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| 內容簡介: |
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《基础医学概论(第四版)》是普通高等教育“十一五”***规划教材。《基础医学概论(第四版)》共21章,针对西医院校非医疗专业、中医药各专业、生物(医学)工程专业或生命科学等专业的本科教学需求,突出教材的思想性、科学性、先进性和针对性。《基础医学概论(第四版)》以人体为中心,围绕生命科学的核心理论和重要进展,将基础医学各主要分支学科的内容有机地整合在一起,以便学生能在有限的学时内,系统地掌握基础医学的主要内容。为适合不同专业的教学及不同读者的需求,新版在各个章节增添了数字资源进行扩展,以扫描二维码的方式阅读;在书后增选了**的或更新的参考文献;书后提供中英文对照术语索引;高校授课教师可申请教学课件。
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目录第四版前言第一章绪论——生命概述1第一节不同时代和不同专业学者对生命的理解1一、古代中国医学家对人类自身及疾病的认识2二、近代和现代生物学家对生物起源与进化的探索2三、生命以负熵为生——物理学家薛定谔对生命的著名论断3四、耗散结构理论的创立——比利时物理学兼化学家普里戈金对生命起源、维持和进化的诠释4五、生命科学的微观研究从研究分子间的化学反应提升到研究分子间的结构特异性相互作用5六、人工智能的应用和发展为生命科学及相关学科开启了一个崭新的研究模式6七、人体是一个开放的复杂巨系统——中国著名科学家钱学森倡导的系统观6第二节审视进化中的保守——生物多样性的内在统一性一、化学组成层面的统一性7二、细胞层面的统一性7三、新陈代谢及ATP的核心作用——热力学层面的统一性7四、细胞分裂——生物在信息遗传层面的统一性与进化8五、所有生命系统均在开放环境中动态维持自身处于远离热力学平衡的稳态8六、生物对环境变化和刺激信号的转导与应答——每一个生物体都是一个动态的信息处理系统9第三节人体功能活动的调节10一、人体功能活动的调节方式10二、体内的自动控制系统11第二章人体的基本构成13第一节细胞13一、生命活动的基本单元——细胞13二、细胞的基本结构及其功能13三、细胞的增殖17四、干细胞17五、细胞的衰老与凋亡18六、细胞外基质19第二节组织21一、上皮组织21二、结缔组织23三、肌组织25四、神经组织27第三节器官、系统与整体29一、人体器官、系统与整体29二、解剖学姿势、方位术语与人体的轴与面31第三章生物大分子33第一节蛋白质33一、蛋白质的分子组成33二、蛋白质的分子结构36三、蛋白质结构与功能的关系38四、蛋白质的理化性质38五、蛋白质的分离纯化与序列分析39六、蛋白质空间结构测定40第二节酶40一、酶的分子结构与功能40二、酶促反应的特点与机制41三、酶促反应动力学42四、酶的调节与活性测定44五、酶的命名与分类45六、酶与医学的关系45iv基础医学概论第三节核酸45一、核酸的化学组成45二、DNA的一级结构与功能46三、RNA的结构与功能47四、核酸的理化性质、变性和复性及应用49五、核酸酶49六、DNA测序50第四章基因信息传递52第一节DNA、RNA和蛋白质的生物合成52一、DNA生物合成52二、DNA损伤与修复57三、RNA生物合成57四、蛋白质生物合成63第二节基因表达调控68一、基因表达调控的基本概念69二、基因表达调控的基本原理69三、原核生物基因表达调控70四、真核生物基因表达调控72第三节基因重组74一、基因重组原理74二、基因重组的操作步骤76三、基因重组应用79第四节遗传与变异80一、遗传与变异的概念80二、基因与基因突变81三、人类染色体与染色体畸变84四、遗传性疾病88第五章细胞的物质代谢94第一节糖代谢94一、概述94二、糖的分解代谢95三、糖原的合成与分解99四、糖异生作用100五、糖代谢紊乱101第二节脂质代谢101一、脂质的生理功能101二、脂质的消化吸收101三、血浆脂蛋白102四、甘油三酯的代谢103五、磷脂的代谢107六、胆固醇的代谢107第三节氨基酸的代谢109一、蛋白质的营养和氨基酸的生理功能109二、蛋白质的消化与吸收109三、大肠中氨基酸的腐败作用109四、氨基酸的一般代谢作用109五、氨的代谢112六、个别氨基酸的代谢113第四节核苷酸代谢115一、核苷酸的合成116二、核苷酸的分解代谢118第五节生物氧化119一、生物氧化的概念和意义119二、ATP的生成119三、线粒体氧化体系120四、线粒体外氧化体系123第六节物质代谢的相互联系与调节124一、物质代谢的相互联系124二、物质代谢的调节125第七节肝的结构和功能127一、肝的结构127二、肝的功能129第六章能量代谢与体温140第一节能量代谢140一、机体能量的来源与去路140二、能量代谢的测定141三、影响能量代谢的因素142四、基础代谢142第二节体温及其调节143一、正常体温及生理波动143二、产热与散热144三、体温调节145第七章细胞的物质转运和信号转导功能148第一节细胞膜的物质转运功能148一、被动转运149二、主动转运150三、出胞与入胞作用151第二节细胞通信151一、直接通信151二、间接通信152第三节细胞的信号转导152一、离子通道介导的信号转导152二、G蛋白偶联受体介导的信号转导153三、酶联型受体介导的信号转导154第四节细胞的生物电活动154一、细胞的兴奋性154二、静息电位155三、动作电位156第五节骨骼肌的兴奋与收缩158一、骨骼肌神经-肌接头处的兴奋传递158二、骨骼肌的收缩和舒张159第八章运动系统164第一节骨164一、概述164二、中轴骨165三、附肢骨169第二节骨连结173一、概述173二、中轴骨连结174三、附肢骨连结175第三节骨骼肌179一、概述179二、头肌180三、颈肌180四、躯干肌181五、上肢肌183六、下肢肌184第九章神经系统解剖188第一节神经系统概述188一、神经系统的区分188二、神经系统的构成188三、神经系统的常用术语189第二节中枢神经系统189一、脊髓189二、脑191第三节周围神经200一、脊神经200二、脑神经201三、内脏神经系统203第十章神经系统功能205第一节神经系统功能活动的一般规律205一、反射205二、突触传递207三、神经递质和受体209四、中枢兴奋传播的特征210五、中枢抑制211第二节神经系统的感觉分析功能213一、躯体和内脏感觉的神经传导通路213二、躯体和内脏感觉的中枢214三、躯体感觉和内脏感觉215第三节神经系统对躯体运动的调控215一、脊髓在躯体运动调控中的作用215二、脑干对肌紧张的调控217三、小脑的功能218四、基底神经节对躯体运动的调控219五、大脑皮层对躯体运动的调控219第四节神经系统对内脏活动的调节220一、自主神经系统的结构和功能220二、各级中枢对内脏活动的调节221第五节觉醒、睡眠和脑电图221一、脑电图222二、觉醒状态的维持222三、睡眠的时相223第六节脑的高级功能223一、学习和记忆223二、语言功能225第十一章感觉器官226第一节感受器的一般概念226一、感受器的分类226二、感受器的基本特征227三、感觉传入通路中的信息编码和处理228第二节视觉器官228一、眼的结构228二、眼的折光系统与调节229三、视网膜的感光换能功能231四、与视觉有关的生理概念232第三节听觉器官233一、外耳和中耳的结构和功能233二、内耳的结构233三、耳蜗的感音换能、频率分析和编码作用234第四节其他感觉器官235一、前庭器官235二、嗅觉感受器235三、味觉感受器235第十二章血液236第一节概述236一、血液的组成与基本功能236二、血液的理化特性237第二节血细胞生理238一、红细胞生理238二、白细胞生理240三、血小板生理241第三节生理性止血242一、生理性止血的基本过程242二、血液凝固242第四节血量、血型和输血246一、血量246二、血型与输血246第十三章循环系统249第一节概述249第二节心脏的组织和解剖250一、心脏的位置和心包250二、心脏的腔室及相关的大血管251三、心肌组织253四、冠脉循环253第三节心脏生理254一、心肌的生物电现象和电生理特性254二、体表心电图259三、心脏的泵血功能259第四节血管生理263一、血管的结构与功能分类263二、血流动力学264三、动脉血压265四、静脉血压和静脉回心血量266五、微循环268六、组织液的生成和水肿269第五节心血管活动的调节270一、概述270二、神经调节271三、体液调节273四、自身调节274第十四章呼吸系统276第一节呼吸系统的概述276一、呼吸道276二、肺277三、胸廓279第二节呼吸的生理过程279一、肺通气279二、气体交换和运输284第三节呼吸运动的调节288一、呼吸中枢与呼吸节律的形成288二、呼吸运动的反射性调节289第四节辅助呼吸291一、人工呼吸291二、机械通气291三、体外膜肺氧合291第十五章消化系统292第一节概述292一、消化系统在人体开放的自稳系统中的地位292二、消化道的组成293三、消化道平滑肌294四、消化道的神经支配295五、主要的消化腺295第二节消化和吸收297一、消化297二、吸收304第三节消化器官活动的调节306一、神经调节306二、体液调节308第十六章泌尿系统310第一节肾的组织结构和血液供应特征311一、肾的解剖结构311二、肾的功能单位——肾单位311三、肾的血液供应及调节313第二节尿生成的过程与调节314一、尿生成的基本过程314二、肾小球的滤过功能314三、肾小管和集合管的重吸收与分泌功能317四、尿液的浓缩和稀释322五、水、氯化钠的重吸收和钾分泌的神经体液调节325第三节肾清除率及其应用326一、清除率的概念和计算方法326二、测定清除率的意义326第四节尿液及其排放327一、尿液的成分和理化特性327二、输尿管、膀胱和尿道的结构和神经支配327三、尿液的排放过程328<
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第一章绪论--生命概述 今天,我们确实已经站在了人类历史的拐点上。曾经的我们在演化历史的长河中随波逐流,是无数个机缘巧合造就了今天*一无二的我们和灿烂辉煌的人类文明;而未来的我们,虽然仅知晓生命秘密的冰山一角,但是已经开始跃跃欲试,试图操控智慧和愚笨、健康和疾病,甚至衰老和死亡,试图取代自然选择,成为自身命运的主宰者要点:①生物的进化史刻录于DNA分子的演化历程中。②物理学家薛定谔对生命的著名论断--生命以负熵为生。③物理学和化学家普里戈金认为生命体是一个耗散结构,生命的有序性源自自然界的无序。④生命科学在微观层次的研究已经从分子水平迈向超分子(supramolecule)水平。生命体可被理解为一个通过多种分子(包含离子)的相互识别、相互作用、有序性自组装,以及由此形成的精确有序的,高效的,自适应的,开放的,能获取和利用物质、能量与信息,能自我复制和维持的复杂化学反应系统。⑤人工智能(AI)的应用和发展为生命科学及相关学科开启了一个划时代的研究模式,必将产生深远的影响。⑥中国著名科学家钱学森指出人体是一个开放的复杂巨系统。⑦生物物种千差万别,但是呈现多方面的内在统一性,即化学组成层面的统一性、细胞层面的统一性、新陈代谢及热力学层面的统一性、生物信息遗传层面的统一性、生命在动态运行中维持稳态的统一性、对环境变化和刺激信号的转导与应答的统一性。⑧人体功能活动的调节方式包括神经调节(nervous regulation)、体液调节和自身调节。从控制论的角度可把人体功能的调节分为负反馈、正反馈和前馈调节三种方式。 基础医学是生命科学的一个重要组成部分,其主要内容是以正常人体为中心,阐明生命活动的本质、特征和规律。尽管人类是地球生物界进化引自《生命是什么》(王立铭,2018)程度*高的成员,人类仍然与其他所有生物物种存有许多相同的基本生命特征和在进化上或近或远的联系。因此,认识各种生命形态的共同特征无疑有利于从本质上认识人类自身。生命过程是一种特殊的物质运动形式,这一过程必然遵循物理学和化学的基本原理;同时,生命科学的发展也高度依赖物理学、化学和数学的理论和技术的支撑。本章将围绕生命科学的发展历程、重要发现和生命的基本特征,扼要介绍不同学科学者对生命的特征、起源、进化、遗传等重要议题的研究成果。本章及后续章节将贯穿一个指导思想,即力图使读者将曾经学习过的物理学、化学和生物学知识有机地联系,能以更宽阔的跨学科视野和严谨的思维理念学好基础医学这门课程。 第一节不同时代和不同专业学者对生命的理解 地球上的生物经历数十亿年的进化历程,最终进化出人类。纵观人类的文明史,人类始终没有停止对宇宙、自然、生命特别是自身的探索和思考。人类有别于其他生物*突出的特征是大脑具备抽象思维能力。人类认为自身是迄今地球上*高级和*复杂的生命形态或系统。人类对于外界各种信息具备分析、综合、抽象和概括能力,因而能不断深化对世界和自身的认知;同时又拥有无限的想象力和创造力,并影响着地球。然而,对于生命,学术界至今还没有一个确切的定义;对于生命的起源,学术界也无*后定论。 一、古代中国医学家对人类自身及疾病的认识 中国传统医学四大**著作(《黄帝内经》《黄帝八十一难经》《伤寒杂病论》《神农本草经》)是我国医学宝库中现存成书*早的医学典籍,是研究人的生理学、病理学、诊断学、治疗原则和药物学的医学巨著。《黄帝内经?素问》中写道:“出人废则神机化灭,升降息则气立孤危。故非出人,贝IJ无以生长壮老已;非升降,则无以生长化收藏。”从中可见,中国古代医学家早已在宏观上将人体视为开放的、与外界存在持续物质交换的系统,认识到新陈代谢是生命的关键特征。现阶段,中医学中的阴阳五行、经络、脉象、舌象、藏象、药性等学说仍然在指导临床实践,其中的精华正不断得到挖掘、继承、研究和发扬光大。抗疟药青蒿素的发明充分证明毛主席的论断:“中国医药学是一个伟大的宝库,应当努力发掘,加以提高”。 二、近代和现代生物学家对生物起源与进化的探索 (一)生物物种分类系统的框架与生物的进化路径 著名的生物学家林奈(Carolus Linnaeus,1707-1778)通过其巨著《自然系统》将自然界划分为矿物、植物和动物三界,继而又进一步对植物和动物界按纲、目、属和种等层级细分,为地球上不同形态生物的系统分类和深人研究确立了基本框架。 传统生物分类标准主要是细胞结构、营养方式和组织层级等,而随着分子生物学的发展,生物分类的目标、标准和分类结果已发生革命性变化。构建现代生物分类体系和系统发育树(phylogenetic tree)的核心科学目标在于还原生命演化的历史路径和时间进程。基于比较基因组学(comparative genomics)和比较蛋白质组学(comparative proteo-mics)的数据,用数学模型(如最大似然法)计算同源基因和蛋白质分子的相似度,可为修订生命演化的框架提供有力证据。 目前多数学者认同卡尔?乌斯(Carl Woese,1928-2012)于1977年提出的三域生物分类体系学说,即根据生物结构、分子进化特征将生物界分为三域:细菌域(Bacteria)、古菌域(Archaea)和真核域(Eukaiya)。分类的层级从高到低依次为 域(domain)、界(kingdom)、门(phylum)、纲(class)、目(order)、科(family)、属(genus)、种(species)。目前,现代生物分类体系仍在动态更新中,每一组新的基因数据都可能改写生命之树。 另外一个重要议题是关于病毒在生命演化中的特殊地位。尽管病毒尚未被正式纳人生命范畴(因缺乏自主代谢与细胞结构),但比较基因组学数据确证其与生物存在数十亿年的共演化历史,因此,确立病毒在系统发育树中的位置,对理解生命起源、宿主适应性进化及新发传染病防控无疑具有难以估量的意义。 (二)进化论的确立 达尔文(Charles Robert Darwin,1809一1882)于1859年发表《物种起源》这一**著作,宣告了达尔文学说的创立。文中对古生物化石、生物形态学和胚胎学等多个领域进行研究,从变异、遗传、人工选择、自然选择、生存竞争和适应等多方面,系统论证了生命的多样性和统一性,以及生命曾经经历过由简单到复杂、由低级到高级的漫长进化过程。但是,达尔文对遗传的认识远没有达到同时代生物学家孟德尔的认识水平,他过分强调生存斗争,而忽视物种间的合作和共生作用。 (三)生物的进化史刻录于DNA分子的演化历程中 孟德尔(Gregor Johann Mendel,1822-1884) 是遗传学的奠基人。他与达尔文是同一时代的生物学家。达尔文因建立物种起源学说而声名显赫,然而,孟德尔发表于1865年的论文《植物杂交试验》竟然长达35年无人问津,该论文的研究结果甚至被怀疑不真实。孟德尔在他的论文中将数学方法引人遗传学研究,深刻地揭示了遗传的分离定律和自由组合定律。其理论的核心是:生物体内存在若干稳定的、*立的、可分离的、可随机组合的、能决定物种性状的、呈现颗粒性质的遗传因子。这种遗传方式被称为颗粒遗传(particulate inheritance)。 直至;1900年,孟德尔的遗传定律才被“重新挖掘”和确认,至此遗传学真正进人了孟德尔时代。1909年,威廉?约翰逊(Wilhelm Johannson,1857-1927)在《精确遗传学理论的要素》一书中*次将颗粒性遗传因子命名为基因(gene)。随后,摩尔根(Thomas Hunt Morgan,1866-1945)通过对果蝇性状的遗传研究创立了遗传学的连锁交换定律,进一步在动物层面证实和拓展了孟德尔学说。 他领导的研究证明,基因是以线性方式定位于染色体上的。这样,孟德尔的遗传因子和约翰逊的基因从*初的一种逻辑推断演变为染色体上具有物质和信息特征的特定片段。从此,染色体和基因研究成为生物界*为活跃的研究领域之一。 科学家一旦意识到基因存在于DNA中,就纷纷加人DNA的研究中,新的发现不断涌现。重大的突破包括:①DNA双螺旋结构的建立;②遗传密码的破译;③中心法则的确立和修正;④大规模DNA测序技术的建立和海量数据分析方法的发展;⑤多种生物(包括人类)全基因组测序任务的完成;⑥基因编辑技术的发展。随之衍生出一系列新的学科,如生物信息学和各种组学(基因组学、转录组学、蛋白质组学等)。生物信息学和比较基因组学的研究已在分子水平细化了生命由原始的细菌逐步进化到高等哺乳动物(包括人类)的演化过程,相信对大量非编码DNA和病毒核酸的深人研究必将进一步促进人类对生物进化的理解。随着生命科学(特别是基因编辑技术)的发展,人类已经开始试图操控基因、干预自然选择、主宰自己和其他生物(如转基因动物和植物)。同时,人类在社会伦理和生态层面正面临着诸多新的风险、争议和不确定性。 三、生命以负熵为生一物理学家薛定谔 对生命的著名论断 1944年,著名的量子物理学家薛定谔(Eiwin Schrodinger,1887-1961)将他的系列讲演汇集后,发表了专著《生命是什么》。作者以其物理学家特有的严谨和创造性思维,根据热力学第二定律(熵增定律)和当时生物学的重要研究成果(特别是细胞学和遗传学的建立),试图概括生命的*根本的特征,其主要论点如下。 1)细胞内的基因或染色体是一种非周期性的晶体(aperiodic crystal),即基因是一个包含信息和结构稳定的原子集合体。 基因只占每个细胞原子总数的很少一部分,但是基因高度的有序性和稳定性对于生命至关重要。基因的遗传信息以非周期性的结构(微型密码)有序存在,且精确引导着高度复杂而特异的生命发育过程。同时,这种非周期性的晶体结构所具备的高度稳定性则保证世代遗传的准确性。薛定谔的这一预言远远早于DNA双螺旋结构的阐明(1953年)和所有密码子被完全破译(1965年)。 2)生命以负熵为生。熵(entropy)是一个热力学概念,是量化一个系统无序程度的指标。热力学第二定律(the second law of thermodynamics)(即熵增定律)指出,一个孤立系统将不可逆地从有序状态(不均一)趋向于完全无序(均一)的状态(热力学平衡状态),即熵趋向于增加,绝不会自发减少。这一进程就如同向一杯清水放人适量葡萄糖并拧紧杯盖,结果是葡萄糖分子完全溶解并最终均匀地分散在水分子中,而且这一过程不可能自发地逆向发生。 薛定谔指出生命体不是孤立系统,而是一个开放系统。生命体不断从系统外(即环境)接受信息、引人低熵物质或光能、排出高熵物质(代谢产物)和热能,并以此对抗自身不可避免的熵增过程,维持自身的有序状态。这就是薛定谔的著名论断:生命以负熵(negentropy)为生。因此,在理解生命的本质时,必须注重生命体作为一个系统的开放性、有序性及其维持机制。引人负熵被认为是生命运作的底层规律(表1-1),而生命的有序化则是以环境的熵增为代价的。 3)关于生命之序的来源。在薛定谔所处的时代,生物学研究成果已充分证明生命具有稳定的、可自我复制的遗传物质,即表现出“有序源于有序”的特征,然而,在1944年薛定谔还无法用物理学解释生命有序性的根本来源。尽管如此,他还是坚定地认为,应用物理学和化学原理必定能最终诠释生命的起源和一个生命体在不同时空中发生的各种事件。 四、耗散结构理论的创立--比利时物理 学兼化学家普里戈金对生命起源、维持和进化的诠释 (一)创立耗散结构理论的历史背景 在19世纪,热力学理论已经取得重要进展,热力学第二定律被证明普遍适用于孤立系统。然而,在一定条件下,对物理学、化学和生物学等多种开放系统的研究中,不断发现存在从无序到有序转变的现象。以生物界为例
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