和远点都移
近。近视眼可用凹透镜加以矫正。
2．远视 远视 (hyperopia)的发生是由于眼球的前后径过短 (轴性远视)或折光系统的
折光能力太弱 (屈光性远视)所致。新生儿的眼轴往往过短，多呈远视，在发育过程中眼轴
逐渐变长，一般至 6岁时成为正视眼。在远视眼，来自远物的平行光线聚焦在视网膜的后方，
因而不能清晰地成像予视网膜上 (图 9-5H)。远视眼的特点是在看远物时就需进行调节，看
近物时，则需作更大程度的调节才能看清物体，因此远视眼的近点比正视眼远。由于远视眼
不论看近物还是看远物都需要进行调节，故易发生调节疲劳，尤其是进行近距离作业或长时
间阅读时可因调节疲劳而产生头痛。远视眼可用凸透镜矫正。
3．散光 正常人眼的角膜表面呈正球面，球面上各个方向的曲率半径都相等，因而
到达角膜表面各个点上的平行光线经折射后均能聚焦于视网膜上。散光 (astigmatism)是指角
膜表面在不同方向上曲率半径不同，一部分光线经曲率半径较小的角膜表面发生折射，聚焦
于视网膜的前方；一部分光线经曲率半径正常的角膜表面发生折射聚焦于视网膜上；另一部
分光线经曲率半径较大的角膜表面折射的光线，则聚焦于视网膜的后方。因此，平行光线经
角膜表面各个方向入眼后不能在视网膜上形成焦点，而是形成焦线。因而造成视物不清或物
像变形。除角膜外，晶状体表面曲率异常也可引起散光。纠正散光通常用柱面镜。
(五)房水和眼压
房水 (aqueoushumor)指充盈于眼的前、后房中的液体。房水由睫状体的睫状突上皮产
生，生成后由后房经瞳孔进入前房，然后流过房角的小梁网，经许氏 (Schlemm)管进入静脉。
房水不断生成，又不断回流人静脉，保持动态平衡，称为房水循环。
房水的功能为营养角膜、晶状体及玻璃体，维持一定的眼压。由于房水量的恒定及前、
后房容积的相对恒定，因而眼压也保持相对稳定。眼压的相对稳定对保持眼球特别是角膜的
正常形状与折光能力具有重要意义。人眼的总折光能力与眼内各折光体都有关系，但最主要
的折射发生在空气与角膜接触的界面上，约占总折光能力的 80％。因此，角膜的形状和曲
度的改变将明显影响眼的折光能力。若眼球被刺破，会导致房水流失、眼压下降、眼球变形，
引起角膜曲度改变。房水循环障碍时 (如房水排出受阻)会造成眼压增高，眼压的病理性增
高称为青光眼 (glaucoma)，这时除眼的折光系统出现异常外，还可引起头痛、恶心等全身症
状，严重时可导致角膜混浊、视力丧失。
二、眼的感光换能系统
来自外界物体的光线，通过眼的折光系统在视网膜上所形成的物像还是一种物理范畴
的像，它与外界物体通过照相机中的透镜组在底片上成像并无原则上的区别。但视觉系统最
终在主观意识上形成的“像”，则是属于意识或心理范畴的主观映象，它由来自视网膜的神
经信息最终在视觉中枢内形成。作为眼的感光部分，视网膜的基本功能是感受光刺激，并将
其转换为神经纤维上的电活动。
(一)视网膜的结构特点
视网膜 (retina)是位于眼球最内层的神经组织，仅有 0.1~0.5mm的厚度，但其结构却
非常复杂。视网膜在组织学上可分为 10层，从外向内依次为色素上皮层、光感受器细胞层、
外界膜、外颗粒层、外网状层、内颗粒层、内网状层、神经节细胞层、神经纤维层和内界膜
(图 9-6)。
色素上皮层不属于神经组织，其血液供应来自脉络膜一侧。色素上皮细胞内含有黑色
素颗粒，后者能吸收光线，因此能防止光线反射而影响视觉，也能消除来自巩膜侧的散射光
线。当强光照射视网膜时，色素上皮细胞能伸出伪足样突起，包被视杆细胞外段，使其相互
隔离；当入射光线较弱时，伪足样突起缩回到胞体，使视杆细胞外段暴露，从而能充分接受
光刺激。色素上皮细胞在视网膜感光细胞的代谢中起重要作用，许多视网膜疾病都与色素上
皮功能失调有关。此外，色素上皮还能为视网膜外层传递来自脉络膜的营养并吞噬感光细胞
外段脱落的膜盘和代谢产物。
光感受器细胞层有视杆细胞 (rod cell)和视锥细胞 (cone cell)两种特殊分化的神经上
皮细胞。视锥细胞和视杆细胞在视网膜不同区域的分布很不均匀，在中央凹的中央只有视锥
细胞，且在该处它的密度最高；中央凹以外的周边部分则主要是视杆细胞。视杆和视锥细胞
在形态上均可分为三部分，由外向内依次为外段、内段和终足 (图 9-7)。其中外段是视色素
集中的部位，在感光换能中起重要作用。视杆细胞的外段呈圆柱状，该段胞质很少，绝大部
分空间被重叠成层而排列整齐的圆盘状结构所占据，这些圆盘状结构称为膜盘 (membranous
disk)。它们是一些具有一般细胞膜脂质双分子层结构的扁平囊状物，膜盘膜上镶嵌着蛋白质
(图 9-8)，这些蛋白质绝大部分是一种称为视紫红质 (rhodopsin)的视色素，该色素在光的作
用下发生一系列光化学反应，是产生视觉的物质基础。人的每个视杆细胞外段中有近千个膜
盘，每个膜盘所含的视紫红质分子约 100万个。这样的结构显然有利于使进入视网膜的光量
子有更多的机会在外段中碰到视紫红质分子。另外，视杆细胞的外段比视锥细胞的外段更长，
所含的视色素较多，因此单个视杆细胞就可对入射光线起反应，由于视杆细胞比视锥细胞对
光的反应慢，有利于更多的光反应得以总和，这样的结构特征在一定程度上可提高单个视杆
细胞对光的敏感度，使视网膜能察觉出单个光量子的强度。视锥细胞外段呈圆锥状，胞内也
有类似的膜盘结构，膜盘膜上也含有特殊的视色素。人和绝大多数哺乳动物都具有三种不同
的视锥色素，分别存在于三种不同的视锥细胞中。
两种感光细胞都通过其突触终末与双极细胞建立化学性突触联系，．双极细胞再和神经节细
胞建立化学性突触联系。人类一侧眼的视网膜中有 1.2×108个视杆细胞和 6×106个视锥细
胞，而一侧视神经中仅有 1.2×106根视神经纤维，可见在感光细胞与双极细胞和神经节细
胞间的联系中普遍存在会聚现象。已知视杆细胞在与双极细胞和神经节细胞之间的联系存在
会聚现象；而视锥细胞与双极细胞及神经节细胞之间的会聚程度却小得多，在中央凹处常可
见到一个视锥细胞仅与一个双极细胞联系，而该双极细胞也只同一个神经节细胞联系的一对
一的“单线联系”方式，这是视网膜中央凹具有高度视敏度的结构基础。
在视网膜中，除上述细胞间的纵向联系外，还存在横向的联系，如在光感受器细胞层
和双极细胞层之间有水平细胞，在双极细胞层和神经节细胞层之间有无长突细胞。这些细胞
的突起在两层细胞间横向延伸，在水平方向传递信号；有些无长突细胞还可直接向神经节细
胞传递信号。
近年来还发现，视网膜中除有通常的化学性突触外，还有缝隙连接。通过这些连接，
细胞间在电学上互相耦合起来。在光感受器突触终末之间，以及在水平细胞之间和无长突细
胞之间，都有这种缝隙连接存在。
此外，视网膜由黄斑向鼻侧约 3mm处有一直径约 1.5mm境界清楚的淡红色圆盘状结
构，称为视神经乳头。这是视网膜上视觉纤维汇集穿出眼球的部位，是视神经的始端。因为
该处无感光细胞，所以无光感受作用，在视野中形成生理盲点 (blind spot)。但正常时由于
都用双眼视物，一侧眼视野中的盲点可被对侧眼的视野所补偿，因此人们并不会感觉到自己
的视野中有盲点存在。
(二)视网膜的两种感光换能系统
在人和大多数脊椎动物的视网膜中存在两种感光换能系统，即视杆系统和视锥系统。
视杆系统又称晚光觉或暗视觉 (scotopic vision)系统，由视杆细胞和与它们相联系的双极细
胞以及神经节细胞等组成，它们对光的敏感度较高，能在昏暗环境中感受弱光刺激而引起暗
视觉，但无色觉，对被视物细节的分辨能力较差。视锥系统又称昼光觉或明视觉 (photopic
vision)系统，由视锥细胞和与它们相联系的双极细胞以及神经节细胞等组成。它们对光的敏
感性较差，只有在强光条件下才能被激活，但视物时可辨别颜色，且对被视物体的细节具有
较高的分辨能力。
以下几个观察结果可证明视网膜上确实存在上述两种不同的感光换能系统。
1．视杆细胞和视锥细胞在视网膜中的分布是不同的，如前所述，在中央凹处只有视
锥细胞，而中央凹以外的周边部分则主要是视杆细胞。与上述细胞分布相一致，人眼视觉的
特点是在明亮处中央凹的视敏度最高，且有色觉功能；在暗处，视网膜的周边部敏感度较中
央凹处高，能感受弱光刺激，但分辨能力较低，且无色觉功能。
2．两种光感受器细胞与双极细胞以及神经节细胞的联系方式有所不同。在视杆系统
普遍存在会聚现象，即多个视杆细胞与同一个双极细胞联系，而多个双极细胞又与同一个神
经节细胞联系。在视网膜周边部，可看到多达 250个视杆细胞经少数几个双极细胞会聚于一
个神经节细胞的情况。这样的感受系统不可能有高的分辨能力，但这样的聚合方式却是刺激
得以总和的结构基础。相比之下，视锥系统细胞间联系的会聚却少得多。在中央凹处甚至可
看到一个视锥细胞只同一个双极细胞联系，而该双极细胞也只同一个神经节细胞联系的一对
一联系方式，使视锥系统具有很高的分辨能力。
3．从动物种系的特点来看，某些只在白昼活动的动物，如鸡、鸽、松鼠等，其光感
受器以视锥细胞为主；而另一些在夜间活动的动物，如猫头鹰等，其视网膜中只有视杆细胞。
4．从光感受器细胞所含的视色素来看，视杆细胞中只有一种视色素，即视紫红质，
而视锥细胞却含有三种吸收光谱特性不同的视色素，这与视杆系统无色觉功能而视锥系统有
色觉功能的事实是相符合的。
(三)视杆细胞的感光换能机制
1．视紫红质的光化学反应 视紫红质是一种结合蛋白质，由一分子视蛋白 (opsin)
和一分子视黄醛 (retinene)的生色基团组成。视蛋白是由 348个疏水性氨基酸残基组成的单
链，有 7个螺旋区 (类似于仪一螺旋)穿过视杆细胞内膜盘的膜结构，11-顺视黄醛分子连接
在第 7个螺旋区的赖氨酸残基上。视黄醛由维生素 A转变而来，后者是一种不饱和醇，在
体内可氧化成视黄醛。
视紫红质在光照时迅速分解为视蛋白和视黄醛，这是一个多阶段反应。目前认为，视
黄醛分子在光照作用下由 11-顺型视黄醛 (11-cis retinal)转变为全反型视黄醛
(all-transretinal)。视黄醛分子的这一光异构改变，导致它与视蛋白分子之间的构型不贴切而
相互分离，视蛋白分子的变构可经过较复杂的信号转导系统的活动，诱发视杆细胞出现感受
器电位 (见后文)。在这一过程中，视色素失去颜色，称为漂白。据汁算，一个光量子被视
紫红质吸收可使生色基团变为全反型视黄醛，导致视紫红质最后分解为视蛋白和视黄醛。
视紫红质的光化学反应是可逆的，在暗处又可重新合成，其反应的平衡点决定于光照
的强度。视紫红质的再合成是由全反型视黄醛变为 11-顺型视黄醛。这一过程需要一种异构
酶，这种异构酶存在于视网膜色素上皮中。全反型视黄醛必须从视杆细胞中释放出来，被色
素上皮摄取，再由异构酶将之异构化为 11-顺型视黄醛，并返回到视杆细胞与视蛋白结合，
形成视紫红质 (图 9-9)。此外，全反型视黄醛也可先转变为全反型视黄醇 (维生素 A的一种
形式)，然后在异构酶的作用下转变为 11-顺型视黄醇，最后再转变为 11-顺型视黄醛，并与
视蛋白结合，形成视紫红质。另一方面，储存在色素上皮中的维生素 A，即全反型视黄醇，
同样可以转变为 11-顺型视黄醛。所以在正常情况下，维生素 A可被用于视紫红质的合成与
补充，但这个过程进行的速度较慢，不是促进视紫红质再合成的即时因素。另外，视网膜中
过多的视黄醇也可逆转成为维生素 A，这对视网膜适应不同的光强度特别重要。人在暗处视
物时，实际是既有视紫红质的分解，又有它的合成，这是人在暗处能不断视物的基础；此时
的合成过程超过分解过程，视网膜中处于合成状态的视紫红质数量就较多，从而使视网膜对
弱光较敏感；相反，人在亮光处时，视紫红质的分解大于合成，使视杆细胞几乎失去感受光
刺激的能力。事实上，此时人的视觉是依靠视锥系统来完成的，视锥系统在弱光下不足以被
激活，而在强光条件下视杆细胞中的视紫红质较多地处于分解状态时，视锥系统就取而代之
成为强光刺激的感受系统。在视紫红质分解和再合成的过程中，有一部分视黄醛被消耗，依
赖于食物进入血液循环 (相当部分储存于肝)中的维生素 A来补充。因此，如果长期维生素
A摄入不足，会影响人的暗视觉，引起夜盲症 (nyctalopia)。
2．视杆细胞的感受器电位 视网膜未经光照时，视杆细胞的静息电位只有
-30~-40mV，比一般细胞小得多，这是因为在无光照时视杆细胞的外段膜上就有相当数量的
钠通道处于开放状态，发生持续 Na+内流；而内段膜上的钠泵则不断将细胞内的 Na+移出胞
外，从而维持膜内外 Na+的平衡。视杆细胞在静息 (非光照)状态时，由于胞质内 cGMP浓
度很高，所以感受器细胞外段膜上的钠通道处于开放状态，Na+流入胞内，形成从视杆细胞
内段流向外段的电流，称为暗电流 (dark current)，这时感受器细胞处于去极化状态，其突触
终末释放兴奋性递质谷氨酸。
当视网膜受到光照时，感受器细胞外段膜盘上的视紫红质受到光量子的作用，发生一
系列光化学反应，最终视紫红质分解为视黄醛和视蛋白。与此同时，膜盘中的一种称为转导
蛋白 (transducin，Gt)的 G蛋白被激活，进而激活附近的磷酸二酯酶，后者使外段胞质中的
cGMP被大量分解为无活性产物 5’-GMP。由于 cGMP的存在是感受器细胞外段膜上 Na+
通道开放的条件，因此随着细胞内 cGMP浓度的下降，细胞膜上的 Na+通道关闭，暗电流
减少或消失，而内段膜上的钠泵仍继续活动，于是就出现超极化型感受器电位 (图 9-10)。
过去认为，Na+穿过光感受器细胞的外段是暗电流产生的基础；但近年来的研究证明，暗电
流的产生也有其他离子的参与，其中包括 Ca2+。研究表明，当细胞外液中不含 Na+时，就
可阻断正常情况下在外段将 Ca2+转运出细胞外的作用。由于这种将细胞内的 Ca2+转运至细
胞外的作用是通过 Na+-Ca2+交换完成的，因此在无 Na+环境中这种 Na+-Ca2+的交换作用也
就消失。Na+-Ca2+交换体在将 3个 Na+转运人细胞内的同时，将 1个 Ca2+转运出细胞，正
是这种 Na+-Ca2+交换的生电作用，才是产生暗电流的原因。据统计，一个视紫红质分子被
激活时，至少能激活 500个转导蛋白，而一个激活了的磷酸二酯酶每秒钟可使 2000个 cGMP
分子分解。正是由于存在这种生物放大作用，1个光量子便足以在外段膜上引起大量的 Na+
通道关闭，从而产生超极化型电变化。视杆细胞没有产生动作电位的能力，但外段膜上的超
极化型感受器电位能以电紧张的形式扩布到细胞的终足部分，影响终足处的递质释放。
如上所述，由 cGMP所控制的 Na+通道在黑暗中保持开放状态，这些通道也允许 Ca2+
通过，而进入细胞内的 Ca2+则能抑制鸟苷酸环化酶的活性，并使磷酸二酯酶活性增高。光
照视网膜可使细胞内的 cGMP减少，外段膜的 Na+通道关闭，但光照也可使 Ca2+内流减少，
细胞内 Ca2+浓度降低，对鸟苷酸环化酶的抑制作用减弱，使磷酸二酯酶活性降低，结果使
细胞内 cGMP合成增加，从而使 cGMP回复至原来的水平。由此可见，Ca2+对稳定细胞内
cGMP水平和恢复 Na+通道开放起一定的调节作用。
(四)视锥系统的换能和颜色视觉
视锥细胞的视色素也是由视蛋白和视黄醛结合而成，只是视蛋白的分子结构略有不
同。正是由于视蛋白分子结构中的这种微小差异，决定了与它结合在一起的视黄醛分子对某
种波长的光线最为敏感，因而才可区分出三种不同的视锥色素。当光线作用于视锥细胞外段
时，在其外段膜的两侧也发生同视杆细胞类似的超极化型感受器电位，作为光电转换的第一
步，最终在相应的神经节细胞上产生动作电位。
1．色觉与三原色学说 视锥细胞功能的重要特点是它具有辨别颜色的能力。颜色视
觉 (color vision)是一种复杂的物理心理现象，对不同颜色的识别，主要是不同波长的光线作
用于视网膜后在人脑引起不同的主观映象。正常视网膜可分辨波长 380~760nm之间的 150
种左右不同的颜色，每种颜色都与一定波长的光线相对应。因此，在可见光谱的范围内，波
长长度只要有 3~5nm的增减，就可被视觉系统分辨为不同的颜色。显然，视网膜中并不存
在上百种对不同波长的光线起反应的视锥细胞或视色素。关于颜色视觉的形成，早在 19世
纪初期，Young和 Helmholtz就提出视觉的三原色学说 (trichromatic theory)。该学说认为在
视网膜上存在三种不同的视锥细胞，分别含有对红、绿、蓝三种光敏感的视色素。当某一波
长的光线作用于视网膜时，可以一定的比例使三种视锥细胞分别产生不同程度的兴奋，这样
的信息传至中枢，就产生某一种颜色的感受。如果红、绿、蓝 3种色光按各种不同的比例作
适当的混合，就会产生任何颜色的感觉。
近年来，三原色学说已被许多实验所证实。例如，有人用不超过单个视锥细胞直径的
细小单色光束，逐个检查并绘制在体视锥细胞的光谱吸收曲线，发现视网膜上确实存在三类
吸收光谱，其峰值分别在 564nm、534nm和 420nm处，相当于红、绿、蓝三色光的波长 (图
9-11)。用微电极记录单个视锥细胞感受器电位的方法，也观察到不同单色光引起的超极化
型感受器电位的幅度在不同的视锥细胞是不同的，峰值出现的情况也符合三原色学说。
2．色盲与色弱 色盲 (color blindness)是一种对全部颜色或某些颜色缺乏分辨能力的
色觉障碍。色盲可分为全色盲和部分色盲。全色盲极为少见，表现为只能分辨光线的明暗，
呈单色视觉。部分色盲又可分为红色盲、绿色盲及蓝色盲，其中以红色盲和绿色盲最为多见。
色盲属遗传缺陷疾病，男性居多，女性少见。近年来，编码人的视色素的基因已被分离和克
隆，并成功地克隆了三种不同光谱吸收特性的视锥色素。发现红敏色素和绿敏色素的基因均
位于 X染色体上，而蓝敏色素的基因则位于第 7对染色体上。目前认为，大多数绿色盲者
是由于绿敏色素基因的丢失，或是该基因为一杂合基因所取代，即其起始区是绿敏色素基因，
而其余部分则来自红敏色素基因。大多数红色盲者，其红敏色素基因为相应的杂合基因所取
代。这就是上述色盲患者辨色能力减弱的分子生物学基础。
有些色觉异常的产生并非由于缺乏某种视锥细胞，而是由于某种视锥细胞的反应能力较
弱，这就使患者对某种颜色的识别能力较正常人稍差 (辨色功能不足)，这种色觉异常称为
色弱。色弱常由后天因素引起。
三原色学说虽能较圆满地说明许多色觉现象和色盲产生的原因，但不能解释颜色对比
现象。例如，将蓝色纸块放在黄色或其他颜色的背景上，我们会觉得黄色背景上的那块纸片
显得特别“蓝”，同时觉得背景也更“黄”，这种现象称为颜色对比，而黄和蓝则称为对比色
或互补色。另外，三原色学说由于未考虑到视觉传导通路对色觉信息的处理而有其局限性。
针对以上问题，Hering提出与三原色学说不同的又一重要色觉学说——四色学说，即红、绿、
蓝、黄学说，又称为拮抗色学说 (opponent color theory)。Hering认为，视觉具有红-绿，蓝-
黄及黑-白三对拮抗色，这三对拮抗色在感觉上是互不相容的，既不存在带绿的红色，也不
存在带蓝的黄色。根据 Hering的理论，任何颜色都是由红、绿、蓝、黄四种颜色按不同比
例混合而成的。如果等量的黄光和蓝光相混合，由于二者是相互拮抗的，互相抵消，结果就
会产生白色感觉。等量的红光和绿光混合，由于两种颜色互相抵消，也会产生白色效应。假
如黄光和蓝光相混合，而且黄光的亮度高于蓝光时，由于蓝光不能完全抵消黄光的效应，结
果产生不饱和的黄色感觉。如果同时呈现红光和黄光，由于这两种光同时分别影响红-绿和
蓝-黄，结果产生橙色感觉。由此可见，色觉的形成是极其复杂的，除视网膜的功能外，可
能还需在神经系统的共同参与下才能完成。
三、与视觉有关的若干生理现象
(一)视敏度
眼对物体细小结构的分辨能力，称为视敏度 (visual acuity)，又称视力或视锐度。视
力通常用视角的倒数来表示。视角 (visua1 angle)是指从物体的两端点各引直线到眼节点的
夹角。视角大小直接关系视网膜像的大小。受试者能分辨的视角越小，其视力越好。
目前国际上检查视力常用的视力表 (visual acuity chart)有以下几种：①标准对数视力
表 (logarithmic visual acuity chart)，是我国缪天荣根据Weber-Fechner法则于 1959年设计的
对数视力表，目前我国各种体检都用这种视力表；②Snellen视力表 (Snellen visual acuity
chart)，美国等西方国家普遍使用；③1gIMAR视力表 (lgIMAR visual acuity chart)，常被用
于学术研究。
视力检查常用的视标有两种，一种是 Landolt环，其图标是一个带缺口的环，将视力表
置于眼前 5米处，如测定结果为 1分角时，则该受试者的视力为 1.0 (1/1’)，如视角为 5分
角时，则视力为 0.2 (1/5’)，依此类推，其正常视力可达到 1.0~1.5。另一种是 Snellen图，
这是一组大小不等，方向不同的字母 E，共有十二行，行数越往下，字母 E越小。检查视力
时，通常令受试者辨认视力表上字母 E的开口方向。视力可用下式计算
(9-2)
式中 V为实际视力，d为测试图与受试者的距离，通常为 6m，D为能分辨的最小字
母 E的黑柱所对应的视角为 1分角时所处的距离，在正常视力者，此距离为 6m。但这种视
力表视标的增率不均匀，不能正确比较或统计视力的增减程度。1959年，我国缪天荣设计
了一种对数视力表，其设计标准是，将标准计算距离定为 5m，视标也采用 E字形视标，以
1 分视角定为标准视力，任何相邻两行视标大小之比恒定为 ( =1．258 9)，而 log
=0.1，即视标每增大 1.258 9倍，视力记录就减少 0.1，反之亦然。这样，不论视力表上原视
力为何值，视力的改变情况均可科学的反映出来。
(二)暗适应和明适应
当人长时间在明亮环境中而突然进入暗处时，最初看不见任何东西，经过一定时间后，
视觉敏感度才逐渐增高，能逐渐看见在暗处的物体，这种现象称为暗适应 (dark adaptation)。
相反，当人长时间在暗处而突然进入明亮处时，最初感到一片耀眼的光亮，也不能看清物体，
稍待片刻后才能恢复视觉，这种现象称为明适应 (light adaptation)。
暗适应是人眼在暗处对光的敏感度逐渐提高的过程。如图 9-12所示，一般是在进入暗
处后的最初 5~8min之内，人眼感知光线的阈值出现一次明显的下降，以后再次出现更为明
显的下降；大约进入暗处 25~30min时，阈值下降到最低点，并稳定于这一水平。上述视觉
阈值的第一次下降，主要与视锥细胞视色素的合成增加有关；第二次下降亦即暗适应的主要
阶段，则与视杆细胞中视紫红质的合成增强有关。
明适应的进程很快，通常在几秒钟内即可完成。其机制是视杆细胞在暗处蓄积了大量的
视紫红质，进入亮处遇到强光时迅速分解，因而产生耀眼的光感。只有在较多的视杆色素迅
速分解之后，对光相对不敏感的视锥色素才能在亮处感光而恢复视觉。
(三)视野
用单眼固定地注视前方一点时，该眼所能看到的空间范围，称为视野 (visual field)。
视野的最大界限应以它和视轴形成的夹角的大小来表示。在同一光照条件下，用不同颜色的
目标物测得的视野大小不一，白色视野最大，其次为黄蓝色，再次为红色，绿色视野最小。
视野的大小可能与各类感光细胞在视网膜中的分布范围有关。另外，由于面部结构 (鼻和额)
阻挡视线，也影响视野的大小和形状。如一般人颞侧和下方的视野较大，而鼻侧与上方的视
野较小。显然，视野与视敏度同样对人的工作和生活有重大的影响，视野狭小者不应驾驶交
通工具，也不应从事本身或周围物体有较大范围活动的劳动，以防发生事故。世界卫生组织
规定，视野小于 10。者即使中心视力正常也属于盲。临床上检查视野可帮助诊断眼部和中
枢神经系统的一些病变。
(四)视后像和融合现象
注视一个光源或较亮的物体，然后闭上眼睛，这时可感觉到一个光斑，其形状和大小
均与该光源或物体相似，这种主观的视觉后效应称为视后像。如果给以闪光刺激，则主观上
的光亮感觉的持续时间比实际的闪光时间长，这是由于光的后效应所致。后效应的持续时间
与光刺激的强度有关，如果光刺激很强，视后像的持续时间也较长。
如果用重复的闪光刺激人眼，当闪光频率较低时，主观上常能分辨出一次又一次的闪
光。当闪光频率增加到一定程度时，重复的闪光刺激可引起主观上的连续光感，这一现象称
为融合现象 (fusion phenomenon)。融合现象是由于闪光的间歇时间比视后像的时间更短而
产生的。
能引起闪光融合的最低频率，称为临界融合频率 (critical fusion frequency，CFF)。研
究发现，临界融合频率与闪光刺激的亮度、闪光光斑的大小以及被刺激的视网膜部位有关。
光线较暗时，闪光频率低至 3~4周/秒即可产生融合现象；在中等光照强度下，临界融合频
率约为 25周/秒；而光线较强时，临界融合频率可高达 100周/秒。电影每秒钟放映 24个画
面，电视每秒钟播放 60个画面，因此，观看电影和电视时主观感觉其画面是连续的。在测
定视网膜不同部位的临界融合频率时也发现，愈靠近中央凹，其临界融合频率愈高。另外，
闪光的颜色、视角的大小、受试者的年龄及某些药物等均可影响临界融合频率，尤其是中枢
神经系统疲劳可使临界融合频率下降。因此，在劳动生理中常将临界融合顿率作为中枢疲劳
的指标。
(五)双眼视觉和立体视觉
在某些哺乳动物，如牛、马、羊等，它们的两眼长在头的两侧，因此两眼的视野完全
不重叠，左眼和右眼各自感受不同侧面的光刺激，这些动物仅有单眼视觉 (monocular
vision)。人和灵长类动物的双眼都在头部的前方，两眼的鼻侧视野相互重叠，因此凡落在此
范围内的任阿物体都能同时被两眼所见，两眼同时看某一物体时产生的视觉称为双眼视觉
(binocular vision)。双眼视物时，两眼视网膜上各形成一个完整的物像，由于眼外肌的精细
协调运动，可便采目物体同一邵分的光线成像于两眼视网膜的对称点上，。并在主观上产生
单一物体的视觉，称为单视。眼外肌瘫痪或眼球内肿瘤压迫等都可使物像落在两眼视网膜的
非对称点上，因而在主观上产生有一定程度互相重叠的两个物体的感觉，称为复视
(diplopia)。双眼视觉的优点是可以弥补单眼视野中的盲区缺损，扩大视野，并产生立体视觉。
双眼视物时，主观上可产生被视物体的厚度以及空间的深度或距离等感觉，称为立体
视觉 (stereoscopic vision)。其主要原因是同一被视物体在两眼视网膜上的像并不完全相同，
左眼从左方看到物体的左侧面较多，而右眼则从右方看到物体的右侧面较多，来自两眼的图
像信息经过视觉高级中枢处理后，产生一个有立体感的物体的形象。然而，在单眼视物时，
有时也能产生一定程度的立体感觉，这主要是通过调节和单眼运动而获得的。另外，这种立
体感觉的产生与生活经验，物体表面的阴影等也有关。但良好的立体视觉只有在双眼观察时
才有可能获得。
第四节 耳的听觉功能
听觉 (hearing)的外周感受器官是耳，它由外耳、中耳和内耳的耳蜗组成。由声源振
动引起空气产生的疏密波，通过外耳和中耳组成的传音系统传递到内耳，经内耳的换能作用
将声波的机械能转变为听神经纤维上的神经冲动，后者传送到大脑皮质的听觉中枢，产生听
觉。听觉对动物适应环境和人类认识自然有着重要的意义。在人类，有声语言更是交流思想、
互通往来的重要工具。
人耳的适宜刺激是空气振动的疏密波，但振动的频率必须在一定范围内，并且达到一
定强度才能产生听觉 i通常人耳能感受的振动频率为 20-20 000Hz之间，感受声波的压强范
围为 0.000 2~1 000dyn/cm2。对于每一种频率的声波，都有一个刚能引起听觉的最小强度，
称为听阈 (hearing threshold)。当声音的强度在听阈以上继续增加时，听觉的感受也相应增
强，但当强度增加到某一限度时，它引起的将不单是听觉，同时还会引起鼓膜的疼痛感觉，
这个限度称为最大可听阈。图 9-13是以声波的频率为横坐标，以声音的强度或声压为纵坐
标绘制而成的听力曲线。图中下方曲线表示不同频率的听阈，上方曲线表示其最大可听阈，
两者所包含的面积为听域。从图上可以看出，人耳最敏感的声波频率在 1 000~3 000Hz之间，
人类的语言频率也主要分布在 300~3 000Hz的范围内。
一、外耳和中耳的功能
(一)外耳的功能
外耳由耳郭和外耳道组成。耳郭的形状有利于收集声波，起采音作用；耳郭还可帮助
判断声源的方向。有些动物能转动耳郭以探测声源的方向。人耳耳郭的运动能力已经退化，
但可通过转动头部来判断声源的位置。
外耳道是声波传导的通路，其一端开口于耳郭，另一端终止于鼓膜。根据物理学原理，
一端封闭的管道对于波长为其长度 4倍的声波能产生最大的共振作用，即增压作用。人类的
外耳道长约 2.5cm，其共振频率约 3 800Hz，在外耳道口与鼓膜附近分别测量不同频率声波
的声压时，当频率为 3 000~5 000Hz的声波传至鼓膜时，其强度要比外耳道口增强 10分贝
(decibel，dB)。
(二)中耳的功能
中耳由鼓膜、听骨链、鼓室和咽鼓管等结构组成。中耳的主要功能是将空气中的声波
振动能量高效地传递到内耳淋巴，其中鼓膜和听骨链在声音传递过程中起重要作用。，
鼓膜呈椭圆形，面积为 50~90mm2，厚度约 0.1mm。它的形状如同一个浅漏斗，其顶
点朝向中耳，内侧与锤骨柄相连。鼓膜很像电话机受话器中的振膜，是一个压力承受装置，
具有较好的频率响应和较小的失真度。据观察，当频率在 2 400Hz以下的声波作用于鼓膜时，
鼓膜可复制外加振动的频率，其振动可与声波振动同始同终。
听骨链由锤骨、砧骨及镫骨依次连接而成。锤骨柄附着于鼓膜，镫骨的脚板与卵圆窗
膜相贴，砧骨居中。三块听小骨形成一个固定角度的杠杆，锤骨柄为长臂，砧骨长突为短臂。
杠杆的支点刚好在听骨链的重心上，因而在能量传递过程中惰性最小，效率最高。鼓膜振动
时，如锤骨柄内移，则砧骨的长突和镫骨脚板也作相同方向的内移。
声波由鼓膜经听骨链到达卵圆窗膜时，其振动的压强增大，而振幅稍减小，这就是中
耳的增压作用。其原因主要有以下两个方面：①鼓膜的实际振动面积约 59.4mm2，而卵圆
窗膜的面积只有 3.2mm2，二者之比为 18.6︰1。如果听骨链传递时总压力不变，则作用于
卵圆窗膜上的压强为鼓膜上压强的 18.6倍。②听骨链杠杆的长臂与短臂之比为 1.3:1，这样，
通过杠杆的作用在短臂一侧的压力将增大为原来的 1.3倍。通过以上两方面的作用，在整个
中耳传递过程中总的增压效应为 24.2倍 (18.6×1.3) (图 9-14)。
与中耳传音功能有关的还有中耳内的鼓膜张肌和镫骨肌。当声强过大时 (70dB以上)，
可反射性地引起这两块肌肉的收缩，结果使鼓膜紧张，各听小骨之间的连接更为紧密，导致
听骨链传递振动的幅度减小，阻力加大，可阻止较强的振动传到耳蜗，从而对感音装置具有
一定的保护作用。但完成这一反射需 40~160ms，所以对突发性爆炸声的保护作用不大。
咽鼓管是连接鼓室和鼻咽部的通道，其鼻咽部的开口常处于闭合状态，在吞咽、打哈
欠时开放。咽鼓管的主要功能是调节鼓室内的压力，使之与外界大气压保持平衡，这对于维
持鼓膜的正常位置、形状和振动性能有重要意义。咽鼓管因炎症而被阻塞后，鼓室内的空气
被吸收，可造成鼓膜内陷，并产生耳鸣，影响听力。
(三)，声波传入内耳的途径
声音是通过空气传导与骨传导两种途径传入内耳的。正常情况下以气传导为主。
1．气传导声波经外耳道引起鼓膜振动，再经听骨链和卵圆窗膜进入耳蜗，这一条声
音传导的途径称为气传导 (air conduction)，是声波传导的主要途径。此外，鼓膜的振动也可
引起鼓室内空气的振动，再经圆窗传入耳蜗。但这一气传导在正常情况下并不重要，只是当
听骨链运动障碍时方可发挥一定的传音作用，但这时的听力较正常时大为降低。
2．骨传导声波直接引起颅骨的振动，再引起位于颞骨骨质中的耳蜗内淋巴的振动，
这个传导途径称为骨传导 (bone conduction)。骨传导的敏感性比气传导低得多，因此在引起
正常听觉中的作用甚微。但当鼓膜或中耳病变引起传音性耳聋时，气传导明显受损，而骨传
导却不受影响，甚至相对增强。当耳蜗病变引起感音性耳聋时，气传导和骨传导将同样受损。
因此，临床上可通过检查患者气传导和骨传导受损的情况来判断听觉异常的产生部位和原
因。
二、内耳 (耳蜗)的功能
内耳又称迷路 (1abyrinth)，由耳蜗 (cochlea)和前庭器官 (vestibular apparatus)组成。
耳蜗的主要作用是把传递到耳蜗的机械振动转变为听神经纤维的神经冲动。
(一)耳蜗的结构要点
耳蜗是由一条骨质管腔围绕一锥形骨轴旋转 21/2~23/4周所构成。在耳蜗管的横断面
上有两个分界膜，一为斜行的前庭膜，一为横行的基底膜，此二膜将管道分为三个腔，分别
称为前庭阶、鼓阶和蜗管 (图 9-15)。前庭阶在耳蜗底部与卵圆窗膜相接，内充外淋巴
(perilymph)；鼓阶在耳蜗底部与圆窗膜相接，也充满外淋巴，后者在耳蜗顶部与前庭阶中的
外淋巴相交通。蜗管是一个充满内淋巴 (endolymph)的盲管。基底膜上有声音感受器——螺
旋器 (也称柯蒂器，organ of Colti)，螺旋器由内、外毛细胞 (hair cell)及支持细胞等组成。
在蜗管的近蜗轴侧有一行纵向排列的内毛细胞，靠外侧有 3~5行纵向排列的外毛细胞。每一
个毛细胞的顶部表面都有上百条排列整齐的纤毛，称为听毛，外毛细胞中较长的一些纤毛埋
植于盖膜的胶冻状物质中。盖膜 (tectorial membrane)在内侧连耳蜗轴，外侧则游离在内淋巴
中。毛细胞的顶部与内淋巴接触，其底部则与外淋巴相接触。毛细胞的底部有丰富的听神经
末梢。
(二)耳蜗的感音换能作用
1．基底膜的振动和行波理论 当声波振动通过听骨链到达卵圆窗膜时，压力变化立
即传给耳蜗内的液体和膜性结构。如果卵圆窗膜内移，前庭膜和基底膜则下移，最后鼓阶的
外淋巴压迫圆窗膜，使圆窗膜外移；相反，当卵圆窗膜外移时，整个耳蜗内的液体和膜性结
构又作相反方向的移动，如此反复，形成振动。在正常气传导的过程中，圆窗膜起缓冲耳蜗
内压力变化的作用，是耳蜗内结构发生振动的必要条件。振动从基底膜的底部开始，按照物
理学中的行波 (travelling wave)原理向耳蜗的顶部方向传播，就像人在抖动一条绸带时，有
行波沿绸带向其远端传播一样。不同频率的声波引起的行波都是从基底膜的底部开始，但声
波频率不同，行波传播的远近和最大振幅出现的部位也不同。声波频率愈高，行波传播愈近，
最大振幅出现的部位愈靠近卵圆窗处，换言之，靠近卵圆窗的基底膜与高频声波发生共振；
相反，声波频率愈低，行波传播的距离愈远，最大振幅出现的部位愈靠近蜗顶 (图 9-16)。
因此，对于每一个振动频率来说，在基底膜上都有一个特定的行波传播范围和最大振幅区，
位于该区域的毛细胞受到的刺激就最强，与这部分毛细胞相联系的听神经纤维的传入冲动也
就最多。起自基底膜不同部位的听神经纤维的冲动传到听觉中枢的不同部位，就可产生不同
的音调感觉。这就是耳蜗对声音频率进行初步分析的基本原理。在动物实验和临床研究上都
已证实，耳蜗底部受损时主要影响对高频声音的听力，而耳蜗顶部受损时主要影响低频听力。
2．毛细胞兴奋与感受器电位 如图 9-17所示，外毛细胞顶端有些纤毛埋植于盖膜的
胶状物中，由于基底膜与盖膜的附着点不在同一个轴上，故当行波引起基底膜振动时，盖膜
与基底膜便各自沿不同的轴上、下移动，于是在两膜之间便发生交错的移行运动，使纤毛受
到一个剪切力 (shearing force)的作用而发生弯曲或偏转；内毛细胞的纤毛较短，不与盖膜接
触，呈游离状态，由内淋巴的运动使其弯曲或偏转。毛细胞顶部纤毛的弯曲或偏转是对声波
振动刺激的一种特殊反应形式，也是引起毛细胞兴奋并将机械能转变为生物电的开始。
近年来利用细胞电压钳和膜片钳技术对毛细胞的感受器电位进行了深入的研究，发现
在毛细胞的顶部有机械门控离子通道，也称机械电换能通道，该通道对机械力的作用非常敏
感。当静纤毛处于相对静止状态时，有少部分通道开放并伴有少量的内向离子流，如果用玻
璃微杆使静纤毛向动纤毛一侧弯曲时，通道进一步开放，大量阳离子内流引起去极化而产生
感受器电位。当静纤毛向背离动纤毛的一侧弯曲时通道关闭，内向离子流停止而出现外向离
子流，造成膜的超极化。
Russell等用细胞内微电极技术成功地记录了豚鼠内、外毛细胞的感受器电位，并观
察了毛细胞对频率不同的声刺激的反应特性。实验表明，声音引起的内毛细胞感受器电位
(细胞内记录)包括 AC (交流)与 DC (直流)两种成分。AC成分与细胞外记录的微音器电位
(microphonic potential，CM)一样，同声波图形相似；DC 成分与细胞外记录的总和电位
(summating potential，SP)一样，CM与 SP都是毛细胞的感受器电位。内毛细胞对低频与中
频声刺激产生 AC成分，对 4 000Hz以上的高频声引起的反应主要是 DC成分。当声音频率
从 100Hz增加到 4 000Hz过程中，AC成分逐渐减少而出现 DC成分 (图 9-18)。外毛细胞感
受器电位中的 AC成分振幅较小，约 5mV，并且在高频声作用时不出现 DC成分，但在高强
度的声音作用下也产生 AC与 DC两种成分的感受器电位。
近年来在豚鼠的实验中发现，与外淋巴接触的毛细胞的基底侧膜上有两种被 Ca2+激
活的钾通道，两者的开放均依赖于细胞内 Ca2+浓度的升高。纤毛的弯曲使毛细胞顶部的机
械门控离子通道开放，导致纤毛外环境 (内淋巴)中高浓度的 K+流向细胞内，使毛细胞发生
去极化。此时位于侧膜上的电压依赖性钙通道开放，导致 Ca2+内流。毛细胞内的 Ca2+浓度
升高使毛细胞底部的递质向突触间隙释放。同时又激活毛细胞基底侧膜上的 Ca2+激活钾通
道，造成 K+外流，使毛细胞的电位接近于 K+平衡电位，为毛细胞顸部的机械门控通道提
供最大的电化学驱动力，有助于毛细胞的机械一电换能作用 (图 9~19)。
(三)耳蜗的生物电现象
1．耳蜗内电位 如前所述，耳蜗各阶内充满着淋巴，其中前庭阶和鼓阶中是外淋巴，
而蜗管中则是与脑脊液成分相似的内淋巴。在毛细胞之间有紧密连接，因此蜗管中的内淋巴
不能到达毛细胞的基底部。内、外淋巴在离子组成上差异很大：内淋巴中的 K+浓度比外淋
巴中高 30倍，而外淋巴中的 Na+则比内淋巴中高 10倍。这就造成静息状态下耳蜗不同部位
之间存在一定的电位差。在耳蜗未受刺激时，如果以鼓阶外淋巴的电位为参考零电位，则可
测出蜗管内淋巴的电位为+80mV左右，称为耳蜗内电位 (endocochlear potential，EP)，又称
内淋巴电位 (endolymphatic potential)；此时毛细胞的静息电位为-70~-80 mV。由于毛细胞顶
端浸浴在内淋巴中，而其他部位的细胞膜则浸浴在外淋巴中。因此，毛细胞顶端膜内、外的
电位差可达 150~160mV。由于外淋巴较易通过基底膜，因此毛细胞基底部的浸浴液为外淋
巴，所以在该部位毛细胞膜内、外的电位差仅约 80mV。这是毛细胞电位与一般细胞电位的
不同之处。另外，检查外淋巴与内淋巴的离子成分时发现，前庭阶与鼓阶外淋巴的离子组成
与一般的体液成分很相似，但蜗管中的内淋巴则是高 K+、低 Na+、低 Ca2+。目前已证明，
内淋巴中正电位的产生和维持与蜗管外侧壁血管纹细胞的活动密切相关。实验表明，在血管
纹边缘细胞 (marginal cell)的细胞膜上含有大量活性很高的钠泵。由于钠泵的活动和
Na+-Cl--K+转运体的共同作用，将血浆中的 K+转入内淋巴，同时又将内淋巴中的 Na+摄回
血浆。这就使内淋巴中有大量的 K+蓄积，从而保持较高的正电位，同时也造成内淋巴中高
钾、低钠的离子分布情况。实验还证明，任何影响 ATP生成和利用的因素均可使耳蜗内正
电位消失甚至出现负电位。血管纹细胞对缺氧或哇巴因 (钠泵抑制剂)非常敏感，缺氧可使
ATP生成及钠泵活动受阻；临床上常用的依他尼酸和呋塞米等利尿药也具有抑制钠泵的作
用，因而也可引起内淋巴正电位不能维持，常导致听力障碍。
耳蜗内电位对基底膜的机械位移很敏感，当基底膜向鼓阶方向位移时，耳蜗内电位可
增高 10~15mV；当向前庭阶位移时，耳蜗内电位约可降低 10mV。当基底膜持续位移时，耳
蜗内电位亦保持相应的变化。
2．耳蜗微音器电位 当耳蜗受到声音刺激时，在耳蜗及其附近结构所记录到的一种
与声波的频率和幅度完全一致的电位变化，称为耳蜗微音器电位 (cochlear microphonic
potential，CM) (图 9-20)。耳蜗微音器电位呈等级式反应，即其电位随刺激强度的增强而
增大。耳蜗微音器电位无真正的阈值，没有潜伏期和不应期，不易疲劳，不发生适应现象。
在人和动物的听域范围内，耳蜗微音器电位能重复声波的频率。在低频范围内，耳蜗微音器
电位的振幅与声压呈线性关系，当声压超过一定范围时则产生非线性失真。
实验证明，微音器电位是多个毛细胞在接受声音刺激时所产生的感受器电位的复合表
现。，耳蜗微音器电位与动作电位不同，它具有一定的位相性，当声音的位相倒转时，耳蜗
微音器电位的位相也发生逆转，但动作电位则不能。
在记录单一毛细胞跨膜电位的情况下，发现静纤毛只要有 0.1。的角位移，就可引起
毛细胞出现感受器电位，而且电位变化的方向与纤毛受力的方向有关，即当静纤毛朝向动纤
毛的方向弯曲时，出现去极化电位。反之，当静纤毛向背离动纤毛的一侧弯曲时，则出现超
极化电位。这就说明为何微音器电位的波动能与声波振动的频率和幅度相一致的道理。
3．总和电位 在高频率、高强度的短纯音刺激期间，在蜗管或鼓阶内可记录到一种
直流性质的电位变化，此即总和电位 (SP)。它是一个多种成分的复合电位，包括毛细胞感
受器的电活动和听神经末梢的兴奋性突触后电位，前者为主要成分。将毛细胞完全破坏后，
总和电位基本消失。总和电位有正 SP和负 SP两种成分，总和电位的极性和幅度与刺激频
率、刺激强度有关。例如，声刺激强度较低时，正 SP明显，随着声刺激强度的增大，负 SP
占优势；声音刺激的持续时间长，总和电位的幅度大，声音刺激的持续时间短，则总和电位
的幅度小。在 40ms至 2s的范围内，总和电位的幅度与声音持续时间的对数呈线性关系。
人类一侧耳蜗的内毛细胞约为 3 500个。外毛细胞约为 20 000个。听神经的传出、传
入纤维总数约 28 000条，其中 90％~95％的传入纤维分布在内毛细胞上，只有 5％~10％的
传入纤维分布在外毛细胞。内毛细胞的听阈较高，其功能主要表现为对声音进行分析；另外，
从分布到内、外毛细胞的神经纤维数量的比例来看，绝大部分信息都是通过分布在内毛细胞
的神经传向听觉中枢的；外毛细胞的闽值较低，对声音刺激的敏感性高，其功能主要是对声
音的感受。另外，耳蜗毛细胞顶部表面的静纤毛以阶梯形式排成 3列，蜗底处静纤毛短，靠
近蜗顶静纤毛逐渐变长，据认为，这一梯度变化很可能是产生音频排列和调谐功能的形态学
基础。
三、听神经动作电位
听神经动作电位是耳蜗对声音刺激所产生的一系列反应中最后出现的电变化，是耳蜗
对声音刺激进行换能和编码的结果，它的作用是向听觉中枢传递声音信息。根据引导方法的
不同，可记录到听神经复合动作电位和单纤维动作电位。
(一)听神经复合动作电位
听神经复合动作电位是从整根听神经上记录到的复合动作电位，它是所有听神经纤维
产生的动作电位的总和。由于神经冲动的振幅与波形不能反映声音的特性，只能依据神经冲
动的节律及发放神经冲动的纤维在基底膜的起源部位来传递不同的声音信息。一般认为，不
同频率的声音引起听神经发放的冲动的频率不同，而冲动的频率是对声音频率进行分析的依
据。实验证明，如果声音频率低于 400Hz，听神经大体能按声音的频率发放冲动；如果声音
频率在 400~5 000Hz范围时，则听神经中的纤维会分成若干个组发放冲动，虽然每一组纤维
发放的冲动的频率跟不上声波的频率，但在每个声波周期内，总会有一定数目的纤维发放冲
动，各组纤维同时发放数的总和则与声音频率相近。另外，持续的声刺激所产生的复合听神
经动作电位和微音器电位重叠在一起，难以分离；而脉冲声刺激 (如短声)产生的反应中，
只要声音持续的时间足够短，听神经复合动作电位就能由于时程上的差异而和微音器电位区
分开，此时记录到的反应波形的起始部分为微音器电位，其形状和极性都与刺激声波的形状
和极性相同，而经过一定的潜伏期后，便出现了数个听神经动作电位，图 9-20中的 N1、N2、
N3就是从整个听神经上记录到的复合动作电位，其振幅取决于声音的强度、兴奋的纤维数
目以及不同神经纤维放电的同步化程度。
(二)听神经单纤维动作电位
如果把微电极刺人听神经纤维内，可记录到单一听神经纤维的动作电位，它是一种“全
或无”式的反应，安静时有自发放电，声音刺激时放电频率增加。仔细分析每一条听神经纤
维的放电特性与声音频率之间的关系时可以发现，不同的听神经纤维对不同频率的声音敏感
性不同，用不同频率的纯音进行刺激时，某一特定的频率只需很小的刺激强度便可使某一听
神经纤维发生兴奋，这个频率即为该听神经纤维的特征频率 (characteristic frequency，CF)
或最佳频率。随着声音强度的增加，能引起单一听神经纤维放电的频率范围也增大。每一条
听神经纤维都具有自己特定的特征频率。听神经纤维的特征频率与该纤维末梢在基底膜上的
起源部位有关，特征频率高的神经纤维起源于耳蜗底部，特征频率低的神经纤维则起源于耳
蜗顶部。由此可以认为，当某一频率的声音强度增大时，能使更多的纤维兴奋，由这些纤维
传递的神经冲动，共同向中枢传递这一声音的频率及其强度的信息。在自然情况下，作用于
人耳的声音的频率和强度的变化是十分复杂的，因此基底膜的振动形式和由此而引起的听神
经纤维的兴奋及其组合也很复杂，人耳之所以能区别不同的音色，其基础可能亦在于此。
第五节 前庭器官的功能
人和动物生活在外界环境中，必须保持正常的姿势，这是人和动物进行各种活动的必
要条件。正常姿势的维持依赖于前庭器官、视觉器官和本体感觉感受器的协同活动，其中前
庭器官的作用最为重要。前庭器官由内耳中的三个半规管、椭圆囊和球囊组成，是人体对自
身的姿势和运动状态以及头部在空间的位置的感受器，在保持身体的平衡中起重要作用。
一、前庭器官的感受装置和适宜刺激
(一)前庭器官的感受细胞
前庭器官的感受细胞都是毛细胞，它们具有类似的结构和功能。这些毛细胞有两种纤毛，
其中有一条最长，位于细胞顶端的一侧边缘处，称为动纤毛 (kinocilium)；其余的纤毛较短，
数量较多，每个细胞有 60~100条，呈阶梯状排列，称为静纤毛 (stereocilium)。毛细胞的底
部有感觉神经纤维末梢分布；实验证明，各类毛细胞的适宜刺激都是与纤毛的生长面呈平行
方向的机械力的作用。当纤毛都处于自然状态时，细胞膜内侧存在约-80mV的静息电位，
同时与毛细胞相连的神经纤维上有一定频率的持续放电；此时如果外力使静纤毛朝向动纤毛
一侧偏转时，毛细胞膜电位即发生去极化，如果去极化达到阈电位 (-60rnV)水平，支配毛细
胞的传入神经冲动发放频率就增加，表现为兴奋效应；相反，当外力使静纤毛向背离动纤毛
的一侧弯曲时，则毛细胞的膜电位发生超极化，传入纤维的冲动发放减少，表现为抑制效应
(图 9-21)。这是前庭器官中所有毛细胞感受外界刺激的一般规律，其换能机制与耳蜗毛细胞
相似。在正常条件下，机体的运动状态和头部在空间的位置的改变都能以特定的方式改变毛
细胞纤毛的倒向，使相应的神经纤维的冲动发放频率发生改变，把这些信息传输到中枢，引
起特殊的运动觉和位置觉，并出现相应的躯体和内脏功能的反射性变化。
人体两侧内耳各有上、外、后三个半规管 (semicircular canal)，分别代表空间的三个平
面。当头向前倾 30。时，外半规管与地面平行，其余两个半规管则与地面垂直。因此外半
规管又称水平半规管。每个半规管与椭圆囊连接处都有一个膨大的部分，称为壶腹
(ampulla)，壶腹内有一块隆起的结构，称为壶腹嵴 (crista ampullaris)，其中有一排毛细胞面
对管腔，毛细胞顶部的纤毛都埋植在一种胶质性的圆顶形壶腹帽 (cupula)之中。毛细胞上动
纤毛与静纤毛的相对位置是固定的。在水平半规管内，当内淋巴由管腔朝向壶腹的方向移动
时，能使毛细胞的静纤毛向动纤毛一侧弯曲，引起毛细胞兴奋，而内淋巴离开壶腹时则静纤
毛向相反的方向弯曲，则使毛细胞抑制。在上半规管和后半规管，因毛细胞排列方向不同，
内淋巴流动的方向与毛细胞反应的方式刚好相反，离开壶腹方向的流动引起毛细胞兴奋，而
朝向壶腹的流动则引起毛细胞抑制。
(二)前庭器官的适宜刺激和生理功能
半规管壶腹嵴的适宜刺激是正、负角加速度，其感受阈值为 1。~3。/s2。人体三个半规
管所在的平面相互垂直，因此可以感受空间任何方向的角加速度。当人体直立并以身体的中
轴为轴心进行旋转运动时，水平半规管的感受器受到的刺激最大。当头部以冠状轴为轴心进
行旋转时，上半规管及后半规管受到的刺激最大。旋转开始时，由于半规管腔中内淋巴的惯
性，它的启动将晚于人体和半规管本身的运动，因此当人体向左旋转时，左侧水平半规管中
的内淋巴将向壶腹的方向流动，使该侧毛细胞兴奋而产生较多的神经冲动；与此同时，右侧
水平半规管中内淋巴的流动方向是离开壶腹，于是右侧水平半规管壶腹传向中枢的冲动减
少。当旋转进行到匀速状态时，管腔中的内淋巴与半规管呈相同角速度的运动，于是两侧壶
腹中的毛细胞都处于不受刺激的状态，中枢获得的信息与不进行旋转时无异。当旋转突然停
止时，由于内淋巴的惯性，两侧壶腹中毛细胞纤毛的弯曲方向和冲动发放情况正好与旋转开
始时相反。内耳迷路的其他两对半规管也接受与它们所处平面方向相一致的旋转变速运动的
刺激。
椭圆囊 (utricle)和球囊 (saccule)的毛细胞位于囊斑 (macula)上，毛细胞的纤毛埋植于位
砂膜中。位砂膜是一种胶质板，内含位砂，位砂主要由蛋白质和碳酸钙组成，比重大于内淋
巴，因而具有较大的惯性。椭圆囊和球囊囊斑的适宜刺激是直线加速度运动。当人体直立而
静止不动时，椭圆囊囊斑的平面与地面平行，位砂膜在毛细胞纤毛的上方，而球囊囊斑的平
面则与地面垂直，位砂膜悬在纤毛的外侧。在椭圆囊和球囊的囊斑上，几乎每个毛细胞的排
列方向都不完全相同 (图 9-22)。毛细胞纤毛的这种配置有利于分辨人体在囊斑平面上所进
行的变速运动的方向。例如，当人体在水平方向作直线变速运动时，总有一些毛细胞的纤毛
排列的方向与运动的方向一致，使静纤毛朝向动纤毛的一侧作最大的弯曲。由此而产生的传
入信息为辨别运动方向提供依据。另一方面，由于不同毛细胞纤毛排列的方向不同，当头的
位置发生改变或囊斑受到不同方向的重力及变速运动刺激时，其中有的毛细胞发生兴奋，有
的则发生抑制。不同毛细胞综合活动的结果，可反射性地引起躯干和四肢不同肌肉的紧张度
发生改变，从而使机体在各种姿势和运动情况下保持身体的平衡。
二、前庭反应
(一)前庭姿势调节反射
来自前庭器官的传入冲动，除引起运动觉和位置觉外，还可引起各种姿势调节反射。例
如，当汽车向前开动时，由于惯性，身体会向后倾倒，可是当身体向后倾倒之前，椭圆囊的
位砂因其惯性而使囊斑毛细胞的纤毛向后弯曲，其传入信息即反射性地使躯干部的屈肌和下
肢的伸肌的张力增加，从而使身体向前倾以保持身体的平衡。乘电梯上升时，椭圆囊中的位
砂对毛细胞施加的压力增加，球囊中的位砂使毛细胞纤毛向下方弯曲，可反射性地引起四肢
伸肌抑制而发生下肢屈曲。电梯下降时，位砂对囊斑的刺激作用可导致伸肌收缩，下肢伸直。
这些都是前庭器官的姿势反射，其意义在于维持机体一定的姿势和保持身体平衡。
(二)自主神经反应
当半规管感受器受到过强或长时间的刺激时，可通过前庭神经核与网状结构的联系而引
起自主神经功能失调，导致心率加速、血压下降、呼吸频率增加、出汗以及皮肤苍白、恶心、
呕吐、唾液分泌增多等现象，称为前庭自主神经反应 (vestibular autonomic reaction)。主要表
现为以迷走神经兴奋占优势的反应。在实验室和临床上都能观察到这些现象，但临床上的反
应比实验室中观察到的更加复杂。在前庭感受器过度敏感的人，一般的前庭刺激也会引起自
主神经反应。晕船反应就是因为船身上下颠簸及左右摇摆使上、后半规管的感受器受到过度
刺激所造成的。
(三)眼震颤
前庭反应中最特殊的是躯体旋转运动时引起的眼球运动，称为眼震颤 (nystagmus)。
眼震颤是眼球不自主的节律性运动。在生理情况下，两侧水平半规管受到刺激 (如以身体纵
轴为轴心的旋转运动)时，可引起水平方向的眼震颤，上半规管受刺激 (如侧身翻转)时可引
起垂直方向的眼震颤，后半规管受刺激 (如前、后翻滚)时可引起旋转性眼震颤。人类在地
平面上的活动较多 (如转身、头部向后回顾等)，故下面以水平方向的眼震颤为例说明眼震
颤出现的情况。当头与身体开始向左旋转时，由于内淋巴的惯性，使左侧半规管壶腹嵴的毛
细胞受刺激增强，而右侧半规管正好相反，这样的刺激可反射性地引起某些眼外肌的兴奋和
另一些眼外肌的抑制，于是出现两侧眼球缓慢向右侧移动，这一过程称为眼震颤的慢动相
(slow component)；当眼球移动到两眼裂右侧端时，又突然快速地向左侧移动，这一过程称
为眼震颤的快动相 (quick component)；以后再出现新的慢动相和快动相，反复不已。当旋
转变为匀速转动时，旋转虽在继续，但眼震颤停止。当旋转突然停止时，又由于内淋巴的惯
性而出现与旋转开始时方向相反的慢动相和快动相组成的眼震颤 (图 9-23)。眼震颤慢动相
的方向与旋转方向相反，是由于对前庭器官的刺激而引起的，而快动相的方向与旋转方向一
致，是中枢进行矫正的运动。临床上用快动相来表示眼震颤的方向。进行眼震颤试验时，通
常是在 20s内旋转 10次后突然停止旋转，检查旋转后的眼震颤。眼震颤的正常持续时间为
20~40s，频率为 5~10次。如果眼震颤的持续时间过长，说明前庭功能过敏。前庭功能过敏
的人容易发生晕车、晕船及航空病等；如果眼震颤的持续时间过短，说明前庭功能减弱。某
些前庭器官有病变的患者，眼震颤消失。
第六节 嗅觉和味觉
一、嗅觉感受器和嗅觉的一般性质
嗅觉 (olfaction)的感受器位于上鼻道及鼻中隔后上部的嗅上皮 (olfactory epithelium)中，两侧
总面积约 5cm2。嗅上皮由嗅细胞 (olfactory cell)。支持细胞、基底细胞和 Bowman腺组成。
嗅细胞属于神经元。每个嗅细胞的顶部有 6~8条短而细的纤毛，埋于 Bowman腺所分泌的
黏液之中；细胞的底端 (中枢端)是由无髓纤维组成的嗅丝，穿过筛骨直接进入嗅球。
嗅觉感受器的适宜刺激是空气中的化学物质；通过呼吸，这些分子被嗅上皮部分的黏液
吸收，并扩散到嗅细胞的纤毛，与纤毛表面膜上的特异受体结合，这种结合可通过 G蛋白
引起第二信使类物质 (如 cAMP)的产生，最后导致膜上电压门控钙通道开放，Na+和 Ca2+
流入细胞内，引起感受器细胞去极化，并以电紧张方式扩布至感受器细胞的轴丘处，产生动
作电位，动作电位沿轴突传向嗅球，进而传向更高级的嗅觉中枢，引起嗅觉。自然界能引起
嗅觉的气味物质可达两万余种，而人类能分辨和记忆 1万种不同的气味。其原理是什么？近
年来，美国科学家Richard Axel和Linda Buck对哺乳动物的嗅感受器基因进行了深入的研究。
发现人类约有 1 000种基因 (约占人体基因总数的 3％)用来编码嗅觉感受器细胞膜上的不同
受体。进一步的研究发现，每个嗅受体基因在结构上与其他基因都有些不同，所以由这些基
因编码的每个受体蛋白与嗅质结合的能力也都有所不同。不仅如此，每个嗅感受器细胞似乎
只表达这 1 000种嗅受体基因中的一种。这样，人类就拥有大约 1 000种嗅感受器细胞。那
么，这 1 000种嗅感受器细胞是怎样对几万种味道进行辨识的？研究发现，嗅觉具有群体编
码的特性。每个嗅感受器细胞与不同嗅质的结合程度不同，一个嗅感受器细胞可对多种嗅质
起反应，而一个嗅质又可激活多种嗅感受器细胞 (图 9-24)。因此，尽管嗅感受器细胞只有 1
000种，但它们可以产生大量的组合，形成大量的气味模式，这就是人们能够辨别和记忆 1
万种不同气味的基础。另外，虽然嗅感受器细胞可对多种气味起反应，但敏感度不同。。例
如，某嗅感受器细胞对气味 A有强烈反应，而对气味 B只有微弱的反应。嗅觉系统也同其
他感觉系统类似，不同性质的气味刺激有其专用的感受位点和传输线路，非基本气味则由于
它们在不同线路上引起不同数量的神经冲动的组合，在中枢引起特有的主观嗅觉。
2004年 10月 4日，瑞典卡罗林斯卡医学院决定，把诺贝尔生理学或医学奖授予有“气
味专家”之称的美国科学家 RJchard Axel和 Linda Buck，以表彰他们两人在气味受体和嗅觉
系统组织方式研究中作出的杰出贡献。评审委员会在介绍这两位美国科学家的成就时说，他
们揭示了人类嗅觉的奥秘，告诉世界我们是如何能够辨认 1万种左右气味的。
通常把人与动物对气味的敏感程度称为嗅敏度 (olfactory acuity)，人类对不同气味物
质的嗅觉阈值不同。例如，粪臭素为 4×10-10mg/L；人工麝香为 5×10-9~5×l0-6mg/L；乙
醚为 6mg/L。另外，即使是同一个人，其嗅敏度的变动范围也很大。有些疾病可明显影响人
的嗅敏度，例如感冒、鼻炎等。某些动物的嗅觉更灵敏，如狗对醋酸的敏感度比人高 1 000
万倍。嗅觉的另一个明显特点是适应较快，当某种气味突然出现时，可引起明显的嗅觉，如
果这种气味的物质继续存在，感觉便很快减弱，甚至消失，所谓“人芝兰之室，久而不闻其
香，入鲍鱼之肆，久而不闻其臭”就是嗅觉适应的良好例子。
二、味觉感受器和味觉的一般性质
味觉 (gustafion)的感受器是昧蕾 (taste bud)，主要分布在舌背部的表面和舌缘，口腔和
咽部黏膜的表面也有散在的味蕾存在。分布在人的舌部的味蕾平均为 5235个，每一个味蕾
都由昧细胞 (gustatory cell)、支持细胞和基底细胞组成。味细胞的顶端有纤毛，称味毛，是
味觉感受的关键部位。味细胞的更新率很高，平均每 10天更新一次。
人舌表面的不同部位对不同味刺激的敏感程度不一样，一般是舌尖部对甜味比较敏
感，舌两侧对酸味比较敏感，而舌两侧的前部则对咸味比较敏感，软腭和舌根部对苦味比较
敏感。味觉的敏感度往往受食物或刺激物本身温度的影响，在 20~30℃之间，味觉的敏感度
最高。另外，味觉的分辨力和对某些食物的偏爱，也受血液中化学成分的影响，例如肾上腺
皮质功能低下的病人，血液中钠离子减少，这种病人喜食咸味食物。动物实验证实，正常大
鼠能辨出 1︰2 000的氯化钠溶液，而切除肾上腺皮质的大鼠，可能是由于血液中低 Na+的
缘故，能辨别出 1︰33000的氯化钠溶液，并主动选饮含盐多的溶液。
味觉强度与物质的浓度有关，浓度越高，所产生的味觉越强。此外，味觉强度也与唾
液腺的分泌有关，唾液可稀释味蕾处的刺激物质，从而改变味觉强度。
尽管化学物质的种类是无限的，而且味道也是千变万化。但是，我们却似乎只能辨别
出四种或五种基本的味道，即酸、甜、苦、成，第五种是“鲜味”。不同物质的味道与它们
的分子结构有关，但也有例外。通常 NaCl能引起典型的咸味，H+是引起酸味的关键因素，
有机酸的味道也与它们带负电的酸根有关；甜觉的引起与葡萄糖的主体结构有关；而奎宁和
一些有毒植物的生物碱结构能引起典型的苦味。 “鲜味” (umami)的命名来源于日本语，
是指谷氨酸钠 (monosodium glutamate，MSG)所产生的味道。尽管目前对 umami的认识远不
如对其他四种基本味觉清楚，但它确实是一种独特的、能够清楚区分的味觉。另外，即使是
同一种味质，由于其浓度不同，所产生的味觉也不相同，如 0.01~0.03mol/L。的食盐溶液呈
微弱的甜味，只有当其浓度大于 0.04 mol/L，时才引起纯粹的咸味。
近年来通过对单一味细胞的研究证明，味细胞上存在多种电压门控离子通道。静息时，
味细胞的膜电位为-40~-60mV，当给予味刺激时，不同离子的膜电导增加或减小，从而产生
去极化感受器电位。目前已成功地用微电极在动物的单一味细胞上记录到感受器电位。实验
证明，一个味感受器并不只对一种味质起反应，而是对酸、甜、苦、咸均有反应，只是反应
的程度不同而已。有趣的是，四种基本味觉的换能或跨膜信号转导机制并不完全相同。咸味
主要由食物中的 Na+浓度所决定，当 Na+盐作用于舌表面的味毛时，Na+通过特殊的化学门
控钠通道从味毛进入细胞内，引起味细胞的感受器电位，这种钠通道的特点是对氨氯吡咪
(amiloride)非常敏感，如果将该药直接加于舌部，可阻断钠通道，使咸味感觉消失。另外，
H+也能通过这种钠通道扩散，这可解释为何将酸 (如柠檬汁)加在咸的食品上会使其咸味降
低。产生酸味的另一种机制是由位于细胞顶端膜微绒毛上的钾通道所介导，当 H+阻断钾通
道时，位于细胞膜其他部位的钠通道开放，从而使细胞产生去极化反应。引起甜味的物质大
多数都是有机化合物，如糖、甘露醇、乙醇、乙醛等一糖之所以能引起甜的感觉，主要是由
于糖分子与细胞膜的 G蛋白耦联受体结合后，进而激活腺苷酸环化酶，使细胞内 cAMP增
多，结果导致味细胞基底侧膜上的钾通道关闭，引起细胞膜去极化，而产生动作电位。引起
苦味的物质几乎都是有机化合物，如奎宁、咖啡因和尼古丁等。由于引起苦味的物质结构不
同，其换能机制也不一样，但无论何种机制，都与 G蛋白耦联受体相结合，进而激活三磷
酸肌醇 (IP3)，最终导致钾通道关闭，Ca2+大量流人细胞内，引起感受器电位。实验证明，
缺失味转导蛋白基因的转基因鼠能尝出咸和酸的味道，但不能感受甜味和苦味，这就为甜和
苦味都是通过 G蛋白耦联受体而发挥作用的观点提供了实验证据。据认为“鲜味”与某些
氨基酸 (如谷氨酸等)有关，这些氨基酸与味精有共同的谷氨酸草酸钠结构，谷氨酸能直接
激活正离子钠、钙通道，导致内向电流而引起细胞膜去极化。总之，引起各种味觉的物质的
种类繁多，目前对其换能机制尚不十分清楚。味感受器没有轴突，味细胞产生的感受器电位
通过突触传递引起感觉神经末梢产生动作电位，传向味觉中枢，中枢可能通过来自传导四种
基本味觉的专用线路上神经信号的不同组合来认知基本味觉以外的各种味觉。
味觉的敏感度随年龄的增长而下降。60岁以上的人，对食盐、蔗糖和硫酸奎宁的检
知阈比 20~40岁的人高 1.5~2.2倍。味觉感受器也是一种快适应感受器，某种味质长时间刺
激时，味觉的敏感度就迅速降低。如果通过舌的运动移动味质的部位，可使适应变慢。
( 樊 小
力)
第十章神经系统的功能
神经系统’(nervous system)是人体内最重要的调节系统。体内各系统和器官的功能活动都是
在神经系统的直接或间接调控下完成的；通过神经调节，各系统和器官还能对内、外环境变
化做出迅速而完善的适应性反应，调整其功能状态，满足当时生理活动的需要，以维持整个
机体的正常生命活动。神经系统一般分为中枢神经系统(central nei"VOUSsystem)和周围神经
系统(peripheral I'IeEvous system)两大部分，前者是指脑和脊髓部分，后者则为脑和脊髓以外
的部分。本章主要介绍中枢神经系统的生理功能。，
第一节神经系统功能活动的基本原理
神经元和神经胶质细胞
神经系统内主要含神经细胞和神经胶质细胞两类细胞。神经细胞(neurocyte)又称神经元
(neuron)，是一种高度分化的细胞，它们通过突触联系形成复杂的神经网络，完成神经系统
的各种功能性活动，因而是构成神经系统的结构和功能的基本单位。神经胶质细胞(neuro班
a)简称胶质细胞(#ia)，具有支持、保护和营养神经元的功能。
(一)神经元
1．神经元的一般结构和功能人类中枢神经系统内约含 10“个神经元，尽管其形态和大
小有很大差别，但都有突起。突起可分为树突(dendrite)和轴突(Rxon)两类。以脊髓运动神经
元为例，一个神经元可有多个树突，但只有一个轴突 s树突数量极多，还有许多分支，可大
大扩展细胞的表面积。胞体和树突在功能上主要是接受信息的传人，而轴突则主要是传出信
息。胞体发出轴突的部位称为轴丘(Rxon hillock)。轴突的起始部分称为始段(initial segment)；
轴突的末端有许多分支，每个分支末梢的膨大部分称为突触小体(synaptic knob)，它与另一
个神经元相接触而形成突触(synapse)。轴突和感觉神经元的长树突二者统称为轴索，轴索外
面包有髓鞘或神经膜便成为神经纤维 (nerve fiber)。神经纤维可分为有髓鞘神经纤维
(myehnated nerve fiber)和无髓鞘神经纤维(unmyehnated nervefiber)。神经纤维末端称为神经
末梢 j(nerve terminal)。。
神经元的主要功能是接受和传递信息。中枢神经元可通过传人神经接受体内、外环境变
化的刺激信息，并对这些信息加以处理，再经过传出神经把调控信息传给相应的效应器，产
生调节和控制效应 a此外，有些神经元还能分泌激素，．将神经信号转变为体液信号。
2．神经纤维的功能和分类神经纤维的主要功能是传导兴奋。在神经纤维上传导着的兴
奋或动作电位称为神经冲动(nerve impulse)，简称冲动。冲动的传导速度受多种因素的影响。
神经纤维直径越粗，传导速度越快。神经纤维直径与传导速度的关系大致是：传导速度(m
／s)一直径(斗 m)x6。这里的直径是指包括轴索和髓鞘在一起的总直径。有髓鞘神经纤维以
跳跃式传导的方式传导兴奋，因而其传导速度远比无髓鞘神经纤维快。有髓鞘神经纤维的髓
鞘在一定范围内增厚，传导速度将随之增快；轴索直径与神经纤维直径之比为 0．6时，传
导速度最快。温度在一定范围内升高也可加快传导速度。神经传导速度的测定有助于诊断神
经纤维的疾患和估计神经损伤的预后。
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神经纤维传导兴奋具有以下特征：①完整性。神经纤维只有在其结构和功能上都完整时
才能传导兴奋；如果神经纤维受损或被切断，或局部应用麻醉剂，兴奋传导将受阻。
(2)绝缘性。一根神经干内含有许多神经纤维，但神经纤维传导兴奋时基本上互不干扰，其
主要原因是细胞外液对电流的短路作用，使局部电流主要在一条神经纤维上构成回路。⑧双
向性。人为刺激神经纤维上任何一点，‘只要刺激强度足够大，引．起的兴奋可沿纤维向两
端传播。但在整体活动中，神经冲动总是由胞体传向末梢，表现为传导的单向性，这是由突
触的极性所决定的。④相对不疲劳性。连续电刺激神经数小时至十几小时，神经纤维始终能
保持其传导兴奋的能力，表现为不易发生疲劳；而突触传递则容易疲劳，可能与递质耗竭有
关。
Erlanger和 Gasser根据神经纤维兴奋传导速度的差异，将哺乳动物的周围神经纤维分为
A、B、c三类，其中 A类纤维再分为 0【、B、^y、6四个亚类。Lloyd和 I_tunt在研究感觉
神经时，又根据纤维的直径和来源将其分为 I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四类，其中 I类纤维再分为 I。和
I b两个亚类一 I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类纤维分别相当于气、舢、凡、c类后根纤维，但又不完全等
同。目前，前一种分类法多用于传出纤维，后一种分类法则常用于传人纤维(表 10—1)。
3．神经纤维的轴浆运输 轴突内的轴浆是经常在流动的，轴浆的流动具有物质运输的作
用，故称为轴浆运输(axoplasmic transport)。如果结扎神经纤维，可见到结扎部位的两端都有
物质堆积，且近胞体端的堆积大于远胞体端，表明轴浆运输有自胞体向轴突末梢方向的顺向
运输和自末梢向胞体方向的逆向运输，以顺向运输为主。如果切断轴突，不仅轴突远端部分
发生变性，而且近端部分甚至胞体也将发生变性。可见，轴浆运输对维持神经元的结构和功
能的完整性具有重要意义。
根据轴浆运输的速度，顺向轴浆运输又可分为快速和慢速轴浆运输两类。顺向快速运输
主要运输具有膜结构的细胞器，如线粒体、突触囊泡和分泌颗粒等；在猴、猫等动物坐骨神
经内的运输速度约为 410mm／do这种运输是通过一种类似于肌球蛋白的驱动蛋白(kinesin)
而实现的。驱动蛋白具有一个杆部和两个呈球状的头部。杆部尾端的轻链可连接被运输的细
胞器；头部则形成横桥，具有 A’rp酶活性，能与微管上的微管结合蛋白(microtubule—binding
protein)结合。当一个头部结合于微管时，ATP酶被激活，横桥分解 ATP而获能，使驱动蛋
白的颈部发生扭动，于是，另一个头部即与微管上的下一个位点结合，如此不停地交替进行，
细胞器便沿着微管被输送到轴突末梢(图 10—1)。．与此同时，微管也不断由胞体向轴突末梢
方向移动。这是因为微管朝向末梢的一端不断形成，而朝着胞体的一端不断分解，从而使微
管不断向末梢移动。慢速轴浆运输是指轴浆内可溶性成分随微管、微丝等结构不断向前延伸
而发生的移动，其速度为 1～12mm／d。
逆向轴浆运输可运输一些能被轴突末梢摄取的物质，如神经营养因子、狂犬病病毒、破
伤风毒素等。这些物质入胞后可沿轴突被逆向运输到胞体，对神经元的活动和存活产生影响。
逆向轴浆运输由动力蛋白(dynein)完成，运输速度约为 205 mm／d。动力蛋白的结构和作用
方式与驱动蛋白极为相似。辣根过氧化物酶(1aorseradish peroxidase．HRP)也可被逆向运输，
因而在神经科学研究中可用作示踪剂。
4．神经的营养性作用 神经能使所支配的组织在功能上发生变化，例如，引起肌肉收缩、
腺体分泌等，这一作用称为神经的功能性作用(fhnctional action)。除此之外，神经末梢还经
常释放某些营养性因子，持续地调整所支配组织的内在代谢活动，影响其持久性的结构、生
化和生理的变化，这一作用称为神经的营养性作用(trophic action)。用局部麻醉药阻断神经
冲动的传导，一般不能使所支配的肌肉发生代谢改变，表明神经的营养性作用与神经冲动关
系不大。神经的营养性作用在正常情况下不易被觉察，但当神经被切断后即可明显表现出来，
它所支配的肌肉内糖原合成减慢，蛋白质分解加速，肌肉逐渐萎缩。例如，脊髓灰质炎患者
一旦前角运动神经元变性死亡，它所支配的肌肉将发生萎缩。
5．神经营养因子神经的营养性作用可使其支配组织维持正常的代谢和功能：反过来，
神经元也需要其支配组织或其他组织的营养性支持。神经营养因子(．neurotrophin。NT)是
一类由神经所支配的组织(如肌肉)和星形胶质细胞产生的且为神经元生长与存活所必需的
蛋白质分子。神经营养因子通常在神经末梢以受体介导式入胞的方式进入末梢，再经逆向轴
浆运输抵达胞体，促进胞体合成有关的蛋白质，从而发挥其支持神经元生长、发育和功能完
整性的作用。近年来，也发现有些 NT由神经元产生，经顺向轴浆运输到达神经末梢，对突
触后神经元的形态和功能完整性起支持作用。
目前已被确定的 NT有神经生长因子(nerve growth factorr，NGF)、脑源神经营养因子
(1brain—derived neurotrophic：facto~’，BDNF)、神经营养因子 3(NT一 3)和神经营养因子 4
／5(NT一 4／5)，可能还有神经营养因子 6(NT一 6)。除以上经典的神经营养因子外，能影
响神经元生长的还有睫状神经营养因子、胶质细胞源神经营养因子、白血病抑制因子、胰岛
素样生长因子一 I、转化生长因子、成纤维细胞生长因子和血小板源生长因子等。
(二)神经胶质细胞
神经胶质细胞广泛分布于中枢和周围神经系统中。在人类的中枢神经系统中，胶质细胞
主要有星形胶质细胞、少突胶质细胞和小胶质细胞三类，其总数达(1～5)×1012个。为神经
元的 10～50倍。在周围神经系统，胶质细胞主要有形成髓鞘的施万细胞和位于神经节内的
卫星细胞等。
1．胶质细胞的特征与神经元相比，胶质细胞在形态和功能上有很大差异。胶质细胞虽
也有突起，但无树突和轴突之分；细胞之间不形成化学性突触，但普遍存在缝隙连接。它们
也有随细胞外 K’浓度改变而改变的膜电位，但不能产生动作电位。在星形胶质细胞膜上还
存在多种神经递质的受体。此外，胶质细胞终身具有分裂增殖能力。
2．胶质细胞的功能 目前对胶质细胞的功能还很少了解，主要有以下几方面的推测。
(1)支持和引导神经元迁移：中枢内除神经元和血管外，其余空间主要由星形胶质细胞
充填，它们以其长突起在脑和脊髓内交织成网，形成支持神经元胞体和纤维的支架。此外还
观察到，在人和猴的大脑和小脑皮层发育过程中，发育中的神经元沿胶质细胞突起的方向迁
移到它们最终的定居部位。
(2)修复和再生作用：当脑和脊髓受损而变性时，小胶质细胞能转变成巨噬细胞，加上
来自血中的单核细胞和血管壁上的巨噬细胞，共同清除变性的神经组织碎片：碎片清除后留
下的缺损，则主要依靠星形胶质细胞的增生来充填，但增生过强则可形成脑瘤。在周围神经
再生过程中，轴突沿施万细胞所构成的索道生长。
(3)免疫应答作用：星形胶质细胞是中枢内的抗原呈递细胞，其质膜上存在特异性主要
组织相容性复合分子Ⅱ，后者能与经处理过的外来抗原结合，将其呈递给 T淋巴细胞。
(4)形成髓鞘和屏障的作用：少突胶质细胞和施万细胞可分别在中枢和外周形成神经纤
维髓鞘。髓鞘的主要作用可能在于提高传导速度，而绝缘作用则较为次要。中枢神经系统内
存在血一脑屏障、血一脑脊液屏障和脑一脑脊液屏障。星形胶质细胞的血管周足是构成血一
脑屏障的重要组成部分，构成血一脑脊液屏障和脑一脑脊液屏障的脉络丛上皮细胞和室管膜
细胞也属于胶质细胞。
(5)物质代谢和营养作用：星形胶质细胞一方面通过血管周足和突起连接毛细血管与神
经元，对神经元起运输营养物质和排除代谢产物的作用；另一方面还能产生神经营养因子，
以维持神经元的生长、发育和功能的完整性。
(6)稳定细胞外的 K’浓度：星形胶质细胞膜上的钠泵活动可将细胞外过多的 K’泵人
胞内，并通过缝隙连接将其分散到其他胶质细胞，以维持细胞外合适的 K’浓度，有助于神
经元电活动的正常进行。当增生的胶质细胞发生疤痕变化时，其泵 K’的能力减弱，可导致
细胞外高 K’，使神经元的兴奋性增高，从而形成局部癫痫病灶。，
(7)参与某些活性物质的代谢：星形胶质细胞能摄取神经元释放的某些递质，如谷氨酸
和^y一氨基丁酸，再转变为谷氨酰胺而转运到神经元内，从而消除这类递质对神经元的持
续作用，同时也为氨基酸类递质的合成提供前体物质。此外，星形胶质细胞还能合成和分泌
多种生物活性物质，如血管紧张素原、前列腺素、白细胞介素，以及多种神经营养因子等。
二、突触传递
突触传递是神经系统中信息交流的一种重要方式。反射弧中神经元与神经元之间、神经
元与效应器细胞之间都通过突触传递信息。神经元与效应器细胞之间的突触也称接头
(junction)。人类中枢神经元的数量十分巨大(10“个)，若按每个神经元轴突末梢平均形成 2 000
个突触小体计算，则中枢内约含 2×10H个突触。神经元之间信息传递的复杂程度可见一斑。
(一)几类重要的突触传递
根据突触传递媒介物性质的不同，可将突触分为化学性突触(chemical synapse)和电突触
(electrical synapse)两大类，前者的信息传递媒介物是神经递质，而后者的信息传递媒介物则
为局部电流。化学性突触一般由突触前成分、突触间隙和突触后成分三部分组成，根据突触
前、后成分之间有无紧密的解剖学关系，可分为定向突触(directed synapse)和非定向突触(non
—directed synapse)两种模式，前者末梢释放的递质仅作用于范围极为局限的突触后成分，如
经典的突触和神经一骨骼肌接头；后者末梢释放的递质则可扩散至距离较远和范围较广的突
触后成分，如神经一心肌接头和神经一平滑肌接头。
1．经典的突触传递
(1)突触的微细结构：经典突触由突触前膜、突触后膜和突触间隙三部分组成。在电子
显微镜下，突触前膜和突触后膜较一般神经元膜稍有增厚，约 7．5nm，突触间隙宽 20～40nm。
在突触前膜内侧的轴浆内，含有较多的线粒体和大量的囊泡，后者称为突触囊泡或突触小泡
(synaptic vesicle)，其直径为 20～80nm，内含高浓度的神经递质。不同的突触内所含突触囊
泡的大小和形态不完全相同，突触囊泡一般分为以下三种：①小而清亮透明的囊泡，内含乙
酰胆碱或氨基酸类递质；②小而具有致密中心的囊泡，内含儿茶酚胺类递质；③大而具有致
密中心的囊泡，内含神经肽类递质。上述第一和第二种突触囊泡分布在轴浆内靠近突触前膜
的部位，与膜融合和释放其内容物至突触间隙的过程十分迅速，并且递质释放仅限于在形态
学上与其他部位具有明显区别的特定膜结构区域——活化区(active zone)；在其相对应的突
触后膜上则存在相应的特异性受体或化学门控通道。上述第三种突触囊泡则均匀分布于突触
前末梢内，并可从末梢膜的所有部位释放(图 10—2)。
(2)突触的分类：根据神经元互相接触的部位，通常将经典的突触分为三类。①轴突一
树突式突触：由前一神经元的轴突与后一神经元的树突相接触而形成的突触。这类突触最为
多见。②轴突一胞体式突触：为前一神经元的轴突与后一神经元的胞体相接触而形成的突触。
这类突触也较常见。③轴突一轴突式突触：为前一神经元的轴突与另一神经元的轴突相接触
而形成的突触。这类突触是构成突触前抑制和突触前易化的重要结构基础(图 10—3A．)。
此外，由于中枢存在大量的局部神经元构成的局部神经元回路(见后文)，因而还存在树
突一树突式、树突一胞体式、树突一轴突式、胞体一树突式、胞体一胞体式、胞体一轴突式
突触，以及两个化学性突触或化学性突触与电突触组合而成的串联性突触(serial synaps—
es)、交互性突触(reciprocal synapses)和混合性突触(mixed synapses)等(图 10—3B)。
(3)突触传递的过程：当突触前神经元有冲动传到末梢时，突触前膜发生去极化，当去
极化达到一定水平时，前膜上电压门控钙通道开放，细胞外 ca2+进入末梢轴浆内，导致轴
浆内 Ca抖浓度的瞬时升高，由此触发突触囊泡的出胞，引起末梢递质的量子式释放。然后，
轴浆内的 ca2+通过 Na’一 Ca抖交换迅速外流，使 Ca2’浓度迅速恢复。
由轴浆内 Ca2+浓度瞬时升高触发递质释放的机制十分复杂。根据目前所知，平时突触
囊泡由突触蛋白(synapsin)锚定于细胞骨架丝上，一般不能自由移动。当轴浆内 ca2+浓度升
高时，Ca2’与轴浆中的钙调蛋白结合为 ca2。一 CaM复合物。于是 caz’一 CaM依赖的蛋
白激酶Ⅱ被激活，促使突触蛋白发生磷酸化，使之与细胞骨架丝的结合力减弱，突触囊泡便
从骨架丝上游离出来，这一步骤称为动员(mobilization)。然后，游离的突触囊泡在轴浆中一
类小分子 G蛋白 Rab3的帮助下向活化区移动，这一步骤称为摆渡(trafficking)。被摆渡到活
化区的突触囊泡在与突触前膜发生融合之前须固定于前膜上，这一步骤称为着位(docking)。
参与着位的蛋白包括突触囊泡膜上的突触囊泡蛋白(v—SNARE，或 synapto—breven)和突触
前膜上的靶蛋白(t—SNARE)，目前已鉴定脑内的 t—SNAR卫有突触融合蛋白(syntaxin)和
SNAP一 25两种，当突触囊泡蛋白和两种靶蛋白结合后，着位即告完成。随即，突触囊泡
膜上的另一种蛋白，即突触结合蛋白(synaptotagmin，或称 p65)在轴浆内高 Ca。’条件下发
生变构，消除其对融合的钳制作用，于是突触囊泡膜和突触前膜发生融合(丘 lsion)。出胞
(exocytosis)是通过突触囊泡膜和突触前膜上暂时形成的融合孔(fusion pore)进行的。出胞时，
孔径迅速由 1nm左右扩大到 5()nm，递质从突触囊泡释出。在中枢，递质释放在 0．2~0．
5ms内即可完成。可见，Ca2+触发突触囊泡释放递质须经历动员、摆渡、着位、融合和出
胞等步骤(图 10—4)。
递质释入突触间隙后，经扩散抵达突触后膜，作用于后膜上的特异性受体或化学门控通
道，引起后膜对某些离子通透性的改变，使某些带电离子进出后膜，突触后膜即发生一定程
度的去极化或超极化，从而形成突触后电位(postsynapta‘c potential)。
(4)突触后电位：根据突触后电位去极化和超极化的方向，可将突触后电位分为兴奋性
突触后电位和抑制性突触后电位。另外，根据电位发生的快慢和持续时间的短长，又可将突
触后电位分为快突触后电位和慢突触后电位。以下主要介绍快突触后电位。
1)兴奋性突触后电位：突触后膜在某种神经递质作用下产生的局部去极化电位变化称为
兴奋性突触后电位(excitatory postsynaptic potential，．EPSP)。例如，脊髓前角运动神经元接
受肌梭的传人纤维投射而形成突触联系，当电刺激相应肌梭的传人纤维后约 0．5ms，运动
神经元胞体的突触后膜即发生去极化(图 10一 5A，B)。这是一种快：EPSP，它和骨骼肌终
板电位一样，具有局部兴奋的性质。EPSP的形成机制是兴奋性递质作用于突触后膜的相应
受体，使递质门控通道(化学门控通道)开放，后膜对 Na’和 K’的通透性增大，并且由于
Na’的内流大于 K’的外流，故发生净内向电流，导致细胞膜的局部去极化。
慢 EPSP最早在牛蛙交感神经节中被记录到，后来发现广泛存在于中枢神经系统。慢
EPSP的潜伏期为 100～500ms，可持续数秒至数十秒钟，如在交感神经节记录到的慢 EPSP
可持续 30s。慢．EPSP通常由膜的 K’电导降低而引起。在交感神经节，K’电导的降低由
乙酰胆碱激活M型胆碱能受体所触发。在交感神经节还发现有一种迟慢 EPSP，其潜伏期为
1～5s，持续时间可达 1n30rain。迟慢 EPSP的形成也与膜的 K’电导降低有关，而有关递质
可能是促性腺激素释放激素或与之酷似的肽类物质。
2)抑制性突触后电位：突触后膜在某种神经递质作用下产生的局部超极化电位变化称为
抑制性突触后电位(inhibitory postsynaptic potential，IPSP)。例如，来自伸肌肌梭的传人冲动
在兴奋脊髓伸肌运动神经元的同时，通过抑制性中间神经元抑制脊髓屈肌运动神经元。若电
刺激伸肌肌梭的传人纤维，屈肌运动神经元膜出现超极化(图 10—5A，c)，这是一种快 IPSP。
其产生机制是抑制性中间神经元释放的抑制性递质作用于突触后膜，使后膜上的递质门控氯
通道开放，引起外向电流，结果使突触后膜发生超极化。此外，IPSP的形成还可能与突触
后膜钾通道的开放或钠通道和钙通道的关闭有关。
在自主神经节和大脑皮层神经元也可记录到慢 IPSP，其潜伏期和持续时间与慢 EPSP
相似，发生在交感神经节的慢 IPSP持续约 2s。慢 IPSP通常由膜的 K’电导增高而产生。
引起交感神经节慢 IPSP的递质可能是多巴胺，由一种特殊的中间神经元释放。
(5)突触后神经元的兴奋与抑制：由于一个突触后神经元常与多个突触前神经末梢构成
突触，而产生的突触后电位既有 EPSP，也有 IPSP，因此，突触后神经元胞体就好比是个整
合器，突触后膜上电位改变的总趋势决定于同时产生的 EPSP和 IPSP的代数和。当总趋势
为超极化时，突触后神经元表现为抑制；而当突触后膜去极化并达到阈电位水平时，即可爆
发动作电位(图 10一 5B)。但动作电位并不首先发生在胞体，而是发生在运动神经元和中间
神经元的轴突始段，或是感觉神经元有髓鞘神经轴突的第一个郎飞结。这是因为电压门控钠
通道在这些部位质膜上的密度较大，而在胞体和树突膜上则很少分布。动作电位一旦爆发便
可沿轴突传向末梢而完成兴奋传导；也可逆向传到胞体，其意义可能在于消除神经元此次兴
奋前不同程度的去极化或超极化，使其状态得到一次刷新。因为神经元在经历一次兴奋后即
进入不应期，只有当不应期结束后，神经元才能接受新的刺激而再次兴奋。
(6)影响突触传递的因素
1)影响递质释放的因素：递质的释放量主要决定于进入末梢的 Ca2’量，因此，凡能影
响末梢处 Ca抖内流的因素都能改变递质的释放量。例如，细胞外 Ca2’浓度升高和(或)M
旷’浓度降低能使递质释放增多；反之，则递质释放减少。到达突触前末梢动作电位的频率
或幅度增加，也可使进入末梢的 Ca。’量增加。此外，突触前膜上存在突触前受体(见后文)，
它们可在某些神经调质(见后文)或递质的作用下改变递质的释放量。
一些梭状芽胞菌毒素属于锌内肽酶，可灭活那些与突触囊泡着位有关的蛋白，因而能抑
制递质释放。例如，破伤风毒素和肉毒梭菌毒素 B、D、F和 G能作用于突触囊泡蛋白，肉
毒梭菌毒素 c可作用于靶蛋白 syntaxin，而肉毒梭菌毒素 A和 B则能作用于靶蛋白 SNAP
一 25。临床上可见破伤风感染常引起痉挛性麻痹，而肉毒梭菌感染则引起柔软性麻痹，这
是因为破伤风毒素能阻碍中枢递质释放，而肉毒梭菌毒素则阻滞神经一骨骼肌接头处递质释
放。
2)影响已释放递质消除的因素：已释放的递质通常被突触前末梢重摄取，或被酶解代谢
而消除，因此，凡能影响递质重摄取和酶解代谢的因素也能影响突触传递。例如，三环类抗
抑郁药可抑制脑内去甲肾上腺素的末梢重摄取，从而加强该递质对受体的作用；利舍平
(reserpine)能抑制交感末梢突触囊泡重摄取去甲肾上腺素，使递质被末梢重摄取后停留在轴
浆内被酶解，结果囊泡内递质减少以至耗竭，使突触传递受阻；而新斯的明(neostigmine)、
有机磷农药等可抑制胆碱酯酶，使乙酰胆碱持续发挥作用，从而影响相应的突触传递。
3)影响受体的因素：在递质释放量发生改变时，受体与递质结合的亲和力，以及受体的
数量均可发生改变，即受体发生上调或下调(详见后文)，从而影响突触传递。另一方面，由
于突触间隙与细胞外液相通，因此凡能进入细胞外液的药物、毒素以及其他化学物质均能到
达突触后膜而影响突触传递。例如，筒箭毒碱和 d一银环蛇毒可特异地阻断骨骼肌终板膜上
的 N。型 Ach受体通道，使神经一肌接头的传递受阻，肌肉松弛。
(7)突触的可塑性：突触的可塑性(plasticity)是指突触的形态和功能可发生较为持久的改
变的特性或现象。这一现象普遍存在于中枢神经系统，尤其是与学习和记忆有关的部位，因
而被认为是学习和记忆产生机制的生理学基础。突触的可塑性主要有以下几种形式。
1)强直后增强：强直后增强(posttetanic potentiation)是指突触前末梢在接受一短串高频刺
激后，突触后电位幅度持续增大的现象。强直后增强通常可持续数分钟，最长可持续 1h或
1h以上。高频刺激时 Ca抖大量进入突触前末梢，而末梢内各种 C2’缓冲系统，如滑面内
质网和线粒体出现暂时性 Ca”饱和，轴浆内游离 Ca。’暂时过剩，对 ca。’敏感的酶，如
ca2十一(3aM依赖的蛋白激酶Ⅱ被激活，后者可促进突触囊泡的动员，使递质持续大量释放，
导致突触后电位持续增强 0 、
2)习惯化和敏感化：习惯化(habituatioi?)是指重复给予较温和的刺激时突触对刺激的反
应逐渐减弱甚至消失的现象。相反，敏感化(sensitization)是指重复性刺激(尤其是伤害性刺激)
使突触对原有束 0激反应增强和延长，传递效率提高的现象。习惯化是由于突触前末梢钙通
道逐渐失活，Ca2+内流减少，末梢递质释放减少所致。敏感化则因突触前末梢 Ca2+内流增
加，递质释放增多所致，实质上是突触前易化(见后文)。
3)长时程增强和长时程压抑：长时程增强(10ng—term potentiation，LTp)是指突触前神经
元在短时问内受到快速重复的刺激后，在突触后神经元快速形成的持续时间较长的．EPSP
增强，表现为潜伏期缩短、幅度增高、斜率加大。与强直后增强相比，LTp的持续时间要长
得多，最长可达数天；且由突触后神经元胞质内 Ca。’增加，而非突触前末梢轴浆内 Ca针
增加而引起。。LTP可见于神经系统的许多部位，但研究最多最深入的是海马。在海马有苔
藓纤维 LTP和 Schaffer侧支 LTP两种形式。前者发生于突触前，不依赖 NMDA受体(见后
文)，其机制尚不清楚，可能与 cAMP和一种超极化激活的阳离子通道(Jayper—polarization
—activated channel，Ih)有关 d后者发生于突触后，依赖 NNil)A受体，其产生机制是：谷氨
酸自突触前神经元释放，与突触后神经元膜上的 AMPA受体(见后文)和 NMI)A受体结合，
由 AMPA受体激活而触发的去极化可使阻塞于 NMI)A受体通道中的Mg’移出，使 Ca'抖和
Ya’一起进入突触后神经元，进入突触后神经元的 Ca2‘可激活 ca2LCaM依赖的蛋白激酶
Ⅱ，后者可使 AMPA受体通道磷酸化而增加其电导，也能使储存于胞质中的 AMPA受体转
移到突触后膜上；此外，可能还有化学信号(可能是花生四烯酸和一氧化氮)从突触后神经元
到突触前神经元，引起谷氨酸的长时程量子释放(图 10—6)。其他部位的 LTP尚未充分研究，
不依赖 NMDA受体的 L’rP在杏仁核可由_y一氨基丁酸能神经元产生。
与 L’FP相反，长时程压抑(10ng—term depres—sion，LTD)是指突触传递效率的长时程降
低。LTD也广泛存在于中枢神经系统。在海马的 Schaffer侧支，LTD的产生机制与 LTP有
许多相似之处，它由突触前神经元在较长时间内接受低频刺激，突触后神经元胞质内 Ca。’
少量增加而引起。因为在胞质内 Ca'。’少量增加时，Ca"抖一 CaM依赖的蛋白激酶Ⅱ脱磷
酸化，AMPA受体发生下调，从而产生 LTDc。中枢不同部位的 LTD，其机制不完全相同。
2．非定向突触传递非定向突触传递首先是在研究交感神经对平滑肌的支配方式时发现的。
交感肾上腺素能神经元的轴突末梢有许多分支，在分支上形成串珠状的膨大结构，称为曲张
体(varicosity)。曲张体外无施万细胞包裹，曲张体内含有大量小而具有致密中心的突触囊泡，
内含有高浓度的去甲肾上腺素；但曲张体并不与平滑肌细胞(突触后成分)形成经典的突触联
系，而是沿着分支穿行于平滑肌细胞的组织间隙(图 10一 7)。当神经冲动到达曲张体时，递
质从曲张体释出，以扩散的方式到达平滑肌细胞，与膜上的相应受体结合，从而产生一定的
效应。在心脏，胆碱能和肾上腺素能神经与心肌之间的接头传递也属于这类突触传递。这种
传递模式也称为非突触性化学传递(DOll"．synaptic chemical transmission)。非定向突触传递
也可见于中枢神经系统。例如，在大脑皮层内有直径很细的无髓鞘去甲肾上腺素能纤维，其
末梢分支上有许多曲张体，黑质多巴胺能纤维也有许多曲张体，中枢 5一羟色胺能纤维也如
此，这些曲张体及其效应器细胞之间多数形成非定向突触。可见，单胺类神经纤维大都能进
行非定向突触传递。此外，非定向突触传递还能在轴突末梢以外的部位进行，如有的轴突膜
能释放乙酰胆碱，有的树突膜能释放多巴胺等。
与定向突触传递相比，非定向突触传递具有以下特点：①突触前、后成分无特化的突触
前膜和后膜；②曲张体与突触后成分不一一对应，一个曲张体释放的递质可作用于较多的突
触后成分，即无特定的靶点；释放的递质能否产生效应，决定于突触后成分上有无相应的受
体；⑧曲张体与突触后成分的间距一般大于 20nm，有的可超过 400hm，因而递质扩散距离
较远，且远近不等；突触传递时间较长，且长短不一。
3．电突触传递 电突触传递的结构基础是缝隙连接(gap．junction)。连接处相邻两细胞
膜间隔 2～3rim，此处膜不增厚，近旁胞质中无突触囊泡，两侧膜上各由 6个亚单位构成的
连接体蛋白，端端相接而形成一个六花瓣样的水相孔道，沟通相邻两细胞的胞质(见第 2章
图 2—17)。孔道允许带电小离子和小于 1．0～1．Ski)或直径小于 1．0nm的小分子通过。
局部电流和 EPSP也能以电紧张的形式从一个细胞传向另一个细胞。电突触传递一般为双向
传递，由于其电阻低，因而传递速度快，几乎不存在潜伏期。电突触传递广泛存在于中枢神
经系统和视网膜中，主要发生在同类神经元之间，具有促进同步化活动的功能。
(二)神经递质和受体
化学性突触传递，包括定向和非定向突触传递，均以神经递质为信息传递的媒介物；神
经递质须作用于相应的受体才能完成信息传递。因此，神经递质和受体是化学性突触传递最
重要的物质基础。
1．神经递质神经递质(neurotransmitter)是指由神经元合成，．突触前末梢释放，能特异
性作用于突触后膜受体，并产生突触后电位的信息传递物质。哺乳动物的神经递质种类很多，
已知的达 100多种，根据其化学结构，可将它们分成若干大类(表 10—2)。
(1)递质的鉴定：一般认为，经典的神经递质应符合或基本符合以下条件：①突触前神
经元应具有合成递质的前体和酶系统，并能合成该递质；②递质储存于突触囊泡内，当兴奋
冲动抵达末梢时，囊泡内的递质能释放入突触间隙；⑧递质释出后经突触间隙作用于突触后
膜上的特异受体而发挥其生理作用，人为施加递质至突触后神经元或效应器细胞旁，应能引
起相同的生理效应；④存在使该递质失活的酶或其他失活方式(如重摄取)；⑤有特异的受体
激动剂和拮抗剂，能分别模拟或阻断相应递质的突触传递作用。随着科学的发展，已发现有
些物质(如一氧化氮、一氧化碳等)虽不完全符合上述经典递质的 5个条件，但所起的作用与
递质完全相同，故也将它们视为神经递质。
(2)调质的概念：除递质外，神经元还能合成和释放一些化学物质，它们并不在神经元
之间直接起信息传递作用，而是增强或削弱递质的信息传递效应，这类对递质信息传递起调
节作用的物质称为神经调质(neuromodulator)。调质所发挥的作用称为调制作用(modula—
tion)。由于递质在有的情况下也可起调质的作用，而在另一种情况下调质也可发挥递质的作
用，因此，两者之间并无十分明显的界限。
(3)递质共存现象：过去一直认为，一个神经元内只存在一种递质，其全部末梢只释放
同一种递质，这一观点称为戴尔原则(【)ale principle)。现在看来，这一观点应予修正。因为
已发现可有两种或两种以上的递质(包括调质)共存于同一神经元内，这种现象称为递质共存
(neurotransmitter co—existence)。递质共存的意义在于协调某些生理功能活动。例如，猫唾
液腺接受副交感神经和交感神经的双重支配，副交感神经内含乙酰胆碱和血管活性肠肽，前
者能引起唾液分泌，后者则可舒张血管，增加唾液腺的血供，并增强唾液腺上胆碱能受体的
亲和力，两者共同作用，结果引起唾液腺分泌大量稀薄的唾液；交感神经内含去甲肾上腺素
和神经肽 Y，前者有促进唾液分泌和减少血供的作用，后者则主要收缩血管，减少血供，结
果使唾液腺分泌少量黏稠的唾液(图 10—8)。
(4)递质的代谢：包括递质的合成、储存、释放、降解、重摄取和再合成等步骤。乙酰胆碱
和胺类递质都在有关合成酶的催化下，且多在胞质中合成，然后储存于突触囊泡内。肽类递
质则在基因调控下，通过核糖体的翻译和翻译后的酶切加工等过程而形成。突触前末梢释放
递质的过程前文已述。递质作用于受体并产生效应后很快被消除。消除的方式主要有酶促降
解、被突触前末梢和突触囊泡重摄取(reuptake)等。突触前末梢和突触囊泡对递质的重摄取
是由膜转运体介导的。乙酰胆碱的消除依靠突触间隙中的胆碱酯酶，后者能迅速水解乙酰胆
碱为胆碱和乙酸，胆碱则被重摄取回末梢内，用于递质的再合成；去甲肾上腺素主要通过末
梢的重摄取及少量通过酶解失活而被消除；肽类递质的消除主要依靠酶促降解。
2．受体 受体(receptor)是指位于细胞膜上或细胞内能与某些化学物质(如递质、调质、
激素等)特异结合并诱发特定生物学效应的特殊生物分子。位于细胞膜上的受体称为膜受体，
是带有糖链的跨膜蛋白质分子。与递质结合的受体一般为膜受体，且主要分布于突触后膜上。
能与受体特异结合，结合后能产生特定效应的化学物质，称为受体的激动剂(age3nist)；能与
受体特异结合，但结合后本身不产生效应，反因占据受体而产生对抗激动剂效应的化学物质，
则称为受体的拮抗剂(antagonist)或阻断剂(blocker)。激动剂和拮抗剂二者统称为配体(hgand)，
但在多数情况下配体主要是指激动剂。
(1)受体的亚型：据目前所知，每一种受体都有多种亚型(subtype)。例如，胆碱能受体可
分为毒蕈碱受体(M受体)和烟碱受体(N受体)，N受体可再分为 N。和 N：受体亚型；肾上
腺素能受体则可分为 d受体和 B受体，Ⅸ受体和 p受体又可分别再分为 d。、a。受体亚型和
B-、B：、B，受体亚型。受体亚型的出现，表明一种递质能选择性地作用于多种效应器细胞
而产生多种多样的生物学效应。
(2)突触前受体：受体一般分布于突触后膜，但也可位于突触前膜。位于突触前膜的受
体称为突触前受体(presynaptic：receptor．)或自身受体(autoreceptor。)。通常，突触前受体
激活后可抑制递质释放，实现负反馈控制。例如，去甲肾上腺素在释放后反过来作用于突触
前仅。受体，可抑制其自身的进一步释放(图 10—9)。有时，突触前受体也能易化递质释放，
例如，交感神经末梢的突触前血管紧张素受体激活后，可易化前膜释放去甲肾上腺素。
(3)受体的作用机制：受体在与递质发生特异性结合后被激活，然后通过一定的跨膜信
号转导途径，使突触后神经元活动改变或使效应器细胞产生效应。根据跨膜信号转导的不同
途径，递质受体大致可分成 G蛋白耦联受体和离子通道型受体两大家族，前者占绝大多数。
部分递质受体及其主要的第二信使和离子通透性列于表 10—3中。
(4)受体的浓集：在与突触前膜活化区相对应的突触后膜上有成簇的受体浓集。因为此
处存在受体的特异结合蛋白(specific binding protem‘)。神经一肌接头处烟碱受体的特异结
合蛋白是 rapsyn，谷氨酸受体和 GABAA受体的浓集分别与 PB2一结合蛋白族和 gephyrin
蛋白有关，而在视网膜中的 GABA。受体则通过 MAP 一 1B蛋白结合于细胞骨架上。以
GABAn受体为例，当神经兴奋时，游离的受体迅速移向 geph州 n并与之结合，使受体在后
膜上浓集成簇，随后，gephyrin结合减慢，并阻止受体的进一步移动；当神经安静不活动时，。
受体可解聚并移去。提示受体的浓集与神经兴奋有关。
(5)受体的调节：’膜受体的数量和与递质结合的亲和力在不同的生理或病理情况下均可
发生改变占当递质释放不足时，受体的数量将逐渐增加，亲和力也逐渐升高，称为受体的上
调(up regulafion)；反之，当递质分泌过多时，则受体的数量和亲和力均下降，称为受体的下
调(down regulation)j有些膜受体的上调可通过膜的流动性将暂时储存于胞内膜结构上的受
体蛋白表达于细胞膜上而实现；而有些膜受体的下调则可通过受体蛋白的内吞人胞，即受体
的内化(internalization)，以减少膜上受体的数量而实现；也有些膜受体的下调是由于受体蛋
白发生磷酸化而使其反应性降低所致。
3．主要的递质和受体系统
。(1)乙酰胆碱及其受体：乙酰胆碱(acetylcholine，Ach)是胆碱的乙酰酯。以 ACh为递质的
神经元称为胆碱能神经元(cholinergic netiron)。胆碱能神经元在中枢分布极为广泛，如脊髓
前角运动神经元，丘脑后腹核的特异感觉投射神经元等，都是胆碱能神经元。脑干网状结构
上行激动系统的各个环节、纹状体、边缘系统的梨状区、杏仁核、海马等部位也都有胆碱能
神经元。以 ACh为递质的神经纤维称为胆碱能纤维(cholinergic：fiber)。在外周，支配骨骼
肌的运动神经纤维、所有自主神经节前纤维、大多数副交感节后纤维(除少数释放肽类或嘌
呤类递质的纤维外)、少数交感节后纤维(支配温热性汗腺的纤维和支配骨骼肌血管的交感舒
血管纤维)都属于胆碱能纤维。
能与 Ach特异结合的受体称为胆碱能受体(cholinergic receptor)。根据药理学特性，胆碱
能受体可分成两类，一类能与天然植物中的毒蕈碱结合，称为毒蕈碱受体(mus—carinic：
receptor)，简称 M 受体；另一类能与天然植物中的烟碱结合，称为烟碱受体(nico—tinic
receptor)，简称 N受体。两类受体与 ACh结合后产生不同的生物学效应。M受体已分离出
Mt～Ms五种亚型，它们均为 G蛋白耦联受体。N受体有 N，和 N：两种亚型，两种 N受
体亚型都是离子通道型受体。
胆碱能受体广泛分布于中枢和周围神经系统。分布有胆碱能受体的神经元称为胆碱能敏
感神经元(cholinoceptive nellron)。中枢胆碱能系统参与神经系统几乎所有功能，包括学习和
记忆、觉醒与睡眠、感觉与运动、内脏活动以及情绪等多方面的调节活动。在外周，M受
体分布于大多数副交感节后纤维(除少数释放肽类或嘌呤类递质的纤维外)支配的效应器细
胞、交感节后纤维支配的汗腺和骨骼肌血管的平滑肌。M受体激活后可产生一系列自主神
经效应，包括心脏活动抑制，支气管和胃肠平滑肌、膀胱逼尿肌、虹膜环行肌收缩，?肖化
腺、汗腺分泌增加和骨骼肌血管舒张等。这些作用统称为毒蕈碱样作用(mils—cat2‘Yle-like
action)，简称M样作用。M样作用可被M受体拮抗剂阿托品(atropine)阻断。小剂量 Ach作
用于 N受体后，能兴奋自主神经节后神经元，也能收缩骨骼肌；而大剂量 Ach作用于 N受
体后，则可阻断自主神经节的突触传递，这些作用统称为烟碱样作用(nicotine—like action)，
简称 N样作用。N样作用不能被阿托品阻断，但能被筒箭毒碱(tuboct?rarine)阻断。由于 Nt
受体分布于自主神经节突触后膜和中枢神经系统，故又称神经元型烟碱受体(neuron—type
nicotinic receptor?)。而 N2受体位于神经一骨骼肌接头的终板膜上，故也称肌肉型烟碱受体
(muscle—type nicotinic receptor)。神经元型烟碱受体可被六烃季铵(】hexamethonl‘um)特异
阻断；而肌肉型烟碱受体则能被十烃季铵(decamethoni—um)特异阻断。
(2)去甲肾上腺素和肾上腺素及其受体：去甲肾上腺素(norepinephrine，NE 或 no—
radrenaline，NA)和肾上腺素(epinephrine，E或 adrenaline)均属儿茶酚胺(cate—cholanfine)类
物质，即含邻苯二酚结构的胺类。
在中枢，以 NE为递质的神经元称为去甲肾上腺素能神经元(noradrenergic neliron)。其
胞体绝大多数位于低位脑干，尤其是中脑网状结构、脑桥的蓝斑以及延髓网状结构的腹外侧
部分。其纤维投射分上行部分、下行部分和支配低位脑干部分。上行部分投射到大脑皮层、
边缘前脑和下丘脑；下行部分投射至脊髓后角的胶质区、侧角和前角；而支配低位脑干部分
的纤维则分布于低位脑干内部。以 E为递质的神经元称为肾上腺素能神经元(adrenergic nel．
1rOll)，其胞体主要分布在延髓，其纤维投射也有上行和下行部分。在外周，多数交感节后
纤维(除支配汗腺和骨骼肌血管的交感胆碱能纤维外)释放的递质是 NE，尚未发现以 E为递
质的神经纤维，以 NE为递质的神经纤维称为肾上腺素能纤维(adren—e晒 c．fiber)。
能与 NE或 E结合的受体称为肾上腺素能受体(adrenergic receptor?)，主要分为仪型肾上
腺素能受体(简称仪受体)和 p型肾上腺素能受体(简称 p受体)两种。仅受体又有 o【，和仅 z
受体两种亚型，p受体则可分为 p，、p：和 p，受体三种亚型。所有的肾上腺素能受体都属
于 G蛋白耦联受体。
肾上腺素能受体广泛分布于中枢和周围神经系统。分布有肾上腺素能受体的神经元称为
肾上腺素敏感神经元(adrenoceptive neui’on)。中枢去甲肾上腺素能神经元的功能主要涉及
心血管活动、情绪、体温、摄食和觉醒等方面的调节；而中枢肾上腺素能神经元的功能则主
要参与心血管活动的调节。，在外周，多数交感节后纤维末梢支配的效应器细胞膜上都有肾
上腺素能受体，但不一定两种受体都有，有的仅有仅受体，有的仅有 B受体，也有的兼有
两种受体。例如，心肌主要存在 p受体；血管平滑肌则有 d和 p两种受体，但皮肤、肾、胃
肠的血管平滑肌以 d受体为主，而骨骼肌和肝脏的血管则以 B受体为主。NE对 d受体的作
用较强，而对 B受体的作用则较弱。一般而言，NE与仅受体(主要是仅，受体)结合所产生
的平滑肌效应主要是兴奋性的，包括血管、子宫、虹膜辐射状肌等的收缩，但也有抑制性的，
如小肠舒张；NE与 p受体(主要是 B：受体)结合所产生的平滑肌效应是抑制性的，包括血
管、子宫、小肠、支气管等的舒张，但与心肌 B，受体结合产生的效应却是兴奋性的。艮受
体主要分布于脂肪组织，与脂肪分解有关。
酚妥拉明(phentolamine)能阻断 d受体，包括 a。和仪：受体，但主要是 d，受体。哌唑
嗪(prazosin)和育亨宾(yohimbine)可分别选择性阻断 0【，和 0【：受体。由于 0【：受体多
为突触前受体，故临床上用 dz 受体激动剂氯压啶(ctonidine)可治疗高血压。普萘洛尔
(propranol01)能阻断 B受体，但对 B，和 B：受体无选择性。阿替洛尔(atenol01)和美托洛尔
(metoprol01)主要阻断 p，受体，而丁氧胺(t~utoxamine)则主要阻断 p：受体。临床上治疗心
绞痛伴有肺通气不畅的患者时，应选用选择性 B，受体拮抗剂，而不能选用非选择性拮抗剂。
(3)多巴胺及其受体：多巴胺(dopamine，DA)也属于儿茶酚胺类。DA系统主要存在于中
枢神经系统，包括黑质一纹状体系统、中脑边缘系统和结节一漏斗三个部分。脑内的 DA主
要由中脑黑质产生，沿黑质一纹状体投射系统分布，储存于纹状体，其中以尾核的含量最高。
已发现并克隆出 D，~Ds五种受体亚型，它们都是 G蛋白耦联受体。中枢多巴胺系统主要
参与对躯体运动、精神情绪活动 i垂体内分泌功能以及心血管活动等的调节。
(4)5一羟色胺及其受体：5一羟色胺(serotonl‘n或 5一 hydroxytryptam~’ne，5一 HTy
系统主要存在于中枢。5一 HT能神经元胞体主要集中于低位脑干的中缝核内。其纤维投射
分上行部分、下行部分和支配低位脑干部分。、，上行部分的神经元位于中缝核上部(此处 5
一 HT含量最多)，纤维投射到纹状体、丘脑、下丘脑、边缘前脑和大脑皮层；下行部分的
神经元位于中缝核下部，纤维下达脊髓后角、侧角和前角；支配低位脑干部分的纤维则分布
于低位脑干内部。
5一羟色胺受体多而复杂，已知有 5一 HT，～5～HT，七种受体。5一}tT，受体又可分
出 5。HTl^、5一 HTlB、5一 HTlD、5一 HTlE、一 5一 HTlF五种亚型，在 5一 HT2受体
中可分出 5一 HT扒 5一 HT扭和 5一 HTz(以前称为 5一 HT，c)三种亚型，在 5一 HT；受
体中也可分出 5一 HT；。和 5一 HT躅两种亚型。5一 HT，受体是离子通道型受体，其余
大多数是 G蛋白耦联受体。此外，部分 5一 HT，一受体是突触前受体。5一 HT在中枢神
经系统的功能主要是调节痛觉与镇痛、精神情绪、睡眠、体温、性行为、垂体内分泌、心血
管调节和躯体运动等功能活动。
(5)组胺及其受体：组胺(】aistamine)系统和其他单胺能系统一样，中枢组胺能神经元胞
体分布的区域非常局限，集中在下丘脑后部的结节乳头核内；其纤维投射却相当广泛，几乎
到达中枢神经系统的所有部位。组胺系统有 H。、H：和 H。三种受体，广泛存在于中枢和
周围神经系统。多数 H，受体为突触前受体，通过 G蛋白介导抑制组胺或其他递质盼释放。
组胺与 H，受体结合后能激活磷脂酶 c，而与 H：受体结合后则能提高细胞内 cAM}’浓度。
中枢组胺系统可能与觉醒、性行为、腺垂体激素的分泌、血压、饮水和痛觉等调节有关。
(6)氨基酸类递质及其受体
1)兴奋性氨基酸：主要包括谷氨酸和门冬氨酸。谷氨酸(glutamic acid或 glutamate，Glu)
是脑和脊髓内主要的兴奋性递质，在大脑皮层和脊髓背侧部分含量相对较高；门冬氨酸
(aspartic acid或 aspartare，Asp)则多见于视皮层的锥体细胞和多棘星状细胞。
谷氨酸受体可分为促离子型受体 (ionotropic receptor)和促代谢型受体 (．
metabotropicreceptor’)两种类型。前者通常可再分为海人藻酸(kainic acid或 kainate，KA)
受体、AM’PA(仪一 amino一 3一 hya,-oxy一 5一 methyl一 4一 isoxazoleproprionate)受体
和 NMDA(N—methyl—D—asparrate)受体三种类型。目前已有多种亚型被鉴定，已知 KA．
有五种、。AMPA有四种，而 NMDA则有六种。KA和 AMPA受体过去合称为非 NMDA受
体，它们对谷氨酸的反应较快，其耦联通道的电导较低，尤其是 KA受体。I@受体激活时
主要对．Na’和 K’通透；AMPA受体激活时，有的仅对。Na‘通透，有的还允许 Ca。’
通透。NMDA受体对谷氨酸的反应较慢，其耦联通道的电导相对较高，激活时对 Na’、K’、
Ca。’都通透。此外，NMDA受体还具有以下特点：④膜外侧存在与甘氨酸结合的位点，甘
氨酸与之结合不仅为谷氨酸产生兴奋效应所必需，而且能增加其耦联通道的开放频率；②通
道内存在与M矿结合的位点，M矿与之结合后可阻塞通道，这一作用是电压依赖的，随细
胞膜超极化程度的增高而增高；只有当膜去极化达到一定水平时，Mg2+从通道移出，通道
才开放(见前文 Schaffer’侧支 LTP)；⑧通道还可与某些药物(苯环立啶、氯胺酮等)结合而发
生变构，降低对 Na’、K’、caz’等的通透性。N_MI)A受体广泛分布于中枢神经系统，谷
氨酸的大多数靶神经元上常同时存在 NMDA和 AMPA受体。KA和 AMPA受体除分布于神
经元外，还见于胶质细胞；而 NMDA受体仅存在于神经元上。促代谢型受体已有 11种亚型
被鉴定。促代谢型受体也广泛分布于脑内，在突触前和突触后均有分布，可能参与突触的可
塑性。敲除 1型促代谢型受体(mGluRl)基因，可严重损害运动协调和空间认知的能力。但
NMDA受体或 znGh】R受体过度激活可造成 Ca'。’大量内流或细胞内储存 Ca。’的释放而
引起神经元死亡。目前关于门冬氨酸的资料还较少。
2)抑制性氨基酸：主要包括 v一氨基丁酸和甘氨酸。y一氨基丁酸(Y—aminobutyricacid，
GABA)是脑内主要的抑制性递质，在大脑皮层浅层和小脑皮层浦肯野细胞层含量较高，也
存在于纹状体及其投射纤维中。甘氨酸(出 cine，Gly)则主要分布于脊髓和脑干中。
GA—BA受体可分出 GABA^、GABA。和 GABAc三种受体亚型。GABA。和 GABAn
受体广泛分布于中枢神经系统，而 GABA。受体则主要存在于视网膜和视觉通路中。GABA。
和 GABA。受体均属于促离子型受体，其耦联通道都是氯通道，激活时增加 cl-内流；不同
的是两者的亚单位组成不同，前者较复杂，后者则较简单。与 GABA。受体相比，GABA。
受体对 GABA的敏感性较高，激活时通道开放较缓慢而持久，且不易脱敏。GABAI，受体
属于促代谢型受体，在突触前和突触后均有分布。突触前 GABA8．受体激活后，可通过相
耦联的 G蛋白增加 K’外流，减少 caz+内流而使递质释放减少；突触后 GABAB受体激活
后，则可通过 G蛋白抑制腺苷酸环化酶，激活钾通道，增加 K’外流。在突触后，无论是
Cl一内流增加(通过激活 GABA一和 GABAc受体)还是 K’外流增加(通过激活 GABA。受
体)，都能引起突触后膜超极化而产生 IPSP。
甘氨酸受体是一种促离子型受体，其耦联通道也是氯通道，通道开放时允许 Cl一和其
他单价阴离子进入膜内，引起突触后膜超极化，即产生 IPSPo甘氨酸受体可被一种生物碱士
的宁(strychnine)阻断。此外，甘氨酸可结合于 NMDA受体而产生兴奋效应，且为谷氨酸兴
奋 NMDA受体所必需(见前文)。
(7)神经肽及其受体：神经肽(neuropeptide)是指分布于神经系统起递质或调质作用的肽类
物质。它们主要有以下几类。
1)速激肽：哺乳动物的速激肽(tachykinin)包括 P物质(substance P)、神经激肽 A、神经
肽 K、神经肽仪、神经激肽 A(3—10)和神经激肽 B六个成员。已克隆出三种神经激肽受体，
即 NK一 1、NK一 2和 NK一 3受体，分别对 P物质、神经肽 K和神经激肽 B敏感。它们
都是 G蛋白耦联受体，激活后均可通过活化磷脂酶 c而增加 IP3和 DG。P物质在脊髓初级
传入纤维中含量丰富，很可能是慢痛传人通路中第一级突触的调质；在黑质一纹状体通路中
P物质的浓度也很高，其含量与多巴胺成正比；而在下丘脑可能起神经内分泌调节作用。在
外周，P物质可引起肠平滑肌收缩，血管舒张和血压下降等效应。
2)阿片肽：目前已被鉴定有活性的阿片肽(opioid peptide)有 20多个，其中最主要的是 p
一内啡肽(p—endorphin)、，脑啡肽(enkephalin)和强啡肽(dynorphin)三类。B一内啡肽主要分
布于腺垂体、下丘脑、杏仁核、丘脑、脑干和脊髓等处，在缓解机体应激反应中具有重要作
用。脑啡肽主要有甲硫脑啡肽和亮脑啡肽两种。脑啡肽在脑内分布广泛，在纹状体、下丘脑、
苍白球、杏仁核、’延髓和脊髓中浓度较高。强啡肽在脑内的分布与脑啡肽有较多重叠，但
其浓度低于脑啡肽。已确定的阿片受体有¨、K和 8受体，均为 G蛋白耦联受体，均可降
低 cAMp水平。激活斗受体可增加 K’电导，引起中枢神经元超极化；激活 K和 6受体则
可导致钙通道关闭。近年来又相继发现与多种阿片受体亲和力很低的孤儿受体(orphan
receptor)及其内源性配体孤啡肽 (orphanin)，以及斗受体真正的自然配体内吗啡肽
(endorrlofphin)。阿片肽的生理作用极为广泛，在调节感觉(主要是痛觉)、运动、内脏活动、
免疫、内分泌、体温、摄食行为等方面都有重要作用。由于各种阿片肽对不同受体的作用相
互重叠，且亲和力高低不等，因此分布在神经系统各处的阿片肽及其受体的作用十分复杂。
3)下丘脑调节肽和神经垂体肽：下丘脑调节腺垂体功能的肽类激素称为下丘脑调节肽
(hypothalamic regulatory peptides，HRP)。其中大部分激素及其受体也存在于下丘脑以外的脑
区和周围神经系统，提示它们可能是神经递质。例如，生长抑素存在于许多脑区。并以递质
的形式释放，参与调节感觉传人、运动和智能活动等。．已发现 ssTRl一 ssTR5五种生长抑
素受体，它们都是 G蛋白耦联受体，都通过降低 cAMP水平而引起不同的生理效应。其中
ssTR2受体可能介导智能活动和抑制生长激素的分泌，而 ssTR5受体则可能参与抑制胰岛素
的分泌。促肾上腺皮质激素释放激素(cRH)也存在于大脑皮层、橄榄一小脑通路等处，其受
体的分布与其通路的纤维投射相一致。含促甲状腺激素释放激素(TRH)的神经末梢分布在脊
髓前角运动神经周围；TRH在海马、大脑皮层和视网膜中的含量也很高。
此外，室旁核含有缩宫素和血管升压素的神经元发出的轴突向脑干和脊髓投射，具有调节交
感和副交感神经活动的作用，并能抑制痛觉。
4)脑一肠肽：脑一肠肽(brain—gut peptide)是指在胃肠道和脑内双重分布的肽类物质，主要有
缩胆囊素(ccK)、血管活性肠肽(VIp)、胃泌素、神经降压素(n。u～rotensin)、甘丙肽(g：alanin)、
胃泌素释放肽等。脑内的 ccK前体经加工后产生长短不一的 ccK活性片段，以 ccK一 8(八
肽)为主。(2CK一 8主要分布于大脑皮层、纹状体、杏仁核、下丘脑和中脑等处。脑内有两
种 ccK受体，即 ccK—A和 ccK—B受体，以 CCK—B受体为主。CCK一 8可作用于两种
ccK受体，而 ccK一 4仅作用于(；CK—B受体。两种受体均为 G蛋白耦联受体，它们与 ccK
神经元的分布基本一致。ccK在脑内具有抑制摄食行为等多种作用。
5)其他神经肽：神经系统中还发现多种其他肽类物质由神经元释放，参与神经系统的调节活
动，如降钙素基因相关肽、神经肽 Y(neuropeptide Y，NPY)、血管紧张素Ⅱ、心房钠尿肽、
内皮素、肾上腺髓质素、尾加压素Ⅱ等。
(8)嘌呤类递质及其受体：嘌呤类递质主要有腺苷(adenosine)和．ATP。腺苷是一种抑制
性中枢调质。茶和咖啡对中枢的兴奋效应是通过茶碱和咖啡因抑制腺苷的作用而产生的。腺
苷也能引起心脏的血管舒张。ATP在体内也具有广泛的受体介导效应，如自主神经系统的快
速突触反应和缰核的快反应。嘌呤能受体可分为腺苷(P1)受体和嘌呤核苷酸(P2)受体两类。
前者以腺苷为自然配体，后者则以 ATp为自然配体。p1受体在中枢和周围神经系统均有分
布，有 A。、A：和 A，三种类型，其中 A：受体可再分为 A丛和 Am两种亚型，它们均为
G蛋白耦联受体。A1和 A。受体激活后降低 cAMP水平，而 A。和 As受体激活后却增高
cAMP水平。P2受体主要存在于周围神经系统，主要有 P2Y、P2u、P2X、P2Z四种类型，
其中 P2X可再分为 P2X1～P2X3三种亚型。P2Y和 P2I．J受体是 G蛋白耦联受体，通过激
活磷脂酶 c，增加 IP3的生成，使胞质内 Ca。’浓度增加而产生效应；P2X和 P2Z受体则为
化学门控通道。P2X。和 P2X：受体也存在于脊髓后角，表明 AT’P在感觉传人中起作用。
此外，ADP能激活 P2T’受体，该受体可能是一种离子通道。嘌呤能受体也见于胶质细胞。
(9)气体类递质
1)一氧化氮：一氧化氮(nitric oxide，NO)与经典的递质不同，NO不储存于突触囊泡内，
不以出胞的形式释放，也不与靶细胞膜上的特异性受体结合。它以扩散的方式达到邻近的靶
细胞，直接结合并激活一种可溶性鸟苷酸环化酶，使胞质内 cGMP水平升高，引起一系列
生物学效应。NO广泛分布于脑内，海马内某些神经元释放的 NC)可逆向作用于突触前神经
元，使突触前末梢释放递质增加，因而在 LTP的形成中起重要作用。
2)一氧化碳：一氧化碳(carbon monoxide，CO)也是一种气体分子。CO的作用与 NO相
似，也通过激活鸟苷酸环化酶而发挥其生物学效应。
(10)其他可能的递质：前列腺素(prostadandin，PG)也存在于神经系统中。有报道称神经
元膜上可能存在 12次跨膜的前列腺素转运体。此外，糖皮质激素和一些性激素可影响脑的
功能，故称之为神经活性类固醇(neuroactive stel?oid)。脑内神经元存在多种性激素和糖皮质
激素受体，但大多数类固醇对脑功能的调节仍有待进一步研究 o．反射活动的基本规律
反射是神经活动的基本方式，反射和反射弧的概念已在绪论中述及，以下主要讨论反．
射活动的一些基本规律。
(一)反射的分类
俄国生理学家 Pavlov将人和高等动物的反射分为非条件反射和条件反射两类。非条件
反射(uncondifoned reflex)是指生来就有、数量有限、形式较固定和较低级的反射活动，包括
防御反射、食物反射、性反射等。非条件反射是人和动物在长期的种系发展中形成的。它的
建立可无需大脑皮层的参与，通过皮层下各级中枢即可形成。它使人和动物能够初步适应环
境，对个体生存和种系生存具有重要意义。条件反射(conditioned reflex)是指通过后天学习和
训练而形成的反射。它是反射活动的高级形式，是人和动物在个体生活过程中按照所处的生
活环境，在非条件反射的基础上不断建立起来的，其数量无限，可以建立，也可消退。在高
等动物形成条件反射的主要中枢部位是大脑皮层。条件反射比非条件反射具有更完善的适应
性。
(二 J反射的中枢控制
反射的基本过程是信息经感受器、传入神经、中枢、传出神经和效应器五个反射弧环节
顺序传递的过程(见绪论)。中枢是反射弧中最为复杂的部位。不同的反射，其中枢的范围可
相差很大。在传入神经元和传出神经元之间，即在中枢只经过一次突触传递的反射，称为单
突触反射(monosynaptic reflex)。这是最简单的反射，体内唯一的单突触反射是腱反射(见后
文)。在中枢经过多次突触传递的反射，则称为多突触反射(polysynapticreflex)。人和高等动
物体内的大部分反射都属于多突触反射。需指出的是，在整体情况下，无论是简单的还是复
杂的反射，传人冲动进入脊髓或脑干后，除在同一水平与传出部分发生联系并发出传出冲动
外，还有上行冲动传到更高级的中枢部位进一步整合，后者再发出下行冲动来调整反射的传
出冲动。因此，进行反射时，既有初级水平的整合活动，也有较高级水平的整合活动，在通
过多级水平的整合后，反射活动将更具有复杂性和适应性。
(三)中枢神经元的联系方式
中枢神经元的数量十分巨大，尤以中间神经元为最多。在多突触反射中，中枢神经元相
互连接成网，神经元之间存在多种多样的联系方式，但归纳起来主要有以下几种。
1．单线式联系 单线式联系(sin西 e line connection)是指一个突触前神经元仅与一个突
触后神经元发生突触联系(图 10一 10A．)。例如，视网膜中央凹处的一个视锥细胞通常只
与一个双极细胞形成突触联系，而该双极细胞也只与一个神经节细胞形成突触联系，这种联
系方式可使视锥系统具有较高的分辨能力。其实，真正的单线式联系很少见，会聚程度较低
的突触联系通常被视为单线式联系。
2．辐散和聚合式联系 辐散式联系(divergent connection)是指一个神经元可通过其轴突
末梢分支与多个神经元形成突触联系(图 10一 10]3)，从而使与之相联的许多神经元同时兴
奋或抑制。这种联系方式在传人通路中较多见。聚合式联系(conver．一 gent connection)是指
一个神经元可接受来自许多神经元的轴突末梢而建立突触联系(图 10—10C)，因而有可能使
来源于不同神经元的兴奋和抑制在同一神经元上发生整合，导致后者兴奋或抑制。这种联系
方式在传出通路中较为多见。
在脊髓，传人神经元的纤维进入中枢后，既有分支与本节段脊髓的中间神经元及传出神
经元发生联系，又有上升与下降的分支，它们再发出侧支在各节段脊髓与中间神经元发生突
触联系。因此，在传入神经元与其他神经元发生突触联系中主要表现为辐散式联系；而传出
神经元，如脊髓前角运动神经元接受不同轴突来源的突触联系，主要表现为聚合式联系。
3．链锁式和环式联系 在中间神经元之间，由于辐散与聚合式联系同时存在而形成链锁
式联系(chain connection) (图 10—10D)或环式联系(recurrent connec~on) (图 10一 10E)。神经
冲动通过链锁式联系，在空间上可扩大其作用范围；兴奋冲动通过环式联系，可因负反馈而
使活动及时终止，或因正反馈而使兴奋增强和延续。在环式联系中，即使最初的刺激已经停
止，传出通路上冲动发放仍能继续一段时间，这种现象称为后发放或后放电(aftei’discharge)。
后发放现象也可见于各种神经反馈活动中。
(四)局部回路神经元和局部神经元回路
在中枢神经系统中，存在大量的短轴突和无轴突的神经元。这些短轴突和无轴突的神经
元与长轴突的投射性神经元不同，它们并不投射到远隔部位，其轴突和树突仅在某一中枢部
位内部起联系作用。这些神经元称为局部回路神经元(10cal circuit neurons)．。局部回路神经
元数量极大，广泛存在于神经系统各个部位，如脊髓的中间神经元、丘脑的无轴突神经元、
小脑皮层的星状细胞、篮状细胞、海马的篮状细胞、视网膜的水平细胞、嗅球的颗粒细胞等。
从进化的角度看，动物越高等，局部回路神经元的数量就越多，它们的突起也越发达。人类
的局部回路神经元与投射性神经元之比约为 3：1。局部回路神经元的活动可能与高级神经
功能有密切关系，例如学习和记忆等。
由局部回路神经元及其突起构成的神经元间相互作用的联系通路，称为局部神经元回路
(10cal neuronal circuit)。这种回路可有三种类型：①由多个局部回路神经元构成，如小脑皮
层内的颗粒细胞、篮状细胞、星状细胞等构成的回路；②由一个局部回路神经元构成，如脊
髓闰绍细胞构成的抑制性回路；③由局部回路神经元的部分结构构成，如嗅球颗粒细胞树突
和僧帽细胞树突之间构成的交互性突触(图 10—3B)。这种突触的结构不同于前述的经典突
触，而是两树突接触处的邻近部位形成两个方向相反的树突一树突式突触．树突 a’通过其
中一个树突一树突式突触作用于树突 b’，而树突 b’又通过附近的另一个树突一树突式突触
反过来作用于树突 a’。．这样，a’≮b’两个树突通过交互性突触构成相互作用的局部神经
元回路。这种回路不需要整个神经元参与活动就能起整合作用。此外，局部回路神经元及其
突起还可两两组合或与电突触组合成串联性突触和混合性突触(图 10—3B)。
(五)中枢兴奋传播的特征
兴奋在反射弧中枢部分传播时，往往需要通过多次突触传递 o¨当兴奋通过化学性突触
传递时，由于突触结构和化学递质参与等因素的影响，其兴奋传递明显不同于神经纤维上的
冲动传导，主要表现为以下几方面的特征。
1．单向传播在反射活动中，兴奋经化学性突触传递，只能从突触前末梢传向突触后神
经元，这一现象称为单向传播(one-way conduction)。这是因为递质通常由突触前末梢释放，
受体则通常位于突触后膜。虽然近年来发现突触后神经元也能释放递质，而突触前膜上也存
在突触前受体，但其作用主要为调节递质的释放，而与兴奋传递无直接关系。化学性突触传
递的单向传播具有重要意义，它限定了神经兴奋传导所携带的信息只能沿着指定的路线运
行。电突触传递则不同，由于其结构无极性，因而兴奋可双向传播。
2．中枢延搁 兴奋经中枢传播时往往较慢，这一现象称为中枢延搁(central delay)。这是
由于化学性突触传递须经历递质释放，递质在突触间隙内扩散并与后膜受体结合，以及后膜
离子通道开放等多个环节。兴奋通过一个化学性突触通常需要 0．3~0．5ms，比在同样距离
的神经纤维上传导要慢得多。反射通路上跨越的突触数目越多，兴奋传递所需的时间越长。
兴奋通过电突触传递时则无时间延搁，因而在多个神经元的同步活动中起重要作用。
3．兴奋的总和 在反射活动中，单根神经纤维传人冲动一般不能引起传出效应；而若干
神经纤维的传人冲动同时到达同一中枢才可能产生传出效应。’因为单根纤维传人冲动引起
的 EPSP具有局部兴奋的性质，不足以引发外传性动作电位。但若干传人纤维引起的多个
EPSP可发生空间性总和与时间性总和，如果总和达到阈电位即可爆发动作电位；如果总和
未到达阈电位，此时突触后神经元虽未出现兴奋，但膜电位与阈电位水平之间的差距缩小，
此时只需接受较小刺激使之进一步去极化，便能达到阈电位，因此表现为易化(f~cilitation)。
4．兴奋节律的改变如果测定某一反射弧的传人神经(突触前神经元)和传出神经(突触后神经
元)在兴奋传递过程中的放电频率，两者往往不同。这是因为突触后神经元常同时接受多个
突触传递，且其自身功能状态也可能不同，因此最后传出冲动的频率取决于各种影响因素的
综合效应。
5．后发放 如前所述，后发放可发生在兴奋通过环式联系的反射通路中。此外，也见于
各种神经反馈活动中，例如，当随意运动发动后，中枢将不断收到由肌梭返回的关于肌肉运
动的反馈信息，用以纠正和维持原先的反射活动。
6．对内环境变化敏感和易疲劳 由于突触间隙与细胞外液相通，因而内环境理化因素的
变化，如缺氧、CO：过多、麻醉剂以及某些药物等均可影响化学性突触传递。另外，用高
频电脉冲连续刺激突触前神经元，突触后神经元的放电频率将逐渐降低；而用同样的刺激施
加于神经纤维，则神经纤维的放电频率在较长时间内不会降低。说明突触传递相对容易发生
疲劳，其原因可能与神经递质的耗竭有关。
c六)中枢抑制和中枢易化
在任何反射活动中，中枢总是既有兴奋又有抑制。兴奋和抑制在时间和空间上的多重复
杂组合是中枢神经系统具有各种调节功能的重要基础。中枢抑制(central inhibition)和中枢易
化(central facilitation)均为主动过程，且都可发生于突触前和突触后。
1．突触后抑制 突触后抑制(postsynaptic inhibition)都由抑制性中间神经元释放抑制性递
质，使突触后神经元产生 IPSP而引起。突触后抑制有以下两种形式。
(1)传人侧支性抑制：传人纤维进入中枢后，一方面通过突触联系兴奋一个中枢神经元；
另一方面通过侧支兴奋一个抑制性中间神经元，通过后者的活动再抑制另一个中枢神经元，
这种抑制称为传入侧支性抑制(afferent collateral inhibition)或交互抑制(reciprocal：inhibition)。
例如，伸肌肌梭的传人纤维进入脊髓后，直接兴奋伸肌运动神经元，同时发出侧支兴奋一个
抑制性中间神经元，转而抑制屈肌运动神经元(图 10—11左半)，导致伸肌收缩而屈肌舒张。
这种抑制能使不同中枢之间的活动协调起来。
(2)回返性抑制：中枢神经元兴奋时，传出冲动沿轴突外传，同时又经轴突侧支兴奋一
个抑制性中间神经元，后者释放抑制性递质，反过来抑制原先发生兴奋的神经元及同一中枢
的其他神经元，这种抑制称为回返性抑制(recurrent inhibition)。例如，脊髓前角运动神经元
的传出冲动沿轴突到达骨骼肌发动运动，同时，冲动经轴突发出的侧支兴奋与之构成突触的
闰绍细胞；后者兴奋时释放甘氨酸，回返性抑制原先发动运动的神经元和其他同类神经元(图
10—11右半)。其意义在于及时终止运动神经元的活动，或使同一中枢内许多神经元的活动
同步化。
2．突触前抑制 突触前抑制(presynaptic inhibition)在中枢内广泛存在，尤其多见于感觉
传人通路中，对调节感觉传人活动具有重要意义。如图 10—12所示，轴突末梢 A与运动神
经元构成轴突一胞体式突触；轴突末梢 B与末梢 A构成轴突一轴突式突触，但与运动神经
元不直接形成突触。若仅兴奋末梢 A，则引起运动神经元产生一定大小的 EPSP；若仅兴奋
末梢 B，则运动神经元不发生反应。若末梢 B先兴奋，一定时间后末梢 A兴奋，则运动神
经元产生的 EPSP将明显减小。目前认为有三种可能的机制：①末梢 B兴奋时，释放 GABA
作用于末梢 A上的 GABAA受体，引起末梢 A的 cl一电导增加，膜发生去极化，使传到末
梢 A的动作电位幅度变小，时程缩短，结果使进入末梢 A的 Caz’减少，由此而使递质的
释放量减少，最终导致运动神经元的 EPSP减小。②在某些轴突末梢(也如图中的末梢 A)上
还存在 GABA。受体，该受体激活时，通过耦联的 G蛋白，使膜上的钾通道开放，引起 K’
外流，使膜复极化加快，同时也减少末梢的 Ca。’内流而产生抑制效应。也可能有别的递质
通过 G蛋白影响钙通道和电压门控钾通道的功能而介导突触前抑制。③在兴奋性末梢(也如
图中的末梢 A)，通过激活某些促代谢型受体，直接抑制递质释放，而与 Car’内流无关，这
可能与递质释放过程中的一个或多个步骤对末梢轴浆内 Ca。’增多的敏感性降低有关。
如前所述，某些神经元(尤其是大脑皮层神经元)的 GABA．A受体激活时，可使突触后
膜发生超极化；而在突触前抑制中，GABA作用于上述末梢 A上的 GABA。受体时，末梢
膜却发生去极化。近年来的研究表明，在大多数细胞，如感觉神经元、交感神经节细胞、内
皮细胞、白细胞、平滑肌和心肌细胞等，细胞内 c1一的浓度较 Net'nst方程式计算出来的数
值为高，换言之，Cl一的平衡电位(Ea)较细胞的静息膜电位(Em)为小(指其绝对值)，提示
Cr的跨膜转运，除被动转运外，还存在主动转运。尽管迄今为止尚未在任何细胞中发现 c1
一的原发性主动转运系统，但已证实上述细胞的膜上存在多种 Cr的继发性主动转运系统，
如 Na’一 K’一 2C1一同向转运体、cl一一}{CO_3交换体等，这些转运体和交换体具有
向细胞内转运 Cl_的作用，因而可造成细胞内 C1一的蓄积。在静息状态下，由于 C1一并非
处于电化学平衡状态，而是受到一个由膜内流向膜外的驱动力，因此，一旦氯通道开放，将
产生 c1一外流(内向电流)而发生膜的去极化。但是，”有些神经元(如大脑皮层和前庭外侧核
的神经元)细胞内的 a一浓度较 Nemst方程式计算出来的数值为低，换言之，E。，较 E。为
大(指其绝对值)。这是因为在这些神经元膜上有一种 K’一 Cl一同向转运体的亚型，后者
可利用膜内外 K’的浓度梯度而促进 C1一外排。当氨通道受 GABA、甘氨酸等递质的作用
而激活开放时，则产生 Cl_内流(外向电流)而使膜发生超极化，从而形成抑制性突触后电位。
3．突触后易化 突触后易化(postsynaptic facilitation)表现为：EPSP的总和。由于突触后
膜的去极化，使膜电位靠近阈电位水平，如果在此基础上再出现一个刺激，就较容易达到阈
电位水平而爆发动作电位。
4．突触前易化 突触前易化(presynaptic facmtation)与突触前抑制具有同样的结构基础。
在图 10—12中，如果到达末梢 A的动作电位时程延长，则钙通道开放时间延长，因此进入
末梢 A的 Ca抖量增多，末梢 A释放递质增多，最终使感觉神经元的 EPSP增大，即产生突
触前易化。至于末梢 A的动作电位时程延长，可能是由于轴突一轴突式突触末梢释放某种
递质(如 5一羟色胺)，引起细胞内 cA。MP水平升高，使钾通道发生磷酸化而关闭，从而延
缓动作电位的复极化过程。‘
第二节神经系统的感觉分析功能
体内、外各种刺激，首先由感受器感受，然后被转换成传入神经上的神经冲动，并通过特定
的神经通路传向特定的中枢加以分析。’因此，各种感觉都是由专门的感受器 j特定的传人
神经及中枢的特定部位共同活动而完成的。中枢对躯体感觉的分析
(一)感觉传入通路
躯体感觉的传人通路一般由三级神经元接替。初级传人神经元的胞体位于后根神经节或脑神
经节中，其周围突与感受器相连，中枢突进人脊髓和脑干后发出两类分支，一类在不同水平
直接或间接通过中间神经元与运动神经元相连而构成反射弧，完成各种反射，另一类经多级
神经元接替后向大脑皮层投射而形成感觉传人通路，产生各种不同感觉。
1_丘脑前的传入系统深感觉的传人纤维进入脊髓后沿后索上行，在延髓下部的薄束核和楔束
核更换神经元(简称换元)，换元后的第二级神经元发出纤维交叉至对侧组成内侧丘系，后者
抵达丘脑的特异感觉接替核后外侧腹核，此处存在第三级神经元。这条通路称为后索一内侧
丘系传人系统。精细触一压觉的传人纤维也走行于该系统中。浅感觉的传人纤维进入脊髓后
在后角换元，第二级神经元发出纤维经白质前连合交叉至对侧，在脊髓前外侧部上行，形成
前外侧索传入系统。其中，传导痛觉和温度觉的纤维走行于外侧而形成脊髓丘脑侧束；传导
粗略触一压觉的纤维大部分交叉至对侧腹侧，小部分不交叉，形成脊髓丘脑前束。前外侧索
传人系统中部分纤维终止于丘脑的特异感觉接替核(图 10—13A)，也有一部分纤维投射到丘
脑中线区和髓板内的非特异投射核。
后索的上行纤维有侧支进入后角，这些侧支可调节皮肤感觉(包括痛觉)的传人冲动。有人将
后角视为“闸门” (gate)，感觉传人冲动在此可发生突触前抑制或突触前易化(后者是产生
痛觉过敏的机制之一)；此闸门也受高位脑下行冲动的影响。
由于传导痛觉、温度觉和粗略触一压觉的纤维先交叉后上行，而本体感觉和精细触一压
觉的纤维则先上行后交叉，所以在脊髓半离断的情况下，离断水平以下的痛觉、温度觉和粗
略触一压觉的障碍发生在健侧(离断的对侧)，而本体感觉和精细触一压觉障碍则发生在病侧
(离断的同侧)。在脊髓空洞症患者，如果较局限地破坏中央管前交叉的感觉传导路径，可出
现痛觉、温度觉和粗略触一压觉障碍的分离现象，即出现相应节段双侧皮节的痛觉和温度觉
障碍，而粗略触一压觉基本不受影响。这是因为痛觉、温度觉传人纤维进入脊髓后，仅在进
入水平的 1—2个节段内换元并经前连合交叉到对侧，而粗略触一压觉传入纤维进入脊髓后
则分成上行和下行纤维，可在多个节段内分别换元再交叉到对侧。
此外，上述两个传人系统内的上行纤维都有一定的空间分布。在前外侧索，从内向外依
次为来自颈、胸、腰、骶区域的轴突；在后索，从内到外则依次为来自骶、腰、胸、颈部位
的纤维(图 10—13B)。所以，如果脊髓外的肿瘤压迫脊髓丘脑束，首先受压的是来自骶、腰
部的纤维，病变早期可出现骶部或腰部痛觉和温度觉的缺失；如果肿瘤位于脊髓内，则首先
缺失的感觉是来自颈部或胸部的浅感觉。
来自头面部的痛觉和温度觉冲动主要由三叉神经脊束核中继，而触一压觉与本体感觉则
主要由三叉神经主核和中脑核中继。自三叉主核和脊束核发出的二级纤维越至对侧组成三叉
丘系，与脊髓丘脑束毗邻上行，终止于丘脑后内侧腹核。
2。丘脑的核团 丘脑是除嗅觉外的各种感觉传人通路的重要中继站，并能对感觉传人进
行初步的分析和综合。丘脑的核团或细胞群可分为以下三大类。
(1)第一类细胞群：这类细胞群称为特异感觉接替核(specific sensory relay nucleus)。它们
接受第二级感觉投射纤维，换元后投射到大脑皮层感觉区。其中后腹核是躯体感觉的中继站，
来自躯体不同部位的纤维在后腹核内换元，其空间分布有一定的规律，后外侧腹核接受来自
躯干四肢的传人纤维，来自足部的纤维在后外侧腹核的最外侧部换元，来自上肢的纤维在后
外侧腹核的内侧部换元；后内侧腹核接受来自头面部的传人纤维。。此外，内侧膝状体和外
侧膝状体也归入此类，它们分别是听觉和视觉传导通路的换元站，发出的纤维分别向听皮层
和视皮层投射。
(2)第二类细胞群：这类细胞群称为联络核(associated nucleus)，它们接受来自特异感觉
接替核和其他皮层下中枢的纤维，换元后投射到大脑皮层的特定区域，其功能与各种感觉在
丘脑和大脑皮层的联系协调有关。在这类核团中，丘脑前核接受来自下丘脑乳头体的纤维，
并发出纤维投射到大脑皮层扣带回，参与内脏活动的调节；丘脑外侧核主要接受来自小脑、
苍白球和后腹核的纤维，而后发出纤维投射到大脑皮层运动区，参与运动调节；丘脑枕核接
受内、外侧膝状体的纤维，再发出纤维投射到皮层顶叶、枕叶和颞叶联络区，参与各种感觉
的联系功能。此外，丘脑还有些细胞群发出的纤维投射到下丘脑、皮层前额叶和眶区或顶叶
后部联络区。
、(3)第三类细胞群：这类细胞群称为非特异投射核(nonspecific projection nucleus)，是指靠近
中线的所谓内髓板内各种结构，主要是髓板内核群，包括中央中核、束旁核、中央外侧核等。
这些细胞群通过多突触换元接替弥散地投射到整个大脑皮层，具有维持和改变大脑皮层兴奋
状态的作用。，此外，束旁核可能与痛觉传导有关，刺激人类丘脑束旁核可加重痛觉，而毁
损此区则疼痛得到缓解。
3．感觉投射系统 根据丘脑各部分向大脑皮层投射特征的不同，可把感觉投射系统
(sensory projection system)分为以下两个不同系统。
(1)特异投射系统：‘丘脑特异感觉接替核及其投射至大脑皮层的神经通路称为特异投射
系统(specific pro．jection system)。它们投向大脑皮层的特定区域，‘具有点对点的投射关系。
投射纤维主要终止于皮层的第四层，形成丝球结构，与该层内神经元构成突触联系，引起特
定感觉。另外，这些投射纤维还通过若干中间神经元接替，与大锥体细胞构成突触联系，从
而激发大脑皮层发出传出冲动。联络核在结构上大部分也与大脑皮层有特定的投射关系，因
此也归人该系统。
(2)非特异投射系统：丘脑非特异投射核及其投射至大脑皮层的神经通路称为非特异投
射系统(nonspecific projiection system)。一方面，该系统经多次换元并弥散性投射到大脑皮层
的广泛区域，因而与皮层不具有点对点的投射关系；另一方面，。它们通过脑干网状结构，
间接接受来自感觉传导道第二级神经元侧支的纤维投射，而网状结构是一个反复换元的部
位。由于该系统没有专一的感觉传导功能，因而不能引起各种特定感觉。该系统的上行纤维
进入皮层后分布于各层内，以游离末梢的形式与皮层神经元的树突构成突触联系，起维持和
改变大脑皮层兴奋状态的作用。
【二)大脑皮层的感觉代表区
从丘脑后腹核携带的躯体感觉信息经特异投射系统投射到大脑皮层的特定区域，该区域
称为躯体感觉代表区(somatic sensory area)，主要包括体表感觉区和本体感觉区。
1。体表感觉代表区 有第一和第二两个感觉区，其中第一感觉区更重要。
(1)第一感觉区：位于中央后回，相当于 Brodmann分区的 3—1—2区。其感觉投射规律
为：①躯干四肢部分的感觉为交叉性投射，即躯体一侧的传人冲动向对侧皮层投射，但头面
部感觉的投射是双侧性的；②投射区域的大小与感觉分辨精细程度有关，分辨愈精细的部位，
代表区愈大，如手，尤其是拇指和示指的代表区面积很大，相反，躯干的代表区则很小；⑧
投射区域具有一定的分野，下肢的代表区在中央后回的顶部，膝以下的代表区在半球内侧面，
上肢的代表区在中央后回的中间，而头面部则在中央后回的底部，总体安排是倒置的，但在
头面部的代表区内部，其安排却是正立的。
各类感觉传人的投射也有一定的规律。中央后回从前到后依次接受来自肌肉牵张感觉
(中央沟底部前壁的 3a区)、慢适应感觉(3区)、快适应感觉(1区)以及关节、骨膜、筋膜等感
觉(2区)的投射。
中央后回皮层的细胞呈纵向柱状排列，从而构成感觉皮层最基本的功能单位，称为感觉
柱(sensory column)。同一个柱内的神经元对同一感受野的同一类感觉刺激起反应，是一个传
人一传出信息整合处理单位。一个细胞柱兴奋时，其相邻细胞柱则受抑制，形成兴奋和抑制
镶嵌模式。这种形态和功能的特点，在第二感觉区、视区、听区和运动区中也同样存在。
此外，感觉皮层具有可塑性，表现为感觉区神经元之间的广泛联系可发生较快的改变。
若截去猴的一个手指，该被截手指的皮层感觉区将被其邻近手指的代表区所占据。反过来，
若切除皮层上某手指的代表区，则该手指的感觉投射将移向此被切除的代表区的周围皮层。
如果训练猴的手指，使之具有良好的辨别振动的感觉，则该手指的皮层代表区将扩大。人类
的感觉皮层也有类似的可塑性改变。例如，盲人在接受触觉和听觉刺激时，其视皮层的代谢
活动增加；而聋人对刺激视皮层周边区域的反应比正常人更为迅速而准确。这种可塑性改变
也发生在其他感觉皮层和运动皮层。皮层的可塑性表明大脑具有较好的适应能力。
(2)．第二感觉区：位于大脑外侧沟的上壁，由中央后回底部延伸到脑岛的区域。其面
积远较第一感觉区小。在第二感觉区，头部的代表区位于和中央后回底部相连的区域，足部
的代表区则位于外侧沟上壁的最深处。身体各部分的定位不如中央后回那么完善和具体。切
除人脑第二感觉区并不产生显著的感觉障碍。此外，第二感觉区还接受痛觉传人的投射。
2．本体感觉代表区 中央前回(4区)是运动区，也是本体感觉代表区。．在猫、兔等较低
等的哺乳动物，体表感觉区与运动区基本重合在一起，称为感觉运动区(sensorimotorarea)。
在猴、猩猩等灵长类动物，体表感觉区和运动区逐渐分离，前者位于中央后回，后者位于中
央前回，但这种分化也是相对的。应该指出，运动区主要接受从小脑和基底神经节传来的反
馈投射，这可能与随意运动的形成有关(见第三节)。
(三 J躯体感觉
1．触一压觉触一压觉在内侧丘系和前外侧系两条通路中上行，只有当中枢损伤非常广
泛时，触～压觉才可能完全被阻断。这两条通路传导的触一压觉类型是不同的。经内侧丘系
传导的精细触一压觉与刺激的具体定位、空间和时间的形式等有关；该通路损伤时，振动觉
(一种节律性压觉)和肌肉本体感觉降低，触一压觉阈值升高，皮肤触一压觉敏感区数量减少，
触一压觉定位也受损。经脊髓丘脑束传导的粗略触一压觉仅有粗略定位的功能；该通路受损
时，也有触一压觉阈值升高和皮肤触一压觉敏感区数量减少的表现，但触一压觉的缺损较轻
微，触一压觉定位仍然正常。
2．本体感觉本体感觉经脊髓后索上行，大量传人冲动进入小脑，但有些冲动则经内侧
丘系和丘脑投射到大脑皮层。后索疾患时产生运动共济失调是因为本体感觉至小脑的传导受
阻。也有部分本体感觉传人冲动在脊髓前外侧系内上行。感觉皮层的许多神经元主要对运动
时的体位，而不是对静止时的体位起反应。
3．温度觉有证据表明，来自丘脑的温度觉投射纤维除到达中央后回外，还投射到同侧
的岛叶皮层，后者可能是温度觉的初级皮层。目前对丘脑和大脑皮层在温度信息加工中的具
体作用尚不清楚。
4．痛觉躯体痛包括体表痛和深部痛。
(1)体表痛：发生在体表某处的痛感称为体表痛。‘当伤害性刺激作用于皮肤时，可先后
出现两种性质不同的痛觉，即快痛和慢痛(见第九章)。．快痛主要经特异投射系统到达大脑
皮层的第一和第二感觉区；而慢痛主要投射到扣带回。此外，许多痛觉纤维经非特异投射系
统投射到大脑皮层的广泛区域。
(2)深部痛：发生在躯体深部，如骨、关节、骨膜、肌腱、韧带和肌肉等处的痛感称为
深部痛。深部痛一般表现为慢痛，其特点是定位不明确，可伴有恶心、出汗和血压改变等自
主神经反应。出现深部痛时，可反射性引起邻近骨骼肌收缩而导致局部组织缺血，而缺血又
使疼痛进一步加剧。缺血性疼痛的可能机制是肌肉收缩时局部组织释放某种致痛物质(Le研
s P因子)。当肌肉持续收缩而发生痉挛时，血流受阻而该物质在局部堆积，持续刺激痛觉感
受器，于是形成恶性循环，使痉挛进一步加重；当血供恢复后，该致痛物质被带走或被降解，
因而疼痛也得到缓解。P因子的本质尚未确定，有人认为是 K’。
二、中枢对内脏感觉的分析
(一)传入通路与皮层代表区
内脏感觉的传入神经(图 10—14)为自主神经，包括交感神经和副交感神经。它们的细胞
体主要位于脊髓胸广腰：和骶 H后根神经节，以及第Ⅶ、Ⅸ、X对脑神经节内。内脏感觉
的传入冲动进入中枢后，沿着躯体感觉的同一通路上行，即沿着脊髓丘脑束和感觉投射系统
到达大脑皮层。内脏感觉的皮层代表区混杂在体表第一感觉区中。人脑的第二感觉区和运动
辅助区(supplementary motor area)也与内脏感觉有关。此外，边缘系统皮层也接受内脏感觉
的投射。
(二}内脏感觉
内脏中有痛觉感受器，但无本体感受器，所含温度觉和触一压觉感受器也很少。因此。
内脏感觉(’visceral sensation)主要是痛觉。 ．|．内脏痛的特点 内脏痛是临床常见症状，
常由机械性牵拉、痉挛、缺血和炎症等刺激所致。内脏痛的特点是：①定位不准确，这是内
脏痛最为主要的特点，如腹痛时病人常不能说出所发生疼痛的明确位置，因为痛觉感受器在
内脏的分布要比在躯体稀疏得多；(2)发生缓慢，持续时间较长，即主要表现为慢痛，常呈
渐进性增强，但有时也可迅速转为剧烈疼痛；③中空内脏器官(如胃、肠、胆囊和胆管等)壁
上的感受器对扩张性刺激和牵拉性刺激十分敏感，而对切割、烧灼等通常易引起皮肤痛的刺
激却不敏感；④特别能引起不愉快的情绪活动，并伴有恶心、呕吐和心血管及呼吸活动改变，
这可能是由于内脏痛的传入通路与引起这些自主神经反应的通路之间存在密切的联系。
2．体腔壁痛体腔壁痛(p~etal pain)是指内脏疾患引起邻近体腔壁浆膜受刺激或骨骼肌痉
挛而产生的疼痛。例如，胸膜或腹膜炎症时可发生体腔壁痛。这种疼痛与躯体痛相似，也由
躯体神经，如膈神经、肋间神经和腰上部脊神经传人。
3．牵涉痛 某些内脏疾病往往引起远隔的体表部位发生疼痛或痛觉过敏，这种现象称为
牵涉痛(referred pain)。例如，心肌缺血时，常感到心前区、左肩和左上臂疼痛；膈中央部受
刺激往往引起肩上部疼痛；患胃溃疡和胰腺炎时，可出现左上腹和肩胛间疼痛：胆囊炎、胆
石症发作时，可感觉右肩区疼痛；发生阑尾炎时，发病开始时常觉上腹部或脐周疼痛；肾结
石时可引起腹股沟区疼痛；输尿管结石则可引起睾丸疼痛等。躯体深部痛也有牵涉痛的表现。
由于牵涉痛的体表放射部位比较固定，因而在临床上常提示某些疾病的发生。
发生牵涉痛时，疼痛往往发生在与患病内脏具有相同胚胎节段和皮节来源的体表部位，
这一原理称为皮节法则(dermatomal rule)。例如，在胚胎发育过程中，膈自颈区迁移到胸腹
腔之间，膈神经也跟着一起迁移，而其传入纤维却在颈 H节段进入脊髓，肩上部的传入纤
维也在同一水平进入脊髓。同样，心脏和上臂也发源于同一节段水平。睾丸及其支配神经是
从尿生殖嵴迁移而来的，而尿生殖嵴也是肾和输尿管的发源部位。牵涉痛的产生与中枢神经
系统的可塑性有关。体表和内脏的痛觉纤维可在感觉传入的第二级神经元发生会聚(图 10—
15)。根据牵涉痛的放射部位，会聚可能发生在同侧脊髓后角胶状质的第 1～Ⅵ层，而第Ⅶ
层接受来自双侧的传人纤维，这对于解释来源于对侧的疼痛十分重要。体表痛觉纤维通常并
不激活脊髓后角的第二级神经元，但当来自内脏的伤害性刺激冲动持续存在时，则可对体表
传人产生易化作用，此时脊髓后角第二级神经元被激活。在这种情况下，中枢将无法判断刺
激究竟来自内脏还是来自体表发生牵涉痛的部位，但由于中枢更习惯于识别体表信息，因而
常将内脏痛误判为体表痛。
中枢对特殊感觉的分析
(一}视觉
1．传入通路与皮层代表区视神经入颅后，来自两眼鼻侧视网膜的视神经纤维交叉而形
成视交叉?，来自颞侧视网膜的纤维则不交叉。因此，左眼颞侧视网膜和右眼鼻侧视网膜的
纤维汇集成左侧视束，投射到左侧外侧膝状体；而右眼颞侧视网膜和左眼鼻侧视网膜的纤维
则汇集成右侧视束，投射到右侧外侧膝状体。左、右外侧膝状体各自经同侧膝状体距状束投
射到同侧初级视皮层。初级视皮层位于枕叶皮层内侧面的距状沟之上、下缘(17区)。距状沟
上缘接受视网膜上半部的投射，而距状沟下缘则接受视网膜下半部的投射；距状沟后部接受
视网膜中央凹黄斑区的投射，而距状沟前部则接受视网膜周边区的投射(图 10一 16)。
2．中枢对视觉的分析 视网膜神经节细胞轴突和外侧膝状体以及初级视皮层之间具有点
对点的投射关系。视皮层也有 6层结构，在浅表 4c层的细胞能产生移动的、位置的和立体
的视觉，在深部 4c层的细胞则能产生颜色、形状、质地和细微结构的视觉，而在二、三层
内的多簇状细胞也与色觉有关。此外，视皮层与躯体感觉皮层一样，也以相同的功能而纵向
排列成柱状。视皮层的感觉柱称为方位柱(orientation column)，每个方位柱都对某一特定方
向的光带作出最佳反应，且视皮层上每跨越一个方位柱，其最佳感受方向就相差 50～10。。。
因此，如果将视皮层上相隔很小距离的所有方位柱集合起来，就能构成一个具有 360。方向
上都能感受的完整的感受野。
(二)听觉
听神经传人纤维首先在同侧脑干的耳蜗神经核换元，换元后的纤维大部分交叉到对侧上
橄榄核，再次换元后形成外侧丘系，小部分不交叉或于同侧上橄榄核换元或不换元并沿同侧
外侧丘系上行。外侧丘系的纤维或直接或经下丘换元后抵达内侧膝状体，后者再发出听放射
至初级听皮层。由于上橄榄核以上通路为双侧性的，故该水平以上一侧通路损伤，不会产生
明显的听觉障碍。．，
初级听皮层位于颞叶上部(41区)，在人脑位于颞横回和颞上回(41和 42区)。在动物，
听皮层音调定位(tonal localization)的组织形式如同展开的耳蜗。在人类，低音调组分分布于
听皮层的前外侧，而高音调组分分布于后内侧。听皮层的各个神经元能对听觉刺激的激发、
持续时间、重复频率的诸参数，尤其是传来的方向作出反应，这与视皮层神经元的某些特性
具有相似之处。
(三)平衡感觉
人体的平衡感觉主要与头部的空间方位(spatial orientation)有关。头部的空间方位在很大
程度上决定于前庭感受器的传人信息，但视觉的提示作用也很重要，传入信息也来自关节囊
本体感受器的躯体传人冲动，它提供了躯体不同部分相对位置的信息，传人信息还包括皮肤
的外感受器，尤其是触一压觉感受器的传人冲动。以上四种传人信息在皮层水平进行综合，
成为整个躯体的连续的空间方位图像。?
(四)嗅觉和味觉
嗅皮层随进化而渐趋缩小，在高等动物仅存在于边缘叶前底部，包括梨状区皮层的前部
和杏仁的一部分。嗅信号可通过前连合从一侧脑传向另一侧，但两侧嗅皮层并不对称。此外，
通过与杏仁、海马的纤维联系可引起嗅觉记忆和情绪活动。
味信息的处理可能在孤束核、丘脑和味皮层等不同区域进行。味皮层位于中央后回底部
(43区)，其中有些神经元仅对单一味质发生反应，有些还对别的味质或其他刺激发生反应，
表现为一定程度的信息整合。
第三节 神经系统对姿势和运动的调节
运动是人和动物最基本的功能性活动之一，姿势则为运动时的背景或基础。躯体的各种
姿势和运动都是在神经系统的控制下进行的。神经系统对姿势和运动的调节是复杂的反射活
动。骨骼肌一旦失去神经系统的支配，就会发生麻痹。运动传出的最后公路
(一)脊髓和脑干运动神经元
在脊髓灰质前角存在大量运动神经元，i即 o【、p和 Y运动神经元；在脑干的绝大多
数脑神经核(除第 1、Ⅱ和Ⅷ对脑神经核外)内也存在各种脑运动神经元。’脊髓仅运动神经元
和脑运动神经元接受从脑干到大脑皮层各级高位中枢发出的下传信息，也接受来自躯干四肢
和头面部皮肤、肌肉和关节等处的外周传人信息，产生一定的反射传出冲动，直达所支配的
骨骼肌，因此它们是躯体运动反射的最后公路(丘 nal Col'nl'Iion path)。
作为运动传出最后公路的脊髓和脑运动神经元，许多来自高位中枢和外周的各种神经冲
动都在此发生整合，最终发出一定形式和频率的冲动到达效应器官。会聚到运动神经元的各
种神经冲动可能起以下作用：①引发随意运动；②调节姿势，为运动提供一个合适而又稳定
的背景或基础；③协调不同肌群的活动，。使运动得以平稳和精确地进行。
与 d运动神经元相同，7运动神经元的轴突末梢也以乙酰胆碱为递质，但它支配骨骼肌
的梭内肌纤维苗^y运动神经元的兴奋性较高，常以较高的频率持续放电，其主要功能是调
节肌梭对牵张刺激的敏感性(见后文)。B运动神经元发出的纤维对骨骼肌的梭内肌和梭外肌
都有支配，但其功能尚不十分清楚。
(二)运动单位
由一个仪运动神经元或脑运动神经元及其所支配的全部肌纤维所组成的功能单位，称为
运动单位(motor unit)。运动单位的大小可相差很大，例如，一个眼外肌运动神经元只支配 6～
12根肌纤维，而一个三角肌运动神经元约可支配 2 000根肌纤维。前者有利于肌肉的精细运
动，而后者则有利于产生巨大的肌张力。同，一个运动单位的肌纤维，可和其他运动单位的
肌纤维交叉分布。因此，即使只有少数运动神经元活动，在肌肉中产生的张力也是均匀的。
二、中枢对姿势的调节
神经系统对姿势的调节不仅可保持人体的直立姿势和躯体平衡，而且对躯体运动的平稳
进行提供了必要的背景或基础。中枢神经系统内存在一个姿势调节系统，分散于从脊髓到大
脑皮层的各级水平。以下从脊髓、脑干和大脑皮层三个水平加以叙述 j基底神经节和小脑也
参与对姿势的调节，但由于这两个皮层下结构还参与随意运动的形成和协调，所以将它们的
功能放在运动的调节部分加以叙述。
(一)脊髓的调节功能
有许多反射可在脊髓水平完成，但由于脊髓经常处于高位中枢控制下，故其自身所具有
的功能不易表现出来。由于对脊髓休克的研究有助于了解脊髓自身的功能，所以，本节首先
讨论脊髓休克。、
1．脊髓休克脊髓休克(spinal shock)简称脊休克，是指人和动物的脊髓在与高位中枢之
间离断后反射活动能力暂时丧失而进入无反应状态的现象。在动物实验中，为了保持动物的
呼吸功能，常在脊髓第五颈段水平以下切断脊髓，以保留膈神经对膈肌呼吸运动的支配。这
种脊髓与高位中枢离断的动物称为脊髓动物，简称脊动物。
脊休克主要表现为横断面以下的脊髓所支配的躯体与内脏反射均减退以至消失，如骨骼
肌紧张降低，甚至消失，外周血管扩张，血压下降，发汗反射消失，粪、尿潴留。。以后，
一些以脊髓为基本中枢的反射可逐渐恢复。其恢复速度与动物的进化程度有关；因为不同动
物的脊髓反射对高位中枢的依赖程度不同。例如，蛙在脊髓离断后数分钟内反射即可恢复；
犬于数天后恢复；而人类因外伤等原因引起脊休克时，则需数周以至数月反射才能恢复。恢
复过程中，较简单的和较原始的反射先恢复，如屈肌反射、腱反射等；较复杂的反射恢复则
较慢，如对侧伸肌反射 j搔爬反射等。血压也逐渐回升到一定水平 j并有一定的排便与排尿
能力，但此时的反射往往不能很好地适应机体生理功能的需要．b离断面水平以下的知觉和
随意运动能力将永久丧失 6
上述脊休克的表现并非由切断损伤的刺激本身而引起，因为反射恢复后若再次切断脊髓，脊
休克不会重现。脊休克的产生与恢复，说明脊髓能完成某些简单的反射，但这些反射平时在
高位中枢控制下不易表现出来 d脊休克恢复后伸肌反射往往减弱而屈肌反射往往增强，说明
高位中枢平时具有易化伸肌反射和抑制屈肌反射的作用 b
2．脊髓对姿势的调节”’’中枢神经系统可通过调节骨骼肌的紧张度或产生相应的运动，以
保持或改正躯体在空间的姿势，这种反射称为姿势反射(postural reflex)。脊髓能完成的姿势
反射有对侧伸肌反射、牵张反射和节间反射等。
(1)对侧伸肌反射：脊动物在受到伤害性刺激时，受刺激的一侧肢体关节的屈肌收缩而
伸肌弛缓，肢体屈曲，称为屈肌反射(nexor reflex)。该反射具有保护意义，但不属于姿势反
射。若加大刺激强度，则可在同侧肢体发生屈曲的基础上出现对侧肢体伸展，这▲反射称为
对侧伸肌反射(crossed extensor reflex)。对侧伸肌反射是一种姿势反射，在保持躯体平衡中具
有重要意义。
(2)牵张反射：牵张反射(stretch reflex)是指骨骼肌受外力牵拉时引起受牵拉的同一肌肉
收缩的反射活动。牵张反射有腱反射和肌紧张两种类型。
1)腱反射：腱反射(tendon reflex)是指快速牵拉肌腱时发生的牵张反射。例如，当叩击髌
骨下方的股四头肌肌腱时，可引起股四头肌发生一次收缩，这称为膝反射。属于腱反射的还
有跟腱反射和肘反射等。腱反射的传人纤维直径较粗，为 12-20txm，传导速度较快，可达
90m／s以上，反射的潜伏期很短，约 0．7ms，只够一次突触接替的时间，因此，腱反射是
单突触反射。
2)肌紧张：肌紧张(muscle tOnLl$)是指缓慢持续牵拉肌腱时发生的牵张反射，其表现为
受牵拉的肌肉发生紧张性收缩，阻止被拉长。肌紧张是维持躯体姿势最基本的反射，是姿势
反射的基础。例如，人体取直立姿势时，由于重力的作用，头部将向前倾，胸和腰将不能挺
直，髋关节和膝关节也将屈曲，但由于骶棘肌、颈部以及下肢的伸肌群的肌紧张加强，就能
抬头、挺胸、伸腰、直腿，从而保持直立的姿势。肌紧张中枢的突触接替不止一个，因而为
多突触反射。肌紧张的收缩力量并不大，只是抵抗肌肉被牵拉，表现为同一肌肉的不同运动
单位进行交替性的收缩，而不是同步收缩，因此不表现为明显的动作，并且能持久地进行而
不易发生疲劳。
伸肌和屈肌都有牵张反射，在人类，伸肌是抗重力肌，所以脊髓的牵张反射主要表现在
伸肌。临床上常通过检查腱反射来了解神经系统的功能状态。腱反射减弱或消退提示反射弧
损害或中断；而腱反射亢进则提示高位中枢有病变，因为牵张反射受高位中枢的调节。
腱反射和肌紧张的感受器是肌梭、(muscle spindle)。肌梭外有一结缔组织囊，囊内所含
肌纤维称为梭内肌纤维(intrafusal fiber)，囊外一般肌纤维则称为梭外肌纤维(extrafusalfiber。)。
肌梭与梭外肌纤维呈并联关系。梭内肌纤维的收缩成分位于两端，而感受装置则位于中间，
两者呈串联关系。梭内肌纤维分核袋纤维(nuclear bag fiber)和核链纤维(nu—clear chain：fiber)
两类。肌梭的传入神经纤维有 I。和Ⅱ类纤维两类，前者之末梢呈螺旋形缠绕于核袋纤维和
核链纤维的感受装置部位；后者之末梢呈花枝状，主要分布于核链纤维的感受装置部位。两
类纤维都终止于脊髓前角的俚运动神经元。a运动神经元发出 a传出纤维支配梭外肌纤维。
Y运动神经元发出'传出纤维支配梭内肌纤维，其末梢有两种：一种为板状末梢，支配核袋
纤维；另一种为蔓状末梢，支配核链纤维(图 10—17A)。
当肌肉受外力牵拉时，梭内肌感受装置被动拉长，使螺旋形末梢发生变形，导致 I。类
纤维传人冲动增加，冲动频率与肌梭被牵拉的程度成正比，肌梭传人冲动增加可引起支配同
一肌肉的仅运动神经元活动加强和梭外肌收缩，形成一次牵张反射。刺激 1传出纤维并不足
以使整块肌肉缩短，但 Y传出冲动增加可使梭内肌收缩，造成对核袋感受装置的牵拉，并
引起 I，类传人纤维放电增加(图 10—17B)，所以，-y传出增加可加强肌梭的敏感性。在整
体情况下，^y传出在很大程度上还受到来自许多高位中枢下行通路的调控，通过调节和改
变肌梭的敏感性和躯体不同部位的牵张反射的阈值，以适应控制姿势的需要。I。和Ⅱ类纤
维的传人冲动进人脊髓后，除产生牵张反射外，还通过侧支和中间神经元接替上传到小脑和
大脑皮层感觉区。核链纤维上Ⅱ类纤维的功能可能与本体感觉的传人有关。
除肌梭外，还有一种称为腱器官(tendon organ)的牵张感受装置，它分布于肌腱胶原纤维
之间，与梭外肌纤维呈串联关系，其传人神经是 I s类纤维分如前所述，肌梭是一种长度感
受器，其传人冲动对同一肌肉的仪运动神经元起兴奋作用；而腱器官则是一种张力感受器，
其传入冲动对同一肌肉的仅运动神经元起抑制作用。当整块肌肉受牵拉时，由于肌组织较肌
腱组织更富有弹性，牵拉所产生的张力大部分加在肌组织上，使之明显被拉长，而加在肌腱
组织上的张力则较小，长度变化也不大。所以，肌肉受牵拉时肌梭首先兴奋而产生牵张反射；
若加大拉力，则可兴奋腱器官而抑制牵张反射。从而避免肌肉被过度牵拉而受损。
(3)节间反射：节间反射(intersegmental reflex)是指脊髓某一节段神经元发出的轴突与邻
近节段的神经元发生联系，通过上、下节段之间神经元的协同活动而发生的反射，如在脊动
物恢复后期刺激腰背皮肤引起后肢发生的搔爬反射(scratching reflex)。
(二)脑干对肌紧张和姿势的调节
1，脑干对肌紧张的调节 在动物中脑上、下丘之间切断脑干后，动物出现抗重力肌(伸
肌)的肌紧张亢进，表现为四肢伸直，坚硬如柱，头尾昂起，脊柱挺硬，这一现象称为去大
脑僵直(decerebr’ate rigidity) (图 10—18)。如果此时于某一肌肉内注入局麻药或切断相应的
脊髓后根以消除肌梭传人冲动，该肌的僵直现象即消失。可见，去大脑僵直是一种增强的牵
张反射。实验证实，脑干网状结构内存在抑制或加强肌紧张及肌运动的区域，前者称为抑制
区(inhibitory area)，位于延髓网状结构的腹内侧部分；后者称为易化区(fhcilita—tory area)，
包括延髓网状结构的背外侧部分、脑桥被盖、中脑中央灰质及被盖，也包括脑干以外的下丘
脑和丘脑中线核群等部位(图 10—19)。与抑制区相比，易化区的活动较强，在肌紧张的平衡
调节中略占优势。除脑干外，大脑皮层运动区、纹状体、小脑前叶蚓部等区域也有抑制肌紧
张的作用；而前庭核、小脑前叶两侧部和后叶中间部等部位则有易化肌紧张的作用。这些区
域的功能可能都是通过脑干网状结构内的抑制区和易化区来完成的。去大脑僵直是由于切断
了大脑皮层和纹状体等部位与脑干网状结构的功能联系，造成易化区活动明显占优势的结
果。人类也可出现类似现象，当蝶鞍上囊肿引起皮层与皮层下失去联系时，可出现明显的下
肢伸肌僵直及上肢的半屈状态，称为去皮层僵直(decorticate ri画 dity)，这也是抗重力肌肌紧
张增强的表现。人类在中脑疾患出现去大脑僵直时，表现为头后仰，上、下肢均僵硬伸直，
上臂内旋，手指屈曲(图 10一 20)。出现去大脑僵直往往提示病变已严重侵犯脑干，是预后
不良的信号。
从牵张反射的原理分析，去大脑僵直的产生机制有两种：仪僵直和 1僵直。前者是由于
高位中枢的下行性作用，直接或间接通过脊髓中间神经元提高仪运动神经元的活动而出现的
僵直；而后者是高位中枢的下行性作用，首先提高^y运动神经元的活动，使肌梭的传人冲
动增多，转而增强 o【运动神经元的活动而出现的僵直(图 10—21)。实验证明，在猫中脑上、
下丘之间切断造成去大脑僵直时，若切断动物腰骶部后根以消除肌梭传人的影响，则可使后
肢僵直消失，说明经典的去大脑僵直主要属于 7僵直；若在上述切断后根的去大脑猫，进一
步切除小脑前叶，能使僵直再次出现，这种僵直属于仅僵直，因为此时后根已切断，1僵直
已不可能发生。若在此基础上进一步切断第Ⅷ对脑神经，以消除由内耳半规管和前庭传到前
庭核的冲动，则僵直再次消失，说明 d僵直主要是通过前庭脊髓束而实现的。而 1僵直则主
要是通过网状脊髓束而实现的，因为当刺激完整动物网状结构易化区时，肌梭传人冲动增加，
由于肌梭传人冲动的增加可以反映梭内肌纤维的收缩加强，因此认为，当易化区活动增强时，
下行冲动首先改变 1运动神经元的活动。
2．脑干对姿势的调节 由脑干整合而完成的姿势反射有状态反射、翻正反射、直线和旋
转加速度反射(见第九章)等。
(1)状态反射：头部在空间的位置发生改变以及头部与躯干的相对位置发生改变，都可
反射性地改变躯体肌肉的紧张性，这一反射称为状态反射(atilt：udinal reflex)。状态反射包
括迷路紧张反射(tonic labyrinthine reflex)和颈紧张反射(tonic neck reflex)。迷路紧张反射是内
耳迷路的椭圆囊和球囊的传人冲动对躯体伸肌紧张性的反射性调节。其反射中枢主要是前庭
核。在去大脑动物，当动物取仰卧位时伸肌紧张性最高，而取俯卧位时伸肌紧张性则最低。
这是因头部位置不同，由于重力对位砂膜的作用，使囊斑上各毛细胞顶部不同方向排列的纤
毛所受刺激不同而引起。颈紧张反射是颈部扭曲时颈部脊椎关节韧带和肌肉本体感受器的传
人冲动对四肢肌肉紧张性的反射性调节。其反射中枢位于颈部脊髓。当头向一侧扭转时，下
颏所指一侧的伸肌紧张性加强；若头后仰时，则前肢伸肌紧张性加强，而后肢伸肌紧张性降
低；若头前俯时，则前肢伸肌紧张性降低，而后肢伸肌紧张性加强。人类在去皮层僵直的基
础上，也可出现颈紧张反射，即当颈部扭曲时，下颏所指一侧的上肢伸直，而对侧上肢则处
于更屈曲状态(图 10—20)。在正常情况下，状态反射常受高级中枢的抑制而不易表现出来。
(2)翻正反射：正常动物可保持站立姿势，若将其推倒则可翻正过来，这种反射称为翻
正反射(righting reflex)。例如，使动物四足朝天从空中落下，则可清楚地观察到动物在坠落
过程中首先是头颈扭转，使头部的位置翻正，然后前肢和躯干跟随着扭转过来，接着后肢也
扭转过来，最后四肢安全着地。这一反射包括一系列的反射活动，最先是头部位置的不正常，
刺激视觉与内耳迷路，从而引起头部的位置翻正；头部翻正后，头与躯干的位置不正常，刺
激颈部关节韧带及肌肉，从而使躯干的位置也翻正。
(三)大脑皮层对姿势的调节
大脑皮层对姿势反射也有调节作用。前已述及，皮层与皮层下失去联系时可出现明显的去皮
层僵直。此外，在去皮层动物中可观察到两类姿势反应受到严重损害，即跳跃反应(1aopping
reaction)和放置反应(p．1acing reaction)。．跳跃反应是指动物(如猫)在站立时受到外力推动而
产生的跳跃运动，其生理意义是保持四肢的正常位置，以维持躯体平衡 j。放置反应是指动
物将腿牢固地放置在一支持物体表面的反应。例如，将动物用布带蒙住眼睛并悬吊在空中，
让动物足部的任何部分或动物的口鼻部或触须接触某一个支持平面(如桌面)，动物马上会将
它的两前爪放置在这个支持平面上。这两个姿势反应的整合需要大脑皮层的参与。
三、中枢对躯体运动的调节
随意运动的发动是一个十分复杂的过程，至今仍不十分清楚。目前认为，随意运动的设
想起源于皮层联络区(cortical association area)。运动的设计在大脑皮层与皮层下的两个重要
运动脑区，即基底神经节和皮层小脑中进行，设计好的运动信息被传送到皮层运动区，即中
央前回和运动前区，一再由此处发出指令经运动传出通路到达脊髓和脑干运动神经元。在这
过程中，运动的设计需在大脑皮层与基底神经节、皮层小脑之间不断进行信息交流；而运动
的执行则需要脊髓小脑的参与，后者利用其与脊髓、脑干和大脑皮层之间的纤维联系，将来
自肌肉、关节等处的感觉传人信息与皮层运动区发出的运动指令反复进行比较，并修正皮层
运动区的活动。外周感觉反馈信息也可直接传人皮层运动区，经过对运动偏差的不断纠正，
使动作变得平稳而精确(图 10—22)。
(一 J大脑皮层运动区和运动传出通路
1?大脑皮层运动区 人和灵长类动物的大脑皮层运动区得到高度的发展，包括中央前回、
运动前区、运动辅助区和后顶叶皮层等区域。
(1)主要运动区：主要运动区包括中央前回(4区)和运动前区(6区)，是控制躯体运动最重
要的区域。它们接受本体感觉冲动，感受躯体的姿势和躯体各部分在空间的位置及运动状态，
并借此调整和控制全身的运动。运动区有以下功能特征：①对躯体运动的调节为交叉性支配，
即一侧皮层支配对侧躯体的肌肉。但在头面部，除下部面肌和舌肌主要受对侧支配外，其余
部分均为双侧性支配。因此，一侧内囊损伤将产生对侧下部面肌及舌肌麻痹，但头面部多数
肌肉活动仍基本正常。②具有精细的功能定位，运动愈精细愈复杂的肌肉，其代表区面积愈
大。如手和五指以及发声部位所占皮层面积很大，而躯干所占面积则很小。⑧运动区定位从
上到下的安排是倒置的，即下肢的代表区在皮层顶部，膝关节以下肌肉的代表区在半球内侧
面；上肢肌肉的代表区在中间部；而头面部肌肉的代表区在底部，但头面部代表区的内部安
排是正立的。运动区的前后安排为：躯干和近端肢体的代表区在前部(6区)；远端肢体的代
表区在后部(4区)；手指、足趾、唇和舌等肌肉的代表区在中央沟前缘。
(2)其他运动区：人与猴的运动辅助区(supplementary motor area)位于两半球内侧面，扣
带回沟以上，4区之前的区域。电刺激该区引起的肢体运动一般为双侧性的；破坏该区可使
双手协调性动作难以完成，复杂动作变得笨拙。此外，第一、第二感觉区，5、7、8、18、
19区都与运动有关。有实验表明，皮层脊髓束和皮层脑干束中约 40％的纤维来自后顶叶皮
层，尤其是来自感觉皮层；约 30％的纤维来自 6区；仅约 30％的纤维来自 4区。
在大脑皮层运动区也可见到类似感觉区的纵向柱状排列，从而组成运动皮层的基本功能
单位，即运动柱(motor colurIm)。一个运动柱可控制同一关节几块肌肉的活动，而一块肌肉
可接受几个运动柱的控制。．
2。运动传出通路 由皮层发出，经内囊、脑干下行，到达脊髓前角运动神经元的传导束，
称为皮层脊髓束；而由皮层发出，经内囊到达脑干内各脑神经运动神经元的传导束，称为皮
层脑干束 0皮层脊髓束中约 80％的纤维在延髓锥体跨过中线，在对侧脊髓外侧索下行而形
成皮层脊髓侧束。侧束纵贯脊髓全长，其纤维与同侧前角外侧部分的运动神经元发生突触联
系 0其余约 20％的纤维在延髓不跨越中线，在脊髓同侧前索下行而形成皮层脊髓前束。前
柬一般只下降到胸部，其纤维通过中间神经元接替，与双侧前角内侧部分的运动神经元构成
突触联系(图 10—23)。在人类，皮层脊髓前束在种系发生上较古老，其功能是控制躯干和四
肢近端肌肉，尤其是屈肌的活动，与姿势的维持和粗略的运动有关；而皮层脊髓侧束在种系
发生上较新，其功能是控制四肢远端肌肉的活动，与精细的、技巧性的运动有关。
此外，上述通路发出的侧支和一些直接起源于运动皮层的纤维，经脑干某些核团接替后
形成顶盖脊髓束、网状脊髓柬和前庭脊髓束，其功能与皮层脊髓前束相似，参与对近端肌肉
粗略运动和姿势的调节；而红核脊髓束的功能可能与皮层脊髓侧束相似，参与对四肢远端肌
肉精细运动的调节。
皮层脊髓束和皮层脑干束作为发动随意运动的初级通路，是在进化过程中逐渐发展起来
的。非哺乳脊椎动物基本上没有皮层脊髓束和皮层脑干束传导系统，但它们的运动非常灵巧；
猫和犬在该系统完全被破坏后仍能站立、行走、奔跑和进食；只有人和灵长类动物在该系统
损伤后才会出现明显的运动缺陷。在灵长类动物实验中，仔细横切其延髓锥体，高度选择性
地破坏皮层脊髓侧束，动物立即出现并持久地丧失用两手指夹起细小物品的能力，但仍保留
腕以上部位的运动能力，动物仍能大体上应用其手，并能站立和行走。这些缺陷与失去神经
系统对四肢远端肌肉精细的、技巧性的运动控制是一致的。另一方面，损伤皮层脊髓前束后，
由于近端肌肉失去神经控制，躯体平衡的维持、行走和攀登均发生困难。这种因运动传导通
路损伤而引起的运动能力减弱，称为不全性麻痹(paresis)，受累肌肉的肌张力常下降。
运动传出通路损伤，临床上常出现柔软性麻痹(naccid paralysis，简称软瘫)和痉挛性麻
痹(spastic paralysis，简称硬瘫)两种不同表现(表 10—4)。两者都有随意运动的丧失，但前者
伴有牵张反射减退或消失，常见于脊髓和脑运动神经元损伤，如脊髓灰质炎，临床上称下运
动神经元(10wer motor’net，ron)损伤；而后者则伴有牵张反射亢进，常见于脑内高位中枢
损伤，如内囊出血引起的中风，临床上称上运动神经元(upper motor?neuron)损伤。应该指出，
上运动神经元损伤引起硬瘫的说法是不正确的，+至少不够准确。这源于对上运动神经元概
念的误解，上运动神经元不只是指运动传出通路(皮层脊髓束和皮层脑干束)。实际上中枢控
制运动的系统至少有三个，即姿势调节系统、运动传出通路和小脑运动调节系统。组成这三
个系统的神经元都属于上运动神经元。真正引起硬瘫的是姿势调节系统的损伤，因为肌紧张
平时受该系统的抑制；小脑损伤引起的是运动协调功能障碍(见后文)；而单纯的运动传出通
路损伤出现的是不全性麻痹，表现为运动能力和肌张力减弱(见前文)。此外，人类在皮层脊
髓侧束损伤后将出现巴宾斯基征(．Babinski sign)阳性体征，即以钝物划足跖外侧时出现跨
趾背屈和其他四趾外展呈扇形散开的体征。平时脊髓受高位中枢的控制，这一原始反射被抑
制而不表现出来，为巴宾斯基征阴性，表现为所有足趾均发生跖屈(图 10一 24)。婴儿因皮
层脊髓束发育尚不完全，成人在深睡或麻醉状态下，都可出现巴宾斯基征阳性体征。临床上
常用此征来检查皮层脊髓侧束的功能是否正常。
此外，运动传出通路通常分为锥体系 (pyramidal systerrl)和锥体外系 (extra 口 war】
aidalsystem)两个系统。前者是指皮层脊髓束和皮层脑干束，即所谓的上运动神经元；后者则
为锥体系以外所有控制脊髓运动神经元活动的下行通路。锥体系因其大部分纤维在下行至延
髓时构成锥体而得名，但皮层脊髓前束和皮层脑干束并不通过锥体，即使是皮层脊髓侧柬的
纤维也不全来自中央前回，而锥体外系的纤维更是由许多不同功能的纤维所组成。所以，这
种分类不能很好划分中枢运动控制系统。临床上常将所谓上运动神经元损伤引起硬瘫的一系
列表现(表 10一 4)称为锥体柬综合征，现在看来，这种说法也是不正确的。因为锥体系和锥
体外系两个系统在皮层起源的部位多有重叠，而且它们之间存在广泛的纤维联系，所以，从
皮层到脑干之间损伤而引起的运动障碍往往分不清究竟是由哪个系统功能缺损所致。根据以
上分析，上运动神经元、锥体系和锥体外系在其概念上和实际应用中都存在明显的不确定性，
因此有人主张摒弃这些名词。
《=)一基底神经节的运动调节功能
基底神经节(basal ganglia)是指皮层下一些核团的总称。鸟类以下的动物，由于大脑皮层
尚未良好发育，基底神经节是运动调节的最高中枢；而在哺乳动物，基底神经节则降为皮层
下调节结构，但与大脑皮层构成回路。与运动调节有关的基底神经节结构主要是纹状体，包
括在发生上较新的尾核和壳核(新纹状体)，以及发生上较古老的苍白球(旧纹状体)。此外，
丘脑底核和中脑黑质在功能上与基底神经节紧密联系，因此也被归入其中。
L基底神经节与大脑皮层之间的纤维联系基底神经节接受大脑皮层的兴奋性纤维投射，
其递质是谷氨酸；基底神经节的传出纤维经丘脑前腹核和外侧腹核接替后又回到大脑皮层。
从丘脑前腹核和外侧腹核到大脑皮层的通路也是兴奋性的，但从基底神经节到丘脑前腹核和
外侧腹核的通路则较为复杂。 ，4越
基底神经节的传出部分是苍白球内侧部(和黑质网织部)，苍白球内侧部的传出纤维可紧
张性地抑制丘脑前腹核和外侧腹核的活动，其递质是 GABA。从新纹状体到苍白球内侧部
的投射途径有两条，即直接通路和间接通路。直接通路(direct pathway)是指新纹状体直接向
苍白球内侧部投射的路径，其递质为 GABA；间接通路(indir’ect pathway)则为先后经过苍
白球外侧部和丘脑底核两次中继后到达苍白球内侧部的多突触路径。从新纹状体到苍白球外
侧部，以及从苍白球外侧部再到丘脑底核的纤维递质也都是 GABA，而由丘脑底核到达苍
白球内侧部的投射纤维则是兴奋性的，递质为谷氨酸(图 10—25)。
苍白球内侧部具有较高的紧张性活动。当直接通路被激活时，苍白球内侧部的紧张性活
动受到抑制，此时它对丘脑前腹核和外侧腹核的紧张性抑制作用减弱，结果使丘脑的活动增
强，这种现象称为去抑制(disinhibition)。由于丘脑一皮层投射系统是兴奋性的，因此，直接
通路的活动能易化大脑皮层发动运动。相反，当间接通路被激活时，由于新纹状体一苍白球
外侧部一丘脑底核通路中也存在去抑制现象，因而丘脑底核的活动增强，继而进一步加大苍
白球内侧部对丘脑一皮层投射系统的紧张性抑制。可见，间接通路的活动具有抑制皮层发动
运动的作用。两条通路中平时以直接通路活动为主；而当间接通路活动时，则可部分抵消直
接通路对大脑皮层的易化作用。
2．黑质一纹状体投射系统 黑质可分为致密部和网织部两个部分。黑质一纹状体多巴胺
能投射系统由黑质致密部发出。新纹状体内细胞密集，主要有投射神经元和中间神经元两类
细胞。中型多棘神经元(me~um spiny neuron，．MSN)属于投射神经元，是新纹状体内的主要
神经元，其主要递质是 GABA。中型多棘神经元除接受来自大脑皮层的谷氨酸能投射纤维
外，还接受黑质一纹状体多巴胺能投射系统的纤维。此外，也接受新纹状体内 GABA能和
胆碱能中间神经元的纤维投射。可能存在两种类型的中型多棘神经元，它们的细胞膜上分别
存在 D。和 Dz受体，而其传出纤维分别组成直接通路和间接通路。黑质一纹状体多巴胺能
纤维末梢释放的多巴胺通过激活 D，受体时可增强直接通路的活动，而通过激活 D：受体时
则可抑制问接通路的活动。尽管两种不同受体介导的突触传递效应不同，但殊途同归，多巴
胺对这两条通路的传出效应却是相同的，即都能使丘脑一皮层投射系统活动加强，从而易化
大脑皮层发动运动。
3．与基底神经节损害有关的疾病 基底神经节的损害主要表现为肌紧张异常和动作过分
增减，临床上主要有以下两类疾病。
(1)肌紧张过强而运动过少的疾病：这类疾病的典型代表是帕金森病(1~arkinson dis—
ease)。帕金森病又称震颤麻痹(par。alysis a百 tans)，其主要症状是全身肌紧张增高，肌肉
强直，随意运动减少，动作缓慢，面部表情呆板，常伴有静止性震颤(static tremor)。运动症
状主要表现在动作的准备阶段，而动作一旦发起，则可继续进行。帕金森病的病因是双侧黑
质病变，多巴胺能神经元变性受损。由于黑质一纹状体多巴胺递质系统可通过 D，受体增强
直接通路的活动，亦可通过 D。受体抑制间接通路的活动，所以，当该递质系统受损时，可
引起直接通路活动减弱而间接通路活动增强，使大脑皮层对运动的发动受到抑制，从而出现
运动减少和动作缓慢的症状。临床上给予多巴胺的前体左旋多巴(L一【)opa)能明显改善帕
金森病人的症状。应用M受体拮抗剂东莨菪碱或安坦等也能治疗此病，这可能与新纹状体
内胆碱能中间神经元的兴奋性作用和多巴胺的抑制性作用之间的拮抗平衡有关。但左旋多巴
和M受体拈抗剂对静止性震颤均无明显疗效，该症状可能与丘脑外侧腹核等结构的功能异
常有关。
(2)肌紧张不全而运动过多的疾病：这类疾病有亨廷顿病(}tuntington disease)和手足徐动
症(athetosis)等。亨廷顿病又称舞蹈病(chorea)，其主要表现为不自主的上肢和头部的舞蹈样
动作，伴肌张力降低等症状。其病因是双侧新纹状体病变，新纹状体内 GABA能中间神经
元变性或遗传性缺损，由于新纹状体对苍白球外侧部的抑制作用减弱，引起间接通路活动减
弱而直接通路活动相对增强，对大脑皮层发动运动产生易化作用，从而出现运动过多的症状。
临床上用利舍平耗竭多巴胺可缓解其症状。
4．基底神经节的功能 迄今为止，人们对基底神经节功能的认识仍不十分清楚。毁损动
物的基底神经节几乎不出现任何症状；而记录基底神经节神经元放电，发现其放电发生在运
动开始之前；新纹状体内的中型多棘神经元很少或没有自发放电活动，仅在大脑皮层有冲动
传来时才开始活动。根据这些观察，结合以上对人类基底神经节损害后出现的症状、药物治
疗效应及其机制分析，可以认为，基底神经节可能参与运动的设计和程序编制，并将一个抽
象的设计转换为一个随意运动(见图 10—22)。基底神经节对随意运动的产生和稳定、肌紧张
的调节、本体感受传人冲动信息的处理可能都有关。此外，基底神经节中某些核团还参与自
主神经的调节、感觉传人、心理行为和学习记忆等功能活动。
(三)小脑的运动调节功能
小脑由皮层(灰质)和髓质(白质)组成，髓质深部埋藏有三对灰质小核，即顶核、间置核
和齿状核。小脑皮层可按原裂及后外侧裂横向分为前叶、后叶和绒球小结叶；也可纵向分为
中间的蚓部和外侧的半球部，半球部可再分为中间部及外侧部。由于小脑皮层中没有像大脑
皮层中的连合纤维和联络纤维，小脑内、外侧各部之间并不相互联系。因此从功能学角度看，
小脑的纵向分区更为合理。
小脑皮层接受来自脊髓、脑干和大脑皮层的传人投射；小脑皮层发出的传出纤维经由小
脑深部核中转后投向脑干有关核团和大脑皮层(图 10一 26)。根据小脑的传人、传出纤维联
系，可将小脑分为以下三个主要功能部分。
1。前庭小脑 前庭小脑(vest订)mocerebeuum)主要由绒球小结叶构成，与之邻近的小部
分蚓垂也可归入此区。前庭小脑主要接受前庭器官的传人，传出纤维均在前庭核换元，再经
前庭脊髓束抵达脊髓前角内侧部分的运动神经元。
前庭小脑的主要功能是控制躯体的平衡和眼球的运动。在切除绒球小结叶的猴，或第四
脑室附近患肿瘤压迫绒球小结叶的病人，都有步基宽(站立时两脚之间的距离增宽)、站立不
稳、步态蹒跚和容易跌倒等症状，但在躯体得到支持物扶持时，其随意运动仍能协调进行。
实验还观察到，犬在切除绒球小结叶后不再出现运动病。．
此外，前庭小脑也接受经脑桥核中转的来自外侧膝状体、上丘和视皮层等处的视觉传人，
并通过对眼外肌的调节而控制眼球的运动，从而协调头部运动时眼的凝视运动。猫在切除绒
球小结叶后可出现位置性眼震颤(positional nystagmus)，即当其头部固定于某一特定位置时
出现的眼震颤。这种小脑性眼震颤常发生在眼凝视头部一侧某一场景时。
2．脊髓小脑 脊髓小脑(spinocer。ebellum)由蚓部和半球中间部组成。这部分小脑主要
接受来自脊髓和三叉神经的传人，也接受视觉和听觉传人。蚓部的传出纤维投向脊髓前角的
内侧部分，也上行至运动皮层的躯体近端代表区；半球中间部的传出纤维投向脊髓前角的外
侧部分，也上行至运动皮层的躯体远端代表区。
脊髓小脑的主要功能是调节进行过程中的运动，协助大脑皮层对随意运动进行适时的控
制。当运动皮层向脊髓发出运动指令时，通过皮层脊髓束的侧支向脊髓小脑传递有关运动指
令的“副本”；另外，运动过程中来自肌肉与关节等处的本体感觉传人以及视、听觉传人等
也到达脊髓小脑。脊髓小脑将来自这两方面的反馈信息加以比较和整合，察觉运动执行情况
和运动指令之间的误差，一方面向大脑皮层发出矫正信号，修正运动皮层的活动，使其符合
当时运动的实际情况；另一方面通过脑干一脊髓下传途径调节肌肉的活动，纠正运动的偏差，
使运动能按运动皮层预定的目标和轨道准确进行。脊髓小脑受损后，由于不能有效利用来自
大脑皮层和外周感觉的反馈信息来协调运动，因而运动变得笨拙而不准确，表现为随意运动
的力量、方向及限度发生紊乱。例如，患者不能完成精巧动作，肌肉在动作进行过程中抖动
而把握不住方向，尤其在精细动作的终末出现震颤，称为意向性震颤(intention tremoi’)；
行走时跨步过大而躯干落后，以致容易倾倒，或走路摇晃呈酩酊蹒跚状，沿直线行走则更不
平稳；不能进行拮抗肌轮替快复动作(如上臂不断交替进行内旋与外旋)，且动作越迅速则协
调障碍越明显，但在静止时则无肌肉运动异常的表现。以上这些动作协调障碍统称为小脑性
共济失调(cerebellar ataxia)。
此外，脊髓小脑还具有调节肌紧张的功能。小脑对肌紧张的调节具有抑制和易化双重作
用，分别通过脑干网状结构抑制区和易化区而发挥作用。抑制肌紧张的区域是小脑前叶蚓部，
其空间分布是倒置的，即其前端与动物尾部及下肢肌紧张的抑制功能有关，后端及单小叶与
上肢及头面部肌紧张的抑制功能有关。加强肌紧张的区域是小脑前叶两侧部和后叶中间部，
前叶两侧部的空间安排也是倒置的。在进化过程中，小脑的肌紧张抑制作用逐渐减退，而易
化作用逐渐增强。所以，脊髓小脑受损后可出现肌张力减退、四肢乏力。
3．皮层小脑皮层小脑(corticocerebellum)指半球外侧部，它不接受外周感觉的传人，而
主要与大脑皮层感觉区、运动区和联络区构成回路。 ．
皮层小脑的主要功能是参与随意运动的设计和程序的编制。如前所述，一个随意运动的
产生包括运动的设计和执行两个不同阶段(图 lO一 22)，并需要脑在设计和执行之间进行反
复的比较来协调动作。例如，在学习某种精巧运动(如打字、体操动作或乐器演奏)的开始阶
段，动作往往不甚协调。在学习过程中，大脑皮层与小脑之间不断进行联合活动，同时脊髓
小脑不断接受感觉传人信息，逐步纠正运动过程中发生的偏差，使运动逐步协调起来。待运
动熟练后，皮层小脑内就储存了一整套程序。当大脑皮层发动精巧运动时，首先通过大脑一
小脑回路从皮层小脑提取程序，并将它回输到运动皮层，再通过皮层脊髓束发动运动。这样，
运动就变得非常协调、精巧和快速。但切除小脑外侧部的犬或猴并不产生明显缺陷，小脑外
侧部受损的患者也无特殊临床表现。但也有报道，小脑外侧部损伤后可出现运动起始延缓和
已形成的快速而熟练动作的缺失等表现。
综上所述，小脑与基底神经节都参与运动的设计和程序编制、运动的协调、肌紧张的调
节，以及对本体感觉传人信息的处理等活动。但两者在功能上有一定的差异。基底神经节主
要在运动的准备阶段起作用，而小脑则主要在运动进行过程中起作用。另外，基底神经节主
要与大脑皮层构成回路，而小脑除与大脑皮层形成回路外，还与脑干及脊髓有大量的纤维联
系。因此，基底神经节可能主要参与运动的设计，而小脑除参与运动的设计外，还参与运动
的执行。
第四节 神经系统对内脏活动、本能行为和情绪的调节
一、自主神经系统
自主神经系统(autonomic?nervous system)也称内脏神经系统，其主要功能是调节内脏活
动。和躯体神经一样，自主神经系统也包括传人(感觉)神经和传出(运动)神经两部分，但习
惯上仅指其传出部分。自主神经包括交感神经 (sympathetic nerve)和副交感神经
(parasympathetic nerve)。它们分布于内脏、心血管和腺体并调节这些器官的功能。自主神经
也受中枢神经系统的控制。
(一)自主神经的结构特征
自主神经由节前和节后两个神经元组成。节前神经元胞体位于中枢，其轴突组成节前纤
维(preganglionic’fiber)到达神经节内换元，节后神经元的轴突组成节后纤维(postgan—ghonic
fiber)支配效应器官。节前纤维属 B类纤维，传导速度较快；节后纤维属 c类纤维，传导速
度较慢。交感神经节位于椎旁节和椎前节中，离效应器官较远，因此节前纤维短而节后纤维
长；副交感神经节通常位于效应器官壁内，因此节前纤维长而节后纤维短。
交感神经起自脊髓胸、腰段灰质的侧角，兴奋时产生的效应较广泛；而副交感神经起自
脑干的脑神经核和脊髓骶段灰质相当于侧角的部位，兴奋时的效应相对局限。其原因是：①
交感神经几乎支配全身所有内脏器官；而副交感神经则分布较局限。有些器官无副交感神经
支配，如皮肤和肌肉的血管、一般的汗腺、竖毛肌、肾上腺髓质和肾都只有交感神经支配。
②交感节前与节后神经元的突触联系辐散程度较高，而副交感神经则不然。例如 j猫颈上神
经节内的交感节前与节后纤维之比为 1：11～1：17，而睫状神经节内的副交感节前与节后
纤维之比约为 1：2。
此外，哺乳动物的交感节后纤维除直接支配效应器官细胞外，还有少量纤维支配器官(如
心脏和膀胱)壁内的神经节细胞，对副交感神经发挥调节作用。
(二)自主神经系统的功能
自主神经系统的功能主要在于调节心肌、平滑肌和腺体(消化腺、汗腺、部分内分泌腺)
的活动，其调节功能是通过不同的递质和受体系统实现的。交感和副交感神经的主要递质和
受体是乙酰胆碱和去甲肾上腺素及其相应的受体。自主神经系统胆碱能和肾上腺素能受体的
分布及其生理功能总结于表 10—5中。
除胆碱能和肾上腺素能系统外，自主神经系统内还存在肽类和嘌呤类递质及其受体。例
如，肠道肌间神经丛的抑制性神经元可释放血管活性肠肽；而其兴奋性神经元则释放 P物
质；支配幽门 G细胞的迷走节后纤维以胃泌素释放肽为递质；腺苷可舒张冠脉；ATP参与
抑制性肠肌运动神经元的信息传递等。
(三)自主神经系统的功能特征
1．紧张性支配 自主神经对效应器的支配一般具有紧张性作用。这可通过切断神经后观察它
所支配的器官活动是否发生改变而得到证实。例如，切断心迷走神经，心率即加快；切断心
交感神经，心率则减慢。切断支配虹膜的副交感神经，瞳孔即散大；而切断其交感神经，瞳
孔则缩小。一般认为，自主神经的紧张性来源于中枢，而中枢的紧张性则来源于神经反射和
体液因素等多种原因。例如，压力感受器的传人冲动对维持心交感和心迷走神经的紧张性起
重要作用；而中枢组织内 co。浓度对维持交感缩血管中枢的紧张性也有重要作用。
2．对同一效应器的双重支配许多组织器官都受交感和副交感神经的双重支配，两者的
作用往往是相互拮抗的。例如，心交感神经能加强心脏的活动，而心迷走神经则起相反作用；
迷走神经可促进小肠的运动和分泌，而交感神经则起抑制作用。这种正反两方面的调节可使
器官的活动状态能很快调整到适合于机体当时的需要。有时交感和副交感神经对某一器官的
作用也有一致的方面，例如，两类神经都能促进唾液腺的分泌，但仍有一定区别，交感神经
兴奋可促使少量黏稠的唾液分泌；而副交感神经兴奋则能引起大量稀薄的唾液分泌。
3．受效应器所处功能状态的影响 自主神经的活动度与效应器当时的功能状态有关。例
如，刺激交感神经可引起未孕动物的子宫运动抑制，而对有孕子宫却可加强其运动。这是因
为未孕子宫和有孕子宫上表达的受体有所不同(表 lO一 5)。胃幽门处于收缩状态时。刺激迷
走神经能使之舒张；而幽门处于舒张状态时，刺激迷走神经则使之收缩。
4．对整体生理功能调节的意义 在环境急骤变化的情况下，交感神经系统可以动员机体
许多器官的潜在能力以适应环境的急剧变化。例如，在肌肉剧烈运动、窒息、失血或寒冷环
境等情况下，机体出现心率加速、皮肤与腹腔内脏的血管收缩、血液储存库排出血液以增加
循环血量、红细胞计数增加、支气管扩张、肝糖原分解加速以及血糖浓度升高、儿茶酚胺分
泌增加等现象。交感神经系统活动具有广泛性，但对于一定的刺激，不同部分的交感神经的
反应方式和程度是不同的，表现为不同的整合形式(见第四章)。
副交感神经系统的活动相对比较局限。其整个系统活动的意义主要在于保护机体、休整
恢复、促进消化、积蓄能量以及加强排泄和生殖功能等方面。例如，机体在安静时副交感神
经活动往往加强，此时心脏活动减弱、瞳孔缩小、消化功能增强以促进营养物质的吸收和能
量的补充等。
二、中枢对内脏活动的调节．
(一)脊髓的内脏调节功能
脊髓对内脏活动的调节是初级的，基本的血管张力反射、发汗反射、排尿反射、排便反
射、阴茎勃起反射等可在脊髓水平完成，但这些反射平时受高位中枢的控制。依靠脊髓本身
的活动不足以很好适应生理功能的需要。脊髓离断的病人在脊休克过去后，由平卧位转成直
立位时常感头晕。因为，此时体位性血压反射的调节能力很差，外周血管阻力不能及时发生
适应性改变。此外，病人虽有一定的排尿能力，但反射不受意识控制，即出现尿失禁，且排
尿也不完全。
(二)低位脑干的内脏调节功能
由延髓发出的自主神经传出纤维支配头面部的所有腺体、心、支气管、喉、食管、胃、
胰腺、肝和小肠等；同时，脑干网状结构中存在许多与内脏活动调节有关的神经元，其下行
纤维支配脊髓，调节脊髓的自主神经功能。许多基本生命现象(如循环、呼吸等)的反射调节
在延髓水平已初步完成，因此，延髓有“生命中枢”之称。此外，中脑是瞳孑 L对光反射
的中枢部位。有关内容均已在前面各章叙述，这里不再重复。
(三)下丘脑的内脏调节功能
下丘脑大致可分为前区、内侧区、外侧区和后区四个区。前区的最前端为视前核，严格
讲，它应属于前脑的范畴，稍后为视上核、视交叉上核、室旁核，再后是下丘脑前核；内侧
区又称结节区，紧靠着下丘脑前核，其中有腹内侧核、背内侧核、结节核与灰白结节，还有
弓状核与结节乳头核；外侧区有分散的下丘脑外侧核，其间穿插有内侧前脑束；后区主要是
下丘脑后核和乳头体核。
下丘脑与边缘前脑及脑干网状结构有紧密的形态和功能联系，传人下丘脑的冲动可来自
边缘前脑、丘脑、脑干网状结构，下丘脑的传出冲动也可抵达这些部位宣下丘脑还可通过垂
体门脉系统和下丘脑一垂体束调节腺垂体和神经垂体的活动(见第十一章)。下丘脑被认为是
较高级的内脏活动调节中枢，刺激下丘脑能产生自主神经反应，但又似乎并不与内脏功能调
节有直接关联，而多半为更复杂的生理活动(如调节体温、摄食行为、水平衡、情绪活动、
生物节律等)中的一些组成部分。以下就下丘脑的一些主要功能作简单介绍。
1．体温调节在哺乳动物，于间脑以上水平切除大脑皮层，其体温基本能保持相对稳定；
若在下丘脑以下部位横切脑干，动物则不能维持其体温。已知视前区一下丘脑前部存在着温
度敏感神经元，它们既能感受所在部位的温度变化，也能对传人的温度信息进行整合。当此
处温度超过或低于调定点(正常时约为 36．8℃)水平，即可通过调节散热和产热活动，使体
温能保持稳定(详见第七章)。
2．水平衡调节 毁损下丘脑可导致动物烦渴与多尿，说明下丘脑能调节对水的摄人与排
出，从而维持机体的水平衡。饮水是一种本能行为(见后文)；而下丘脑对肾排水的调节则是
通过控制视上核和室旁核合成和释放抗利尿激素而实现的。下丘脑前部存在着脑渗透压感受
器(brain OSII，oreceptor)，它能按血液中的渗透压变化来调节血管升压素的分泌。此外，血
管升压素的分泌调节还受其他多种因素影响(详见第八章)。
3．对腺垂体和神经垂体激素分泌的调节 一方面，下丘脑内的神经分泌小细胞能合成多
种下丘脑调节肽。这些肽类物质经轴浆运输并分泌到正中隆起，由此经垂体门脉系统到达腺
垂体，促进或抑制各种腺垂体激素的分泌。另一方面，下丘脑内还有监察细胞存在，能感受
血液中一些激素浓度的变化，反馈调节下丘脑调节肽的分泌(见第十一章)。
此外，下丘脑视上核和室旁核的神经内分泌大细胞能合成血管升压素和缩宫素，这两种激素
经下丘脑一垂体束运抵神经垂体储存，下丘脑也可控制其分泌。
4．生物节律控制 机体内的许多活动能按一定的时间顺序发生周期性变化，这一现象称为生
物节律(bior'hythm)。人体许多生理活动具有日节律(circadian rhythm)。日周期是最重要的生
物节律，如血细胞数、体温、促肾上腺皮质激素分泌等的日周期变动。研究表明，下丘脑视
交叉上核(suprachiasmatic nucleus)可能是控制日周期的关键部位。视交叉上核可通过视网膜
一视交叉上核束与视觉感受装置发生联系，因此外界的昼夜光照变化可影响其活动，从而使
体内日周期节律和外环境的昼夜节律趋于同步。若人为改变每日的光照和黑暗的时间，可使
一些机体功能的日周期位相发生移动。控制生物节律的传出途径既有神经性的，也有体液性
的。例如，松果体激素褪黑素可能对体内器官起着时钟指针的作用。
5．其他功能 下丘脑能产生某些行为欲，如食欲、渴觉和性欲等，并能调节相应的摄食
行为、饮水行为和性行为等本能行为；下丘脑还参与睡眠、情绪及情绪生理反应等(见后文)。
(四)大脑皮层的内脏调节功能
1l边缘叶和边缘系统 大脑半球内侧面皮层与脑干连接部和胼胝体旁的环周结构，曾称
为边缘叶(1imbic lobe)，其中最内圈的海马、穹隆等为古皮层；较外圈的扣带回、海马回等
为旧皮层。边缘叶连同与其密切有关的岛叶、颞极、眶回等皮层，以及杏仁核、隔区、下丘
脑、丘脑前核等皮层下结构统称为边缘系统(1imbic：system)。有人还把中脑中央灰质及被
盖等中脑结构也归入该系统，从而形成边缘前脑(1imbic：forebr’ain)和边缘中脑(1imbic
midbrairl)的概念。
边缘系统对内脏活动的调节作用复杂而多变。例如，刺激扣带回前部可出现呼吸抑制或
加速、血压下降或上升、心率减慢、胃运动抑制、瞳孔扩大或缩小；刺激杏仁核可出现咀嚼、
唾液和胃液分泌增加、胃蠕动增强、排便、心率减慢、瞳孔扩大；刺激隔区可出现阴茎勃起、
血压下降或上升、呼吸暂停或加强。
2．新皮层 电刺激动物的新皮层，除能引起躯体运动外，也能引起内脏活动的改变。例
如，刺激皮层内侧面 4区一定部位，会产生直肠与膀胱运动的变化；刺激皮层外侧面一定部
位，可引发呼吸、血管运动的变化；刺激 4区底部，可发生消化道运动及唾液分泌的变化；
刺激 6区一定部位，可出现竖毛、出汗，以及上、下肢血管的舒缩反应；刺激 8区和 19区
等，除可引起眼外肌运动外，还能引起瞳孔的反应。电刺激人类大脑皮层也能见到类似的结
果。
三、本能行为和情绪的神经基础
本能行为(instinctual behavior)是指动物在进化过程中形成而遗传固定下来的，对个体和
种族生存具有重要意义的行为，如摄食、饮水和性行为等七情绪(emotion)是指人类和动物对
客观环境刺激所表达的一种特殊的心理体验和某种固定形式的躯体行为表现。情绪有恐惧、
焦虑、发怒、平静、愉快、痛苦、悲哀和惊讶等多种表现形式。在本能行为和情绪活动进行
过程中，常伴发自主神经系统和内分泌系统功能活动的改变。本能行为和情绪主要受下丘脑
和边缘系统的调节。人类的本能行为和情绪受后天学习和社会因素的影响十分巨大。 。
f-一)本能行为
1．摄食行为 摄食行为是动物维持个体生存的基本活动。用埋藏电极刺激下丘脑外侧区可引
起动物多食，破坏该区则导致拒食，提示该区存在摄食中枢(feeding center)。刺激下丘脑腹
内侧核可引起动物拒食，破坏此核则导致食欲增大而逐渐肥胖，提示该区存在饱中枢(satiety
center)。用微电极分别记录下丘脑外侧核和腹内侧核的神经元放电，观察到动物在饥饿情况
下，前者放电频率较高而后者放电频率较低；静脉注射葡萄糖后，则前者放电频率减少而后
者放电频率增多。说明摄食中枢和饱中枢之间存在交互抑制的关系。
杏仁核也参与摄食行为的调节。破坏猫的杏仁核，动物可因摄食过多而肥胖；电刺激杏
仁核的基底外侧核群可抑制摄食活动；同时记录杏仁核基底外侧核群和下丘脑外侧区(摄食
中枢)的神经元放电，可见到两者的自发放电呈相互制约的关系，即当一个核内神经元放电
增多时则另一个核内神经元放电减少。因而推 i贝 4杏仁核基底外侧核群能易化下丘脑饱中
枢并抑制摄食中枢的活动。此外，刺激隔区也可易化饱中枢和抑制摄食中枢的活动。
2．饮水行为 人类和高等动物的饮水行为是通过渴觉引起的。引起渴觉的主要因素是血
浆晶体渗透压升高和细胞外液量明显减少。前者通过刺激下丘脑前部的脑渗透压感受器而起
作用；后者则主要由肾素一血管紧张素系统所介导。低血容量能刺激肾素分泌增加，此时血
液中的血管紧张素Ⅱ含量增高，血管紧张素Ⅱ能作用于间脑的特殊感受区穹隆下器
(subfomical organ，SF())和终板血管器(organum vasculosum of the lamina terminalis，OVI，T)，
这两个区域都属于室周器(circumventricular organ)，此处血一脑屏障较薄弱，血液中血管紧
张素Ⅱ能到达这些区域而引起渴觉。在人类，饮水常为习惯性行为，不一定都由渴觉引起。
3．性行为 性行为是动物维持种系生存的基本活动。神经系统中的许多部位参与对性行
为的调控。交媾本身是由一系列的反射在脊髓和低位脑干中进行整合的，但伴随它的行为成
分、交媾的欲望、发生在雌性和雄性动物一系列协调的顺序性调节，在很大程度上是在边缘
系统和下丘脑进行的。刺激大鼠、猫、猴等动物内侧视前区。雄性或雌性动物均可出现性行
为的表现；破坏该部位，则出现对异性的冷漠和性行为的丧失。在该区注入性激素也可诱发
性行为。此外，杏仁核的活动也与性行为有密切关系。实验表明，杏仁外侧核以及基底外侧
核具有抑制性行为的作用；而杏仁皮层内侧区则具有兴奋性行为的作用。
{二)情绪
1．恐惧和发怒动物在恐惧(fear)时表现为出汗、瞳孔扩大、蜷缩、后退、左右探头企图
寻机逃跑等；而在发怒(rage)时则表现为攻击行为，如竖毛、张牙舞爪、发出咆哮声等。引
发恐惧和发怒的环境刺激具有相似之处，一般都是对动物的机体或生命可能或已经造成威胁
和伤害的信号。当危险信号出现时，动物通过快速判断后作出抉择，或者逃避，或者进行格
斗。因此，恐惧和发怒是一种本能的防御反应(defense reaction)。也有人称之为格斗一逃避
反应(fight--flight reaction)。
在间脑水平以上切除大脑的猫，只要给予微弱的刺激，就能激发出强烈的防御反应，通
常表现为张牙舞爪的模样，好像正常猫在进行搏斗时的表现，这一现象称为假怒(shamrage)。
这是因为平时下丘脑的这种活动受到大脑皮层的抑制而不易表现出来，切除大脑后则抑制解
除，表现为防御反应的易化。研究表明，下丘脑内存在防御反应区(defensezone)，主要位于
近中线的腹内侧区。在清醒动物，电刺激该区可引发防御性行为。此外，电刺激下丘脑外侧
区也可引起动物出现攻击行为，电刺激下丘脑背侧区则出现逃避行为每人类下丘脑发生疾病
时也往往伴随出现不正常的情绪活动。
此外，与情绪调节有关的脑区还包括边缘系统和中脑等部位。例如，电刺激中脑中央灰
质背侧部也能引起防御反应。刺激杏仁核外侧部，动物出现恐惧和逃避反应；而刺激杏仁核
内侧部和尾侧部，则出现攻击行为。
2．愉快和痛苦 愉快(1sleasure)是一种积极的情绪，通常由那些能够满足机体需要的刺
激所引起，如在饥饿时得到美味的食物；而痛苦(agony)则是一种消极的情绪，一般由那些
伤害躯体和精神的刺激或因渴望得到的需求不能得到满足而产生，如严重创伤、饥饿和寒冷
等。 ，
在动物实验中。预先于脑内埋藏一刺激电极，并让动物学会自己操纵开关而进行脑刺激。
这种实验方法称为自我刺激(self。stimulation)。如果将电极置于大鼠脑内从中脑被盖腹侧区
延伸到额叶皮层的近中线部分，包括中脑被盖腹侧区、内侧前脑柬、伏隔核和额叶皮层等结
构，动物只要在无意中有过一次自我刺激的体验后，就会一遍又一遍地进行自我刺激，很快
发展到长时间连续自我刺激。表明刺激这些脑区能引起动物的自我满足和愉快，这些脑区称
为奖赏系统(reward system)或趋向系统(approach system)。已知从中脑被盖腹侧区到伏隔核的
多巴胺能通路与之有关，应用 D，多巴胺能受体激动剂能增加自我刺激的频率，而给予 D。
受体拮抗剂则可减少自我刺激频率，Ds受体可能主要存在于伏隔核内。如果置电极于大鼠
下丘脑后部的外侧部分、中脑的背侧和内嗅皮层等部位，则无意中的一次自我刺激将使动物
出现退缩、回避等表现，且以后不再进行自我刺激。表明刺激这些脑区可使动物感到嫌恶和
痛苦，这些脑区称为惩罚系统(punishmerlt system)或回避系统(avoidance system)。据统计，
在大鼠脑内奖赏系统所占脑区约为全脑的 35％；惩罚系统区约为 5％；而既非奖赏系统又非
惩罚系统区约占 60％。在一些患有精神分裂症、癫痫或肿瘤伴有顽痛的病人中进行自我刺
激试验，其结果也极为相似。
(三)情绪生理反应
情绪生理反应(emotional physiological reaction)是指在情绪活动过程中伴随发生的一系
列生理变化，主要包括自主神经系统和内分泌系统功能活动的改变。
1．自主神经系统功能活动的改变在多数情况下，情绪生理反应表现为交感神经系统活
动的相对亢进。例如，在动物发动防御反应时，可出现瞳孔扩大、出汗、心率加快、血压升
高、骨骼肌血管舒张、皮肤和小肠血管收缩等交感活动的改变，其意义在于重新分配各器官
的血流量，使骨骼肌在格斗或逃跑时获得充足的血供。在某些情况下也可表现为副交感神经
系统活动的相对亢进，如食物性刺激可增强消化液分泌和胃肠道运动；性兴奋时生殖器官血
管舒张；悲伤时则表现为流泪等。
2．内分泌系统功能活动的改变情绪生理反应常引起多种激素分泌改变。例如，在创伤、
疼痛等原因引起应激而出现痛苦、恐惧和焦虑等的情绪反应中，血中促肾上腺皮质激素和肾
上腺糖皮质激素浓度明显升高，肾上腺素、去甲肾上腺素、甲状腺激素、生长激素和催乳素
等浓度也升高；情绪波动时往往出现性激素分泌紊乱，并引起育龄期女性月经失调和性周期
紊乱。
(四)动机和成瘾
1。动机动机(motivation)是指激发人们产生某种行为的意念。人类和动物的行为不是偶
然发生的，本能行为也都是在一定的欲望驱使下产生的，如摄食、饮水、性行为分别由食欲、
渴觉和性欲所驱使。脑内奖赏系统和惩罚系统在行为的激发(动机的产生)和抑制方面具有重
要意义，几乎所有的行为都在某种程度上与奖赏或惩罚有一定的关系。一定的行为通常是通
过减弱或阻止不愉快的情绪，并且通过奖赏的作用而激励的。例如，实验中动物学习走迷宫
可能就是通过刺激奖赏系统产生有效的动机而进行的。
2．成瘾成瘾(addiction)是泛指不能自制并不顾其消极后果地反复将某种物品摄入体内；
在药理学中，成瘾是特指连续反复多次使用毒品所造成的慢性中毒。目前被视为毒品的主要
有吗啡、海洛因、可卡因、安非他明(苯丙胺)和大麻等。这些物品虽然对脑的影响途径各不
相同，但都与奖赏系统的激活有关，它们都能增加脑内多巴胺对伏隔核 D，受体的作用。长
期成瘾者对这些物品将产生耐受性和依赖性，即需要加大剂量才能达到初期使用效果，一旦
停止使用便会产生戒断症状：出现烦躁不安、失眠、疼痛加剧、肌肉震颤、呕吐、腹痛腹泻、
瞳孔散大、流泪流涕、出汗等，若给药则症状立即消除。注射 B受体拮抗荆或 Q2受体激动
剂于终纹能缓解戒断症状，双侧毁损被盖外侧区 NE能纤维也有类似效应。成瘾者在接受治
疗后有明显的复发倾向，这可能与前内侧皮层、海马和杏仁核(与记忆有关)至伏隔核的谷氨
酸能兴奋性纤维投射有关。
第五节脑电活动及觉醒和睡眠
觉醒与睡眠是脑的重要功能活动之一。除了在行为上的区别外，在哺乳动物和鸟类等动
物，两者的区别可根据同时记录脑电图、肌电图或眼电图等方法进行客观判定。因此在介绍
觉醒与睡眠之前，首先介绍脑电活动。
一、脑电活动
脑电活动来源于神经元本身的膜电位及其波动、神经冲动的传导和突触传递过程中产生
的突触后电位。脑电活动有自发脑电活动和皮层诱发电位两种形式。
(一)自发脑电活动和脑电图
在无明显刺激情况下，大脑皮层能经常自发地产生节律性的电位变化，这种电位变化称
为自发脑电活动(spontaneous electric acdvity ofthe brain)。自发脑电活动可用引导电极在头皮
表面记录下来，临床上用特殊的电子仪器所描记的自发脑电活动曲线，称为脑电图
(electroencephalogram，EEG) (图 10—27)。在颅骨打开时直接记录到的皮层表面电位变化，
则称为皮层电图(electrocorticogranl，．ECoG)。
仅波是成年人安静时的主要脑电波，在枕叶皮层最为显著；p波则为新皮层紧张活动时
的脑电波，在额叶和顶叶较显著。有时，p波可重合于 o【波之上。d波常表现为波幅由小
变大、再由大变小反复变化的梭形波。仅波在清醒、安静并闭眼时出现，睁开眼睛或接受其
他刺激时，立即消失而呈现快波(p波)，这一现象称为 a波阻断(o【block)。e波可见于成年
人困倦时。8波则常见于成年人睡眠时，以及极度疲劳时或麻醉状态下。儿童的脑电波频率
一般较低。在婴儿的枕叶常可见到 0．5～2H2的慢波，其频率在整个儿童时期逐渐增高．
存幼 J11．一船常可四．到 0样漓形．青春期开始时才出现成人型 d波。不同生理情况下脑
电波也有变化。如血糖、体温和糖皮质激素处于低水平，以及动脉血氧分压处于高水平时，
仅波的频率减慢。
临床上，癫痫患者或皮层有占位病变(如肿瘤等)的病人，其脑电波常发生改变。例如，
癫痫患者可出现异常的高频高幅脑电波或在高频高幅波后跟随一个慢波的综合波形。因此，
利用脑电波改变的特点，并结合临床资料，可用来诊断癫痫或探索肿瘤所在的部位。
2．脑电波形成的机制 皮层表面的电位变化是由大量神经元同步发生的突触后电位经总
和后形成的。因为锥体细胞在皮层排列整齐，其顶树突相互平行并垂直于皮层表面，因此其
同步电活动易总和而形成强大电场，从而改变皮层表面的电位。大量皮层神经元的同步电活
动则依赖于皮层与丘脑之间的交互作用，一定的同步节律的非特异投射系统的活动，可促进
皮层电活动的同步化。
(二)皮层诱发电位
皮层诱发电位(evoked cortical potential)是指感觉传人系统或脑的某一部位受刺激时，在
皮层某一局限区域引出的电位变化。皮层诱发电位可通过刺激感受器、感觉神经或感觉传导
途径的任何一点而引出。常见的皮层诱发电位有躯体感觉诱发电位(somatosensory evoked
potential，SEP)、听觉诱发电位(auditory evoked potential，AEP)和视觉诱发电位(visual evoked
potential，VEP)等。
各种诱发电位均有其一定的反应形式。躯体感觉诱发电位一般可区分出主反应(primary
evoked po—tential)、次反应(diffuse secondary response)和后发放三种成分。主反应为一先正
后负的电位变化，在大脑皮层的投射有特定的中心区。主反应出现在一定的潜伏期之后，即
与刺激有锁时关系。潜伏期的长短决定于刺激部位离皮层的距离、神经纤维的传导速度和所
经过的突触数目等因素。次反应是跟随主反应之后的扩散性续发反应，可见于皮层的广泛区
域，即在大脑皮层无中心区，与刺激亦无锁时关系。后发放则为主、次反应之后的一系列正
相周期性电位波动(图 10—28)。由于皮层诱发电位常出现在自发脑电活动的背景上，因此较
难分辨；但由于主反应与刺激具有锁时关系，而诱发电位的其他成分和自发脑电均无此关系，
因此应用计算机将电位变化叠加和平均处理能使主反应突显出来，而其他成分则互相抵消。
利用记录诱发电位的方法，可了解各种感觉在皮层的投射定位。前文所述皮层感觉代表区的
投射规律就可应用诱发电位的方法加以证实。诱发电位也可在颅外头皮上记录到，临床上测
定诱发电位对中枢损伤部位的诊断也具有一定价值。
二、觉醒和睡眠
觉醒(，wakefulness)与睡眠(sleep)是人体所处的两种不同状态，两者昼夜交替。觉醒时，
脑电波一般呈去同步化快波，闭目安静时枕叶可出现 d波，抗重力肌保持一定的张力，维持
一定的姿势或进行运动，眼球可产生追踪外界物体移动的快速运动。睡眠时，脑电波一般呈
同步化慢波，嗅、视、听、触等感觉减退，骨骼肌反射和肌紧张减弱，自主神经功能可出现
一系列改变，如血压下降、心率减慢、瞳孔缩小、尿量减少、体温下降、代谢率降低、呼吸
变慢、胃液分泌增多而唾液分泌减少、发汗增强等。但这些改变是暂时的，较强的刺激可使
睡眠中断而转为觉醒。
觉醒与睡眠的昼夜交替是人类生存的必要条件。觉醒状态可使机体迅速适应环境变化，
因而能进行各种体力和脑力劳动；而睡眠则使机体的体力和精力得到恢复。一般情况下，成
年人每天需要睡眠 7～9h，儿童需要更多睡眠时间，新生儿需要 18～20h，而老年人所需睡
眠时间则较少。
(一)觉醒状态的维持
觉醒状态的维持与感觉传人直接有关(见第二节)j躯体感觉传人通路中第二级神经元的
上行纤维在通过脑干时，发出侧支与网状结构内的神经元发生突触联系。刺激动物中脑网状
结构能唤醒动物，脑电波呈现去同步化快波。在中脑头端切断网状结构后，动物出现昏睡现
象，脑电波呈同步化慢波(图 10—29)，说明脑干网状结构具有上行唤醒作用，因此称为网状
结构上行激动系统(ascending reticular activating system)。上行激动系统主要通过感觉的非特
异投射系统到达大脑皮层。由于网状结构内神经元的高度聚合和复杂的网络联系，以及非特
异投射系统的多突触传递和在皮层广泛区域的弥散性投射，使上行激动系统失去传导各种感
觉的特异性。巴比妥类药物可以阻断上行激动系统的活动而起催眠的作用。此外，大脑皮层
的感觉运动区、额叶、眶回、扣带回、颞上回、海马、杏仁核、下丘脑等脑区也可通过下行
纤维兴奋网状结构。觉醒状态有行为觉醒和脑电觉醒之分，前者表现为对新异刺激有探究行
为；后者则不一定自探究仃为，但脑电呈现去同步化快波。在动物实验中观察刽，静脉注射
阿托品阻断脑干网状结构胆碱能系统的活动后，脑电呈现同步化慢波而不出现快波，但动物
在行为上并不表现为睡眠；而单纯破坏中脑黑质多巴胺能系统后，动物对新异刺激不再产生
探究行为，但脑电仍可有快波出现，这与帕金森病患者缺乏行为觉醒的表现是一致的。可见，
行为觉醒的维持可能与黑质多巴胺能系统的功能有关。实验还表明，破坏脑桥蓝斑上部去甲
肾上腺素能系统后，动物的脑电快波明显减少，在有感觉传人时，动物仍能被唤醒，脑电呈
现快波，但这种唤醒作用很短暂，感觉刺激一停止，唤醒作用随即终止。因此，脑电觉醒的
维持与蓝斑上部去甲肾上腺素能系统和脑干网状结构胆碱能系统的作用都有关，前者的作用
是持续性的或紧张性的，后者的作用则为时相性的，并能调制前者的脑电觉醒作用。
(二)睡眠的时相和产生机制
睡眠可分为慢波睡眠(slow wave sleep，SWS)和异相睡眠(paradoxical sleep，PS)两个时相，
后者又称为快波睡眠(】fast’wave sleep，FWS)或快速眼球运动睡眠(rapid eyemovement sleep，
REM sleep)。睡眠过程中两个时相互相交替_o成人进入睡眠后，首先是慢波睡眠，持续 80～
120min后转入异相睡眠，维持 20～30min后，又转入慢波睡眠；整个睡眠过程中有 4—5次
交替，越近睡眠的后期，异相睡眠持续时间越长(图 10—30)。两种睡眠时相状态均可直接转
为觉醒状态，但在觉醒状态下，一般只能进入慢波睡眠，而不能直接进入异相睡眠。
1．慢波睡眠 根据脑电波的特点，可将人的慢波睡眠分为四个时期。①入睡期(I期)：
其特征是仪波逐渐减少，呈现若干 0波，脑电波趋于平坦；②浅睡期(Ⅱ期)：其特征是在 0
波的背景上呈现睡眠梭形波(即盯波，是“波的变异，频率稍快，为 13～15Hz，幅度稍低，
为 20～40卜 V)和若干 K一复合波(是 8波和仃波的复合)；③中度睡眠期(Ⅲ期)：其特征是
出现高幅(>75p,V)8波，占 20％～50％；④深度睡眠期(Ⅳ期)：呈现连续的高幅 8波，数量
超过 50％(图 10一 31)。
慢波睡眠为正常人所必需。一般成年人持续觉醒 15～16h，便可称为睡眠剥夺，此时极
易转为睡眠状态。长期睡眠剥夺后，如果任其自然睡眠，则慢波睡眠，尤其是深度睡眠将明
显增加，以补偿前阶段的睡眠不足。在慢波睡眠中，机体的耗氧量下降，但脑的耗氧量不变；
同时，腺垂体分泌生长激素明显增多。因此，慢波睡眠有利于促进生长和体力恢复。
睡眠发生的机制至今仍不很清楚，但有众多事实表明，睡眠并非脑活动的简单抑制，而
是一个主动过程。根据局部脑区电刺激和记录神经元放电的实验结果，目前认为与慢波睡眠
有关的脑区包括：①间脑的下丘脑后部、丘脑髓板内核群邻旁区和丘脑前核；②脑干尾端网
状结构，有人称之为上行抑制系统(as—cending inhibitory system)；③基底前脑的视前区和
Broca斜带区。对前两个脑区施以低频电刺激可引起慢波睡眠，而高频电刺激则引起觉醒；
对第三个脑区施加低频或高频刺激均可引起慢波睡眠。
关于神经递质和其他化学物质在慢波睡眠发生中所起的作用，有人认为，在人脑内，腺苷、
前列腺素 D2(PGD：)可促进睡眠，而 5一 HT则可抑制睡眠。
2．异相睡眠异相睡眠不分期，其脑电波呈不规则的 p波，与觉醒时很难区别，但不同的是
异相睡眠时眼电显著增强，而肌电明显减弱；其表现与慢波睡眠相比，各种感觉进一步减退，
以致唤醒阈提高，骨骼肌反射和肌紧张进一步减弱，肌肉几乎完全松弛，可有间断的阵发性
表现，如眼球快速运动、部分躯体抽动、血压升高、心率加快、呼吸加快而不规则等，此外，
做梦是异相睡眠期间的特征之一。
异相睡眠也为正常人所必需。如果受试者连续几夜在睡眠过程中一出现异相睡眠就被唤
醒，则受试者将变得容易激动；然后任其自然睡眠，则异相睡眠同样出现补偿性增加。在这
种情况下，觉醒状态可直接进入异相睡眠，而不需经过慢波睡眠阶段。异相睡眠中，脑的耗
氧量增加，脑血流量增多，脑内蛋白质合成加快，但生长激素分泌减少。异相睡眠与幼儿神
经系统的成熟有密切的关系，可能有利于建立新的突触联系，促进学习记忆和精力恢复。但
异相睡眠期间会出现间断的阵发性表现，这可能与某些疾病易于在夜间发作有关，如心绞痛、
哮喘、阻塞性肺气肿缺氧发作等。
异相睡眠的产生可能与脑桥被盖外侧区胆碱能神经元的活动有关。有人将这些神经元称
为异相睡眠启动(paradoxical sleep on，Ps—ON)神经元。这些神经元可引起脑电发生去同步
化快波，并能激发脑桥网状结构、外侧膝状体和视皮层的脑电波出现一种棘波，称为 PGO
锋电位(ponto—geniculo—occipital spike)。PGO锋电位与快速眼球运动几乎同时出现，在觉
醒时和慢波睡眠中相对处于静止状态或明显减少，而在异相睡眠中显著增强，因此被认为是
异相睡眠的启动因素。PS—ON神经元还可通过一定的神经通路显著减弱肌电而增强眼电。
此外，在脑桥被盖、蓝斑和中脑中缝核还发现存在异相睡眠关闭(paradoxi—cal sleep o仃。
Ps一()FF)神经元。这些神经元为去甲肾上腺素能(蓝斑)和 5一羟色胺能(中缝核)神经元，在
觉醒时有规律性放电，在慢波睡眠时放电明显减少，而在异相睡眠时则处于静止状态。它们
可能通过引起觉醒而对异相睡眠起终止作用。
第六节脑的高级功能
人类的大脑得到高度的发展，除感觉和运动功能外，还能完成一些更为复杂的高级功能
活动，如学习和记忆、思维和判断、语言和其他认知活动等。长期以来对这些功能的研究手
段十分有限。近年来新发展起来并被广泛应用的电子计算机断层扫描 (comptlted to—
nlography，CT)、正电子发射断层扫描(positron emission tomogt’aphy，。PE'r)和功能性磁共
振影像(functional magnetic resonance imaging，flVlRI)及其相关技术给脑的高级功能研究带来
了一场革命。
一、学习和记忆
学习和记忆是两个有联系的神经活动过程。学习(1earning)是指人和动物依赖于经验来
改变自身行为以适应环境的神经活动过程；记忆(melTlOl'y)则是将学习到的信息进行储存和
“读出”的神经活动过程。
(一)学习和记忆的形式
1．学习的形式 学习可分为非联合型学习 (nonassociative learning)和联合型学习
(associative learning)两种形式。前者不需要在刺激和反应之间形成某种明确的联系，如前文
所述的突触可塑性。后者是在时间上很接近的两个事件重复地发生，最后在脑内逐渐形成联
系，如条件反射的建立和消退。
Parlor在他的经典动物实验中，给狗以食物，可引起唾液分泌，这是非条件反射，食物
就是非条件刺激(unconditioned stimulus)。给狗以铃声刺激，不会引起唾液分泌，因为铃声与
食物无关。但是，如果每次给食物之前先出现一次铃声，然后再给予食物，这样多次结合以
后，当铃声一出现，动物就会分泌唾液。这种情况下铃声成为条件刺激(condi—fioned
stimulus)。条件反射就是由条件刺激与非条件刺激在时间上的结合而建立起来的，这个过程
称为强化(reinforcement)。实验表明，非条件刺激若不能激动奖赏系统或惩罚系统，条件反
射将很难建立；如果非条件刺激能通过这两个系统引起愉快或痛苦的情绪活动，则条件反射
就比较容易建立。在上述经典条件反射建立后，如果多次只给予条件刺激(铃声)，而不用非
条件刺激(喂食)强化，条件反射(唾液分泌)就会减弱，最后完全消失。这称为条件反射的消
退(extinction)。条件反射的消退不是条件反射的简单丧失，而是中枢把原先引起兴奋性效应
的信号转变为产生抑制性效应的信号。
如果先训练动物学会踩动杠杆而得到食物的操作，然后以灯光或其他信号作为条件刺
激，建立条件反射，即在出现某种信号后，动物必须踩杠杆才能得到食物，这种条件反射称
为操作式条件反射(operant conditioning)。得到食物是一种奖赏性刺激，因此这种操作式条件
反射是一种趋向性条件反射(conditioned approach reflex)。如果预先在食物中注人一种不影响
食物的色香味但动物食用后会发生呕吐或其他不适的药物，则动物在多次强化训练后，再见
到信号就不再踩动杠杆。这种由于得到惩罚而产生的抑制性条件反射，称为回避性条件反射
(conditioned avoidance reflex)。
人类条件反射的建立除可用现实具体的信号，如光、声、嗅、味、触等刺激外，也可用
抽象的语词代替具体的信号。Pavlov把现实具体的信号称为第一信号，而把有关的语词称为
第二信号。与此相对应的，人类大脑皮层对第一信号发生反应的功能系统称为第一信号系统
(first signal system)，而对第二信号发生反应的功能系统则称为第二信号系统(sec—ond signal
system)。因此，人脑功能有两个信号系统，而动物只有第一信号系统，第二信号系统是人
类区别于动物的主要特征。人类可借助语词来表达思维，并进行抽象的思维。
2．记忆的形式 根据记忆的储存和回忆方式，记忆可分为陈述性记忆(declarativememory)
和非陈述性记忆(nondeclarative memory)两类。陈述性记忆与觉知或意识有关，依赖于记忆
在海马、内侧颞叶及其他脑区内的滞留时间。这种形式的记忆还可分为情景式记忆(episodic
memory)和语义式记忆(semantic memory)。前者是对一件具体事物或一个场面的记忆；而后
者则是对文字和语言的记忆。非陈述性记忆则与觉知或意识无关，也不涉及到记忆在海马的
滞留时间，如某些技巧性的动作、习惯性的行为和条件反射等。陈述性和非陈述性记忆两种
形式可以转化，例如，在学习骑自行车的过程中需对某些情景有陈述性记忆，一旦学会后，
就成为一种技巧性动作，由陈述性记忆转变为非陈述性记忆。
根据记忆保留时间的长短可将记忆分为短时程记忆(short—term memory)、中时程记忆
(intermediate memory)和长时程记忆(10ng-term memory)三类。短时程记忆的保留时间仅几秒
钟到几分钟，其长短仅能满足于完成某项极为简单的工作，如打电话时的拨号。拨完后记忆
随即消失。中时程记忆的保留时间自几分钟到几天，记忆在海马和其他脑区内进行处理，并
能转变为长时程记忆。长时程记忆的信息量相当大，保留时间自几天到数年，有些内容，如
与自己和最接近的人密切有关的信息，可终生保持记忆。
(=)人类的记忆过程和遗忘
1。人类的记忆过程记忆过程可细分为感觉性记忆、第一级记忆、第二级记忆和第三级
记忆四个阶段(图 10—32)。感觉性记忆是指通过感觉系统获得信息后，首先储存在脑的感觉
区内的阶段，这个阶段一般不超过 1秒，若未经处理即很快消失。如果在这阶段把那些不连
续的、先后进来的信息整合成新的连续的印象，即可转入第一级记忆。这种转移一般有两条
途径，一是将感觉性记忆资料变成口头表达性符号，如语言符号，这是最常见的；二是非口
头表达性途径，其机制尚不清楚，但它必然是幼儿学习所必须采取的途径。信息在第一级记
忆中平均约停留几秒钟。通过反复学习和运用，信息便在第一级记忆中循环，从而延长它在
第一级记忆中的停留时间，这样，信息就容易转入第二级记忆中。第二级记忆是一个大而持
久的储存系统。发生在第二级记忆中的遗忘是由于先前的或后来的信息干扰所致。有些记忆，
如自己的名字和每天都在操作的手艺等，通过长年累月的运用则不易遗忘，这一类记忆储存
在第三级记忆中。，
2．遗忘 遗忘(．10ss ofmemory)是指部分或完全失去回忆和再认的能力，是一种正常的
生理现象。遗忘在学习后即已开始，最初遗忘的速率很快，以后逐渐减慢。实验表明，在学
习 20rnin后，学习内容的 41．8％被遗忘，过一个月后，学习内容的 78．9％被遗忘。但遗
忘并不意味记忆痕迹(memory trace)的消失，因为复习已经遗忘的内容总比学习新的内容来
得容易。产生遗忘的原因与条件刺激久不强化所引起的消退抑制和后来信息的干扰等因素有
关。
临床上将疾病情况下发生的遗忘称为记忆缺失或遗忘症(amnesia)，可分为顺行性遗忘症
(anterograde amnesia)和逆行性遗忘症(retrograde amnesia)两类。前者表现为不能保留新近获
得的信息，多见于慢性酒精中毒，其发生机制可能由于信息不能从第一级记忆转入第二级记
忆。后者表现为不能回忆脑功能障碍发生之前一段时间内的经历，多见于脑震荡，其发生机
制可能是第二级记忆发生了紊乱，而第三级记忆却未受影响。
《三)学习和记忆的机制
迄今为止，有关学习和记忆的机制仍不十分清楚，但有众多证据表明，学习和记忆在脑
内有一定的功能定位。与记忆功能密切有关的脑内结构有大脑皮层联络区、海马及其邻近结
构、杏仁核、丘脑和脑干网状结构等。破坏皮层联络区的不同区域可引起各种选择性的遗忘
症，包括各种失语症和失用症(见后文)；而电刺激清醒的癫痫病人颞叶皮层外侧表面，能诱
发对往事的回忆；刺激颞上回，病人似乎听到了以往曾听过的音乐演奏，甚至还似乎看到乐
队的影像。顶叶皮层可能储存有关地点的影像记忆。额叶皮层在短时程记忆中有重要作用。
如果损伤海马、穹隆、下丘脑乳头体或乳头体一丘脑束及其邻近结构，可引起近期记忆功能
的丧失。目前认为，与近期记忆有关的神经结构是海马回路(hip—pocampal circuit)：海马通
过穹隆与下丘脑乳头体相连，再通过乳头体一丘脑束抵达丘脑前核，后者发出纤维投射到扣
带回，扣带回则发出纤维又回到海马。此外，丘脑的损伤也可引起记忆丧失，但损伤主要引
起顺行性遗忘，而对已经形成的久远记忆影响较小。杏仁核参与情绪有关的记忆，其机制主
要是通过对海马活动的控制而实现的。
从生理学的角度看，感觉性记忆和第一级记忆可能与中枢神经元的环路联系有关，这种
联系可产生后作用和连续活动。例如，海马回路的活动就与第一级记忆的保持和第一级记忆
转入第二级记忆有关。近年来的一个重大突破是对突触可塑性的研究，如习惯化、敏感化和
长时程增强普遍存在于中枢神经系统，尤其是在海马等与学习记忆有关的脑区。在训练大鼠
进行旋转平台的空间分辨学习中，发现记忆能力强的大鼠海马的长时程增强反应大，而记忆
能力差的大鼠反应小。突触可塑性可能是学习和记忆的生理学基础已被普遍接受。
从生物化学的角度看，较长时程的记忆与脑内的物质代谢有关，尤其与脑内蛋白质合成
有关。动物在每次学习训练后的 5min内，接受麻醉、或电击、或低温处理、或给予那些能
阻断蛋白质合成的药物、抗体、寡核苷酸，则长时程记忆反应将不能建立。如果这种干预由
5rain二次改为 4h一次，则长时程记忆的建立将不受影响。在人类，类似于这种情况的是脑
震荡或电休克治疗后出现的逆行性遗忘症。此外，有研究表明，脑内乙酰胆碱、儿茶酚胺、
GA．BA、血管升压素等有促进学习和记忆的作用，而缩宫素、阿片肽等则作用相反。
从解剖学的角度看，持久性记忆可能与形态学改变有关。研究表明，海兔在经敏感化处
理后感觉末梢上所含的活化区增多，而经习惯化处理后则活化区减少。生活在复杂环境中的
大鼠的大脑皮层较厚，而生活在简单环境中的大鼠的皮层则较薄。语言和其他认知功能
(一)优势半球和皮层功能的互补性专门化
人类两侧大脑半球的功能是不对等的。在主要使用右手的成年人，语言活动功能主要由
左侧大脑皮层管理，而与右侧皮层无明显关系。左侧皮层在语言活动功能上占优势，故称为
优势半球。这种一侧优势(】Laterality cerebral dominance)的现象仅出现于人类。一侧优势现
象虽与遗传有一定关系，但主要在后天生活实践中逐步形成，这与人类习惯使用右手有关。
人类的左侧优势自 10～12岁起逐步建立，左侧半球若在成年后受损，就很难在右侧皮层再
建语言中枢。
左侧半球为优势半球，并不意味着右侧半球不重要。研究指出，右侧半球也有其特殊的
重要功能，它在非语词性的认知功能上占优势，如对空间的辨认、深度知觉、触一压觉认识、
图像视觉认识、音乐欣赏分辨等。
上述两侧大脑半球对不同认识功能的互补性专门化现象，可通过裂脑(split brain)实验加
以证实。在患有顽固性癫痫发作的病人，为了控制癫痫在两半球之间传播发作，常将患者的
胼胝体连合纤维切断。手术后，患者对出现在左侧视野中的物体(视觉投射到右侧半球)不能
用语词说出物体的名称，而对出现在右侧视野中的物体(视觉投射到左侧半球)就能说出物体
的名称，说明语言活动中枢在左侧半球。但是，患者右侧半球的视觉认识功能是良好的。例
如，将一把钥匙的图像置于患者的左侧视野令其认识，他虽不能用语言说出这一图像是“钥
匙”，但可闭着眼睛借助于触觉用左手从几件不同的物品中找出一把钥匙，表明他能认识图
像所示的物品。在正常人，虽然语言活动中枢在左侧半球，但能对左侧视野中的物体说出其
名称，这是因连合纤维将两侧半球的功能联系起来的结果。
一侧优势是指人脑的高级功能向一侧半球集中的现象，左侧半球在语词活动功能上占优势，
右侧半球在非语词性认知功能上占优势．。．但是，这种优势是相对的，因为左侧半球也有一
定的非语词性认知功能，右侧半球也有_定的简单的语词活动功能。
(二)大脑皮层的语言活动功能
与语言有关的脑区位于大脑侧沟附近。在颞上回后端的Wemicke区有纤维通过弓状束投射
到中央前回底部前方的 Broca区，Broca区能将来自Wernicke区的信息处理为相应的发声形
式，然后传到位于脑岛的说话区来启动唇、舌、，喉的运动而发声。当人们看到某一物体并
说出该物体名称时，整个信号传递的过程即按图 10—33中所示的顺序进行、D在Wernicke
区后的角回能将阅读文字形式的信息转为。Wernicke区所能接受的听觉文字形式的信息。
临床上发现，人类左侧大脑皮层一定区域(图 10一 34)的损伤可引起各种特殊的语言活动功
能障碍：④流畅失语症(fluent aphasia)，由‘Wer—nicke区受损所致。有两种不同的表现：
一种是病人说话正常，有时说话过度，但所说的话中充满了杂乱语和自创词，病人也不能理
解别人说话和书写的含义；另一种流畅失语症是有条件的。病人说话相当好，也能很好理解
别人的说话，但对部分词不能很好组织或想不起来，这种失语症称为传导失语症(conduction
aphasia)。②运动失语症(motor aphasia)，由 Broca区受损引起。病人可以看懂文字与听懂别
人的谈话，自己却不会说话，不能用语词来口头表达自己的思想，但与发音有关的肌肉并不
麻痹。③失写症(a—graphia)，因损伤额中回后部接近中央前回的手部代表区所致。病人可
以听懂别人说话，看懂文字，自己也会说话，但不会书写，手部的其他运动也不受影响。④
感觉失语症(sensorvaphasia)，由颞上回后部的损伤所致。，病人可以讲话及书写，也能看懂
文字，但听不懂别人的谈话；病人并非听不到别人的发声，而是听不懂谈话的含义，好像听
到听不懂的外国语一样。⑤失读症(alexia)，由角回受损所造成。病人看不懂文字的含义，但
视觉和其他语言功能(包括书写、说话和听懂别人谈话等)均健全。可见，语言活动的完整功
能与广大皮层区域的活动有关，且各区域的功能密切相关，严重的失语症可同时出现上述多
种语言活动功能的障碍。此外还发现，如局限于左颞极的损害，病人不能回想起某些地名和
人名，而回想起动词和形容词的能力却都正常，这种语言活动功能障碍称为命名性失语症
(anom—ic aphasia)。
(三)大脑皮层的其他认知功能
除语言活动功能外，大脑皮层还有许多其他认知功能。如前额叶皮层可能参与短时程情
景式记忆和情绪活动，颞叶联络皮层可能参与听、视觉记忆，而顶叶联络皮层则可能参与精
细体感觉和空间深度感觉的学习等。右侧顶叶皮层损伤的病人常表现为穿衣失用症
(apraxia)，病人虽无肌肉麻痹，但穿衣困难，常将衬衣前后穿倒或只把一个胳膊伸入袖内。
右侧大脑皮层顶叶、枕叶、颞叶结合处损伤的病人，常分不清左右侧，穿衣困难，不能绘制
图表。右侧半球颞叶中部病变常引起视觉认识障碍，患者不能辨认别人的面部，只能根据语
音来辨认熟人，有的病人甚至不认识镜子里自己的面部，这种功能障碍称为面容失认症
(prosopagnosia)。病人往往伴有对颜色、物体、地点的认识障碍。此外，还发现额顶部损伤
可引起失算症(acMcu~a)。病人表现为数学计算能力的损害。
(四)两侧大脑皮层功能的相关
两侧大脑皮层既有功能的专门化，又能通过互送信息，使未经学习的一侧在一定程度上
也习得另一侧经过学习而获得的某种认知能力。联系两侧大脑皮层功能的结构基础是连合纤
维。一在哺乳动物中最大的连合纤维结构是胼胝体，进化愈高等的动物胼胝体愈发达，人类
的胼胝体估计含有 100万根纤维。有人事先切断猫的视交叉纤维，使一侧眼的视网膜传人冲
动仅向同侧皮层投射，然后将该动物一眼蒙蔽，用另一眼学习对图案的鉴别能力，待其学会
后将该眼蒙蔽，测定先前被蒙蔽眼的图案鉴别能力，见到先前被蒙蔽的眼也具有这种鉴别能
力。如果事先切断这个动物的胼胝体，则这种现象不再出现。可见，两侧大脑皮层的感觉分
析功能是相关的，胼胝体连合纤维能将一侧皮层的活动向另一侧传送。电生理研究表明，刺
激一侧皮层某一点可以加强另一侧皮层对应点的感觉传人冲动引发的诱发电位，即起易化作
用。这一易化作用是通过胼胝体连合纤维完成的，这类纤维主要联系两侧皮层相对应的部位。
人类两侧大脑皮层的功能也是相关的，两半球之间的连合纤维对完成双侧的运动、一般感觉
和视觉的协调功能起重要作用。右手学会某种技巧动作后，左手虽未经训练，但一定程度上
也能完成这种技巧动作。说明一侧皮层的学习活动功能可以通过连合纤维向另一侧传送。
(朱大年)
第十一章 内分泌
内分泌系统是除神经系统外机体内又一大调节系统，它以分泌各种激素的体液性调节
方式发布调节信息，全面调控与个体生存密切相关的基础功能，如维持组织细胞的新陈代谢，
调节生长、发育、生殖等过程。内分泌系统与神经系统功能活动相辅相成，共同调节和维持
机体的内环境稳态。
第一节 内分泌与激素
一、内分泌与内分泌系统
(一)内分泌
内分泌 (endocrine)是指内分泌细胞将所产生的激素直接分泌到体液中，并以体液为
媒介对靶细胞产生效应的一种分泌形式。内分泌细胞集中的腺体统称内分泌腺，内分泌腺体
的分泌作用过程则不需要类似外分泌腺的导管结构，因此也称无管腺。
经典的内分泌概念是描述某些细胞所分泌的激素，借助血液实现其作用的一种方式，
这些细胞统称内分泌细胞 (endocrine cells)。随着科学研究发展和人们认识的深化，内分泌
和激素的概念也在不断延伸和完善。经典概念认为，激素主要通过内分泌方式经血液循环向
远隔部位传输信息，完成细胞之间的长距细胞通讯，因此也称远距分泌 (telecrine)或自分泌
(hemocrine)。但现代研究发现，充当“远程信使”不再是激素传输调节信息的唯一途径，还
存在旁分泌 (paracrine)、神经分泌 (neurocrine)、自分泌 (autocrine)甚至内在分泌 (intracrine)
和腔分泌 (solinocrine)等短距细胞通讯方式 (图 11-1、表 11-1)。
目前认为，激素 (hormone)是内分泌腺或器官组织的内分泌细胞所分泌，以体液为媒
介，在细胞之间递送调节信息的高效能生物活性物质。这一概念更加概括并强化了激素等作
为化学信息物质的基本属性，回到了当初将激素视作“化学信使”的本意上。另外，从细胞
通讯的角度看，激素与其他非内分泌细胞所分泌的化学信使物质，如神经元释放的神经递质，
免疫细胞分泌的细胞因子等在调节机体功能活动中的作用性质，并元本质差异，它们之间的
界限也并不像过去所认识的那样绝对。
(二)内分泌系统
内分泌系统 (endocrine system)由经典的内分泌腺与分布在功能器官组织中的内分泌
细胞共同组成，是发布信息调控机体功能的系统。来源于垂体、甲状腺、甲状旁腺、胰岛、
肾上腺、性腺等经典内分泌腺的激素种类很有限，而来源于具有特定功能器官组织的激素却
达百余种。如消化道黏膜以及胎盘等部位都含有“专职”的内分泌细胞；脑、心、肝、肾等
器官的一些细胞除自身的特定功能外，还兼有内分泌功能。如心肌主要通过收缩实现心脏泵
血功能，但还能生成调节血容量的肽类激素等 (表 11-2)。
内分泌系统通过激素发挥调节作用。激素对机体整体功能的调节作用可大致归纳为以
下几方面：①整合机体稳态。激素参与水电解质平衡、酸碱平衡、体温、血压等调节过程，
还直接参与应激反应等，与神经系统、免疫系统协调、互补，全面整合机体功能，适应环境
变化。②调节新陈代谢。多数激素都参与调节组织细胞的物质代谢和能量代谢，维持机体的
营养和能量平衡，为机体的各种生命活动奠定基础。③维持生长发育。促进全身组织细胞的
生长、增殖、分化和成熟，参与细胞凋亡过程等，确保并影响各系统器官的正常生长发育和
功能活动。④维持生殖过程。维持生殖器官的正常发育成熟和生殖的全过程，维持生殖细胞
的生成直到妊娠和哺乳过程，以保证个体生命的绵延和种系的繁衍。
二、激素的化学性质
激素有多种分子形式，其化学性质直接决定激素对靶细胞的作用机制。根据激素化学
结构可分为胺类、多肽和蛋白质类以及脂类激素三类 (图 11-2)。
(一)胺类激素
胺类激素 (amine hormones)多为氨基酸的衍生物。属于儿茶酚胺的肾上腺素与去甲肾
上腺素等由酪氨酸修饰而成；甲状腺激素为由甲状腺球蛋白裂解下的含碘酪氨酸缩合物；褪
黑素是以色氨酸作为合成原料合成的。儿茶酚胺一类的激素具有亲水性，水溶性强，在血液
中主要以游离形式运输，并且在膜受体的介导下发挥作用。同属于胺类激素的甲状腺激素则
很特殊，其脂溶性强，在血液中 99％以上与血浆蛋白质结合而运输。甲状腺激素可通过扩
散或转运系统直接与细胞核内受体结合产生调节作用。
(二)多肽和蛋白质类激素
多肽和蛋白质类激素 (polypeptide and protein hormones)的分子量有很大差异，从最小
的三肽分子到近 200个氨基酸残基组成的多肽链。这类激素种类繁多，且分布广泛。多肽和
蛋白质类激素都是亲水激素 (hydrophilic hormones)，水溶性强，分子量大，在血液中主要以
游离形式存在和运输。这类激素主要与靶细胞的膜受体结合，通过启动细胞内信号转导系统
引起细胞生物效应，而它们自身通常并不进入细胞内。下丘脑、垂体、甲状旁腺、胰岛、胃
肠道等部位分泌的激素大多属于此类。
(三)脂类激素
脂类激素 (lipid hormones)指以脂质为原料修饰合成的激素。 ，
1．类固醇激素 类固醇激素 (steroid hormones)的共同前体都是胆固醇，故名。固醇激
素中具有生物活性的 6个家族典型代表分别是孕酮、烃崮削、皮质醇、睾酮、雌二醇和胆钙
化醇等。前五种主要由肾上腺皮质和性腺所合成与分泌，它们均含有 17碳的环戊烷多氢菲
母核的四环结构和侧链分支。由于结构的相似性，这些激素除自身特有的作用外，可有部分
交叉。类固醇激素分子量小 (约 300kD)，属于亲脂激素 (lipophilic hormones)，95％以上与
相应的运载蛋白结合，以便在血液中运输。此类激素主要通过直接穿越靶细胞膜，与位于胞
质或核内的受体结合而起生物学效应。
胆钙化醇 (cholecalciferol)即维生素 D3，是在体内由皮肤、肝和肾等器官联合作用形成
的胆固醇衍生物，其环戊烷多氢菲四环结构中的 B 环被打开，也称固醇激素
(sterolhormones)，其作用特征和方式等都与类固醇激素相似。
2．廿烷酸 廿烷酸类 (eicosanoids)激素包括由花生四烯酸 (arachidonic asid)转化而形
成的前列腺素族 (prostaglandins，PGs)、血栓素类 (thromboxanes，TXs)和白细胞三烯类
(1eukotrienes，LTs)等。体内几乎所有组织细胞都能生成这类物质，它们均可作为短程信使
广泛参与细胞活动的调节。这类物质既可通过膜受体也可通过胞内受体转导信息。
三、激素的细胞作用机制
(一)靶细胞的激素受体
目前已明确，激素对靶细胞作用的实质就是通过与相应受体结合， “启动”靶细胞内
一系列信号转导程序，最终改变细胞的活动状态，引起该细胞固有的生物效应。依据激素的
作用机制，可将激素分成 I组与Ⅱ组两大组群。I组和Ⅱ组激素分别经胞内受体和膜受体中
介实现调节作用 (表 11-3)。但在细胞膜上也发现存在类固醇激素的膜受体，其结构和功能
与相应的细胞内受体均不同。
(二)细胞膜受体介导的激素作用机制
细胞膜受体介导的激素作用机制是建立在 Sutherland于 1965年提出的“第二信使学说”
基础上的。第二信使学说认为：①携带调节信息的激素作为“第一信使”先与靶细胞膜上的
特异受体结合；②激素与受体结合后，激活细胞内腺苷酸环化酶；⑧在Mg2+存在的条件下，
腺苷酸环化酶催化 ATP转变成 cAMP；④cAMP作为“第二信使”，继续使胞质中无活性的
蛋白激酶等功能蛋白质逐级活化，最终引起细胞的生物效应。但也有膜受体介导的反应过程
中没有明确的第二信使产生。
膜受体是一类跨膜蛋白质分子，主要有 G蛋白耦联受体、酪氨酸激酶受体、酪氨酸激
酶结合型受体和鸟苷酸环化酶受体等。膜受体与表 11-3所列Ⅱ组激素结合后，相继通过细
胞内不同的信号传递途径产生调节效应 (见第二章)。
激素经 G蛋白耦联型受体作用途径可产生核外效应和核内效应。核外效应主要为酶
系的系列激活或抑制而调节特定代谢过程，如糖原的分解、脂肪的合成等；核内效应主要是
调节基因转录，如通过 cAMP反应元件结合蛋白 (cAMP response element binding protein，
CRFB)介导和调控基因转录，生成新的功能蛋白质等。
激素经酪氨酸激酶受体作用途径激活的信息传递的级联反应，其最终效应表现为对物质
代谢以及细胞的生长、增殖和分化等过程的调节。
激素与鸟苷酸环化酶受体结合后，通过细胞内 cGMP浓度的变化而产生调节效应。
(三)细胞内受体介导的激素作用机制
Jesen和 Gorski于 1968年提出的基因表达学说 (gene expression hypothesis)认为，类固
醇激素进入细胞后，先与胞质受体结合形成激素受体复合物，再进入细胞核，即经过两个步
骤调节基因转录和表达，改变细胞活动，故此机制又称为“二步作用原理”。
细胞内受体是指位于细胞内 (胞质或胞核中)的受体。目前已知，即使受体位于胞质内，
最终也将转入核内发挥作用，因此通常也视为核受体 (nuclear receptor)。核受体属于由激素
调控的一大类转录因子，是一个超家族，种类繁多，可分为 I、Ⅱ两大类型。I型核受体也
称类固醇激素受体；Ⅱ型核受体包括甲状腺激素受体、维生素 D3受体和维甲酸受体等。核
受体多为单肽链结构，含有共同的功能区段：①激素结合域，位于受体的 C末端，是与激
素结合的片段；②DNA结合域；③转录激活结合域等功能区段。DNA结合域中存在两段称
为“锌指”的特异氨基酸序列片段，是介导激素一受体复合物与 DNA特定部位相结合的结
构。受体未与激素结合之前，“锌指”被遮盖，此时受体与 DNA的亲和力低。核受体需要
活化后才能与激素结合。活化实际是对新合成的核受体再加工，如多肽链的卷曲、折叠等，
以形成特定活性构象。参与活化的是称为分子伴娘 (molecular chaperones)的蛋白质，如
HSP90、HSP70等一类热休克蛋白 (heat shock protein)，它们能使受体锚定在胞质中，并遮
盖受体上的激素或 DNA结合域而不能发挥作用。
与膜受体不同，基础条件下核受体一般都以多聚体形式 (核受体-热休克蛋白复合体)存
在于胞质内。以肾上腺皮质激素和性激素等类固醇激素受体为例，当激素穿越细胞膜，进入
细胞与核受体结合形成激素一受体复合物时，核受体即与热休克蛋白解离，核受体域内的核
转位信号暴露，激素一受体复合物便转入细胞核内，并以二聚体的形式与核内靶基因上的特
定片段，即激素反应元件 (hormone response element，HRE)结合，通过调节靶基因转录以及
所表达的产物引起细胞生物效应 (图 11-3)。激素的这种基因效应 (genomic effect)需要数十
分钟甚至更长时间才能显现。甲状腺激素受体等不同于类固醇激素受体，活化后的构象稳定
并定位在细胞核内，事先不需要与热休克蛋白结合。
激素作用所涉及的细胞信号转导机制十分复杂。已有实验证实，有些激素可通过多种机
制发挥不同的作用。例如 I组的类固醇激素既可通过核受体影响靶细胞 DNA的转录过程发
挥作用，但也可迅速调节神经细胞的兴奋性，显然是通过膜受体以及离子通道所引起的快速
反应 (数分甚至数秒)，即类固醇激素的非基因效应 (non-genomic effect)。如孕激素可与
GABAA受体结合，影响 Cl-电导。
(四)激素作用的终止
激素产生的调节效应只有及时终止，才能保证靶细胞不断接受新信息，适时产生精确
的调节效能。激素作用的终止是许多环节综合作用的结果：①完善的激素分泌调节系统使内
分泌细胞能适时终止分泌激素，如下丘脑-腺垂体一靶腺轴系；②激素与受体分离，使下游
的一系列信号转导过程也及时终止；③通过控制细胞内某些酶活性的增强等，如磷酸二酯分
解 cAMP为无活性产物，终止细胞内信号转接；④激素被靶细胞内吞处理，如发生内化，
并经溶酶体酶灭活等；⑤激素在肝．、肾等脏器和血液循环中被降解，通过氧化还原、脱氨
基、脱羧基等方式被清除，也可通过甲基化或其他方式灭活。
此外，激素在信号转导过程中常生成一些中间物质，能及时限制自身信号转导过程。
如在胰岛素受体介导的信号转导中，酪氨酸蛋白磷酸酶 (PTPase)起重要的反馈调节作用。
PTP酶是胰岛素受体的靶酶，活化后可反过来催化胰岛素受体脱磷酸化而失活，随后的信号
蛋白分子也相继脱磷酸化，从而终止信号转导。
四、激素作用的一般特征
各种激素对靶细胞所产生的调节效应不尽相同，但可表现出一些共同的作用特征。
(一)特异作用
激素只选择性地对能识别它的靶细胞起作用，表现为激素作用的特异性，这主要取决于
靶细胞特异性受体与激素的结合能力，即亲和力。尽管多数激素通过血液循环广泛接触各部
位的组织、细胞，但某些激素只选择性地作用于特定目标，犹如“靶”，故相应的器官、腺
体、组织或细胞，分别称为该激素的靶器官、靶腺、靶组织和靶细胞，以及靶蛋白、靶基因
等。各种激素的作用范围存在很大差异，有些激素仅局限作用于较少的特定目标，如腺垂体
促激素主要作用于相应的靶腺；也有些激素作用范围遍及全身，如生长激素、甲状腺激素和
胰岛素等，这完全取决于这些激素受体的分布。激素作用的特异性并非绝对，有些激素与受
体的结合表现出交叉现象，如胰岛素与胰岛素样生长因子的受体等，只是亲和力有所差异。
激素与受体之间可相互作用。在膜受体蛋白的胞外域含有多种糖基结构，是识别与结合
激素的位点。激素分子和靶细胞膜受体的胞外域，均含有许多功能基团组成的极为复杂而又
可变的立体结构。激素和受体可相互诱导而改变各自的构象，以适应对方，这是激素与受体
发生专一性结合的基础。激素与受体的结合力称为亲和力 (affinity)。通常，受体对激素的
亲和力与激素的生物作用一致，但激素的类似物也可与受体结合，竞争性阻碍激素与相应的
受体相结合，从而阻断激素产生正常的生物效应。亲和力还可随生理条件的变化而变化，如
在动物性周期的不同阶段，卵巢颗粒细胞上卵泡刺激素 (FSH)受体的亲和力是可变的。同时，
激素与受体结合时，其邻近受体的亲和力也可出现增高或降低的现象。此外，激素还可调节
与其特异结合受体的数量。高浓度激素使其特异受体数量减少的现象称为减衰调节 (down
regulation)，简称下调。例如，长期使用大剂量胰岛素不仅导致亲和力降低，胰岛素受体的
数量也减少；当减量使用胰岛素后，受体的数量和亲和力又可恢复。许多激素，如促甲状腺
激素、绒毛膜促性腺激素、黄体生成素、卵泡刺激素等都存在下调现象。相反，低浓度激素
使其特异受体数量增多的现象称为增量调节 (up regulation)，简称上调。如催乳素、卵泡刺
激素、血管紧张素等都可产生上调现象。由于激素含量对靶细胞受体数量调节，使受体的合
成与降解保持动态平衡，最终维持靶细胞对激素的敏感性与反应强度的稳态。
(二)信使作用
激素所起的作用是传递信息，犹如“信使”的角色。由内分泌细胞发布的调节信息以分
泌激素这种化学的方式传输给靶细胞，其作用旨在启动靶细胞固有的、内在的一系列生物效
应，而不是作为某种反应物直接参与细胞物质与能量代谢的具体环节。与膜受体结合的激素
通常作为“第一信使”先与膜受体结合，再进一步引起胞质中“第二信使”的生成，第二信
使是细胞内下游信号转导分子的激活物或者抑制物，再引起细胞产生某种生物效应。在发挥
作用过程中，激素对其所作用的细胞，既不添加新功能，也不提供额外能量。
(三)高效作用
激素是高效能的生物活性物质。在生理状态下，激素的血浓度很低，多在
10-12~10-7mol/L的数量级 (pmol/L~nmol/L)。激素与受体结合后，通过引发细胞内信号转导
程序，经逐级放大，可产生效能极高的生物放大效应 (图 11-4)。例如，1mol胰高血糖素通
过 cAMP-PKA途径，引起肝糖原分解，生成 3x106mol葡萄糖，其生物效应放大约 300万倍；
在下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴系的活动中，0.1μg促肾上腺皮质激素释放激素 (CRH)可使腺
垂体释放 1μg促肾上腺皮质激素 (ACTH)，后者再引起肾上腺皮质分泌 40μg糖皮质激素，
最终可产生约 6 000μg糖原储备的细胞效应。
(四)相互作用
内分泌腺体和内分泌细胞虽然分散在全身，但它们分泌的激素又都以体液为基本媒介
传播，相互联系并形成一体化内分泌系统。因此，每种激素产生的效应总是彼此关联、相互
影响、错综复杂，这对于生理活动的相对稳定具有重要意义。协同作用表现为多种激素联合
作用时所产生的效应大于各激素单独作用所产生效应的总和，如生长激素与胰岛素都有促生
长效应，只有同时应用时动物体重才显著增长。生长激素、糖皮质激素、肾上腺素与胰高血
糖素等具有协同的升高血糖作用，而胰岛素与这些生糖激素的作用相反，通过多种途径降低
血糖，表现为拮抗作用。胰岛素一旦缺乏，将导致血糖显著升高。激素之间还存在一种特殊
的关系，即某激素对特定器官、组织或细胞没有直接作用，但它的存在却是另一种激素发挥
生物效应的必要基础，这称为允许作用 (permissiveness/permissive action)。糖皮质激素具有
广泛允许作用的特征，其他许多激素需要它的存在才能呈现出相应的调节效应。如糖皮质激
素本身对心肌和血管平滑肌并无直接增强收缩的作用，但只有当它存在时，儿茶酚胺类激素
才能充分发挥调节心血管活动的作用。这可能是由于糖皮质激素调节相应靶细胞膜。肾上腺
素能受体的数量，或者调节受体中介的细胞内信息传递体系活动，如影响腺黄酸环化酶的活
性以及 cAMP的生成过程等。实验中可见，雌激素可增加禁食大鼠的肝糖原量，但在摘除
肾上腺后此反应消失，若再给予动物注射少量肾上腺提取物后，则上述反应可重新出现。后
来证明，这是肾上腺提取物中含有糖皮质激素的缘故。
五、激素分泌的调控
激素是实现内分泌系统调节作用的基础，其分泌活动受到严密的调控，可因机体的需
要适时、适量分泌，及时启动和终止。激素的分泌除有本身的分泌规律外，如基础分泌、昼
夜节律、脉冲式分泌等，还受神经和体液性调节。
(一)生物节律性分泌
许多激素具有节律性分泌的特征，短者表现以分钟或小时计的脉冲式，长者可表现为
月、季等周期性波动。如腺垂体一些激素表现为脉冲式分泌，且与下丘脑调节肽的分泌活动
同步；褪黑素、皮质醇等表现为昼夜节律性分泌；女性生殖周期中性激素呈月周期性分泌；
甲状腺激素则存在季节性周期波动 (图 11-5)。激素分泌的这种节律性受机体生物钟
(biological clock)的控制，取决于自身生物节律。下丘脑视交叉上核可能是机体生物钟的关
键部位。
(二)体液调节
1．轴系反馈调节 下丘脑-垂体-靶腺轴 (laypothalamus pituitary target glands axis)调节系
统是控制激素分泌稳态的调节环路，也是激素分泌相互影响的典型实例。在调节系统内，激
素的分泌不仅表现等级层次 (表 11-4)，同时还受海马、大脑皮质等高级中枢的调控。一般
而言，在此系统内高位激素对下位内分泌细胞活动具有促进性调节作用；而下位激素对高位
内分泌细胞活动多表现负反馈性调节作用 (图 11-6A)。在调节轴系中，分别形成长反馈
(long-loop feedback)、短反馈 (short-loop feedback)和超短反馈 (ultrashort-loop feedback)等闭
合的自动控制环路。长反馈指在调节环路中终末靶腺或组织所分泌激素对上位腺体活动的反
馈影响；短反馈指垂体所分泌的激素对下丘脑分泌活动的反馈影响；超短反馈则指下丘脑肽
能神经元活动受其自身所分泌调节肽的影响，如肽能神经元可调节自身受体数量等。通过这
种闭合式自动控制环路，能维持血液中各级别激素水平的相对稳定。如下丘脑-垂体-甲状腺
轴、下丘脑-垂体-肾上腺皮质轴和下丘脑-垂体-性腺轴。调节环路中任一环节障碍，都将破
坏这一轴系激素分泌水平的稳态。
在轴系反馈调节中，正反馈调节机制很少见。在卵泡成熟发育进程中，卵巢所分泌雌激素在
血液中达到一定水平后，可正反馈地引起 LH分泌高峰，最终促发排卵。
2．体液代谢物调节效应 很多激素都参与体内物质代谢过程的调节，而物质代谢引起
血液中某些物质的变化又反过来调整相应激素的分泌水平，形成直接的反馈调节。例如，进
餐后血中葡萄糖水平升高时可直接刺激胰岛 B细胞增加胰岛素分泌，结果使血糖降低；血
糖降低则可反过来使胰岛素分泌减少，从而维持血糖水平的稳态。同样，血 K+升高和血 Na+
降低都可直接刺激肾上腺皮质球状带细胞分泌醛固酮；血 Ca2+的变化则直接调节甲状旁腺
激素和降钙素的分泌。这种激素作用所致的终末效应对激素分泌的影响，能直接、及时地维
持血中某种化学成分浓度的相对稳定 (图 11-6B)。
有些激素的分泌受到自我反馈调控，如 1,25- (OH)2D3生成增加到一定程度后，可抑
制分泌细胞内 1α-羟化酶系的活性，能有效限制更多的 1,25- (OH)2D3生成。
此外，有些激素的分泌直接受功能相关联或相抗衡的激素的影响。如胰高血糖素和生
长抑素可通过旁分泌作用分别刺激和抑制胰岛 B细胞分泌胰岛素，它们的作用相互抗衡、
制约，共同参与血糖稳态的维持。
(三)神经调节
下丘脑是神经系统与内分泌系统活动相互联络的重要枢纽。下丘脑的上行和下行神经
联系通路复杂而又广泛，内、外环境各种形式的刺激都可能经这些神经通路影响下丘脑神经
内分泌细胞的分泌活动，实现对内分泌系统以及整体功能活动的高级整合作用 (图 11-6C)。
神经活动对激素分泌的调节对于机体具有特殊的意义。如胰岛、肾上腺髓质等腺体和许多散
在的内分泌细胞都有神经纤维支配。应激状态下，交感神经系统活动增强，肾上腺髓质分泌
的儿茶酚胺类激素增加，可以配合交感神经系统广泛动员整体功能，释放能量增加，适应机
体活动的需求；而在夜间睡眠期间，迷走神经活动占优势时又可促进胰岛 B细胞分泌胰岛
素，有助于机体积蓄能量、休养生息。再如吸吮乳头通过神经反射途径引起催乳素和缩宫素
释放，发生射乳反射；进食期间迷走神经刺激 G细胞分泌胃泌素，不仅促进胃液分泌，也
有助于相应器官的营养性功能。
第二节 下丘脑-垂体和松果体内分泌
下丘脑与垂体在结构与功能上的联系非常密切，可视作下丘脑 -垂体功能单位
(hypothalamus-hypophysis unit)，包括下丘脑-腺垂体系统和下丘脑-神经垂体系统两部分 (图
11-7)。下丘脑的一些神经元兼有神经元和内分泌细胞的功能，其分泌的信息物质可直接进
入血液，因此可将来自中枢神经系统其他部位的神经活动电信号转变为激素分泌的化学信
号，以下丘脑为枢纽协调神经调节与体液调节的关系。因此，下丘脑一垂体功能单位是内分
泌系统的调控中枢。松果体分泌的激素也参与机体的高级整合活动。
一、下丘脑-腺垂体系统
下丘脑与腺垂体之间并没有直接的神经联系，但存在独特的血管网络，即垂体门脉系
统 (hypophyseal portal system)。垂体上动脉先进入正中隆起，形成初级毛细血管网，然后再
汇集成几条垂体长门脉血管进入垂体，并再次形成次级毛细血管网。这种结构可经局部血流
直接实现腺垂体与下丘脑之间的双向沟通，而不需通过体循环 (图 11-7)。下丘脑的内侧基
底部，包括正中隆起、弓状核、腹内侧核、视交叉上核和室周核以及室旁核内侧的小细胞神
经元 (parvocellular neuron)组成小细胞神经分泌系统。这些神经元胞体发出的轴突多终止于
下丘脑基底部正中隆起，与初级毛细血管网密切接触，其分泌物可直接释放到垂体门脉血管
血液中。因为能产生多种调节腺垂体分泌的激素，故又将这些神经元胞体所在的下丘脑内侧
基底部称为下丘脑的促垂体区 (hypophysiotrophic area)。
(一)下丘脑调节肽
由下丘脑促垂体区肽能神经元分泌的能调节腺垂体活动的肽类物质，统称为下丘脑调
节肽 (hypothalamic regulatory peptides，HRP)。迄今已发现的下丘脑调节肽主要有九种，其
化学性质和主要作用列于表 11-5中。
各种下丘脑调节肽的作用机制有所不同。CRH、GHRH、GHIH等下丘脑调节肽与腺垂
体靶细胞膜受体结合后以 cAMP、IP3/DG或 Ca2+作为第二信使；TRH、GnRH等仅以 IP3/DG
和 Ca2+为第二信使。由于 TRH、GnRH和 CRH均呈现脉冲式释放，因此血液中相应的腺
垂体激素也出现脉冲式波动。例如，恒河猴的垂体门脉血中 GnRH的含量每 1~2h出现一个
脉冲。大鼠 GnRH的分泌每隔 20~30min出现一个脉冲，血中 LH和 FSH浓度也随之发生相
应波动。给大鼠注射抗 GnRH血清后，则血中 LH与 FSH浓度的脉冲式波动消失，证明血
中 LH与 FSH的脉冲式波动是由下丘脑脉冲式释放 GnRH引起的。
下丘脑调节肽除在下丘脑促垂体区产生外，还可在中枢神经系统其他部位和体内许多组
织中生成。因此除调节腺垂体活动外，这些肽还具有广泛的作用。
下丘脑肽能神经元的活动受更高位中枢和外周传入信息的影响。影响肽能神经元活动的
神经递质的种类和分布也较为复杂，大体可分为两大类，一类是肽类物质，如脑啡肽、B一
内啡肽、血管活性肠肽、P物质、神经降压素和缩胆囊素等；另一类是单胺类递质，主要有
多巴胺 (DA)、去甲肾上腺素 (NE)和 5-羟色胺 (5-HT)。各种神经递质对下丘脑调节肽分泌
的调节作用也很复杂，例如，单胺能神经元可直接或间接调节下丘脑肽能神经元的活动，三
种单胺类递质对下丘脑调节肽分泌的作用也有明显的区别 (表 11-6)。
同样，肽类递质对下丘脑调节肽分泌的调节作用也十分复杂。例如，β-内啡肽和脑啡
肽可抑制 CRH和 GnRH的释放，但可促进 TRH和 GHRH的释放。此外，已经在绵羊下丘
脑提取到一种能激活腺垂体细胞腺苷酸环化酶的肽，称为垂体腺苷酸环化酶激活肽
(pituitary adenylyl cyclase activating polypeptide，PACAP)。PACAP可能是一种新的下丘脑
调节肽，与其他下丘脑调节肽一样，通过垂体门脉系统作用于滤泡星形细胞，激活腺苷酸环
化酶，使细胞内 cAMP的水平升高，从而促进某些生长因子或细胞因子的生成，这些因子
再以旁分泌的方式调节腺垂体细胞的生长发育和分泌活动。
(二)腺垂体激素
腺垂体主要分泌七种激素，其中生长激素 (growth hormone，GH)、催乳素 (prolactin，
PRL)和促黑 (素细胞)激素 (melanophore stimulating hormone，MSH直接作用于靶组织或靶
细胞，调节物质代谢、个体生长、乳腺发育与泌乳，以及黑色素代谢等生理过程。促甲状腺
激素 (thyroid stimulating hormone，TSH)、促肾上腺皮质激素 (adrenocorticotropic hormone，
ACTH)、卵泡刺激素 (follicle stimulating hormone，FSH)和黄体生成素 (1uteinizing hormone，
LH)可特异性作用于各自的靶腺而发挥调节作用，故统称为促激素 (tropic hormones)。TSH
与下丘脑、甲状腺构成下丘脑-腺垂体 -甲状腺轴 (hypothalamus-adenohypophysis-thyroid
axis) ， ACTH 与 下 丘 脑 、 肾 上 腺 皮 质 构 成 下 丘 脑 - 腺 垂 体 - 肾 上 腺 皮 质 轴
(hypothalamus-adenohypophysis-adrenocortical axis)，而 FSH和 LH则与下丘脑、性腺构成下
丘脑-腺垂体-性腺轴 (hypothalamus-adenohypophysis-gonadal axis)． (表 11-4)。
1．生长激素 生长激素是腺垂体中含量最多的激素。人生长激素 (human growth
hormone，hGH由 191个氨基酸残基组成，是分子量为 22kD的蛋白质，其化学结构与人 PRL
十分相似一故二者除自身的特定作用外，还表现为一定的重叠效应，即 GH有较弱的泌乳始
动作用，而 PRL则有较弱的促生长作用。
成年人血中 GH基础水平不足 3μg/L，女性稍高于男性，但也不超过 10μg/L。儿童血
清 GH浓度高于成年人。GH的基础分泌呈节律性脉冲式释放，脉冲的周期与年龄相关，青
春后期平均可达每天 8次。人的一生中，青年期 GH分泌率最高，平均约 60μg/ (kg?24h)。
随着年龄的增长，分泌量逐渐减少矗血清 GH水平还受睡眠、体育锻炼、血糖和性激素水平
等多种因素的影响。入睡后 GH分泌明显增加，约 60min达到高峰，以后逐渐降低。50岁
以后睡眠时的 GH峰逐渐消失，至 60岁时，GH的生成速率仅为青年时的一半左右。血中
GH的半衰期为扣 20min。肝和肾是 GH降解的主要部位。
(1)生长激素的作用机制：血中 GH以结合型和游离型两种形式存在。GH与高度特异
性的生长激素结合蛋白 (GH-binding protein，GHBP)结合，占 GH总量的 40％~45％。GHBP
分为高亲和力的 GHBP1和低亲和力的 GHBP2两种，
生长激素受体 (growth hormone receptor，GH-R)同属催乳素、促红细胞生成素、细胞因
子受体超家族成员之一，是由 620个氨基酸残基组成的跨膜单链糖蛋白，分子量约 120kD。
GH-R的第 43位精氨酸残基为灵长类所特有，决定 GH的种属特异性。GH分子具有两个与
受体分子结合的位点，先后与 2分子 GH-R亚单位结合而使受体成为同二聚体 (homodimer)。
受体的二聚化是 GH-R活化所必需的环节。目前已知的 GH-R膜内结构胞质片段所含酪氨酸
的不同节段可能各具特定功能。GH-R二聚化后随即通过 JAK2-STATs、JAK2-SHC、PLC等
多条途径转导信号，介导产生多种生物效应，包括调节基因转录，代谢物转运，胞膜钙离子
通道与胞质某些蛋白激酶活性的变化等，改变细胞的生长和代谢活动。GH-R广泛分布于肝、
软骨、骨、脑、骨骼肌、心、肾、肺、胃肠、胰、脾、睾丸、前列腺、卵巢、子宫等器官以
及脂肪细胞、淋巴细胞、成纤维细胞等组织细胞。由于胎儿和新生儿各种细胞上的 GH-R分
布数量多，因此对 GH反应十分敏感。
GH的部分效应可通过一种称为胰岛素样生长因子 (insulin-like growth factor，IGF)的肽
类物质而间接实现。IGF由 GH诱导靶细胞 (如肝细胞等)而产生，具有促生长的作用，因其
化学结构和功能与胰岛素相似，故名，也曾称为生长素介质 (somatomedin，SM)。现已分离
出 IGF-1和 IGF-2。IGF-1介导 GH的部分促生长作用，同时可缓冲血清 GH的波动，通过
与酪氨酸激酶受体实现跨膜信号转导。IGF-2对胎儿的生长发育起重要的作用。IGF的主要
作用是促进软骨生长，除促进钙、磷、钠、钾、硫等多种元素进入软骨组织外，还能促进氨
基酸进入软骨细胞，增强 DNA、RNA和蛋白质的合成，促进软骨组织增殖和骨化，使长骨
加长。IGF也能刺激多种组织细胞的有丝分裂。IGF还在肝以外的大多数组织中产生，并且
以远距分泌、旁分泌或自分泌等多种方式发挥作用。
综上所述，GH与其受体结合后，可直接促进生 I长发育；也可通过靶细胞生成 IGF间
接促进生长发育
(2)生长激素的生理作用：GH可促进生长发育和物质代谢，对机体各器官组织产生广泛影
响，尤其对骨骼、肌肉和内脏器官的作用更为显著，故 GH也称为躯体刺激素 (somatotropin)。
此外，GH还是机体重要的应激激素之一，参与机体的应激反应。
1)促进生长：机体的生长发育受多种激素的调节 (表 11-7)，GH的调节十分关键。实验证明，
幼年动物在摘除垂体后，生长即停滞；但若及时补充 GH，则可使之恢复生长发育。临床上
可见，若幼年时期 GH分泌不足，则患儿生长停滞，身材矮小，称为侏儒症 (dwarfism)；如
果幼年时期 GH分泌过多，则引起巨人症 (gigantism)。成年人如果 GH分泌过多，由于骨骺
已闭合，长骨不再生长，但肢端的短骨、颅骨和软组织可出现异常生长，表现为手足粗大、，
鼻大唇厚，下颌突出和内脏器官增大等现象，称为肢端肥大症 (acromegaly)。GH主要促进
骨、软骨、肌肉和其他组织细胞的分裂增殖和蛋白质合成，从而加速骨骼和肌肉的生长发育。
GH直接刺激骨骼生长板前软骨细胞或生发层分化为软骨细胞，并使其对 IGF-1的反应性增
强。IGF-1使软骨细胞增殖成为骨细胞，从而促进骨生长发育。
2)调节代谢：GH对物质代谢具有广泛作用。GH促进蛋白质代谢，总效应是合成大于
分解，特别是促进肝外组织的蛋白质合成；GH可促进氨基酸进入细胞，增强 DNA、RNA
的合成，减少尿氮，呈氮的正平衡。同时，GH可使机体的能量来源由糖代谢向脂肪代谢转
移，有助于促进生长发育和组织修复。GH可激活对激素敏感的脂肪酶，促进脂肪分解，增
强脂肪酸的氧化分解，提供能量，并使组织特别是肢体的脂肪量减少。GH还可抑制外周组
织摄取和利用葡萄糖，减少葡萄糖的消耗，升高血糖水平。GH分泌过多时，可因血糖升高
而引起糖尿，造成垂体性糖尿。
(3)生长激素分泌的调节：生长激素的分泌受多种因素的调节。首先，GH的分泌受
下丘脑 GHRH与 GHIH的双重调节 (图 11-8)。实验中若将大鼠的垂体柄切断，以消除下丘
脑 GHRH和 GHIH对腺垂体 GH分泌的调节作用，或将腺垂体进行离体培养，则垂体分泌
GH的量迅速减少。说明在整体条件下 GHRH的作用占优势。一般认为，GHRH对 GH的
分泌起经常性的调节作用，而 GHIH则主要在应激等刺激引起 GH分泌过多时才对 GH分泌
起抑制作用。GHRH还可促进 GH基因转录和腺垂体细胞的增生与分化。分泌 GHRH的神
经元主要位于下丘脑弓状核；产生 GHIH的神经元主要分布于下丘脑室周区和弓状核等处。
这些核团之间有广泛的突触联系，形成复杂的神经环路，通过多种神经肽或递质相互促进与
制约，共同调节 GH的分泌。
近年来发现，胃黏膜和下丘脑等处可生成类似 GHRH作用的生长激素释放肽 (growth
hormone-releasing peptide,ghrelin)，它不仅能促进 GH的分泌，还能刺激食欲，从多方面参与
机体能量平衡的调节。
GH与其他垂体激素一样，也可对下丘脑和腺垂体产生负反馈调节作用。摘除大鼠垂
体后，血中 GH浓度降低，而下丘脑内 GHRH 的含量却有所增加。在大鼠侧脑室内注射
GHRH，可引起下丘脑内 GHRH的含量减少，GH分泌减少和 GH脉冲性释放的抑制。这些
观察结果说明，不仅 GH能反馈抑制下丘脑 GHRH的释放，而且 GHRH对其自身释放也有
负反馈调节作用。此外，IGF-1对 GH的分泌也有负反馈调节作用。在体外培养的垂体细胞，
IGF-1可直接抑制 GH的基础分泌和 GHRH刺激引起的分泌。在整体动物中，IGF-1能刺激
下丘脑释放 GHIH，从而抑制垂体分泌 GH。因此，IGF-1可通过下丘脑和垂体两个水平对
GH的分泌进行负反馈调节。
GH的脉冲式分泌可不受血糖、代谢成分等影响，但存在年龄、性别差异。青春期及
其后期分泌脉冲平均约 3h一次。在人类，青年女性 GH的连续分泌比青年男性明显，最高
可达 60μg/L，其机制可能与性激素水平有关。
在进入慢波睡眠时，GH分泌增加；转入异相睡眠时 GH分泌则减少。慢波睡眠时
GH分泌增多有利于机体的生长发育和体力的恢复。
饥饿、运动、低血糖、应激、能量供应缺乏或耗能增加时，均可引起 GH分泌增多。
急性低血糖刺激 GH分泌的效应最显著，相反，血糖升高则可抑制 GH分泌。高蛋白饮食和
注射某些氨基酸，可刺激 GH分泌，而游离脂肪酸增多时则 GH分泌减少。
甲状腺激素、雌激素、睾酮和应激刺激均能促进 GH分泌。在青春期，血中雌激素或
睾酮浓度增高，可使 GH分泌明显增加而引起青春期突长。
2．催乳素 人催乳素是由 199个氨基酸残基组成的蛋白质，分子量为 22kD，其分子
序列 92％与 hGH相同。成年人血中 PRL浓度低于 20μg/L，半衰期约 20min。PRL及其受
体在垂体外组织也有广泛分布。
(1)催乳素的生理作用：PRL的作用十分广泛，除对乳腺、性腺发育和分泌起重要作
用外，还参与对应激反应和免疫的调节。
1)调节乳腺活动：PRL可促进乳腺发育，发动并维持乳腺泌乳。但在女性一生的不同
时期，其作用有所不同。在女性青春期乳腺发育中，生长激素、雌激素、孕激素、糖皮质激
素、甲状腺激素和 PRL协同作用。在妊娠期，随着 PRL、雌激素和孕激素分泌增多，使乳
腺组织进一步发育，但此时血中雌激素和孕激素水平很高，可抑制 PRL的泌乳作用，故乳
腺虽已具备泌乳能力却不泌乳。分娩时，乳腺．PRL受体可增加 20倍左右。分娩后，血中
雌激素和孕激素水平明显降低，PRL才发挥其始动和维持泌乳的作用。PRL还可促进乳汁
成分中酪蛋白、乳糖和脂肪等重要成分的合成。
2)调节性腺功能：PRL对性腺的作用比较复杂。实验表明，小剂量应用 PRL对卵巢
雌激素和孕激素的合成有促进作用，但大剂量则有抑制作用。PRL对卵巢黄体功能的影响
主要是刺激 LH受体的生成，调控卵巢内 LH受体的数量，同时还可促进脂蛋白与膜上受体
形成脂蛋白受体复合物，为孕酮生成提供底物，促进孕酮生成，减少孕酮分解。患闭经溢乳
综合征的妇女表现为闭经、溢乳与不孕。这些症状因高催乳素血症所致，而高浓度的 PRL
可通过负反馈方式抑制下丘脑 GnRH的分泌，减少腺垂体 FSH和 LH的分泌，致使患者出
现无排卵和雌激素水平低下的情况。用溴隐亭治疗后即可恢复。
在男性，PRL可维持和增加睾丸间质细胞 LH受体的数量，提高睾丸间质细胞对 LH
的敏感性，促进雄性性成熟。高催乳素血症时性兴奋减弱。
3)参与应激反应：在应激状态下，血中 PRL浓度升高，并常与 ACTH和 GH浓度的
升高同时出现，于刺激停止后数小时恢复正常，是应激反应中腺垂体分泌的三种主要激素之
一。
4)调节免疫功能：许多免疫细胞都有 PRL受体分布。PRL可协同一些细胞因子共同
促进淋巴细胞的增殖，直接或间接促进 B淋巴细胞分泌 IgM和 IgG。同时，T淋巴细胞和
胸腺淋巴细胞等又可产生 PRL，以旁分泌或自分泌方式发挥作用。
此外，PRL也参与生长发育和物质代谢的调节。
(2)催乳素分泌的调节：PRL的分泌受下丘脑 PRF与 PIF的双重调节，前者促进 PRL
分泌，而后者则抑制其分泌，平时以 PIF的抑制作用为主，因为切断垂体柄可使血中 PRL
水平升高。现在认为 PIF就是多巴胺。此外，TRH、VIP、甘丙肽等都具有促进 PRL分泌的
作用。也有认为催乳素释放肽 (PRP)就是 PRF。哺乳期，婴儿吸吮乳头的刺激经传入神经传
至下丘脑，使 PRF神经元兴奋并释放 PRF，反射性地引起垂体 PRL分泌增多。
血中 PRL升高可易化下丘脑多巴胺能神经元，多巴胺又可直接抑制下丘脑 GnRH和腺
垂体 PRL的分泌，降低血中 PRL水平，产生负反馈调节作用。此外，雌激素可通过刺激：
PRL细胞增殖和基因表达等环节影响 PRL释放，而甲状腺激素则可抑制 PRL基因表达。
3．促黑 (素细胞)激素 在低等脊椎动物，促黑 (素细胞)激素由垂体中间叶分泌。在人
类，垂体中间叶已退化，产生MSH的细胞分散在腺垂体中。在下丘脑、腺垂体或中间叶存
在由阿黑皮素原 (proopiomelanocortin，POMC)水解生成的一些肽类激素，包括三种促黑 (素
细胞)激素，即α-MSH、β-MSH和γ-MSH，分别为十三、十八和十二肽。在人的腺垂体
中，主要是 p-MSH，其血浓度为 20~110ng/L，半衰期约 10min。
MSH的主要生理作用是刺激黑色素细胞，使细胞内的酪氨酸转化为黑色素，同时使
黑色素颗粒在细胞内散开，导致皮肤和毛发颜色加深。在因病切除垂体的黑人，其皮肤颜色
并不发生改变。可见，MSH对于正常人皮肤的色素沉着并不是必需的。此外，MSH还可能
参与生长激素、醛固酮、CRH、胰岛素和 LH等激素分泌的调节，以及抑制摄食行为等。
MSH的分泌主要受下丘脑MIF和MRF的双重调节，平时MIF的抑制作用占优势。
MSFI血浓度升高时也可通过负反馈方式抑制腺垂体MSF的分泌。
4．促激素 腺垂体分泌 TSH、ACTH、FSH和 LH四种促激素，分泌入血后都分别作
用于各自的靶腺，再经靶腺激素调节组织细胞的活动。TSH的靶器官是甲状腺；ACTH的
靶器官是肾上腺皮质；FSH与 LH的靶器官是两性的性腺，对于男性，FSH又称配子 (精子)
生成素 (gametogenous hormone)，LH 又名间质细胞刺激素 (interstitial cell stimulating
hormone，ICSH)。促激素的具体作用将在后文相关内容中分别叙述。
一、下丘脑-神经垂体系统
神经垂体不含腺细胞，其自身不能合成激素。神经垂体激素实际是由下丘脑视上核和室旁核
等部位的大细胞神经元 (magnocellular neuron)合成的。大细胞神经元轴突向下投射到神经垂
体，形成下丘脑-垂体束 (图 11-7)。视上核和室旁核合成的血管升压素 (vasopressin，VP)和
缩宫素 (oxytocin，OT)经轴浆运输到神经垂体的末梢并储存。机体需要时由此释放入血。神
经垂体与腺垂体的毛细血管网之间还存在垂体短门脉血管联系。
VP和 OT都是由一个六肽环和三肽侧链组成的九肽，二者的区别只是第 3位与第 8
位的氨基酸残基不同。人 VP 的第 8 位氨基酸残基为精氨酸，故常称精氨酸血管升压素
(AVP)。
此外，神经垂体激素还存在于下丘脑正中隆起与第三脑室附近的神经元轴突中。在大
鼠和猴的垂体门脉血液中也发现有血管升压素，其浓度远高于外周血液。注射大剂量血管升
压素还能引起腺垂体 ACTH的分泌增多。这些实验均提示，神经垂体激素也可能影响腺垂
体的分泌活动。
(一)血管升压素的生理作用
血管升压素 (VP)也称抗利尿激素 (ADH)。在正常饮水的情况下，血浆中 VP的浓度
很低，仅 1~4ng/L。生理水平的 VP可促进肾对水的重吸收，产生抗利尿作用。在机体脱水
和失血等情况下，VP的释放量明显增加，可使血管广泛收缩，特别是内脏血管。VP通过
受体-G蛋白-第二信使途径转导其调节信号。VP受体有 V1R和 V2R两型，V1R主要分布
在血管平滑肌和肝细胞，经 IP3和 Ca2+介导后使血管平滑肌收缩，升高血压；V2R主要分
布在肾远曲小管和集合管上皮细胞，经 cAMP介导使水孑 L蛋白镶嵌到上皮细胞管腔膜上，
形成水通道，有助于增强水的重吸收能力，保留细胞外液，而使尿液浓缩，产生抗利尿效应。
VP的分泌主要受血浆晶体渗透压、血容量和血压变化的调节 (见第四、八章)。VP调节。
肾功能的意义在于维持体液和血压的稳态，保证循环功能的正常进行。此外，VP还有增强
记忆、调制疼痛等作用。
(二)缩宫素的作用与分泌的调节
缩宫素 (OT)的化学结构与血管升压素相似，生理作用也有一定重叠。如 OT对犬的
抗利尿作用相当于 VP的 1/200，而 VP对大鼠离体子宫肌的收缩作用约为 O'I’的 1/15。OT
的主要生理作用是在分娩时刺激子宫收缩和在哺乳期促进乳汁排出。
1．缩宫素的生理作用
(1)促进乳腺排乳：OT是促进乳汁排出的关键激素毛哺乳期乳腺可不断分泌乳汁，
储存于腺泡中。当婴儿吸吮乳头时，可引起典型的神经一内分泌反射，称为射乳反射 (milk
ejection reflex)。婴儿吸吮乳头的感觉信息经传入神经到达下丘脑，兴奋 OT神经元，神经冲
动沿下丘脑一垂体束至神经垂体，使 OT释放入血；OT使乳腺腺泡周围的肌上皮细胞收缩，
腺泡内压力增高，乳汁经输乳管从乳头射出。同时，OT也有营养乳腺的作用。
(2)刺激子宫收缩：OT可促进子宫收缩，但其作用与子宫的功能状态有关。OT对非
孕子宫的作用较弱，而对妊娠子宫的作用则较强。孕激素能降低子宫肌对 OT的敏感性，而
雌激素则可发挥其允许作用，促进 OT与相应受体结合，增加子宫肌对 OT的敏感性。OT
促进子宫收缩主要是使细胞外的 Ca2+进入平滑肌细胞，提高胞质内 Ca2+浓度，经钙调蛋白
与蛋白激酶的参与，引起肌细胞收缩。实验中应用低剂量 OT引起子宫肌发生节律性收缩，
大剂量 OT则可导致强直性收缩。但 OT并不是分娩时发动子宫收缩的决定因素。在分娩过
程中，胎儿刺激子宫颈可反射性地引起 OT释放，形成正反馈调节机制，使子宫收缩进一步
增强，起到“催产”的作用。
此外，OT对神经内分泌、学习记忆、痛觉调制、体温调节等生理功能也有一定的影
响。
2．缩宫素分泌的调节 OT分泌的调节属于神经一内分泌调节。吸吮乳头的刺激除
可使下丘脑室旁核 OT神经元兴奋并引起射乳反射外，还可引起下丘脑多巴胺能神经元兴
奋，使β-内啡肽释放增多。下丘脑 GnRH神经元的活动受多巴胺和β-内啡肽的影响。多巴
胺与β-内啡肽均可抑制下丘脑 GnRH的释放，使腺垂体促性腺激素分泌减少，导致哺乳期
月经周期暂停。由于哺乳活动可反射性引起催乳素和 OT释放，可促进乳汁分泌与排出，加
速产后子宫的复原。此外，性交时阴道和子宫颈受到的机械性刺激也可反射性引起 OT。分
泌和子宫肌收缩，有利于精子在女性生殖道内运行。
三、松果体内分泌
松果体也称松果腺，位于丘脑后上部，因形似松果而得名。松果体主要合成吲哚类和
多肽类两类激素，前者的代表是褪黑素 (melatonin，MLT)，后者的代表则为 8-精缩宫素
(8-arginine vasotocin，AVT)。光照刺激通过视网膜与松果体之间的神经通路，可引起 MLT
分泌，使人体自身的生物节律与自然环境的昼夜节律趋于同步化。
(一)褪黑素
MLT是松果体分泌的主要激素，因能使青蛙皮肤变浅而得名。MLT由色氨酸经羟化、
脱羧、乙酰化和甲基化等步骤而合成 j从青春期开始，人类松果体内结缔组织逐渐增多，并
不断有钙盐沉积，MLT的合成和分泌量也随年龄递减。1~3岁 250ng/L，到 67~84岁时只有
30ng/L，尽管有年龄差异，但日间分泌率并无显著差异。MLT的分泌具有极典型的“昼低
夜高”的周期波动，凌晨 2点达高峰，与日照周期同步 (图 11-5)。女性血中的MLT波动与
月经周期同步，月经来潮前夕最高。排卵期最低。峰一谷值相差可达 5倍左右。
1．褪黑素的作用 MLT具有广泛的生理作用。对 MLT作用的认识最初来源于松果
体破坏性肿瘤所致的性早熟。
MLT对神经系统影响广泛，主要有镇静、催眠、镇痛、抗惊厥、抗抑郁等作用。而
且MLT能抑制下丘脑-垂体-靶腺轴的活动，特别是对性腺轴作用更明显，因而MLT作用与
性激素呈负相关，在性腺发育、性腺激素分泌和生殖周期活动调节中可能起抗衡作用。MLT
还参与机体的免疫调节、生物节律的调整 (如生物钟扰乱后的重建和“时差”的恢复)等。
此外，也可影响心血管、肾、肺、胃肠等功能。
2．褪黑素分泌的调节 调节MLT分泌的环境因素是光照。若摘除大鼠眼球或切断支
配松果体的交感神经后，MLT昼夜节律不再出现。毁损实验动物视交叉上核，MLT的昼夜
分泌节律也消失，故认为视交叉上核可能是控制MLT分泌的中枢。在黑暗环境中，视交叉
上核发出的冲动到达交感颈上神经节，其节后纤维释放去甲肾上腺素，再通过 B．受体转导
信号，激活MLT合成酶系，使MLT合成分泌增加。但在明亮条件下，由视网膜传入的冲动
则通过交感活动产生抑制效应。长期光照处理的鸡产卵增加可能与此有关。持续光照，可造
成大鼠松果体缩小，同时MLT合成酶系活性显著降低，MLT合成减少。但人 MLT的昼夜
节律波动是内源性的，因为已观察到持续光照和无光照的季节中，日节律依然存在。
(二)8-精缩宫素
8-精缩宫素也是 9肽激素，保留 OT的 6肽环和 VP的 3肽链结构，但作用迥异。
Vasotocin由 VP的字首和 OT的字尾合成，且其侧链的 8位为精氨酸残基而名。AVT分别可
通过抑制下丘脑 GnRH和垂体促性腺激素的合成和释放，抑制生殖系统活动。同时也能抑
制动物的排卯活动等。
第三节 甲状腺内分泌
甲状腺是人体最大的内分泌腺，正常成年人平均重约 20g，女性的甲状腺稍重。甲状
腺构造很特殊，由约三百万个直径为 15~500μm的滤泡所组成，滤泡腔内充满胶状质。甲
状腺激素 (thyroid hormones，TH)由滤泡上皮细胞合成，在甲状腺球蛋白上形成的甲状腺激
素在滤泡腔内以胶状质的形式储存。甲状腺是唯一将激素储存在细胞外的内分泌腺。如此丰
富的激素储备量可保证机体长时间 (50~120天)的代谢需求。甲状腺血液供应十分丰富，其
血流量可达 400~600ml/ (min?100g)。
一、甲状腺激素的代谢
由甲状腺滤泡合成分泌到血循环中的化合物主要有三种形式，甲状腺素 (thyroxin)或
四碘甲腺原氨酸 (3，5，3’，5’-tetraiodothyronine，T4)、三碘甲腺原氨酸 (3，5，3’
-triiodothyronine，T3)和逆-三碘甲腺原氨酸 (3，3’，5’-triiodothyronine，rT3)，它们分别占
分泌总量的 90％、9％和 1％ (图 11-9)。其中 T3的生物活性约为 T4的 5倍，且引起生物效
应所需的潜伏期短。rT3无生物活性。
(一)甲状腺激素的合成与分泌
1．甲状腺激素合成的条件 人体合成 TH所需的碘 80％~90％来源于食物，其余来
自饮水和空气。饮食中的碘化物主要是碘化钠 (NaI)和碘化钾 (KI)。国人从食物中摄入的碘
量为 100~200μg/d，低于 50μg/d就不能保证 TH的正常合成。全身含碘总量为 20~50mg，
甲状腺含碘总量为 8~10mg,，其余碘分布于细胞外液，浓度约 6μg/L，总量约 150μg。国
际上推荐碘摄入量为 150μg/d。处于生长发育期、妊娠期和哺乳期需要适量补充碘，应≥200
μg/d。进入体内的碘化物以离子 (I-)的形式存在，经肠黏膜吸收后约 1/3被甲状腺摄取。在
稳定的情况下，甲状腺分泌的激素含碘约 75μg/d，其中 90％为 T4形式。碘与甲状腺疾病
关系密切，不论碘缺乏还是碘过剩均可导致甲状腺疾患。碘缺乏可引起单纯性甲状腺肿、甲
状腺结节、甲状腺肿瘤等；碘过剩则可出现甲状腺炎，诱发 Grave病、淋巴细胞性甲状腺炎
等。临床上观察到，碘摄入过多将引起碘甲亢，特别是在碘缺乏地区，补充碘盐后，毒性甲
状腺结节的发病率明显高于非缺碘地区。长期缺碘可致缺碘性甲状腺结节，是因为缺碘，甲
状腺激素分泌减少，因而 TSH分泌水平提高，属于代偿性增生。
甲状腺球蛋白 (thyroglobulin，TG)是由 5 496个氨基酸残基组成、分子量为 660kD的
同二聚体糖蛋白，所含百余酪氨酸残基中只有 20个左右可被碘化。正常碘化条件下，每分
子 TG含 3~4分子 T4，约 5个 TG才含一分子 T3。TG在甲状腺滤泡细胞内合成并包装存储
于囊泡中，以出胞方式释放到滤泡腔成为胶质基本成分。碘化的酪氨酸和 TH始终与 TG结
合直至最终分泌到血液之前。因此认为，TG是 T4和 T3的前体。
甲状腺过氧化物酶 (thyroid peroxidase，TPO)是催化 TH合成的重要酶。TPO由甲状
腺滤泡细胞合成，它是由 933个氨基酸残基组成的分子量为 103kD的 10％糖化的血色素样
蛋白质，在滤泡腔面的微绒毛处分布最为丰富。TPO以过氧化氢为氧化剂。实验中摘除大
鼠垂体 48h后，TPO活性消失，注入 TSH后，TPO活性即恢复，可见 TPO的生成和活性
受 TSH调节。硫脲类药物能抑制 TPO活性，因而可抑制 TH的合成，是临床上用于治疗甲
状腺功能亢进 (甲亢)的常用药物。
2．甲状腺激素的合成过程 TH的合成过程可归纳为以下三个基本环节 (图 11-10)。
(1)滤泡聚碘：生理情况下，甲状腺内的 I一浓度为血清的 30倍。滤泡上皮细胞能通
过主动转运机制选择性摄取和聚集碘，此即碘捕获 (iodide trap)。滤泡细胞碘捕获的能力可
用甲状腺/血清碘比率 (thyroid/serum ratio，T/S[I-])来评价。T/S[I-]可高达 400，而通常约为
30，这说明甲状腺具有极强的聚碘能力。碘转运分两步，先在细胞底部逆碘的电-化学梯度
将碘浓集于细胞内，再顺碘的电-化学梯度经细胞顶部进入滤泡腔。位于穗泡上皮细胞底部
的钠-碘同向转运体 (sodium-iodide symportor，NIS)，借助钠泵活动所提供的 Na+内向浓度
势能，以 1I-：2Na+的同向转运实现 I-的继发性主动转运。若用哇巴因抑制钠泵活动，则滤
泡细胞聚碘作用即发生障碍。C1O4-、SCN-、NO3-、ReO4-等可与 I-竞争 NIS，从而抑制甲
状腺的聚碘作用。摘除垂体可降低聚碘能力，而给予 TSH则可促进聚碘，提示 TSH可调节
甲状腺的聚碘能力。在临床上，常用注入碘同位素示踪法检查与判断甲状腺的聚碘能力及其
功能状态。
图 11-10 甲状腺激素的合成、分泌与运输
①滤泡细胞通过钠-碘转运体主动捕获碘 (聚碘)；②a甲状腺过氧化物酶 (TPO)催化无机碘
迅即氧化为有机活化碘 (I0)；②b 同时将甲状腺球蛋白 (TG)中酪氨酸残基 (Tyr)碘化为
MIT、DIT；③MIT、DIT经 TPO作用缩合为 T3、T4，并储存在滤泡腔内；④在 TSH刺激
下，滤泡细胞伸出伪足吞饮胶质中的 TG；⑤溶酶体水解吞噬泡内的 TG，释放出包括 T3、
T4在内的碘化酪氨酸；⑥T3、T4扩散人血；⑦血液中的 TH几乎全部与血浆蛋白质结合进
行运输；⑧MIT和 DIT在脱碘酶作用下释放出的碘和酪氨酸可供合成激素再利用
钠-碘同向转运体 (NIS)异常与某些疾病有关。如 NIS基因突变引起先天性甲状腺功
能减退或先天性甲状腺肿；Graves病患者甲状腺滤泡 NIS表达增多，NIS分布密度增加；弥
漫性甲状腺增生时，NIS集中在增生的滤泡细胞；甲状腺腺瘤细胞或甲状腺腺癌细胞则很少
和缺乏 NIS表达。
(2)酪氨酸碘化：酪氨酸碘化 (iodination)是活化碘取代酪氨酸残基苯环上的氢。碘的
活化是由 TPO催化的氧化过程，在滤泡上皮细胞顶膜与滤泡腔的交界处进行。在 H2O2存
在的条件下，TPO催化 I-迅速被氧化为“活化碘”。活化碘的形式可能是 I0 (碘原子)。同样
在 TPO催化下，活化碘迅即“攻击”TG中的酪氨酸残基，瞬间即可取代其苯环 3,5位上的
氢，生成一碘酪氨酸 (monoiodotyrosine，MIT)残基和二碘酪氨酸 (diiodoryrosine，DIT)残基，
完成碘化过程。
实验中观察到，放射性碘注人体内几分钟后，在滤泡上皮细胞微绒毛与滤泡腔交界处
就可发现多种被碘化的 TG。离体实验也发现仅保留绒毛与滤泡腔壁的上皮细胞残部，TG
也能碘化，都说明碘化过程发生在滤泡上皮细胞微绒毛与滤泡腔的交界处。
(3)碘化酪氨酸缩合：碘化酪氨酸的缩合 (condensation)或耦联是在 TPO催化下。同
一 TG分子内的 MIT和 DIT分别双双缩合成 T4和 T3。MIT与 DIT缩合成 T3以及极少量
的 rT3，而两个 DIT则缩合成 T4。正常成年人甲状腺内有机碘化物的大致比例为：MIT 23
％，DIT 33％，T3 7％，T4 35％，其余为 rT3等成分。
从上述过程可见，TG是合成 TH的“载体”，甲状腺中 90％~95％的碘都用于 TG上
酪氨酸残基的碘化。缺碘时，TG分子上MIT增多，T3含量增加；反之，T4含量随 DIT的
生成增多而增加。
TPO缺乏、H2O2生成障碍，TG异常等均能影响 TH的合成。
3．激素的分泌 TH的分泌受促甲状腺激素 (TSH)的调节。在 TSH作用下，甲状腺
滤泡细胞顶部一侧微绒毛伸出伪足，以吞饮的方式将含有多种碘化酪氨酸的 TG胶质小滴移
入滤泡细胞内，并形成胶质小泡。胶质小泡随即与溶酶体融合成吞噬泡，在蛋白水解酶作用
下，水解 TG的肽键，释出游离的 T4、T3、MIT和 DIT等。进入胞质的MIT和 DIT。在微
粒体碘化酪氨酸脱碘酶 (iodotyrosine deiodinase)的作用下迅速脱碘，释出的大部分碘能再循
环利用。而有意思的是脱碘酶并不破坏游离的 T4和 T3，二者得以迅速由滤泡细胞底部分泌
进入血液循环中。甲状腺分泌的 TH中 90％以上是 T4形式。通常已脱去碘化酪氨酸的 TG
不再进入血液。
(二)甲状腺激素的运输和降解
1．运输 体内 1/2~2/3的 TH存在于甲状腺外，并主要以结合形式存在于循环血液中。
TH的日分泌量，T4约 80μg/d，T3约 4μg/d。以放射免疫法检测 (radio-immunologic assay，
RIA)T4的血清浓度为 50~120μg/L，T3为 1.2~1.9μg/L。呈游离形式运输的 T4约占 0.03％、
T3占 0.3％。结合形式的 TH为储运形式，而只有游离的 TH才有生物活性，二者保持动态
平衡。血浆中与 TH结合的蛋白质主要有甲状腺素结合球蛋白 (thyroxine-binding globulin，
TBG)、 甲状腺素结合前白蛋白 (thyroxine-binding prealbumin，TBPA，transthyretin)和白蛋
白。尽管 TBG浓度只有 0.3μmol/L，但与 T4和 T3亲和力最高，是 TBPA的 100倍，约占
结合总量的 75％。其余 T4的 25％和 15％分别与白蛋白和 TBPA结合，T3的 25％与白蛋白
结合。TBG在肝内合成，雌激素能促进其合成，雄激素、糖皮质激素减少时可使它与 TH
的结合量降低，游离量却一般不变。
TH与血浆蛋白结合的意义主要在于：①在血液循环中形成 T4的储备库，缓冲甲状
腺分泌功能的急剧变化，如移除甲状腺 1周后，血液中 T4的浓度也只降低 50％，且可在结
合与游离状态激素之间起缓冲作用；②防止 TH被肾小球所滤过，避免从尿中过快丢失。
2．降解 T4与 T3在血液中存在和运输的形式不同，所以半衰期不同，T4可长达
6~7天，T3不足 1天。
TH主要在肝、肾、骨骼肌等部位降解。在外周组织，80％的 T4在外周组织经脱碘
酶的作用而脱碘，其中 45％的 T4由 5’-脱碘酶催化外环脱碘形成 T3；55％T4经 5-脱碘酶
催化内环脱碘则形成 rT3。T4脱碘转化为 T3实际是使 TH进一步活化，被看作活化脱碘。
T4脱碘转化的产物取决于机体状态，当生理活动需要更多的 TH时，如机体处于寒冷状态
下，T4脱碘转化为 T3多于 rT3；而当应激、妊娠、饥饿、代谢紊乱、肝疾病、肾功能衰竭
等状况下，T4转化为 rT3比例增加。血液中 87％的 T3来源于 T4脱碘，其余为甲状腺直接
分泌。T3或 rT3可进一步脱碘。大约 15％的 T4与 15％的 T3经与肝内葡萄糖醛酸或硫酸结
合后灭活，通过胆汁排泄，绝大部分又被小肠内细菌再分解，随粪便排出。5％的 T3与 5
％的 T4在肝和肾内脱去氨基和羧基，分别形成四碘甲状腺醋酸与三碘甲状腙醋酸等，随尿
排泄。
二、甲状腺激素的作用
甲状腺激素几乎作用于机体的所有组织，调节新陈代谢与生长发育，这些效应绝大多
数通过与核受体结合，调节基因转录和蛋白质表达而实现。因此 TH是维持机体功能活动的
基础性激素，其作用影响极为广泛。
(一)甲状腺激素细胞作用机制
TH为亲脂性激素，其作用主要由核内甲状腺激素受体 (thyroid hormone receptor，
TH-R)所介导。TH-R由 401~514个氮基酸残基组成，在不同的组织具有不同的形式。TH-R
与其他核转录因子家族成员相同，可继续与其他核转录因子结合，调节靶基因表达；但与一
些类固醇激素的受体不同，TH-R只存在于核内，即使尚未与 T3结合，也与 DNA分子局部
的甲状腺激素反应元件 (thyroid-responsive element，TRE)呈结合状态。进入核内的 TH与
TH-R结合后，可形成同二聚体或异二聚体 (图 11-11)。TH-R与 T3的亲和力约为 T4的 10
倍。 ．
P：RNA多聚酶；PB：甲状腺激素的血浆运输蛋白；RXR：视黄酸 X受体；TH：甲状
腺激素；THR：甲状腺激素受体；TRE：甲状腺激素反应元件
①游离的激素 (TH)跨膜进入细胞内；②进入核内的激素再与定位在 DNA螺旋甲状腺激素
反应元件 (TRE)上的核受体一甲状腺激素受体 (THR)或视黄酸受体 (RXR)结合形成异二聚
体或同二聚体形式的激素一受体复合物；③激素-受体复合物同其他转录因子共同调节基因
表达过程；④翻译、合成新的功能蛋白质 (如酶、结构蛋白等)，最终使细胞产生生物效应
TH与核受体结合后，通过启动特异性 TH应答基因的转录表达功能蛋白质，并产生一系列
生物学效应，诸如增加产热和氧耗、组织器官生长、发育等。但有些作用可能不是通过核受
体介导的，如增加葡萄糖和氨基酸跨膜转运等。
(二)甲状腺激素的生理作用
1．促进生长发育 1874年，Gull就已观察并认识到以智力迟钝、身材矮小为特征的
克汀病 (cretinism)与先天性甲状腺功能减退 (甲低)有关。克汀病也称呆小症，表现为多发性
先天性缺陷和严重的不可逆转的智力低下。Gudernatsch在 1912年的实验发现，给幼龄蝌蚪
喂以少量马甲状腺组织碎片后可提前变态并发育成“微型蛙”。可见，TH是促进机体正常
生长发育必不可少的因素。
TH是胎儿和新生儿脑发育的关键激素。在胚胎期，TH促进神经元增殖、分化、突
起和突触形成，促进胶质细胞生长和髓鞘形成，诱导神经生长因子和某些酶的合成，促进神
经元骨架的发育等。
TH与 GH具有协同作用，调控幼年期生长发育。TH刺激骨化中心的发育成熟，使
软骨骨化，促进长骨和牙齿生长。TH缺乏将影响 GH正常发挥作用，导致长骨生长缓慢和
骨骺愈合延迟。但 TH对胚胎期骨生长并非必需，因先天性甲状腺发育不全患儿出生时的身
长可基本正常，但脑的发育已受累。一般在出生后数周至 3~4个月后这些患儿才表现出明显
的智力迟钝和长骨生长迟滞。T3和糖皮质激素能增强 GH基因转录，使 GH生成增加。所
以缺乏 T3的动物，其 GH和 IGF分泌均减少。此外，TH还能提高机体对 IGF-1的反应性。
人类胎儿生长发育 11周之前的甲状腺不具备浓集碘和合成 TH的能力，因此这一阶
段胎儿生长发育所需要的 TH必须由母体提供。11周后，随胎儿下丘脑与垂体结构的发育，
甲状腺开始捕获碘，并不断分泌 TH。所以，缺碘地区的孕妇尤其需要适时补充碘，保证足
够的 TH合成，以减少呆小症的发病率。
2．调节新陈代谢
(1)增强能量代谢：早年研究发现，基础代谢率 (BMR)在甲状腺功能减退时显著降低；
而在甲状腺功能亢进时可提高达 60％~80％，除脑、脾和性腺 (睾丸)等少数器官组织外，
TH可使全身绝大多数组织的基础耗氧量增加，产热量增大，体温也因此而发生相应波动 (图
11-12)。TH对不同组织代谢率效应的差别可能与 TH受体的分布量有关，成年人的脑、脾和
睾丸等组织的线粒体缺乏 TH-R。就整体而言，给予 1mg T4可使机体产热增加 4200kJ (1 000
kcal)，BMR提高 28％，耗氧量也相应增加。皮下注射 1mg T3，在一天内即可使黏液性水
肿 (甲状腺功能减退症)患者的 BMR从-20％升至+10％，第 4天时可升至+20％。
TH的产热效应 (calorigenesis)是多种作用的综合结果。TH促使线粒体增大和数量增
加，加速线粒体呼吸过程，氧化磷酸化加强。已在人体一些细胞线粒体内发现解耦联蛋白
(uncouping protein，UCP)，在被 T3激活后可使化学能不能转化生成 ATP储存，只能以热的
形式释放。T3还提高膜 Na+，K+-ATP酶的浓度和活性，增加细胞能量消耗。实验中应用哇
巴因能消除 TH的产热效应，给实验性甲状腺功能低下的大鼠应用 T4，则可使其肾组织细
胞膜活性减弱的 Na+，K+-ATP酶活性恢复。此外，TH增多时，还可同时增强同一代谢途
径中的合成酶与分解酶活性，从而导致无益的能量消耗。
TH对许多器官系统的作用常继发于其产热、耗氧效应。如，体温升高转而启动体温
调节机制，使皮肤等外周血管舒张，增加皮肤血流量，加强体表散失热量，维持正常体温，
但同时又导致体循环系统的外周阻力降低。
(2)调节物质代谢：TH对物质代谢的影响广泛，包括合成代谢和分解代谢，因此十
分复杂。生理水平的 TH对蛋白质、糖、脂肪的合成和分解代谢均有促进作用，而大量的
TH则对分解代谢的促进作用更为明显。
1)糖代谢：TH能加速肠黏膜吸收葡萄糖，增加外周组织利用糖以及糖原的合成与分
解，提高糖代谢速率。TH还能增强肝糖异生，也能增强肾上腺素、胰高血糖素、皮质醇和
生长激素的生糖作用。但 T4与 T3可同时加强外周组织对糖的利用，也能降低血糖。TH水
平升高还能对抗胰岛素，使血糖升高。因此，甲亢患者餐后血糖升高，甚至出现糖尿，但随
后血糖又能很快降低。
2)脂类代谢：TH能刺激脂肪合成与分解，加速脂肪代谢速率。TH增强对激素 (如儿
茶酚胺与胰高血糖素等)敏感酯酶的活性。在甲减患者，脂肪合成与分解均降低，体脂比例
升高；甲亢患者则脂肪代谢增强，总体脂减少。正常时，TH可加强胆固醇合成，但同时也
增加低密度脂蛋白受体的可利用性，使更多的胆固醇从血中清除，从而降低血清胆固醇水平。
甲亢患者血中胆固醇含量低于正常，甲低者则升高。
3)蛋白质代谢：TH可无特异性地加强基础蛋白质合成，表现为氮的正平衡。在生理
情况下，TH可促进 DNA转录过程和 mRNA形成，促使结构蛋白质和功能蛋白质合成，有
利于机体的生长发育和各种功能活动。同时，TH也能刺激蛋白质降解，实际效应取决于 TH
的分泌量。高浓度 T3可抑制蛋白质合成，引起氮的负平衡。TH分泌过多时，以骨骼肌为
主的外周组织蛋白质分解加速，尿酸含量增加，尿氮排泄增加，肌肉收缩无力；骨骼蛋白质
分解，血钙升高，骨质疏松。TH分泌过少时，蛋白质合成障碍，组织问黏蛋白沉积，使水
分子滞留皮下，引起黏液性水肿。应用 TH制剂，可消除黏液性水肿，尿氮排泄减少。
3．影响器官系统功能 TH是维持机体基础性功能活动的激素，所以对机体几乎所
有器官系统都有不同程度的影响，但多数作用是继发于 TH促进机体代谢和耗氧过程的。TH
对器官系统功能活动的主要影响概要归纳于表 11-8。
三、甲状腺功能的调节
甲状腺功能直接受腺垂体分泌的 TSH调节，并形成下丘脑-腺垂体一甲状腺轴调节系
统，维持血液中甲状腺激素水平的相对稳定和甲状腺正常生长。此外，还存在神经、免疫以
及甲状腺自身调节等调节机制。
(一)下丘脑-腺垂体-甲状腺轴调节系统
在下丘脑-腺垂体-甲状腺轴调节系统中，下丘脑释放的 TRH通过垂体门脉系统刺激
腺垂体分泌 TSH，TSH刺激甲状腺滤泡增生、甲状腺激素合成与分泌；当血液中游离的 T3
和 T4达到一定水平又产生负反馈效应，抑制 TSH和 TRH的分泌，如此形成 TRH-TSH-TH
分泌的反馈自动控制环路 (图 11-13)。
1．下丘脑对腺垂体的调节 下丘脑主要通过分泌 TRH维持腺垂体 TSH细胞的经常性活动
j TRH主要是由下丘脑室旁核和视前区神经元所合成的 3肽神经激素，它对垂体 TSH细胞
的主要作用是促进储存的 FSH释放和激活靶基因促进 TSH合成。一分子 TRH约可使千余
分子 TSH释放。TRH经由 TSH细胞膜上的相应受体 (TRH-R)和 G蛋白，再激活磷脂酰肌
醇信号转导系统，增加细胞内 Ca2+浓度，激活蛋白激酶 C，通过增强基因转录等作用，引
起 TSH的快速和持久的释放。TRH还可促进 TSH的糖基化，保证其完整的生物活性。因此，
TRH可分别从量和质两方面调节 TSH的分泌。下丘脑还可通过生长抑素减少或终止 TRH
的合成与分泌。
下丘脑还可通过生长抑素减少或终止 TRH的合成与分泌。这有助于避免应激等状态下激素
的过度分泌，具有保护机体自身的意义。
下丘脑神经联系广泛，因此 TRH神经元活动可受神经系统其他部位传来信息的影响。
下丘脑脉冲生成神经元也能控制 TRH的分泌，使其分泌呈脉冲样释放。寒冷环境等外界刺
激以及某些激素、药物等也能影响 TRH的合成和分泌过程。
血液中 T3水平是 TRH分泌最主要的反馈调节因素。高水平的 T3可以直接抑制 TRH
前体基因的转录，进而抑制下丘脑合成 TRH。在体和离体实验也都证实，T3通过调节垂体
促甲状腺激素细胞膜 TRH受体数量控制 TRH对垂体细胞的作用。
TRH与机体的能量平衡调控相关。瘦素可通过刺激 TRH分泌，最终增强 TH分泌，加
强机体的能量消耗。此外，TRH也广泛存在下丘脑以外器官，但其生理意义尚不清楚。
2．促甲状腺激素对甲状腺的调节 TSH是直接调节甲状腺活动的关键激素。TSH是
垂体 TSH细胞合成的糖蛋白激素，含 201个氨基酸残基，是由α和β两个亚单位组成的异
二聚体，分子量 32kD。虽然 TSH的生物活性取决于β亚单位，但只有与α亚单位结合时才
能显示其全部活性。TSH有种属差异，但其他动物的 TSH对人类也有作用。在 TRH影响下
TSH分泌也呈脉冲样，同时具有日周期变化，在睡眠后开始升高，午夜间达高峰，日间降
低。TSH日分泌量约 110μg/d，血中半衰期约 60min。
TSH经促甲状腺激素受体 (thyroid stimulating hormone receptor，TSH-R)及其耦联的
Gs和 Gq蛋白介导，全面促进甲状腺功能活动。
(1)刺激甲状腺滤泡细胞生长发育：TSH可促进甲状腺滤泡细胞增长，滤泡增加，腺
体增大；血管分布改变，供血量增加。TSH长期作用可导致腺体显著增生，如碘缺乏造成
的单纯性甲状腺肿大。而且 TSH可保护滤泡细胞不易发生凋亡。
(2)刺激甲状腺激素合成分泌：注射 TSH几分钟后，甲状腺激素分泌即增加，滤泡
腔胶质量增加，血流量也增加，几小时后碘摄取增强。去除垂体的动物则甲状腺萎缩，TG
基因转录等功能降低。TSH调节甲状腺激素合成与分泌有多个环节：①促进 NIS的基因表
达，加速碘的主动转运；②增加 TPO mRNA含量，促进 TG的碘化，MIT、DIT、T3和 T4
生成增加；③刺激 TG基因转录；④促进滤泡细胞伸出伪足，吞饮胶质中 TG；⑤刺激溶酶
体内 TG水解酶活性，加速甲状腺激素由 TG分子的水解反应，增加 T3和 T4分泌。
TSH的分泌主要受下丘脑分泌 TRH和垂体促甲状腺细胞内 T，水平双重调节。TRH
对腺垂体的刺激作用与血中 T4、T3的反馈抑制作用相互抗衡，相互影响，决定腺垂体 TSH
的分泌水平，从而维持外周血液中甲状腺激素的稳态。此外，下丘脑内的生长抑素、多巴胺
和一些细胞因子也抑制 TSH的分泌。
此外，还有一些激素也可影响腺垂体分泌 TSH，如雌激素可增强腺垂体对 TRH的反
应性，从而使 TSH分泌增加，TH分泌也增加；而生长激素与糖皮质激素则对 TSH的分泌
有抑制作用。在因治疗而应用药理学剂量糖皮质激素或如库欣综合征患者所见，TSH的分
泌反应对 TRH作用的敏感性降低，导致 TH分泌减少。在这种情况下，暴露于寒冷环境中
的机体 BMR降低，御寒能力也随之下降。
3。甲状腺激素反馈调节 血中游离甲状腺激素水平是调节垂体 TSH分泌的经常性负
反馈因素。实验证实，甲状腺激素对 TSH分泌的影响，分别通过作用于下丘脑和腺垂体两
个层次而实现。促甲状腺细胞内的 T3 80％来自血清 T4脱碘，20％直接来源于血清 T3。因
此，调节 5’-单脱碘酶水平能够控制垂体对反馈抑制的敏感性。目前认为，甲状腺激素对
TSH分泌负反馈作用的主要机制是调节垂体对 TRH的敏感性。细胞内 T3水平高时，TRH
受体下调，垂体促甲状腺细胞对 TRH敏感性降低；相反时，发生受体上调，垂体促甲状腺
细胞对 TRH敏感性增强。也有认为甲状腺激素诱导垂体生成一些抑制性蛋白，抑制 TSH的
分泌。腺垂体促甲状腺细胞核内有 T3受体，该受体对 T3的亲和力远比 T4高，甲状腺激素
与 T3受体结合后可直接引起 TSH亚单位基因转录变化。与 T4相比，T3对腺垂体 TSH分
泌的抑制作用强，与核内甲状腺激素受体的亲和力和影响基因转录的速度有关。
(二)甲状腺功能的自身调节
甲状腺能根据血碘水平，通过自身调节改变摄取碘与合成甲状腺激素的能力。血碘开
始增加时 (1 mmol/L)即可诱导碘的活化和甲状腺激素合成；但当血碘升高到一定水平 (10
mmol/L)后反而抑制碘的活化过程，使甲状腺激素合成减少。这种过量碘抑制甲状腺激素合
成的效应称为碘阻滞效应 (wolff Chaikoff effect)，即过量碘抗甲状腺效应。这主要是由于血
液中高浓度碘抑制了 I-的活化，以及抑制滤泡细胞内合成甲状腺激素所必需的 H2O2生成所
致。但当碘过量摄入持续一定时间后甲状腺激素的合成反而又重新增加，即发生“脱逸”现
象，可避免过度抑制效应。相反，当血碘水平降低，甲状腺“碘捕获”机制增强，甲状腺激
素的合成也增强。在碘供应充足时，甲状腺产生的 T4与 T3比例约为 20∶1，但缺碘时 T3
比例升高，这也是甲状腺自身调节的一种表现。此外，TG还可调节 NIS、TH和碘通道蛋白
等的基因表达，进行腺体内活动的自身调节。
甲状腺自身调节的意义在于可根据食物中含碘量的差异而对摄碘量进行适应性的调
整，随时缓冲甲状腺激素合成和分泌波动。有些人因自身免疫机制异常等原因，可能发生碘
诱导的甲状腺功能减退，也可因碘摄入过量而导致甲状腺功能亢进。
(三)甲状腺功能的神经与免疫调节
甲状腺受交感和副交感神经的双重支配。交感神经的功能是促进甲状腺激素的分泌，
副交感神经的作用尚不十分清楚。这种调节与下丘脑-腺垂体-甲状腺轴的调节作用协调，下
丘脑-垂体-甲状腺轴维持各级激素效应的稳态，交感神经-甲状腺轴在内、外环境急剧变化时
可确保机体应急状态下所需激素的水平；副交感一甲状腺轴则在甲状腺激素分泌过多时进行
抗衡性调节。支配甲状腺血管的自主神经也能通过调节甲状腺血流量，影响其活动。
甲状腺活动还受到免疫系统调节。如 B淋巴细胞可合成。TSH受体抗体 (TSH receptor
antibody，TSHR-Ab)，表现为类似 TSH阻断或激活的效应。自身免疫性甲亢 Grave病患者
体内存在激活 TSH受体的抗体，萎缩性甲状腺炎引起的甲状腺功能低下患者体内存在阻断
TSH受体的抗体。TSH受体也可发生突变引起 TSH受体的自发性激活，从而产生甲亢等症。
甲状腺功能活动的调节是多层次、多水平的。除上述几种调节途径外，研究还发现多
种甲状腺刺激物和抑制物参与甲状腺内分泌功能的调节，如 CT和 CT基因相关肽、某些生
长因子如 IGF-1、表皮生长因子和前列腺素等也可影响甲状腺细胞的生长和激素的产生。
第四节 甲状旁腺、甲状腺 C细胞内分泌与维生素 D3
甲状旁腺分泌的甲状旁腺激素、甲状腺 C细胞分泌的降钙素和由皮肤、肝和肾等器
官联合作用而形成的胆钙化醇 (维生素 D3)是共同调节机体钙与磷稳态的三种基础激素，称
为钙调节激素 (calcium-regulating hormones)。此外，雌激素、生长激素、胰岛素和甲状腺激
素等也参与钙、磷代谢的调节。钙与磷不仅参与构成机体结构，也是多种功能活动所必需的
重要元素。血钙的稳态对骨代谢、神经元活动、腺体分泌、血液凝固、肌肉收缩、酶促反应
等都具十分重要的作用。磷不仅是物质代谢过程中的中间物成分，而且参与 ATP、cAMP、
DNA和 RNA等分子的构成。
血中钙、磷水平与骨代谢密切相关。正常时成骨与溶骨过程处于动态平衡中，成骨过
程中，钙、磷沉积于骨，血中水平降低；而溶骨过程中，骨质分解，提高血中钙、磷水平。
在多种激素的共同调节下，骨不断更新与重建，并为血中钙、磷水平稳态提供基本保证。
一、甲状旁腺激素的作用与分泌调节
甲状旁腺激素 (parathyroid hormone，PTH)由甲状旁腺主细胞合成和分泌。PTH是含有
84个氨基酸残基的直链多肽，分子量为 9.5kD，其氨基端 34个氨基酸片段集中了 PTH的全
部活性。正常人血浆中的 PTH浓度呈昼夜节律，其波动范围为 10~50ng/L，清晨 6时最高，
以后逐渐降低，至下午 4时达最低，以后又逐渐升高。PTH的半衰期为 20~30min。
(一)甲状旁腺激素的生理作用
甲状旁腺激素作用的效应主要是升高血钙和降低血磷，调节血钙和血磷水平的稳态。
实验中将动物的甲状旁腺切除后，其血钙水平逐渐下降，出现低钙抽搐，甚至可致死亡；而
血磷则逐渐升高。临床上进行甲状腺手术时，若误将甲状旁腺摘除，可造成严重后果。PTH
的靶器官主要是肾和骨 (图 11-14)。
1．对肾的作用 PTH作用于近端肾小管上皮细胞，可通过增加 cAMP而促进近端小
管对钙的重吸收，减少尿钙排泄，升高血钙；同时可抑制近端小管对磷的重吸收，促进磷的
排出，使血磷降低。
PTH对肾的另一作用是激活。肾内 1α羟化酶，后者可催化 25 (OH)D3转变为有高度
活性的 1,25 (OH)2D3。1,25 (OH)2D3可促进小肠和肾小管上皮细胞对钙和磷的吸收。
2．对骨的作用 PTH可促进骨钙入血，其作用包括快速效应与延迟效应两个时相。
PTH的快速效应在数分钟内即可产生，其产生机制是骨细胞膜对 Ca2+的通透性迅速增高，
骨液中的 Ca2+进入细胞，然后由钙泵将 Ca2+转运至细胞外液中，引起血钙升高。PTH的延
迟效应在激素作用 12~14h后出现，一般在几天或几周后才达高峰，其作用机制是刺激破骨
细胞的活动，加速骨基质的溶解，使钙、磷释放进入血液。因此，PTH分泌过多可增强溶
骨过程，导致骨质疏松。
(二)甲状旁腺激素分泌的调节
1．血钙水平的调节作用 甲状旁腺主细胞有钙受体分布，对血钙变化极为敏感，血钙
水平轻微下降，1min内即可增加 PTH分泌，从而促进骨钙释放和肾小管对钙的重吸收，使
血钙水平迅速回升。长时间低血钙可致使甲状旁腺增生，促进 PTH基因的转录；相反，长
时间高血钙则可抑制 PTH基因的转录，导致甲状旁腺萎缩。因此血钙水平是调节甲状旁腺
分泌最主要的因素。
2．其他因素对甲状旁腺分泌的调节血磷升高可使血钙降低，从而间接刺激 PTH的分
泌。血镁降低也可刺激 PTH分泌，但血镁慢性降低则可减少 PTH分泌。儿茶酚胺可通过 B
受体、组织胺则通过 H2受体促进 PTH分泌，而仅受体激动剂和 PGEs可抑制 PTH分泌。
此外，尽管 1,25 (OH)2D3与 PTH有协同作用，但 1,25 (OH)2D3可抑制 PTH的基因
转录和分泌，也可抑制甲状旁腺细胞的增殖，产生负反馈调节作用。
二、降钙素的作用与分泌调节
降钙素 (calcitonin，CT)是由甲状腺 C细胞分泌的肽类激素。C细胞位于滤泡之问和
滤泡上皮细胞之间，因此又称滤泡旁细胞。CT是含有一个二硫键的 32肽，分子量 3.4kD。
正常人血清 CT浓度为 10~20ng/L。血中 CT的半衰期不足 1h。
此外，在甲状腺 C细胞以外的一些组织中也发现有 CT存在。在人的血液中还存在一
种与 CT来自同一基因的降钙素基因相关肽 (calcitonin gene related peptide，CGRP)，为 37
肽，主要分布于神经和心血管系统，具有强烈的舒血管和加快心率的效应。
(一)降钙素的生理作用
降钙素的主要作用是降低血钙和血磷，其受体主要分布在骨和肾。CT与其受体结合
后，经 cAMP-PKA途径和 IP3/DG-PKC：途径抑制破骨细胞的活动，前一途径反应出现较
早，而后一途径则反应出现较迟。
1．对骨的作用 CT能抑制破骨细胞的活动，减弱溶骨过程，同时还能增强成骨过程，
使骨组织中钙、磷沉积增加，而血中钙、磷水平降低。CT抑制溶骨作用的反应出现较快，
在应用大剂量 CT后的 15min内，破骨细胞的活动便可减弱 70％。在给 CT后 1h左右，成
骨细胞的活动加强，骨组织释放的钙、磷减少。反应可持续数天。此外，CT还可提高碱性
磷酸酶的活性，促进骨的形成和钙化过程。
在成年人，CT对血钙浓度的调节作用较小。因为 CT引起血钙浓度下降，在数小时
内即可刺激 PTH分泌，抵消 CT的降血钙效应。另外，成人的破骨细胞向细胞外液释放钙
的量也十分有限，每天只能提供 0.8g钙。因此，抑制成人破骨细胞的活动对血钙水平的影
响不大。但在儿童，由于骨的更新速度快，通过破骨细胞的活动每天可向细胞外液提供 5g
以上的钙，相当于细胞外液总钙量的 5~10倍。因此 CT对儿童血钙的调节作用更为重要。
2．对肾的作用 CT能减少肾小管对钙、磷、钠和氯等离子的重吸收，因此可增加这
些离子在尿中的排出量。
(二)降钙素分泌的调节
CT、PTH和 1,25-双羟维生素 D3是直接参与调节钙、磷代谢的三种主要激素。CT
的分泌受以下因素的影响。
1．血钙水平的调节 CT的分泌主要受血钙水平调节。血钙浓度增加时，CT分泌增
多。当血钙浓度升高 10％时，血中 CT的浓度可增加一倍。CT与 PTH对血钙的作用相反，
两者共同调节血钙浓度，维持血钙的稳态。与 PTH相比，CT对血钙的调节快速而短暂，启
动较快，1h内即可达到高峰；PTH分泌达到高峰则慢得多，当 PTH分泌增多时，可部分或
全部抵消 CT的作用。由于 CT的作用快速而短暂，故对高钙饮食引起血钙浓度升高后血钙
水平的恢复起重要作用。
2．其他调节 进食可刺激 CT分泌，这可能与一些胃肠激素，如胃泌素、促胰液素、
缩胆囊素和胰高血糖素的分泌有关。这些胃肠激素均可促进 CT的分泌，其中以胃泌素的作
用为最强。此外，血Mg2+浓度升高也可刺激 CT分泌。
三、维生素 D3的作用与生成调节
维生素 D3不是内分泌细胞合成的激素，但在体内经修饰活化后可成为参与骨代谢调
节的重要激素 (图 11-14)。
(一)1,25-二羟维生素 D3的生成
维生素 D3是胆固醇的衍生物，也称胆钙化醇，可由肝、乳、鱼肝油等食物中摄取，
也可在体内合成。在紫外线照射下，皮肤中的 7-脱氢胆固醇迅速转化成维生素 D3原，然后
再转化为维生素 D3。但维生素 D3需经羟化后才具有生物活性。首先，维生素 D3在肝内
25-羟化酶的作用下形成 25-羟维生素 D3，然后在肾内 1α-羟化酶的催化下成为活性更高的
1,25-二羟维生素 D3[1,25-dihydroxy vitamin D3，1,25 (OH)2D3 ] (图 11-2)。血浆中 1,25
(OH)2D3的水平为 100pmol/L，半衰期为 12~15h。此外，1,25 (OH)2D3也可在胎盘和巨噬
细胞等组织细胞生成。
(二) 1,25-二羟维生素 D3的生理作用
1,25-二羟维生素 D3与靶细胞内的核受体结合后，通过调节基因表达产生效应。1,25
(OH)2D3受体分布也十分广泛，除存在于小肠、肾和骨细胞外，也分布于皮肤、骨骼肌、
心肌、乳腺、淋巴细胞、单核细胞和腺垂体等部位。
1．对小肠的作用 1,25-二羟维生素 D3 可促进小肠黏膜上皮细胞对钙的吸收。1,25
(OH)2D3进入小肠黏膜细胞内，通过其特异性受体促进 DNA转录，生成与钙有很高亲和力
的钙结合蛋白 (calcium-binding protein，CaBP)，直接参与小肠黏膜上皮细胞吸收钙的转运
过程。同时，1,25 (OH)2D3也能促进小肠黏膜细胞对磷的吸收。因此，它既能升高血钙，
也能升高血磷。
2．对骨的作用 1,25 (OH)2D3对动员骨钙入血和钙在骨的沉积都有作用。一方面，1,25
(OH)2D3可通过增加破骨细胞的数量，增强骨的溶解，使骨钙、骨磷释放入血，从而升高
血钙和血磷；另一方面，1,25 (OH)2D3又能刺激成骨细胞的活动，促进骨钙沉积和骨的形
成。但总的效应是升高血钙。此外，1,25 (OH)2D3 还可协同 PTH 的作用，如缺乏 1,25
(OH)2D3，则 PTH对骨的作用明显减弱。
在骨质中还存在一种可与钙结合的 49肽，称骨钙素 (osteocalcin)。骨钙素由成骨细
胞合成并分泌至骨基质中，是骨基质中含量最丰富的非胶原蛋白，占骨蛋白含量的 1％~2％。
骨钙素在调节和维持骨钙中起重要的作用。骨钙素的分泌受 1,25 (OH)2D3的调节。
3．对肾的作用 1,25 (OH)2D3可促进肾小管对钙和磷的重吸收。缺乏维生素 D3的患
者或动物，在给予 1,25 (OH)2D3后，肾小管对钙、磷的重吸收增加，尿中钙、磷的排出量
减少。
(三) 1,25-二羟维生素 D3生成的调节
维生素 D、血钙和血磷水平降低时，1,25 (OH)2D3的转化增加。PTH通过刺激肾内 1
α-羟化酶活性促进维生素 D活化。1,25 (OH)2D3的生成也受雌激素等激素水平的影响。
第五节 胰岛内分泌
人胰腺中散在分布 100万~200万个胰岛，但仅占胰腺总体积的 1％。胰岛内至少有五种功能
不同的细胞：分泌胰高血糖素 (glucagon)的A细胞约占胰岛细胞的20％；分泌胰岛素 (insulin)
的 B细胞数量最多，约占 75％；而分泌生长抑素 (somatostatin，SS)的 D细胞仅约 5％。此
外，还有极少量其他细胞，如 D1细胞可能分泌血管活性肠肽 (vasoactive intestinal peptide，
VIP)；而 F细胞则分泌胰多肽 (pancreatic polypeptide，PP)，其数量更少。
一、胰岛素的作用与分泌调节
胰岛素是由 51个氨基酸残基组成的小分子蛋白质，其中 21肽的 A链和 30肽的 B链
间借两个二硫键相连，分子量为 5808。胰岛素前体经剪切后形成的胰岛素和连接肽
(connecting peptide)，即 C肽同时被释放入血。由于血中 C肽与胰岛素的分泌量呈平行关系，
因此测定 C肽含量可反映 B细胞的分泌功能。C肽一直被认为不具有生物活性，但近年发
现 I型糖尿病患者的 C肽有减少肾小球滤过率、促进糖的利用和改善自主神经功能的作用。
正常人空腹状态下，血清胰岛素浓度为 35~145pmol/L，C肽为 1 000pmol/L。血液中
的胰岛素以与血浆蛋白结合和游离的两种形式存在，二者间保持动态平衡。只有游离形式的
胰岛素才具有生物活性。胰岛素在血中的半衰期仅 5~6min。
(一)胰岛素的作用机制
1．胰岛素受体 胰岛素对物质代谢的调节主要通过与各种组织细胞上的胰岛素受体
结合而发挥作用。胰岛素受体属酪氨酸激酶受体，是由两个α亚单位和两个β亚单位组成的
四聚体糖蛋白。受体的两个 719肽的α亚单位完全暴露在细胞外，是与胰岛素结合的部位。
两个α亚单位、α与β亚单位之间均有二硫键相连。β亚单位由 620个氨基酸残基组成，分
为三个结构域：N-端 194个氨基酸残基伸出膜外；中间为含 23个氨基酸残基的跨膜结构域；
C-端在膜内，为蛋白激酶结构域，具有酪氨酸激酶的活性 (图 11-15)。在哺乳类，胰岛素受
体几乎遍布所有组织，但各类细胞受体分布数量存在很大差异，如每个红细胞上仅有 40多
个受体，而每个肝和脂肪细胞上则可分布 20万~30万个受体。
胰岛素与仅亚单位结合后，受体构象发生改变，β亚单位细胞内的酪氨酸残基发生自
身磷酸化，进而催化底物蛋白上的酪氨酸残基磷酸化。胰岛素受体结构的完整性是实现胰岛
素生物活性的关键之一，受体的缺陷将影响胰岛素的效应。
2．受体后机制 胰岛素受体后的信号转导机制相当复杂。目前研究发现，在胰岛素
敏感组织细胞的胞质中存在几种胰岛素受体底物 (insulin receptor substrate，IRS)，是转导胰
岛素生物作用的共同信号蛋白 (图 11-15)。IRS-1和 IRS-2存在于肌肉、脂肪和胰岛的 B细
胞，IRS-3存在于脑组织。胰岛素与其受体结合后，β亚单位的酪氨酸蛋白激酶被激活，使
β亚单位活化并与 IRS-1结合，引起 IRS的多个酪氨酸残基磷酸化。IRS的磷酸化成为多种
蛋白激酶、蛋白磷酸酶的锚定部位和激活部位，以及连接蛋白、磷脂酶和离子通道的易化因
子，从而中介下游出现系列反应。IRS通过生成的 IP3促进葡萄糖转运体 (glucose transporter，
GLUT)合成并从胞质转位到细胞膜，增强葡萄糖摄取；同时糖、脂肪和蛋白合成酶系活化，
加强糖原、脂肪和蛋白质的合成；多种胰岛素活化的转录蛋白调控相关酶的活性和基因转录，
可改变物质代谢的方向、功能蛋白质的表达和细胞的生长发育。最终实现胰岛素对细胞代谢
和生长等调节效应。此外，IRS-1也是 IGF-1受体的底物。
临床研究证明，Ⅱ型糖尿病患者的脂肪细胞中 IRS-1 mRNA的含量降低，IRS-2成为
主要的信号蛋白，但 IRS-2的磷酸化与激活所需要的胰岛素量远较 IRS-1为多，因此对胰岛
素不敏感。
(二)胰岛紊的生理作用
胰岛素是全面促进物质合成代谢的关键激素，与其他激素共同作用，维持物质代谢水
平的相对稳定。
1．调节物质代谢 当机体营养物质 (糖、脂肪和蛋白质)供应充足时，胰岛素反应性
分泌，可有效促进组织细胞利用这些营养物质，增强合成代谢，并抑制机体自身的同类成分
在其他激素的作用下被动员。相反，当机体在饥饿或营养缺乏时，胰岛素分泌减少，使其抗
衡体内其他激素的作用削弱，内源性成分则被动员、利用。胰岛素的靶器官主要是肌肉、肝
和脂肪组织，主要通过调节代谢过程中多种酶的生物活性来影响物质代谢。
(1)糖代谢：胰岛素能促进全身组织，特别是肝、肌肉和脂肪组织摄取和氧化葡萄糖。
同时促进肝糖原和肌糖原的合成与储存；抑制糖异生，减少肝糖释放；促进葡萄糖转变为脂
肪酸，并储存于脂肪组织中。可见，胰岛素可减少血糖来源，增加血糖去路，因而能降低血
糖水平。一旦胰岛素缺乏，血糖水平将升高，若超过肾糖阈，即可出现糖尿。
维持糖代谢的稳态是内分泌系统的重要功能之一，多种激素都参与这一过程 (表
11-9)
(2)脂肪代谢：胰岛素可促进肝合成脂肪酸，并转运到脂肪细胞储存；促进葡萄糖进
入脂肪细胞，合成α-磷酸甘油和甘油三酯等；还可抑制脂肪酶的活性，阻止脂肪动员和分
解。胰岛素缺乏时，糖的氧化利用受阻，脂肪分解增强，产生的大量脂肪酸在肝内氧化成过
量酮体，可引起酮血症和酸中毒。
(3)蛋白质代谢：胰岛素可促进蛋白质合成，并抑制蛋白质分解。胰岛素可在蛋白质
合成的各个环节发挥作用，如加速氨基酸跨膜转运进入细胞；促进 DNA和 RNA的复制和
转录；加速核糖体的翻译，使蛋白质合成增加。此外，胰岛素还可抑制蛋白质分解。-
胰岛素与生长激素共同作用时，能产生明显的促生长协同效应。但胰岛素单独作用时，
促生长作用并不显著。
此外，胰岛素还可促进 K+、Mg2+和磷酸根离子进入细胞，参与细胞代谢过程。
2．调节能量平衡 胰岛素不仅在细胞水平发挥代谢调节作用，也于整体水平参与机
体摄食平衡的调节。胰岛素的某些作用类似于瘦素，并能增强后者的作用。因此，当脂肪组
织增加时，血中胰岛素水平升高。进入中枢神经系统的胰岛素除能引起饱感外，还通过提高
交感神经系统的活动水平，增加能量消耗，提高代谢率。同时，胰岛素与瘦素可抑制下丘脑
弓状核的神经肽 Y神经元表达神经肽 Y (NPY)等，使能刺激摄食活动的 NPY生成减少；相
反，却促进弓状核的 POMC神经元活动，通过增加α-MSH的生成和释放，抑制摄食活动。
(三)胰岛素分泌的调节
1．营养成分的调节 胰岛素的分泌可直接受外源性营养成分的调节。血中葡萄糖水
平是刺激胰岛素分泌最重要的因素。B细胞对血糖水平的变化十分敏感，血糖水平升高时，
胰岛素分泌增加使血糖水平降低，当血糖为 300mg/100ml时达最大分泌反应；当血糖水平
降至正常时，胰岛素分泌也迅速减少，当降至 50mg/100ml时则无胰岛素分泌。在持续的高
血糖刺激下，胰岛素的分泌表现为两个时相的特征变化，先是在 1min内出现胰岛素分泌的
脉冲峰，随之降至基础水平；随着高血糖的持续刺激，10min后，又逐渐升至高峰，正常个
体可维持约数小时 (图 11-16)。
许多氨基酸都能刺激胰岛素的分泌，其中精氨酸和赖氨酸的作用最强。血清氨基酸和糖
对胰岛素分泌的刺激有协同作用，两者同时升高时，可使胰岛素分泌量成倍增长。长时间的
高血糖、高氨基酸和高脂血症可持续刺激胰岛素的分泌，致使胰岛 B细胞衰竭而引起糖尿
病。临床上常用口服氨基酸后血中胰岛素水平的改变作为判断胰岛 B细胞功能的检测手段。
在人类，脂肪对胰岛素分泌的刺激作用较弱，可间接通过 GIP实现。饥饿时，酮体增
加可刺激胰岛素分泌；游离脂肪酸，特别是长链的饱和脂肪酸可增强 B细胞对葡萄糖的反
应性分泌。但脂肪酸也刺激 B细胞的凋亡。
2．激素的调节 实验观察到，口服葡萄糖引起的胰岛素分泌反应大于静脉注射葡萄
糖引起的反应，提示与胃肠激素的作用有关。在胃肠激素中，胃泌素、促胰液素、缩胆囊素
和抑胃肽等均能促进胰岛素分泌。但目前认为，只有高血糖样肽-1 (GLP-1)和抑胃肽 (GIP)
才是葡萄糖依赖的胰岛素分泌刺激因子，而其他胃肠激素则可能是通过升高血糖而间接刺激
胰岛素分泌的。实验证明，口服葡萄糖引起的高血糖与抑胃肽的分泌增加是平行的，这种平
行关系的维持，导致胰岛素迅速而明显的分泌，可超过由静脉注射葡萄糖所引起的胰岛素分
泌量。由此认为，在肠内吸收葡萄糖期间，小肠黏膜分泌的抑胃肽是一种重要的肠促胰岛素
分泌因子。进食糖后，由于肠黏膜分泌抑胃肽，因而可在血糖水平升高前就刺激胰岛 B细
胞释放胰岛素。可见，这是一种前馈调节。除葡萄糖外，小肠吸收的氨基酸、脂肪酸和盐酸
等也能刺激抑胃肽的释放，进而促进胰岛素分泌。这些胃肠激素与胰岛素分泌之间的关系被
称为肠-胰岛素轴 (entero-insular axis)，该轴的活动还受到支配胰岛的副交感神经的调节。
生长激素、皮质醇和甲状腺激素可通过升高血糖而间接刺激胰岛素分泌。如长期大剂
量应用这些激素，有可能使胰岛 B细胞衰竭而导致糖尿病。
胰岛 A细胞分泌的胰高血糖素和 D细胞分泌的生长抑素，可分别刺激和抑制 B细胞
分泌胰岛素。胰高血糖索引起的血糖升高又可进一步引起胰岛素的释放。
神经肽和递质中，促进胰岛素分泌的有促甲状腺激素释放激素 (TRH)、生长激素释
放激素 (GHRH)、促肾上腺皮质激素释放激素 (CRH)、胰高血糖样肽 (GLP)和血管活性肠
肽 (VIP)等；抑制胰岛素分泌的则有肾上腺素、胰腺细胞释放抑制因子、甘丙肽、瘦素、神
经肽 Y和 C肽等。
3．神经调节 胰岛受交感和副交感神经的双重支配。刺激右侧迷走神经，既可通过
M受体直接促进胰岛素分泌，也可通过刺激胃肠激素释放而间接促进胰岛素的分泌。交感
神经兴奋时，其末梢释放去甲肾上腺素，后者作用于 B细胞的α2受体，抑制胰岛素的分泌。
虽然也可通过β2受体并使胰岛素分泌增加，但交感神经兴奋对胰岛素分泌的影响一般以α
受体介导的抑制性效应为主。
二、胰高血糖素的作用与分泌调节
胰高血糖素 (glucagon)是由胰岛 A细胞分泌的 29肽，分子量为 3 485。血清胰高血糖
素浓度为 50~100ng/L，半衰期为 5-10min，主要在肝内降解失活，部分在肾内降解。
(一)胰高血糖素的生理作用
胰高血糖素可促进肝糖原分解而升高血糖；还可促使氨基酸转化为葡萄糖，抑制蛋白
质合成和促进脂肪分解，因此被认为是促进分解代谢的激素。
胰高血糖素与肝细胞膜上相应的受体结合后，通过 cAMP-PKA途径或 IP3/DG-PKC
途径，激活肝细胞内的磷酸化酶、脂肪酶和与糖异生有关的酶系，加速糖原分解，脂肪分解
和糖异生。胰高血糖素促进肝糖原分解的作用十分明显，1mol/L 胰高血糖素可引起 3×
106mol/L的葡萄糖释放，但对肌糖原分解的影响不明显。
(二)胰高血糖素分泌的调节
1．血糖与氨基酸水平的调节 血糖水平是调节胰高血糖素分泌的重要因素。当血糖
水平降低时，可促进胰高血糖素的分泌；反之则分泌减少。饥饿可促进胰高血糖索的分泌，
这对维持血糖水平，保证脑的代谢和能量供应具有重要意义。高蛋白餐或静脉注射氨基酸可
刺激胰高血糖素分泌，其效应与注射葡萄糖相反。血中氨基酸的作用，一方面通过促进胰岛
素分泌降低血糖；另一方面又刺激胰高血糖素分泌而使血糖升高，因而可避免低血糖的发生。
2．其他激素的调节 胰岛内各激素之间可通过旁分泌方式相互作用。胰岛素和生长
抑素可以旁分泌的方式直接作用于相邻的 A细胞，抑制胰高血糖素的分泌；胰岛素又可通
过降低血糖间接地刺激胰高血糖素分泌。胰岛素和胰高血糖素是一对相拮抗的、调节血糖水
平的激素。
口服氨基酸比静脉注射氨基酸引起的胰高血糖素分泌效应更强，说明胃肠激素参与胰
高血糖素的分泌调节，已知缩胆囊素和胃泌素可促进其分泌，而促胰液素的作用则相反。
3．神经调节 交感神经兴奋可通过β受体促进胰高血糖素的分泌；而迷走神经兴奋
则通过M受体抑制胰高血糖素的分泌。
第六节 肾上腺内分泌
人肾上腺总重量为 8~10g，分皮质和髓质两部分，分别占总重量的 90％与 10％，皮
质包裹髓质而为一体。皮质和髓质在形态发牛、细晌构筑以及激素的生物效应等方面都是全
然小同的两个内分泌腺体。但由于髓质的血液供应来自皮质，二者在功能上有一定的联系。
动物实验表明，切除双侧肾上腺的动物将很快死亡；如果仅切除肾上腺髓质，则动物可存活
较长时间，说明肾上腺皮质是维持生命所必需的。
肾上腺皮质激素 (adrenal cortical hormones， adrenocorticoids)简称为皮质激素
(cori-coids)。皮质激素可分盐皮质激素 (mineralocorticoids，MC)、糖皮质激素
(glucocorticoids，GC)和性激素 (gonadal hormones)三类。肾上腺皮质外层球状带细胞分泌的
醛固酮 (al-dosterone)是盐皮质激素的典型代表，占皮质最厚的中层束状带以及内层的网状
带细胞主要分泌糖皮质激素以及少量雄性激素，皮质醇 (cortisol)具有广泛的生物作用。盐
皮质激素、糖皮质激素与孕激素都是含 21个碳原子的类固醇，雄激素和雌激素分别含 19
个和 18个碳原子。
在血液中，绝大多数皮质醇和雄激素都与血浆蛋白结合而运输，这种储运形式可缓冲
激素水平的波动。血液中皮质激素的半衰期不同，如皮质醇为 60~90min，醛固酮则为
15~20min。95％皮质醇的代谢物在肝内降解，与葡萄糖醛酸或硫酸结合而灭活，其 90％以
上由肾排出体外，仅不足 1％以皮质醇原形出现在尿中。尿中排出的形式主要为四氢皮质醇
(45％~50％)和皮五醇 (20％左右)，在 C17位上均含羟基，故称 17-羟类固醇。另外，皮质
醇代谢过程还产生 17-氧类固醇，约占尿中排出量的 10％。
一、糖皮质激素的作用与分泌调节
糖皮质激素是亲脂性激素，主要经细胞质内的高亲和力糖皮质激素受体
(glucocorti-coid receptor，GR)介导而发挥作用。人的 GR是由 777个氨基酸残基组成的蛋白
质，肽链中含有激素结合、DNA结合和二聚化结构域等功能区。GC一进入细胞，GR即与
“伴侣蛋白”解离，并与 GC结合形成 GC-GR复合物。复合物二聚化后于 DNA分子上称
为糖皮质激素反应元件 (glucocorticoid response element，GRE)的特定区域结合，调节 GRE
下游的一系列反应。如激活 RNA聚合酶，使 RNA合成增加，最终完成 DNA的转录程序，
形成新的功能蛋白质。
(一)糖皮质激素生理作用
GC作用广泛而又复杂，在维持代谢平衡和对机体功能的全面调节方面都极其重要。
GC常被认为是“允许作用”激素，因为其并不总是直接引起某些反应，而是通过酶的激活、
诱导或者对其他激素作用环节的增强或抑制起作用。
1。调节物质代谢 GC因能显著升高血糖效应而得名。对于糖代谢，GC能对抗胰岛
素的作用，通过抑制 GLUT4而减少外周组织摄取葡萄糖，并能减少细胞对糖的利用。GC
可增强肝脏糖异生和糖原合成过程中所需酶的活性，利用肌肉等外周组织动员出的氨基酸，
加速糖异生，增加肝糖的生成和输出速度。
GC能促进脂肪分解和脂肪酸在肝内的氧化。但 GC引起的高血糖可继发引起胰岛素
分泌增加，反而加强成脂作用，增加脂肪沉积。GC对不同部位脂肪细胞代谢的影响存在差
异，因此，分泌过多时可引起躯体脂肪的异常分布，如项背分布增加，而四肢减少，呈现特
殊的“水牛背” (buffalo hump)和“圆月脸” (moon facies)等现象。
GC对肝内和肝外组织的蛋白质代谢有所不同。一般而言，GC能抑制肝外组织的DNA
合成，使肝外多数组织 RNA与蛋白质合成均受到抑制，同时蛋白质分解加速，如肌肉、骨
骼、结缔组织以及淋巴等组织。动员氨基酸转运至肝，为糖异生提供原料；而在肝内 GC却
可加速 RNA和蛋白质合成。
2．影响水盐代谢 因结构的相似性，GC也有一定的醛固酮作用，但其对肾的保钠
排钾作用远弱于醛固酮。此外，皮质醇还可减小肾小球入球小动脉对血流的阻力，增加肾血
浆流量，使肾小球滤过率增加；抑制抗利尿激素分泌，总效应是有利于水的排出。因此，肾
上腺皮质功能严重缺陷时，患者排水能力明显下降，可出现“水中毒”，应用 GC治疗后即
官邑纠正。
3．影响器官系统功能 GC对机体整体和组织器官活动的影响广泛而又复杂，现将
其主要的功能列于表 11-10中。
4．参与应激 应激 (stress)一般指机体遭受来自内、外环境和社会、心理等因素一定
程度的伤害性刺激时，除引起机体与刺激直接相关的特异性变化外，还引起一系列与刺激性
质无直接关系的非特异性适应反应，这种非特异性反应称为应激反应 (stress response)。引
起应激反应的刺激因子统称为应激原 (stressor)。可认为应激反应是机体遭受伤害刺激时所
发生的适应性和抵抗性变化的总称，也称全身适应综合征 (general adaptation syndrome)。
应激发生时血液中的 AC'TH与 GC迅速增加，可达基础分泌量的 10倍。在应激刺激
作用下，首先引起肾上腺素、去甲肾上腺素和皮质醇的分泌，皮质醇在儿茶酚胺激素的警觉
反应中发挥允许作用，随后皮质醇分泌变慢，但作用更持续，机体的反应更耐久，同时抵消
某些激素作用，动员储备的能量，以维持反应过程中的能量需求。可见，肾上腺皮质激素与
髓质激素共同参与机体的应激反应过程，皮质激素在于增强机体对伤害性刺激的基础“耐受
性”和“抵抗力”，而髓质激素则提高机体的“警觉性”和“应变力”，并与应激过程中特殊
的情绪反应和行为活动有关。因此，以往将机体遭遇紧急情况时交感-肾上腺髓质系统活动
的紧急动员过程称为“应急反应” (见后文)，而将下丘脑-腺垂体-肾上腺皮质轴活动的改
变称为“应激反应”实际上，引起应激反应的各种刺激也同时引起应激反应。应激发生时，
血液中生长激素、催乳素、血管升压素、β-内啡肽、胰高血糖素和醛固酮等激素水平也同
时升高。
(二)糖皮质激素分泌的调节
与甲状腺分泌的轴系调节相似，下丘脑-腺垂体-肾上腺皮质轴系调节 GC分泌稳态。
在下丘脑 CRH节律性分泌控制下，腺垂体 ACTH和肾上腺皮质 GC分泌表现为日周期节律
波动。生理状态下，GC的分泌又在日节律基础上呈脉冲式，一般在清晨觉醒前达到分泌高
峰，随后减少，白天维持较低水平，夜间入睡到午夜降至最低，凌晨又逐渐升高 (图 11-17)。
1．促肾上腺皮质激素的作用 促肾上腺皮质激素 (ACTH)为腺垂体 ACTH细胞合成
的 39肽，分子量为 4.5kD。ACTH受体通过 AC-cAMP途径实现其生物效应。ACTH与肾上
腺皮质细胞膜上高亲和力受体结合后，主要促进肾上腺皮质细胞内核酸 (DNA、RNA)和蛋
白质的合成，且能促使肾上腺皮质增生、肥大。ACTH能增大线粒体膜对孕烯醇酮的通透性，
使其易于透出，并激活细胞内的磷酸蛋白激酶和一系列相关酶系活性，加速胆固醇转化为孕
烯醇酮所需侧链裂解酶的活性，进一步促进皮质醇等合成。ACTH作用于肾上腺皮质 1~2min
后便可刺激皮质醇合成，加速分泌速率。ACTH分泌增加时，15min内皮质醇可达到分泌高
峰。ACTlH对肾上腺皮质正常的结构和功能具有支持作用，ACTH分泌减少时肾上腺皮质
萎缩。ACTH 对肾上腺皮质束状带与网状带细胞 GC分泌调节作用最强，是球状带细胞的
20倍。
ACTH分泌具有日周期节律，血浆浓度波动于 10~52ng/L (2~11pmol/L)，在紧张状态
下分泌增加。ACTH的半衰期为 10~25min，主要在血液中被氧化或通过酶解灭活。
CRH经 Gq蛋白信号转导途径促进垂体 ACTH的分泌，并使 ACTH和 GC的分泌随
之表现为日周期节律性分泌。
VP可经神经垂体与腺垂体之间的短门脉血管刺激 ACTH分泌；皮质醇等对 ACTH分
泌具有快速的负反馈调节作用。但在某些剧烈、高度紧张状态下，即使血液中有高浓度的
GC，ACTH分泌也保持增加。
2．糖皮质激素反馈调节 血浆中 GC水平升高可通过负反馈机制调节下丘脑 CRH和
腺垂体 ACTH的分泌，这是血中 GC水平保持相对稳定的重要环节 (图 11-18)。血中 GC水
平升高仅数分钟即可产生快速反馈抑制，这主要取决于 GC增加的速率，而且可能是通过
GC的膜受体实现的。延迟性反馈抑制是 GC水平的持续升高，并经 GC的胞内受体使 ACTH
水平不断下降。长时间应用人工合成的皮质激素制剂的最终结果是腺垂体 ACTH分泌的抑
制，以及因 ACTH不足而致的肾上腺皮质束状带和网状带的萎缩，久之，受抑制的下丘脑-
腺垂体-肾上腺轴将失去对刺激的反应性。所以临床上给患者长期应用外源性的皮质激素制
剂过程中，如果突然撤除这类药物，将引起急性肾上腺皮质功能减退的危急症状。
3．应激反应性调节 (见前文)。
二、盐皮质激素的作用与分泌调节
除醛固酮外，盐皮质激素中还有 11-去氧皮质酮和 11-去氧皮质醇等。醛固酮对水、
盐代谢的调节作用最强，其次为去氧皮质酮。
(一)盐皮质激素作用
醛固酮可促进肾远端小管和集合管对 Na+及水的重吸收和对 K+的排泄，即有保 Na+、
保水和排 K+作用，这对维持细胞外液量和循环血量的稳态具有重要意义 (见第四、八章)。
醛固酮还可以促进汗腺和唾液腺导管对汗液和唾液中 NaCl的重吸收，并排出 K+和 HCO3-；
促进大肠对 Na+的吸收，减少粪便中 Na+的排出量。
当醛固酮分泌异常过多时可导致机体 Na+、水潴留，引起高血钠、低血钾和碱中毒，
以及顽固的高血压；相反，醛固酮缺乏则 Na+、水排出过多，可出现低血钠、高血钾和酸中
毒和低血压。此外，醛固酮也能增强血管平滑肌对儿茶酚胺的敏感性，其作用甚至强于 GC。
(二)盐皮质激素分泌调节
1．肾素-血管紧张素系统调节作用 醛固酮的合成和分泌主要受血管紧张素的调节，
特别是血管紧张素Ⅱ (见第四、八章)。虽然血管紧张素Ⅲ是醛固酮合成的强力刺激物，但
它在血液中的浓度只有血管紧张素Ⅱ的 1/4。血管紧张素可通过 Gq蛋白耦联受体途径促使
球状带细胞生长、提高 P450scc (醛固酮合酶)的活性、促进醛固酮的合成和分泌。
2．血 K+的调节效应 血 K+是调节醛固酮分泌的重要刺激物。血 K+水平较正常时升
高仅 0.1mol/L，就可直接刺激球状带细胞分泌醛圃酮。血 Na+降低 10％以上时，也能刺激
醛固酮分泌，通过保钠排钾作用，调节细胞外液和血 K+、血 Na+水平的稳态。
此外，在应激情况下 ACTH对醛固酮的分泌也有一定的调节和支持作用。
三、肾上腺雄激素的作用
肾上腺雄激素 (adrenal androgens)主要有脱氢表雄酮、雄烯二酮和硫酸脱氢表雄酮。
与性腺不同，肾上腺皮质可终生合成雄激素，而不仅仅在性腺发育以后。肾上腺雄激素生物
学活性很弱，主要在外周组织转化为活性更强的形式而产生效应。
肾上腺雄激素对两性不同。对于性腺功能正常男性，其作用甚微，即使分泌过多也不
表现出临床体征，但对男童却能引起性早熟性阴茎增大和第二性征过早出现。对于女性，肾
上腺雄激素是体内雄激素来源的基础，在女性的一生中都发挥作用。其中 40％~65％在外周
组织进一步活化的激素可促进女性腋毛和阴毛生长等，维持性欲和性行为。肾上腺皮质雄激
素分泌过量 (如 Cushing征等)的女性患者可表现痤疮、多毛和一些男性化变化。
成年人肾上腺雄激素的分泌主要受腺垂体 ACTH的调节。此外，垂体提取物中也已
发现除 ACTH以外调节肾上腺雄激素分泌的因子。
四、肾上腺髓质激素的作用与分泌调节
肾上腺髓质与交感神经节的胚胎发生同源，因此，肾上腺髓质实际是交感神经系统的
延伸部分，在功能上相当于无轴突的交感神经节后神经元。肾上腺髓质嗜铬细胞主要分泌肾
上腺素 (E)和去甲肾上腺素 (NE)。E和 NE比例约为 4:1。血中的 NE除由髓质分泌外，主
要来自肾上腺素能纤维，E则主要来自肾上腺髓质。
(一。)肾上腺髓质激素的生理作用
1．调节物质代谢 各型肾上腺素能受体对新陈代谢的调节各具特征。α1受体可增
强肝糖异生；α2受体能抑制胰岛素分泌；β2受体可促进糖原分解，并减少葡萄糖利用等，
都能导致血糖升高。β1受体具有促进脂肪分解，酮体生成的作用；β3受体则通过动员脂
肪增加机体的耗氧量和产热量，提高基础代谢率。总之，肾上腺髓质激素基本属于促分解代
谢的激素。
2．参与应激整合 肾上腺髓质的内分泌活动与交感神经系统关系密切，不同的是，
肾上腺髓质主要在机体处于某些特殊紧急状态下或内环境稳态显著失衡时发挥作用，而交感
神经系统随时对机体器官系统的功能活动进行微细的调节。在整体功能调节方面，交感神经
与肾上腺髓质共同构成交感-肾上腺髓质系统 (sympathetic adrenomedullary system)，协同下
丘脑-垂体-肾上腺轴系统，与迷走一胰岛系统作用相抗衡。
早年 Cannon曾对交感-肾上腺髓质系统进行过全面研究，并提出应急学说 (emergency
reaction hypothesis)。他认为当机体遭遇特殊紧急情况时，如剧烈运动、缺氧、剧痛、畏惧、
焦虑、失血、脱水、暴冷、暴热等，交感-肾上腺髓质系统即刻调动，儿茶酚胺类物质大量
分泌并作用于中枢神经系统，使机体处于反应机敏、高度警觉的状态。在这种状态下，肾上
腺髓质激素水平急剧升高，甚至是基础状态的上千倍。E大量释放可引起一系列爆发性典型
体征，如心跳加快，呼吸加深，皮肤出汗并变白，竖毛肌收缩等，机体各器官系统的功能活
动和代谢也随之明显加强以应对紧急情况，有利于整体功能活动全面“动员”，直接与“不
良刺激”“格斗”，即时调整机体的各种能力、争取时间“脱险”。现在许多学者都认为，Cannon
提出的“应急”与 Seyle的“应激”实际上都是机体在受到伤害刺激状态下，通过中枢神经
系统整合，同时出现的保护性反应，以应对并适应环境突变而确保生存。前者提高机体的应
变力，而后者则重在增强机体的耐受力。
肾上腺皮质和髓质在结构上是密切的毗邻关系，为交感-肾上腺髓质系统和下丘脑-垂
体-肾上腺皮质轴提供了结构和功能活动协同作用的基础。
(二)肾上腺髓质激素分泌的调节
肾上腺髓质受交感神经节前纤维的支配，因此只要交感神经系统兴奋，即可引起肾上
腺髓质分泌。交感神经冲动可提高嗜铬细胞中合成酶系的活性，促进儿茶酚胺类激素的合成。
皮质醇可通过提高髓质嗜铬细胞中有关酶的活性，促进 E的合成。髓质细胞内还存在自身
调节机制，如当 NE或多巴胺含量达到一定水平时，可反过来抑制酪氨酸羟化酶，以内在分
泌的方式反馈抑制肾上腺髓质激素的进一步合成。
ACTlH可通过糖皮质激素的间接作用或其直接作用提高嗜铬细胞中多巴胺β-羟化酶
与 PNMT的活性，促进。肾上腺髓质儿茶酚胺的合成。
另外，肾上腺髓质的嗜铬细胞和周围交感神经元还可合成和分泌甲硫脑啡肽和亮脑啡
肽等，参与 E和 NE分泌的调节。
五、肾上腺髓质素
肾上腺髓质素 (adrenomedullin，AM)最初由肾上腺髓质嗜铬细胞瘤中分离所得。目前
已知，不仅肾上腺髓质嗜铬细胞可分泌 AM，内皮细胞和血管平滑肌也可分泌。人类的 AM
为 52肽，并在 16位和 12位氨基酸残基间经二硫键连接而形成环状结构，与降钙素基因相
关肽 ( (CGRP)同属一个家族。血中 AM主要来源于血管内皮细胞，此外，脑、心血管、肺、
肾脏等器官都能测得 AM活性，可见，它对机体功能具有十分广泛的作用。AM能通过．
AM受体和 CGRP受体升高靶细胞内的 cAMP而发挥作用。实验发现，外源性 AM具有强
烈的舒血管效应，可显著降低血压。AM可能与 NO、PGI2、C型钠尿肽等同属血管内皮细
胞源舒张因子，但对心脏则产生正性变力效应，且可调节心肌细胞的生长，抑制心肌肥厚。
AM可减少肾小管对 Na+的重吸收，具有利尿、利钠的作用。AM虽可通过内分泌途径发挥
作用，但主要是通过旁分泌方式直接调节血管平滑肌的张力。由于 AM具有舒张血管、降
低外周阻力、抑制 AngⅡ和醛固酮的释放、降低动脉血压等作用，在高血压的发病机制和相
关防治方面具有重要意义。
第七节 组织激素和功能器官内分泌
一、组织激素
组织激素是指由那些分布广泛，而又不专属于某个特定功能系统器官的组织所分泌的
激素。
(一)前列腺素
1．前列腺素的生成 前列腺素 (prostaglandin，PG)是一族二十碳烷酸衍生物，因其
最先在精液中发现，误以为由前列腺分泌而得名。实际上，PG广泛存在于人和动物体内各
组织中。PG的前体就是质膜的脂质成分。可依据 PG的五碳环构造形式分成 A~I多种主型，
以及多种亚型 (图 11-19)。除其中的 PGA2和。PGI2等可经血液循环产生作用外，其余多
作为组织激素在局部发挥调节作用。PG可与 G蛋白耦联受体结合，通过 PLC、Ca2+或 PKA
等信号转导途径，也可通经核受体调节基因转录引起靶细胞效应。环加氧酶 (cyclooxygenase)
是催化花生四烯酸转变为廿烷酸衍生物的关键环节 (见图 11-19)。阿司匹林可抑制环加氧酶
的活性，从而抑制 PG的合成。
2．前列腺素的作用 PG的分布广泛，作用复杂，代谢快，半衰期仅 1~2min，是典
型的组织激素。例如，血管内皮产生的前列环素 (prostacyclin，PGI2)能抑制血小板聚集，
同时有舒血管作用；而由血小板产生的血栓烷 A2 (thromboxane A2，TXA2)却能使血小板
聚集，并有缩血管作用。PGE2可使支气管平滑肌舒张，降低肺通气阻力；而 PGF2α。却
使支气管平滑肌收缩。PGE2有明显的抑制胃酸分泌的作用，可能是胃液分泌的负反馈抑制
物。PGE2可增加肾血流量，促进排钠利尿。此外，PG对体温调节、神经系统，以及内分
泌与生殖系统活动均有影响。PG对机体各个系统功能活动的主要作用列于表 11-11中。
(二)瘦素
瘦素 (leptin)是由肥胖基因 (ob gene)表达的蛋白质。人类循环血中的瘦索为 146肽，
分子帚为 16kD。瘦素主要由白色脂肪组织合成和分泌。褐色脂肪组织、胎盘、肌肉和胃黏
膜也有少量合成。瘦素的分泌具有昼夜节律，夜间分泌水平高。体内脂肪储量是影响瘦素分
泌的主要因素。在机体能量的摄人与消耗取得平衡的情况下，瘦素的分泌量可反映体内储存
脂肪量的多少。血清瘦素水平于摄食时升高，而在禁食时降低。
1．瘦素的生物效应 瘦素的作用主要在于调节体内的脂肪储存量并维持机体的能量
平衡。实验中，若给正常小鼠注射瘦素，一个月后小鼠的体重可下降 12％。每天给缺少瘦
素而有遗传性肥胖的 ob/ob小鼠经腹腔注射瘦素，4天后小鼠的进食量较对照组减少 60％；
一个月后小鼠的体重下降 40％。瘦素直接作用于脂肪细胞，抑制脂肪的合成，降低体内脂
肪的储存量，并动员脂肪，使脂肪储存的能量转化、释放，避免发生肥胖。瘦素主要作用于
下丘脑弓状核，通过抑制神经肽 Y神经元的活动，减少摄食量，与参与摄食平衡调节的兴
奋性因素相抗衡。此外，瘦素还具有其他较广泛的生物效应，不但可影响下丘脑-垂体-性腺
轴的活动，对 GnRH、LH和 FSH的释放有双相调节作用，也影响下丘脑-垂体-甲状腺轴和
下丘脑-垂体-肾上腺轴的活动。
2．瘦素作用的机制 瘦素由其受体 (ob-R)介导而发挥效应。瘦素受体分 a~f等类型，
其中 ob-Ra分布最广泛，以脑室脉络丛为最多。在心、肺、淋巴结、肾上腺、胸腺和肌肉等
组织中都有 ob-R表达。瘦素与受体结合后可通过 JAK-STAT转导信号途径，影响神经肽 Y
(NPY)、刺鼠肽基因相关蛋白 (agouti-gene-related protein，AGRP)和前阿黑皮素 (POMC)基
因表达，影响有关神经递质的合成与分泌，调节细胞的代谢活动和能量消耗。一般认为，高
浓度的瘦素主要经过激活 POMC 受体途径抑制摄食，而低浓度时主要通过激活 NPY 和
AGRP受体途径促进摄食。此外，瘦素与受体结合后还可使靶细胞膜上的 ATP依赖性钾通
道开放，导致膜超极化，降低神经元发放冲动的频率。
3．瘦素分泌的调节 瘦素的表达和分泌受多种因素影响，除体脂量的刺激作用外，
胰岛素和肾上腺素也可刺激脂肪细胞分泌瘦素。但研究发现，多数肥胖者常伴有血清瘦素水
平升高，提示可能有“瘦素抵抗”现象。该现象的产生可能与瘦素的转运、信号转导以及神
经元功能等多个环节发生障碍有关。
二、功能器官内分泌
功能器官主要指直接维护内环境稳态的循环、呼吸、消化和泌尿等系统的器官及其组
织。已发现这些器官在人们已认识的特有功能之外，多兼有内分泌功能，因而也在机体宏观
整合中发挥调节作用。例如，心脏是血液循环的动力器官，而普通心房肌细胞还能分泌心房
钠尿肽 (atrial natriuretic peptide，ANP)；与 ADH和醛固酮等的作用相抗衡，参与机体水平
衡调节。肝在机体新陈代谢中具有重要作用，同时也能产生胰岛素样生长因子，与胰岛素、
生长激素、甲状腺激素等共同促进全身组织细胞的生长；而广泛存在的生长抑素则常伴随这
些激素的作用出现，产生抑制性抗衡效应。胃肠黏膜分泌的各种胃肠激素，脂肪组织产生的
瘦素等参与机体营养和能量平衡的调节。肾是排泄器官，但在肾内活化的维生素 D3可参与
调节钙、磷代谢和骨代谢；肾生成的促红细胞生成素可调节骨髓的红系细胞造血功能；肾素
激活的血管紧张素参与血容量的调节。松果体不仅参与整体生物节律调控，还分泌激素参与
内分泌活动的平衡。性腺能产生成熟的生殖细胞，其分泌的各种性激素还调节机体的成熟发
育等过程；妊娠过程中的胎盘分泌激素维持胎儿的生长发育。作为免疫系统器官的胸腺，不
仅分泌多种肽类激素参与免疫调节，还与其他内分泌腺或系统之间保持功能联系。
(王卫国)
第十二章 生 殖
生物个体由产生、生长发育至最后衰老、死亡是生命现象发展的自然规律，因此，产
生新个体的生殖活动具有延续种系的重要意义。随着生长发育的成熟，到青春期后，生物体
具有产生与自己相似子代个体的能力，这种功能称为生殖 (reproduction)，在高等动物中，
生殖是通过两性生殖器官的活动来实现的。本章主要阐述男、女两性的生殖功能及其调节，
同时简单介绍与生殖相关的性生理学知识。
第一节 男性生殖功能与调节
男性的主性器官是睾丸 (testis)，附属性器官包括附睾、输精管、精囊腺、前列腺、
尿道球腺和阴茎等。睾丸实质主要由 100~200个睾丸小叶组成，睾丸小叶内有曲细精管与间
质细胞 (interstitial cell，Leydig cell)，前者是生成精子的部位，后者则具有内分泌功能，可
分泌雄激素 (androgen)。睾丸的功能受下丘脑一腮垂体一睾丸轴活动的调节。
一、睾丸的功能
(一)睾丸的生精作用
精子 (spermatozoa，sperm)是在睾丸小叶的曲细精管生成的。曲细精管上皮由生精细
胞和支持细胞构成。在青春期，从紧贴在曲细精管基膜上的原始生精细胞 (精原细胞)依次
经历初级精母细胞、次级精母细胞、精子细胞各个不同发育阶段，最终发育为成熟精子，这
一过程称为睾丸的生精作用。精原细胞发育成为精子需两个半月左右。一个精原细胞经过大
约 7次分裂可产生近百个精子，每天 1g成人睾丸组织可生成上千万个精子。
精子的生成是一个连续的过程。首先，位于曲细精管基底部的精原细胞进入增殖期，
通过多次有丝分裂变成初级精母细胞。然后，初级精母细胞经第一次成熟分裂 (减数分裂)
形成次级精母细胞，染色体数目减少一半，为 22条常染色体和 1条 X或 Y性染色体。此后
随即进行第二次成熟分裂形成精子细胞，此时染色体数目不再减半。最后，靠近管腔的精子
细胞经过复杂的形态变化形成精子，精子发育成熟后脱离支持细胞进入管腔中 (图 12-1)。
精子形成时，丢失了大部分细胞器，没有核糖体、粗面内质网及高尔基复合体，而核
高度浓缩变长。在显微镜下精子形如蝌蚪，全长 60μm，分头、尾两部分，头部主要由核、
顶体及后顶体鞘组成，尾部又称鞭毛。新生成的精子自身没有运动能力，需被输送至附睾进
一步成熟，停留 18~24h后，才获得运动能力。
从青春期到老年期，睾丸都有生精能力，但在 45岁以后，随着曲细精管的萎缩，生
精能力将逐渐减弱。精子的生成需要适宜的温度，阴囊内温度较腹腔内低 2℃左右，适合精
子的生成。在胚胎发育期间由于某种原因，睾丸未能下降到阴囊内，则称为隐睾症，是男性
不育的原因之一。正常男子每次射出精液 3~6ml，每毫升精液含 (0.2~4)×108个精子。如精
子数量少于每毫升 0.2×108个，则不易使卵子受精。吸烟、酗酒也可导致精子活力降低、
畸形率增加，甚至少精或无精。
(二)睾丸的内分泌功能
1．雄激素 雄激素 (androgen)由睾丸的间质细胞 (也称 Leydig细胞)分泌，主要包括
睾酮 (testosterone， T)、脱氢表雄酮 (dehydroiepiandrosterone， DHEA)、雄烯二酮
(androstenedione)和雄酮 (androsterone)等几种。在以上这些雄激素中，睾酮的生物活性最强，
其余几种雄激素的生物活性不及睾酮的 1/5；但睾酮在进入靶组织后可转变为活性更强的双
氢睾酮 (dihydrotestosterone，DHT)。
(1)睾酮的合成、运输与代谢：睾酮是间质细胞线粒体内的胆固醇经羟化、侧链裂解，
先形成孕烯醇酮，再经 17-羟化脱去侧链而形成的。血浆中仅约 2％的睾酮以游离的形式存
在，以这种形式存在的睾酮是具有生物活性的。其余绝大部分的睾酮与血浆蛋白结合，其中，
约 65％的睾酮与血浆中的性激素结合球蛋白 (sex hormone-binding globulin，SHBG)结合，
SHBG是存在于血浆中与睾酮亲和力很高的一种蛋白质，而余下的 33％左右则与血浆白蛋
白或其他血浆蛋白质结合。结合与游离形式的睾酮处于动态平衡状态，结合形式的睾酮可作
为血浆中的储存库。睾酮主要在靶器官组织中降解，在肝内经还原、氧化及侧链裂解转变为
17-酮类固酮，包括雄酮、异雄酮及胆烷醇酮等代谢产物随尿液排出，少数经粪便排出。
正常男子血中睾酮以 20~50岁含量最高，为 19~24nmol/L，50岁以上则随年龄增长而
逐渐减少。此外，成年男子血中睾酮水平还表现有年节律、日节律及脉冲式分泌的现象，且
个体差异较大。
(2)睾酮的生理作用：睾酮的作用比较广泛，主要有以下几个方面。
1)影响胚胎分化：雄激素可诱导含 Y染色体的胚胎向男性分化，促进内生殖器的发
育。
2)维持生精作用：睾酮自间质细胞分泌后，可进入支持细胞并转变为双氢睾酮，随后
进入曲细精管，促进生精细胞的分化和精子的生成过程。在患有问质细胞瘤的病儿，可见到
肿瘤附近曲细精管早发的生精过程，说明提高与维持雄激素在曲细精管的局部浓度，有利于
生精过程。
3)刺激附性器官的生长和维持性欲：睾酮能刺激附性器官的生长发育，也能促进男性
副性征的出现并维持在正常状态 (见第四节)。在人类，若于青春期前切除睾丸，成年时生
殖器呈幼稚状态，体貌、体态近似女性，且性欲极低，如成年后切除睾丸，其附属性器官和
第二性征也会逐渐退化，性欲显著降低。
4)对代谢的影响：睾酮能促进蛋白质的合成，特别是促进肌肉和生殖器官的蛋白质合
成，同时还具有促进骨骼生长与钙、磷沉积以及红细胞生成等作用。
2．抑制素 抑制素 (inhibin)是由睾丸支持细胞分泌的一种分子量约 32000的糖蛋白
激素，由α和β两个亚单位组成，由于β亚单位的差异，可分为抑制素 A (αβA)和抑制素
B (αβB)两种形式。抑制素可选择性作用于腺垂体，对 FSH的合成和分泌具有很强的抑制
作用，而生理剂量的抑制素对 LH的分泌却无明显影响。此外，在性腺还存在与抑制素结构
近似但作用相反的物质，它是由抑制素的两种β亚单位组成的同二聚体或异二聚体，称为激
活素 (activin)，激活素可促进腺垂体 FSH的分泌。
二、睾丸功能的调节
睾丸的生精作用和内分泌功能均受到下丘脑-腺垂体的调节，下丘脑、腺垂体、睾丸
在功能上联系密切，构成下丘脑-腺垂体-睾丸轴 (hypothalamus-adenohypophysis-testesaxis)。
睾丸分泌的激素又对下丘脑-腺垂体进行反馈调节，从而维持生精过程和各种激素水平的稳
态。此外，在睾丸内生精细胞、支持细胞和间质细胞之间还存在复杂的局部调节机制。
(一)下丘脑-垂体对睾丸活动的调节
下丘脑弓状核等部位肽能神经元分泌的促性腺激素释放激素 (gonadotropin-releasing
hormone，GnRH)经垂体门脉系统直接作用于腺垂体，促进腺垂体促性腺细胞合成与分泌促
卵泡激素 (follicle-stimulating hormone，FSH)与黄体生成素 (luteinizing hormone，LH)，进而
对睾丸的生精作用以及支持细胞和间质细胞的内分泌活动进行调节。
1．腺垂体 对生精作用的调节腺垂体分泌的 FSH与 LH对生精过程均有调节作用。
给未成年雄性大鼠注射 FSH，可使曲细精管上的生精细胞数量明显增加，生精过程加强。
成年雄性动物在摘除垂体后，虽然缺乏 FSH和 LH，但注射睾酮仍能维持生精过程；而在幼
年动物生精过程尚未开始时即摘除垂体，则仅有睾酮仍难以启动生精过程。因此认为，FSH
对生精过程有启动作用，而睾酮对生精过程则具有维持效应。进一步研究表明，LH对生精
过程也有调节作用，但并非直接影响生精细胞，而是通过刺激睾丸间质细胞分泌睾酮而间接
地发挥作用。
近年来的研究表明，生精细胞上无 FSH和睾酮受体，而在支持细胞却存在 FSH和睾
酮受体，因此推测，FSH可能作用于支持细胞上的受体，促进支持细胞产生雄激素结合蛋
白 (androgen binding protein，ABP)，ABP与睾酮结合，可维持曲细精管局部睾酮的高浓度，
从而促进生精过程。但生精过程的调控仍有许多问题尚待进一步研究。
2．腺垂体 对睾酮分泌的调节腺垂体分泌的 LH可促进间质细胞合成与分泌睾酮，
因此，LH又称间质细胞刺激素 (interstitial cell stimulating hormone，ICSH)。LH与间质细胞
膜上的受体结合后，通过 G蛋白介导，可使细胞内 cAMP生成增加，加速细胞内功能蛋白
质的磷酸化过程，导致胆固醇酯水解增强，并促进胆固醇进入线粒体合成睾酮。同时，LH
也可使间质细胞线粒体和滑面内质网中与睾酮合成有关的酶系的活性增强，从而加速睾酮的
合成。LH还可增加间质细胞膜对 Ca2+的通透性，使细胞内 Ca2+浓度升高，促进睾酮的分
泌。
腺垂体分泌的 FSH具有增强 LH刺激睾酮分泌的作用。在摘除垂体的大鼠，注射 LH
可引起血中睾酮水平升高；如果先用 FSH处理后再注射 LH，血中睾酮水平将明显升高，说
明 FSH和 LH对间质细胞分泌睾酮有协同作用。其机制可能与 FSH使 LH受体的数量增加
以及受体对 LH的亲和力增强有关。
(二)睾丸激素对下丘脑-腺垂体的反馈调节
睾丸分泌的雄激素和抑制素在血液中的浓度变化，也可对下丘脑和腺垂体的 GnRH、
FSH和 LH分泌进行负反馈调节 (图 12-2)。
1．雄激素 当血中睾酮浓度达到一定水平后，可作用于下丘脑和腺垂体，通过负反
馈机制抑制 GnRH和 LH的分泌。整体与离体实验都表明，切除动物的睾丸后，垂体门脉血
中的 GnRH含量增加；在去势大鼠垂体细胞培养系统中加入睾酮，可抑制 LH的分泌。研究
表明，在下丘脑与垂体都存在雄激素受体，提示睾酮的负反馈作用可发生在下丘脑与垂体两
个水平。另有实验证明，睾酮可降低大鼠腺垂体对 GnRH的反应性。睾酮对腺垂体促性腺
激素的影响只限于 LH合成与分泌，而对 FSH分泌无影响。
2．抑制素 在离体培养的成年大鼠睾丸支持细胞，给予 FSH可刺激抑制素分泌，两
者之间呈剂量一效应关系。给大鼠注射抑制素后，可使血液中 FSH含量明显下降，而对 LH
浓度无显著影响。这些观察提示 FSH可促进抑制素的分泌，而抑制素又可对腺垂体 FSH的
合成和分泌发挥选择性抑制作用。机体通过这一负反馈环路可调节腺垂体 FSH的分泌。
(三)睾丸内的局部调节
在睾丸局部，特别是在支持细胞与间质细胞和生精细胞之间，还存在错综复杂的局部
调节机制。如睾丸曲细精管支持细胞内存在芳香化酶，可把睾酮转化为雌二醇。实验证明，
雌二醇可与间质细胞中的雌二醇受体结合，抑制 DNA的合成，使睾酮的合成减少，同时也
可对下丘脑一垂体进行反馈调节。另外，睾丸间质细胞还可产生多种肽类物质，如 GnRH、
IGF-1、转化生长因子 (TGF)、成纤维细胞生长因子等，尽管它们对生精细胞的作用尚无定
论，但近年来已在睾丸间质细胞发现多种生长因子或细胞因子的受体，如 IGF-1、TGF、肿
瘤坏死因子以及白细胞介素的受体等，说明在睾丸局部产生的一些细胞因子或生长因子很可
能通过旁分泌或自分泌的方式参与睾丸功能的局部调节。
第二节 女性生殖功能与调节
女性生殖包括卵巢的功能及妊娠、分娩等生理过程。卵巢是女性的主性器官，此外还
有输卵管、子宫、阴道及外阴等附性器官。下丘脑-腺垂体系统可调节卵巢的活动，使之发
生周期性变化，称为卵巢周期 (ovarian cycle)。而卵巢分泌的类固醇激素，除可使子宫内膜
发生周期性变化而产生月经周期外，还可对下丘脑-腺垂体激素的分泌进行反馈性调节。
一、卵巢的功能
卵巢是女性生殖系统的中心，具有产生成熟卵子的生卵作用和分泌类固醇激素的内分
泌功能。
(一)卵巢的生卵作用
卵巢的生卵作用是成熟女性最基本的生殖功能。在卵巢内有许多发育不同阶段的卵泡
(ovarian follicle)。青春期开始后，卵巢在腺垂体促性腺激素的作用下，生卵功能出现月周期
性变化，一般分为三个阶段，即卵泡期、排卵期和黄体期，卵泡期和黄体期又分别称为排卵
前期和排卵后期 (图 12-3)。
1．卵泡期 卵泡期 (follicular phase)是卵泡发育并成熟的阶段。原始卵泡在发育过程
中，历经初级卵泡、次级卵泡的不同发育阶段，最终成为成熟卵泡。在此过程中，卵泡发生
一系列的形态变化。原始卵泡由一个初级卵母细胞和周围的单层卵泡细胞组成。随着卵泡的
发育，初级卵母细胞逐渐增大，卵泡细胞也不断增殖，由梭形或扁平的单层细胞变成单层的
颗粒细胞层，并分泌糖蛋白包绕卵母细胞形成透明带。同时卵泡周围的间质细胞环绕在颗粒
细胞外，分化增殖为内膜细胞和外膜细胞，颗粒细胞也由单层变为多层，形成次级卵泡。继
而，颗粒细胞合成分泌的粘多糖及血浆成分进入卵泡形成卵泡液和卵泡腔，将覆盖有多层颗
粒细胞的卵细胞推向一侧而形成卵丘，最后转变为成熟卵泡。需要注意的是，在卵泡发育过
程中；细胞膜上相继生成 FSH、T、PRL、E2及 PG等激素的受体，内膜细胞和颗粒细胞也
逐渐具备内分泌功能，这对卵子和卵泡的发育及卵巢的功能有重要意义。从青春期开始，每
个月有 15~20个卵泡继续生长发育，’使卵巢内同时存在多个处于不同发育阶段的卵泡，但
通常每个月只有 1个可发育成优势卵泡，并排出其中的卵细胞。
原始生殖细胞在胚胎期 6周开始形成，在妊娠 20周时，原始卵泡数量可达 600万~700
万个。从妊娠中期开始，原始卵泡数量迅速减少，至新生儿期卵巢内约有 200万个未发育的
原始卵泡，到青春期进一步减少到 30万~40万个，更年期时仅存几百个。正常女性一生中
平均约有 400~500个成熟卵细胞被排出，绝大部分的卵泡在发育的各个阶段退化闭锁。
在卵泡发育的同时，原始卵泡中的卵母细胞也发生一系列成熟分裂过程。在胚胎 3~7
个月即开始进行第一次成熟分裂，成为初级卵母细胞，并停止于双线期，直至青春期前，初
级卵母细胞不再生长；青春期后，在每个月经周期排卵前 LH峰的刺激下，部分初级卵母细
胞进一步发育，完成第一次成熟分裂，形成较大的次级卵母细胞和较小的第一极体，细胞内
染色体减半。次级卵母细胞随即开始第二次成熟分裂并停止于分裂中期 (m2)，直到排卵后
受精时，精子激活使第二次成熟分裂完成，并排出第二极体，形成含有 23条染色体的成熟
卵子。如受精成功，精卵原核融合，则形成具有 23对染色体的新个体。卵泡的发育是一个
连续、漫长的过程，一个初级卵母细胞的发育成熟需要跨几个月经周期才能完成，仅从次级
卵泡发育至成熟卵泡排卵就需 85天左右。
2．排卵 成熟卵泡在 LH分泌高峰的作用下，向卵巢表面移动，卵泡壁破裂，出现
排卵孔，卵细胞与透明带、放射冠及卵泡液排出，此过程称为排卵 (ovulation)。排出的卵细
胞即被输卵管伞捕捉送入输卵管中。
3．黄体期 排卵后便进入黄体期 (luteal phase)，残余的卵泡壁内陷，血液进入卵泡腔、
凝固，形成血体。随着血液被吸收，颗粒细胞与内膜细胞增殖、黄体化，形成外观为黄色的
黄体 (corpus luteum)。若卵子受精成功，胚胎分泌人绒毛膜促性腺激素 (human chorionic
gonadotropin，hCG)使黄体继续发育为妊娠黄体，一直持续到妊娠 3~4个月后，自动退化为
白体。若排出的卵子未能受精，则在排卵后第 9~10天黄体便开始变性，并逐渐被结缔组织
所取代，成为白体而萎缩、溶解。
(二)卵巢的内分泌功能
卵巢主要分泌雌激素和孕激素，此外还分泌抑制素、少量的雄激素及多种肽类激素。
卵泡期主要由颗粒细胞和内膜细胞分泌雌激素，而黄体期则由黄体细胞分泌孕激素和雌激
素。
1．雌激素 人类的雌激素 (estrogen)包括雌二醇 (estradiol，E2)、雌酮 (estrone)和雌
三醇 (estriol，E3)，三者中以雌二醇活性最强，雌酮的活性仅为雌二醇的 10％，雌三醇活性
最低。雌三醇是雌二醇在肝内降解的主要代谢产物，以葡萄糖醛酸盐或硫酸盐的形式随尿排
出体外，因此，肝功能障碍可导致体内雌激素过多。
卵泡的内膜细胞和颗粒细胞共同参与雌激素的合成，卵泡内膜细胞在 LH作用下产生
的雄烯二酮和睾酮，通过扩散进入颗粒细胞，在 FSH的作用下使芳香化酶活性增强，进而
使雄烯二酮转变为雌酮，睾酮转变为雌二醇。对这一过程的阐述，即由内膜细胞生成雄激素，
再由颗粒细胞生成雌激素，称为雌激素合成的双重细胞学说 (图 12-4)。
雌激素的生理作用主要有以下几个方面。
(1)促进女性生殖器官的发育：雌激素可协同 FSH促进卵泡发育，诱导排卵前夕 LH
峰的出现而诱发排卵，是卵泡发育、成熟、排卵不可缺少的调节因素。雌激素也能促进子宫
发育，使子宫内膜发生增生期变化，增加子宫颈黏液的分泌，促进输卵管上皮增生、分泌及
输卵管运动，有利于精子与卵子的运行。此外，雌激素还可使阴道黏膜上皮细胞增生、角化，
糖原含量增加，使阴道分泌物呈酸性而增强阴道的抗菌能力。
(2)促进女性第二性征和性欲的产生：雌激素可促进乳房的发育，刺激乳腺导管和结
缔组织的增生，产生乳晕；也可促使脂肪沉积于乳房、臀部等部位，毛发呈女性分布，音调
较高，出现并维持女性第二性征。
(3)对代谢的影响：雌激素可广泛影响代谢过程，对蛋白质、脂肪、骨和水盐代谢都
能产生影响。还可促进生殖器官的细胞增殖分化，加速蛋白质合成，促进生长发育，降低血
浆低密度脂蛋白而增加高密度脂蛋白含量，有一定的抗动脉硬化作用。增强成骨细胞活动和
钙磷沉积，促进骨的成熟及骨骺愈合。高浓度的雌激素可因使醛固酮分泌增多而导致水、钠
潴留等。
2．孕激素 孕激素主要有孕酮 (progesterone，P)、20α-羟孕酮和 17α-羟孕酮，其
中以孕酮的生物活性为最强。排卵前，颗粒细胞和卵泡膜即可分泌少量孕酮，排卵后黄体细
胞在分泌雌激素的同时，还大量分泌孕酮，并在排卵后 5~10天达到高峰，以后分泌量逐渐
降低。妊娠两个月左右，胎盘开始合成大量孕酮。孕酮主要在肝内降解，然后随尿、粪排出
体外。
孕激素的生理作用主要是使子宫内膜和子宫肌为受精卵着床作准备，并维持妊娠。由
于雌激素可调节孕酮受体的数量，因此，雌激素的作用是孕酮绝大部分作用的基础。归纳起
来孕酮的生理作用主要包括以下几个方面。
(1)调节腺垂体激素的分泌：排卵前，孕酮可协同雌激素诱发 LH分泌出现高峰，而
排卵后则对腺垂体促性腺激素的分泌起负反馈抑制作用。
(2)影响生殖器官的生长发育和功能活动：孕酮可使处于增生期的子宫内膜进一步增
厚，并进入分泌期，从而为受精卵的生存和着床提供适宜的环境。此外，孕酮还具有降低子
宫肌细胞膜的兴奋性、抑制母体对胎儿的排斥反应，以及降低子宫肌对缩宫素的敏感性等作
用，有利于安宫保胎。
(3)促进乳腺腺泡的发育：在雌激素作用的基础上，孕酮可促进乳腺腺泡的发育和成
熟，并与缩官素等激素一起，为分娩后泌乳作准备。
(4)升高女性基础体温：女性的基础体温在卵泡期较低，排卵日最低，排卵后可升高 0.5
℃左右，直至下次月经来临。临床上常将基础体温的变化作为判断排卵的标志之一。在女性
绝经期后或卵巢摘除后，基础体温的特征性变化消失。排卵影响基础体温的机制可能与孕酮
和去甲肾上腺素对体温中枢的协同作用有关。
3．雄激素 女性体内有少量雄激素，主要由卵泡内膜细胞和肾上腺皮质网状带细胞
所产生，适量的雄激素可刺激女性阴毛与腋毛的生长。雄激素过早出现会造成女性生殖器官
的发育异常。女性体内雄激素分泌过多时，可出现阴蒂肥大、多毛症等男性化特征。
4．抑制素 抑制素是最早发现的一种卵巢糖蛋白激素。抑制素可抑制 FSH的合成与
释放，但在卵泡期其抑制 FSH合成和释放的作用不如雌二醇强。在黄体期，抑制素的浓度
增高，可明显抑制 FSH的合成。在妊娠期，抑制素主要来源于胎盘。抑制素可通过诱导 FSH
受体的表达，促进卵泡内膜细胞分泌雄激素，抑制颗粒细胞分泌孕激素等多种方式，调控卵
泡的生长发育。
二、卵巢功能的调节
卵巢的周期性活动受下丘脑-腺垂体的调节，而卵巢分泌激素的周期性变化又使子宫
内膜发生周期性变化，同时对下丘脑-腺垂体进行反馈调节。
女性在青春期前，下丘脑 GnRH神经元尚未发育成熟，下丘脑对卵巢激素的反馈抑
制作用比较敏感，GnRH的分泌很少，使腺垂体促性腺激素及卵巢激素处于低水平状态。
10~12岁的女性，其肾上腺皮质开始活动，雌激素水平有所升高，第二性征开始出现。月经
初潮是青春期到来的标志之一，意味着性成熟的开始。进入青春期时，下丘脑 GnRH神经
元已发育成熟，对性激素的负反馈抑制作用的敏感性逐渐下降，GnRH分泌增加，FSH和
LH分泌也相应增加，卵巢开始出现周期性变化，并逐步建立起周期性的正、负反馈机制，
形成下丘脑-腺垂体-卵巢轴 (hypothalamus-adenohypophysis-ovaries axis)。通过三者的相互配
合活动，使正常女性的生殖器官在形态与功能方面发生月周期性变化。
(一)子宫周期
在青春期，随着卵巢功能的周期性变化，在卵巢分泌激素的影响下，子宫内膜发生周
期性剥落，产生流血的现象，称为月经 (menstruation)，因此，女性卵巢周期在子宫表现为
子宫周期，又称月经周期 (menstrual cycle)。非灵长类哺乳动物也有类似周期，但不表现为
月经，而主要是某些行为的改变 (如求偶行为)，故称为动情周期 (estrous cycle)。
人类的月经周期一般为 28天左右，月经期持续 3~5天，第 6~14天为增生期，排卵
日发生在第 14天，第 15~28天为分泌期。前两期处于卵巢周期的卵泡期，而分泌期则与黄
体期相对应。为方便起见，一般以流血的第一天作为月经周期的开始。
(二)卵巢周期与子宫周期的激素调节
在一个月经周期中，血液中 GnRH、FSH、LH及卵巢激素的水平均发生周期性的变
化 (图 12-5)。
1．卵泡期 卵泡期又可分为卵泡早期 (月经周期第 1~5天)和卵泡晚期 (月经周期第
6~14天)。卵泡早期实际上是前一个月经周期的黄体期的延续。由于黄体期雌激素和孕激素
的分泌达到高峰，对下丘脑和腺垂体的负反馈抑制作用较强，使 GnRH、FSH及 LH分泌处
于低水平，导致雌激素和孕激素水平下降。由于子宫内膜缺乏性激素的支持，引起子宫内膜
中螺旋形小动脉发生收缩、痉挛、断裂，造成子宫内膜缺血、缺氧，子宫内膜的功能层失去
营养而剥离、出血，经阴道流出，进入月经期。与此同时，雌激素和孕激素对下丘脑和垂体
的负反馈抑制作用解除，血中 GnRH、FSH和 LH浓度开始上升，FSH促进颗粒细胞膜上
FSH受体生成及颗粒细胞增殖，进而使雌激素分泌增加，子宫内膜进入增生期。当雌激素
分泌达到一定水平时，其与颗粒细胞分泌的抑制素一起，对腺垂体起负反馈调节作用，使
GnRH和 FSH分泌减少，由于抑制素可选择性抑制 FSH，而不抑制 LH，因此，血中 FSH
有所下降，致使多数卵泡停止发育。唯有原来发育较大的优势卵泡，由于其分泌的雌激素量
较多，可使卵泡摄取更多的 FSH，继续发育形成成熟卵泡，并分泌雌激素，促进子宫内膜
细胞分裂和生长，同时还能使受体数量增加，加速雄激素的合成以及转化为雌激素的过程，
致使血中雌激素浓度持续增加。至排卵前一天，血中雌激素浓度达到顶峰，但此时高浓度的
雌激素对下丘脑不是起负反馈作用，而是起正反馈调节作用，使 GnRH分泌增多，刺激 LH
和 FSH分泌，其中以 LH的分泌增加更为明显，形成 LH峰 (LH surge)。若事先以抗雌激素
血清处理动物，则 LH峰不再出现，说明 LH峰是由雌激素高峰所诱导的。
2．排卵 LH峰是引发排卵的关键因素，在 LH峰出现之前，卵母细胞已基本发育成
熟，但由于初级卵母细胞周围的颗粒细胞分泌卵母细胞成熟抑制因子 (oocyte maturation
inhibitor，OMI)，使卵母细胞的成熟分裂停止于初级卵母细胞阶段。当 LH峰出现时，高浓
度的 LH消除了 OMI的抑制作用，使初级卵母细胞恢复分裂，形成次级卵母细胞和第一极
体。随即次级卵母细胞开始第二次成熟分裂，最后，次级卵泡逐渐发育为成熟卵泡并突出于
卵巢表面，形成透明的卵泡小斑。LH峰的出现还可促进卵泡细胞分泌孕酮及前列腺素，促
使溶酶体的生成，使基膜溶解，并激活纤溶酶、胶原酶、蛋白水解酶及透明质酸酶等，使卵
泡膜溶解破裂，卵泡壁肌样细胞收缩，卵细胞与附着的透明带、放射冠从排卵孔排出。在排
卵前夕，女性基础体温最低，因此可根据月经周期中基础体温的变化来判断排卵日。
3．黄体期 排卵后，卵泡的排卵孔被纤维蛋白封闭，残余的卵泡形成血体，然后转
变为黄体。颗粒细胞和内膜细胞分别转化为粒黄体细胞和膜黄体细胞，颗粒细胞的黄体化主
要受 LH的调节，LH通过 cAMP-蛋白激酶系统，促使黄体细胞分泌大量孕激素与雌激素。
近年来发现，在小卵泡中含有一种肽类物质，可抑制颗粒细胞黄体化，使 LH受体减少，有
抑制 cAMP生成的作用，称为黄体化抑制因子 (1uteinization inhibitor)。LH的作用也可能由
于解除了卵巢内抑制因子的作用而表现出的促进效应。排卵后，血中雌激素水平再次升高，
形成月经周期中雌激素分泌的第二高峰，使黄体细胞上 LH受体数量增多，促进黄体分泌孕
酮，在排卵后 5~10天血中孕酮水平出现高峰，以后开始降低。由于高浓度的雌激素与孕酮
可抑制下丘脑 GnRH和腺垂体 LH及 FSH的分泌，所以黄体期 LH和 FSH一直处于较低水
平。
在黄体期，由于子宫内膜在增生期的基础上又受到孕激素的刺激，内膜细胞体积增大，
腺管和血管由直变弯，分泌含有糖原的黏液，称为子宫周期的分泌期，分泌期的子宫内膜可
为受精卵的植入提供适宜的环境。若卵子未受精，黄体的寿命仅为 12~15天，在黄体萎缩和
溶解后，血中雌、孕激素水平显著下降，进入月经期。雌激素和孕激素对下丘脑和腺垂体的
负反馈抑制作用解除，腺垂体又开始分泌 FSH和 LH，使卵巢进入下一个活动周期。若卵子
受精，受精卵的滋养叶细胞开始分泌 hCG，后者可延长黄体寿命，并使之转化为妊娠黄体。
此后不再出现卵巢和子宫的周期性变化，直至分娩。
综上所述，卵巢和子宫的周期性活动受到下丘脑-腺垂体一卵巢轴的调控 (图 12-6)。
下丘脑 GnRH神经元释放的 GnRH促进腺垂体 LH的合成和释放，进而使卵巢雌激素浓度
升高，促进卵泡发育；同时，雌激素与抑制素对下丘脑和腺垂体进行负反馈调节，抑制 FSH
的释放，此时虽然 FSH浓度暂时处于低水平，但由于血中雌激素促进内膜细胞分化和生长、
LH受体增加，产生较多的雄烯二酮，后者扩散至颗粒细胞，增强芳香化酶的作用，使雄激
素转化为雌激素的速率加快，形成月经周期中雌激素的第一高峰。然后，雌激素第一高峰对
下丘脑 GnRH神经元起正反馈作用，导致 LH峰的出现，并引起排卵。排卵后，黄体在 LH
作用下分泌孕激素和雌激素，形成雌激素第二个高峰及孕激素分泌峰。由于孕激素和雌激素
的作用，子宫内膜增厚，血液供应更加丰富，腺体开始分泌含糖原的黏液。使子宫内膜进入
子宫周期的分泌期。此后孕激素和雌激素峰又对下丘脑和腺垂体发挥负反馈作用，使 FSH、
LH及雌激素、孕激素水平下降，进入月经期，开始下一个子宫周期的活动。
三、卵巢功能衰退的表现
一般女性性成熟期约持续 30年，45~50岁的女性卵巢功能开始衰退，对 FSH和 LH
的反应性下降，卵泡常停滞在不同发育阶段，不能按时排卵，雌激素分泌减少，子宫内膜不
再呈现周期性变化而进入更年期。此后卵巢功能进一步衰退，丧失生殖功能而步人老年期。
更年期是指妇女从性成熟期进入老年期的过渡时期，包括绝经前期、绝经期和绝经后
期。更年期虽是女性的自然生理过程，但更年期症状却因人而异，约 2/3的更年期妇女症状
较严重，可出现因卵巢功能退化、雌激素合成减少而引起的一系列生理、心理改变及不舒服
的症状，出现以自主神经系统功能紊乱为主的更年期症候群，称为更年期综合征 (climacteric
syndrome)。而另外 1/3的更年期妇女则可通过神经内分泌的自我调节达到新的平衡，不出现
自觉症状或症状较轻。更年期综合征的持续时间一般为 2~5年，我国城市妇女平均绝经年龄
为 49.5岁，农村妇女为 47.5岁。
在绝经前期约 70％妇女会有月经周期不规则、月经紊乱，并出现以潮红、出汗、精
神过敏、失眠、眩晕、情绪不稳定为主要表现的精神、神经症状，伴有骨质疏松、尿失禁、
反复发作的膀胱炎、性欲改变、性交疼痛，以及诱发动脉硬化、冠心病等心血管系统变化，
这些变化主要是由于自主神经系统功能紊乱而引起的。
近年来我国医学界认为，更年期妇女若能在精神、心理、营养、体质等方面注意更年
期保健，不仅能安然度过更年期，而且许多不适症状也可能得到改善。对于更年期症状严重
的妇女应及时到医院检查或采用雌激素替代疗法治疗。
第三节 妊娠与分娩
妊娠 (pregnancy)是指子代新个体的产生和孕育的过程，包括受精、着床、妊娠的维持及
胎儿的生长。分娩 (parturition)是成熟胎儿及其附属物从母体子宫产出体外的过程。
一、妊娠
(一)受精
受精 (fertilization)是指精子穿人卵子井与卵子相互融合的过程。首先，精子经过子宫
颈、子宫腔、输卵管到达输卵管壶腹部，并与卵子相遇，然后精子头部钻入卵细胞，使各带
23条染色体的雄性原核与雌性原核相结合，组成含有 23对染色体、携带双亲遗传特征的受
精卵。
1．精子的运行 精子的运行除依靠其自身的运动外，还需要子宫颈、子宫体及输卵
管等几道生理屏障的配合，其过程较为复杂。虽然射精时进入阴道的精子可达 (2~5)×108
个，但在经过女性生殖道的几个屏障后，只有极少数活动力强的精子 (不足 200个)能到达
受精部位，而其中一般只有一个精子可使卵子受精。精子的运行也受到激素的调节，排卵前
期的雌激素、精液中的前列腺素均有利于精子的运行，而黄体期的孕酮则可阻止精子运行。
2．精子获能 人类和大多数哺乳动物的精子必须在子宫或输卵管中停留几个小时，
才能获得使卵子受精的能力，称为精子获能 (capacitation of spermatozoa)。精子在附睾中的
移行过程中，已具备了使卵子受精的能力，但由于在附睾和精液中存在一种称为去获能因子
的抑制性物质 (可能是一种糖蛋白)，后者在与精子结合后，可使精子失去使卵子受精的能
力。精子进入女性生殖道后，子宫腔和输卵管的β淀粉酶、β葡萄糖苷酸酶、胰蛋白酶及唾
液酸酶均可消除由糖蛋白组成的去获能因子，从而暴露出精子表面识别卵子的位点，增加膜
对 Ca2+的通透性，增强精子活力，有利于顶体反应与受精。
3．顶体反应 精子与卵子接触后，精子顶体外膜与精子头部细胞膜融合、破裂，形
成许多小孔，释放出顶体酶，使卵子外围的放射冠及透明带溶解，这一过程称为顶体反应。
同时，进入卵细胞的精子尾部退化；细胞核膨大，形成雄性原核，并与雌性原核融合，形成
一个具有 23对染色体的受精卵。
受精卵在输卵管的蠕动和纤毛的作用下，边移动边分裂，在受精后第 4~5天，桑椹胚
或早期胚泡进入子宫腔，并继续分裂而变为胚泡。胚泡在子宫腔内停留 2~3天，胚泡外面的
透明带变薄、直至消失，使胚泡可直接从子宫内膜分泌的液体中吸收营养。
(二)着床
着床 (implantation)是指胚泡植入子宫内膜的过程，包括定位、黏着和穿透三个阶段。
成功的着床有赖于胚泡与母体相互识别、胚泡发育与母体子宫内膜变化的同步、母体排斥反
应的抑制和母体接受性等条件的完善，并受到母体和胚泡激素的调控。子宫仅在一个极短的
关键时期才允许胚泡着床，这个时期称为子宫的敏感期或接受期。在子宫处于接受期时，子
宫内膜发生多种变化，母体的雌激素和孕激素及绒毛膜促性腺激素、蛋白永解酶等均参与着
床反应。近年来发现，受精后 24h的受精卵可产生早孕因子，其与着床后的子宫内膜所产生
的多种肽类或蛋白质类活性物质均可抑制母体对胚泡的排斥反应，维持胚胎的生长发育。但
对着床的机制与调控，目前仍有许多问题尚不十分清楚。
(三)妊娠的维持及激素调节
正常妊娠的维持主要依赖于垂体、卵巢及胎盘分泌的各种激素的相互配合。受精与着
床之前，在腺垂体促性腺激素的作用下，卵巢黄体分泌大量孕激素和雌激素，使子宫内膜进
入分泌期，为妊娠做好准备。如果受孕，则在受精后第 6天左右，胚泡滋养层细胞开始分泌
人绒毛膜促性腺激素，并刺激卵巢黄体转化为妊娠黄体，继续分泌孕激素和雌激素，以适应
妊娠的需要。胎盘形成后，不仅在母体和胎儿之间可有效进行选择性的物质交换，而且，胎
盘是妊娠期间重要的内分泌器官，可分泌大量的蛋白质激素、肽类激素和类固醇激素，调节
母体与胎儿的代谢活动。
1．人绒毛膜促性腺激素 人绒毛膜促性腺激素 (hCG)是由胎盘绒毛组织的合体滋养
层细胞分泌的一种糖蛋白激素，分子量为 45 000~50 000，由α亚单位与β亚单位组成。hCG
的仅亚单位氨基酸残基数量和序列几乎与 TSH、FSH和 LH的α亚单位相同，其β亚单位
的组成也有很大部分与 LH相同，仅在其羧基端有 30个氨基酸残基是独特的，因此 hCG与
LH有高度的同源性，生物学效应及免疫学特性也基本相似。
妊娠早期绒毛组织形成后，合体滋养层细胞即大量分泌 hCG，到妊娠 8~10周时达到
高峰；随后分泌逐渐减少，到妊娠 20周左右降至较低水平，并一直维持到妊娠末期。因为
hCG在妊娠早期即出现，且已制备出特异性的 hCG-β亚基抗体，所以用放射免疫分析法测
定母体血中或尿中 hCG浓度是诊断早期妊娠的一个指标。
2．其他蛋白质激素和肽类激素 胎盘还可以分泌人绒毛膜生长激素、绒毛膜促甲状
腺激素、 ACTH、 TRH、 GnRH 及内啡肽等。人绒毛膜生长素 (human chorionic
somatomammotropin，hCS)是合体滋养层细胞分泌的单链多肽，含有 191个氨基酸残基，其
中 96％氨基酸残基序列与人生长激素相同，故具有生长激素的作用，可调节母体与胎儿的
糖、脂肪和蛋白质代谢，促进胎儿生长。
3．类固醇激素 胎盘能分泌大量孕激素和雌激素。
(1)孕激素：孕激素由胎盘的合体滋养层细胞分泌。胎盘内有活性很强的 3β-羟脱氢
酶，可将母体和胎儿提供的孕烯醇酮转变成孕酮。在妊娠期间，母体血中孕酮浓度逐渐升高，
妊娠第 6周，胎盘开始分泌孕酮，12周以后孕酮含量迅速增加，至妊娠末期达到高峰。
(2)雌激素：胎盘分泌的雌激素中，90％是雌三醇，而雌酮和雌二醇则很少。雌三醇
的合成过程，首先是胎儿肾上腺形成的脱氢表雄酮硫酸盐在肝内羟化为 16α-羟脱氢表雄酮
硫酸盐，然后随血液进入胎盘并脱去硫酸基，经芳香化酶的作用转变为雌三醇。可见，雌三
醇是胎儿与胎盘共同参与合成的。因此，检测孕妇尿中雌三醇的含量，可反映胎儿在子宫内
的情况，如雌三醇突然降低，则预示胎儿危险或发生宫内死亡。
二、分娩
自然分娩的过程可分为三个阶段：首先由子宫底部向子宫颈的收缩波频繁发生，推动
胎儿头部紧抵子宫颈。此阶段可长达数小时。然后子宫颈变软和开放完全，胎儿由宫腔经子
宫颈和阴道排出体外，一般需要 1~2h。最后，在胎儿娩出后 10min左右，胎盘与子宫分离
并排出母体，同时子宫肌强烈收缩，压迫血管以防止过量失血。在分娩过程中存在正反馈调
节，胎儿对子宫颈部的刺激可引起缩宫素 (OT)的释放和子宫底部肌肉收缩增强，迫使胎儿
对子宫颈的刺激更强，从而引起更多的 OT释放及子宫的进一步收缩，直至胎儿完全娩出为
止。
分娩是一个极其复杂的生理过程，子宫节律性收缩是分娩的主要动力。但临产发动的
原因及确切机制尚不清楚。实验表明，糖皮质激素、雌激素、孕激素、缩宫素、松弛素、前
列腺素及儿茶酚胺等多种激素均参与分娩的启动和过程。
第四节 性生理学
性生理学是生殖医学的重要基础学科之一，与计划生育和生殖健康关系密切。青春期是从
少年到成年的过渡阶段，也是从性不成熟到发育成熟的时期。进入青春期后，人体中发育最
慢的性器官也发育成熟，并开始具备生育能力。青春期中发生的生理变化常伴随着心理和行
为方面的改变，这些表现与下丘脑-腺垂体一性腺轴的活动及其他内分泌腺激素的作用直接
相关。
一、性成熟的表现
在青春期，由于机体迅速发育成熟，个体的体格形态、性器官及第二性征等方面都将
发生很大变化。
(一)青春期体格形态的变化
1．身高进入青春期后，身高上升速度明显加快，称为青春期突长。女性的青春期突
长开始于青春期早期，多数到月经初潮时结束。男性的青春期突长发生于接近青春期的末期，
故开始突长的平均年龄比女性大 2岁左右。在此阶段，身高的增长在女性约 25cm，男性约
28cm。由于青春期突长前身高的差异及突长程度的差别，使成年男女平均身高相差 12cm左
右。促进青春期突长的激素，在女性以雌二醇为最重要，而在男性则以睾酮的作用最明显，
但雌二醇也起重要作用。此外，生长激素和胰岛素样生长因子-1 (IGF-1)的分泌水平、生长
素脉冲性分泌水平及性激素与促性腺激素的协同作用等，均与青春期突长有关。
2．机体构成比在青春期，男性和女性在机体的构成方面变化十分显著。发育成熟前，
两性的净体重、骨量和身体脂肪等基本相同。但在发育成熟后，男性的净体重、骨量和肌肉
约为女性的 1.5倍，而女性的脂肪则为男性的 2倍。
(二)性器官发育
1．男性性器官的发育 男性青春期最早出现的变化是睾丸体积增大，其发育过程可
分为三个时期。
(1)第一期，大约在 9~12岁，为青春期的开始。此时，生精细胞仅有精原细胞和精
母细胞，睾丸间质细胞可分泌少量睾酮，附性器官仍处于幼稚状态。
(2)第二期，大约在 12~15岁，此期睾丸体积迅速增大，曲细精管明显发育，出现精
子细胞和精子，但精子数量尚少。间质细胞分泌睾酮增加，使阴囊、阴茎、前列腺等附属性
器官快速生长。
(3)第三期，大约在 15岁以后，睾丸及附属性器官已接近成人大小，精子数量及睾
酮的分泌也与成人相似。
2．女性性器官的发育 在青春期，卵巢体积增大，由青春期前的不到 1ml增加到
2~10ml，并开始有卵泡发育。在雌激素的作用下，子宫体增大，占子宫长度的 2/3。阴道长
度也由青春前期的 8cm增加到月经初潮时的 11cm，大、小阴唇及阴蒂均开始发育。月经初
潮时一般为无排卵性月经，经半年至一年半后开始有排卵，但黄体期常很短。
(三)第二性征的出现
青春期阶段，在性激素作用下，开始出现第二性征。男性第二性征的出现主要表现为
声调变低，喉结突出，长出胡须、腋毛和阴毛，肌肉发达，出现男性特有的气味等。在男性，
阴毛生长始于 11~16岁，与肾上腺和睾丸分泌雄激素有关；15岁左右时上唇开始出现胡须，
并开始变声。在女性，第二特征的发育以乳房的发育为最早，约 9~12岁时，乳晕开始增大，
以后乳房逐渐增大，乳头突出；同时骨盆变大，皮下脂肪增厚，腋毛和阴毛相继长出，出现
女性特有的气味等。女性的乳房在 9~13岁开始发育，一般在 4年内完成；女性阴毛生长稍
晚于乳房发育，主要受肾上腺和卵巢分泌的雄激素影响。在生理状态下，女性在 1.5~6年内
完成第二性征发育，平均 4.2年；男性为 2~4.5年，平均 3.5年。
(四)性成熟的调节
进入青春期后，中枢神经系统逐渐成熟，下丘脑-腺垂体的功能被激活，GnRH、FSH
和 LH释放增加，引起青春期的一系列变化，因此，下丘脑-腺垂体的分泌活动增强对青春
期的生理变化起着启动的作用。
在青春期前，下丘脑-腺垂体的分泌功能对性腺激素的负反馈作用敏感性较高，低水
平的性腺激素即可抑制下丘脑 GnRH的分泌，使垂体促性腺激素维持在较低水平，进而使
性激素在血浆中浓度也较低。然而，进入青春期后，下丘脑-腺垂体对性激素的敏感性降低，
使 GnRH分泌增多，腺垂体 FSH和 LH也随之增多，从而促进性腺的发育和性激素的分泌；
同时，血浆中雌二醇和睾酮浓度逐渐升高，也可刺激各靶器官的发育。GnRH的分泌受脑内
多种神经递质 (NE、DA和 5-HT等)、前列腺素及性激素的反馈调节。一般认为，NE主要
与 GnRH的脉冲性释放有关，DA可根据不同情况而对 GnRH的释放起双向调节作用，5-HT
则起抑制性作用；前列腺素可直接刺激 GnRH神经元释放 GnRH；而性激素的反馈作用则主
要是通过调节腺垂体促性腺激素细胞对 GnRH的敏感性来实现的。
此外，肾上腺皮质的功能也与性成熟有关。肾上腺皮质可分泌活性较低的雄激素，即
脱氢表雄酮、硫酸脱氢表雄酮及雄烯二酮。女性从 6~7岁，男性从 7~8岁开始，肾上腺皮
质分泌雄激素增多，并持续增高直至青春期的晚期。肾上腺皮质功能的初现约早于性腺发育
2年。临床上，性腺功能不全的患者，在青春期仍有阴毛和腋毛生长，而肾上腺皮质功能低
下的患者，则几乎没有阴毛和腋毛，说明青春期阴毛与腋毛的生长与肾上腺皮质功能有关，
而与性腺功能可能无明显的依赖性关系。
(五)青舂期性发育的异常
青春期性发育的异常是指青春期生殖内分泌功能紊乱所致的病理生理学变化及临床
体征，包括性早熟和青春期延迟两种。
1．性早熟 女性性早熟指 8岁前 (50％出现于 6岁前)出现乳房发育、阴毛、腋毛生
长，大、小阴唇增大，月经来潮等情况。；男性在 9岁以前出现生殖器官明显发育和第二性
征者，也应考虑为性早熟。性早熟常因中枢神经系统，特别是下丘脑的功能紊乱，促性腺激
素分泌过多，刺激性器官过早发育而引起。
2．青春期延迟 若女性到 13岁仍无乳房发育，16岁尚无月经来潮；男性超过 14岁
仍无任何青春期发育的表现，都应考虑为青春期延迟。男性青春期延迟大多有父系家族史，
一般有下丘脑一垂体功能遗传性缺陷。
二、性兴奋与性行为
当人在精神或肉体上受到有关性的刺激时，性器官和其他一些部位会出现一系列生理
变化，称为性兴奋 (sexual excitation)。而性行为 (sexual behavior)主要是指在性兴奋的基础
上，男女两性发生性器官的接触或交媾，即性交 (sexual intercourse)的过程，也包括虽无两
性性器官的接触，但与性器官有联系的行为，如性自慰等。
在自然情况下，性行为最基本的功能是生殖，以达到维持种族繁衍的目的，对于低等
动物来说，生殖是性行为的唯一功能。而在人类，性行为除保证种族的繁衍外，尚有满足人
类性生理和性心理的本能需要。因此，性行为不仅属于性生理的范畴，也是性心理学和性社
会学的研究课题。
Masters等把性兴奋的全过程划分为兴奋期、平台期、高潮期和消退期四个阶段。兴
奋期指性欲被唤起，身体呈现紧张活跃的阶段；平台期是一个短促的、更强烈的身体快感到
来之前的阶段；高潮期则在平台期基础上，产生极度快感及射精的阶段；而消退期则为身体
紧张松弛恢复的过程。一般在性活动进程中，从兴奋到平台中段是双方互相爱抚，进行感情
交流阶段；平台后期和高潮期一般发生在性器官结合的过程中，消退期则为性器官脱离结合
的阶段。
(一)男性的性兴奋与性行为
男性性兴奋反应除心理性活动外，主要表现为阴茎勃起和射精。
1．阴茎勃起 阴茎勃起 (erection)是指受到性刺激时，阴茎迅速胀大、变硬并挺伸的
现象。勃起时阴茎的血流动力学发生改变，阴茎内动脉扩张、动脉血流量明显增加是勃起的
主要因素；阴茎的静脉回流受阻可起到维持勃起的作用，勃起时阴茎血容量可达 80~200ml，
阴茎海绵体内的压力可达 75mmHg；此时，阴茎血管内的特殊结构，即动脉内膜嵴和静脉瓣，
对勃起时的血流分布起决定性的作用。
阴茎勃起是心理性和局部机械性刺激引发的反射活动，其传出神经主要是副交感舒血
管纤维，通过释放共存于神经元内的乙酰胆碱和血管活性肠肽，使阴茎的血管舒张。副交感
神经中还有含一氧化氮合酶 (NOS)的神经纤维，其末梢释放的 NO具有强烈的舒血管效应。
在动物实验中，给予 NOS抑制剂，可阻断刺激盆神经引起的阴茎勃起，故认为 NO是引起
阴茎勃起的重要因素。此外，降钙素基因相关肽 (CGRP)也可能参与阴茎勃起。实验证明，
向狗的阴茎内灌注 CGRP，可引起阴茎勃起，阴部内动脉血流增加和海绵体内压升高，CGRP
的作用机制可能与促进前列腺素的释放有关。临床上应用局部注射 PGE．治疗勃起功能障
碍，也取得二定的效果。
2．射精 射精 (ejaculation)是男性性高潮时精液经尿道射出体外的过程。射精的过程
分为移精和排射两个阶段。首先是腹下神经兴奋，附睾、输精管平滑肌按一定顺序收缩，将
精子送至尿道，并与前列腺、精囊腺的分泌物，即精浆混合，组成精液，此过程称为移精；
然后，阴部神经兴奋，使环绕阴茎基底部的尿道海绵体肌发生节律性收缩，压迫尿道，使精
液射出。射精的同时伴有强烈快感，即性兴奋达到性高潮 (orgasm)。在男性射精后的一段
时间内，一般不能再次发生阴茎勃起和射精，称为不应期。不应期的长短与年龄和身体状况
等多种因素有关。
射精是一种反射活动，其基本中枢位于脊髓腰骶段；高位中枢可通过儿茶酚胺和 5-
羟色胺系统对脊髓中枢的活动进行调节，前者起激活作用，而后者则起抑制作用。
(二}女性的性兴奋与性行为
女性的性兴奋主要包括阴道润滑、阴蒂勃起及性高潮。
1．阴道润滑作用女性在受到性刺激后，阴道壁的血管充血，由血管滤出一种稀薄的黏
性液体，该液体可由阴道流至外阴部，润滑阴道和外阴，有利于性交的进行。此外，由于阴
道下 1/3部分充血，使阴道口缩窄，对插入阴道的阴茎有“紧握”作用。同时，阴道上 2/3
部分扩张、子宫颈和子宫体抬高，使上阴道宽松，阴道可伸长 1/4左右，有利于性交和容纳
精液。
2．阴蒂勃起 阴蒂是女性的性感受器之一，阴蒂头部分布有丰富的感觉神经末梢，是女
性性器官中最敏感的部位。性兴奋时，阴蒂充血、膨胀，敏感性升高，使女性获得性快感并
达到性高潮。
3．性高潮当外阴和阴道受到的刺激达到一定程度时，子宫、阴道、会阴及骨盆部的
肌肉会突然出现自主的节律性收缩，并伴有一些全身性反应，类似男性射精时的兴奋状态。
称为女性性高潮。女性性高潮后的不应期并不明显，可反复接受刺激而达到性高潮。女性的
心理因素对性高潮的出现有明显的影响，在情绪不佳或不安时，性反应往往不会出现，更不
会达到性高潮。据调查，有相当一部分女性在一生中从未体验过或很少出现性高潮，其原因
大多是由于缺乏性知识或由心理因素所致，而并非由于器质性性功能障碍所引起。
三、性行为的调节
人类性行为受中枢神经系统与内分泌激素的调节，也受环境及心理等因素的影响。
(一)性行为的神经调节
性行为的调节主要是在中枢神经系统的控制下，通过条件反射和非条件反射来实现
的。例如，阴茎勃起的基本反射中枢位于脊髓腰骶段，同时受大脑皮质的性功能中枢及间脑、
下丘脑的皮层下中枢调节。阴茎受自主神经系统和躯体神经系统的神经支配，自主神经来自
盆神经丛，包括交感和副交感神经纤维；躯体神经纤维起自脊髓骶段，构成阴部神经。用免
疫组织化学方法证实，阴茎海绵体上有肾上腺素能：胆碱能和非肾上腺素能非胆碱能的神经
纤维分布，并有多种神经递质及受体。其中，ACh可通过抑制 NE释放和使阴茎的血管内皮
细胞释放内皮舒张因子 (NO)等物质，促进阴茎勃起。NE可与阴茎的血管平滑肌细胞的仪，
受体结合，使阴茎血管收缩，不能勃起或由勃起状态转为非勃起状态。近年来发现，NO可
引起阴茎海绵体的血管平滑肌舒张，是引起阴茎勃起的一种重要的神经递质。此外，组胺与
H2受体结合或 5-羟色胺与 5-HT1受体结合，均能促进勃起；而组胺与 H1受体结合或 5-羟
色胺与 5-HT2受体结合，则能抑制阴茎勃起。人的精神和心理因素也可干扰性功能中枢的
正常活动，调节多种递质释放，进而影响阴茎勃起反射的进行。
(二)性行为的激素调节
性欲 (sexual desire)是性兴奋和性行为的基础。随着青春期的性成熟，体内性激素达
到一定水平。在男性，雄激素可刺激性欲，引起自发性阴茎勃起。在女性，雌激素也具有刺
激性欲的作用。研究显示，每日口服 50μg乙炔雌二醇，可使绝经期妇女的性欲、性高潮的
频率和阴道润滑程度均有所提高。但女性性欲的维持需要雄激素的存在，睾酮水平较高的女
性，其阴道对性刺激的敏感性较高。有人认为，雄激素对女性的主要作用可能是对性的启动，
通过提高靶器官对性刺激的敏感性，使附性器官做好接受性刺激的准备，而不是直接激发性
行为。此外，孕激素有抗动情，即降低性欲的作用；缩宫素对两性的性功能及性行为也有明
显的影响，可见，性行为与多种内分泌激素有关。
(三)性功能障碍
性功能是一个复杂的生理和心理过程，包括性欲、勃起、性交等多个环节及复杂的心
理变化。性功能障碍 (sexual dysfunction)是指不能进行正常的性行为或在正常性行为中不能
得到性满足的一类障碍。性功能障碍可按发病原因分为器质性性功能障碍与功能性性功能障
碍两大类。
器质性性功能障碍是由于机体某个器官或系统发生病理改变而引起的性功能障碍，仅
男性勃起功能障碍就可因多种因素引起，如原发性曲细精管发育不全症等遗传因素；肾上腺
皮质或甲状腺功能异常、垂体或性腺功能减退等内分泌因素；心脑血管疾病、肿瘤、血液病
以及外伤、手术、药物因素等。女性器质性性功能障碍除上述引起男性器质性性功能障碍的
神经内分泌异常外，尚有自然绝经、卵巢功能早衰及长期服用避孕药物等因素。
功能性性功能障碍多数是由于缺乏性知识、精神心理紊乱及环境不适当引起的。如夫
妻双方不能把握性活动的规律和方法、对性生活的畏惧、期望值过高或缺乏自信、心理创伤
及情绪失控等。据统计。10％~30％男性勃起功能障碍是心理性的，而 90％以上女性性高潮
障碍与精神性因素有关。
此外，还存在因器质性性功能障碍未及时治疗或治疗不当，导致患者心理压力过重，
继发引起的性欲低下、性感缺失，甚至性厌恶等功能性障碍，对此类病人应在治疗器质病变
的同时，积极进行心理治疗。
(李玉荣)