生理學(xué)是以生物機(jī)體的生命運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象和機(jī)體各個(gè)組成局部的功能為研究對(duì)象的～門(mén)科學(xué)，是一門(mén)實(shí)驗(yàn)科學(xué)，課程中幾乎每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)均來(lái)自科學(xué)實(shí)驗(yàn)。例如Langendorf心臟灌流裝置為生理或病理學(xué)研究提供了一個(gè)平臺(tái)，使研究者可在離體器官及細(xì)胞水平研究心肌功能、電活動(dòng)的改變，至今仍是心臟生理學(xué)研究的良好工具。內(nèi)爾和薩克曼因發(fā)明膜片鉗技術(shù)并發(fā)現(xiàn)細(xì)胞膜單離子道功能而獲得1991年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。所以教師在授課過(guò)程中注意引入一些技術(shù)方面的新進(jìn)展，一方面可以激發(fā)學(xué)生的興趣、活躍課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性；另一方面可以有機(jī)的將理論知識(shí)和科研思維的培養(yǎng)結(jié)合起來(lái)，對(duì)學(xué)生有效地啟發(fā)思維、擴(kuò)展思路、以使其盡早開(kāi)啟科學(xué)研究之門(mén)。以下我們就流式細(xì)胞術(shù)、電子顯微鏡技術(shù)和小動(dòng)物成像技術(shù)在生理學(xué)方面的新進(jìn)展加以簡(jiǎn)單介紹，為豐富生理學(xué)的課堂教學(xué)提供素材。

　　1流式細(xì)胞術(shù)在生理學(xué)中的應(yīng)用

　　1．1流式細(xì)胞術(shù)簡(jiǎn)介流式細(xì)胞儀是集激光技術(shù)、電子物理技術(shù)、光電量技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、細(xì)胞熒光化學(xué)技術(shù)、單克隆抗體技術(shù)為一體的一種新型高科技儀器。它不僅快速、靈敏和準(zhǔn)確，而且還具有客觀、直接和同時(shí)進(jìn)行多參數(shù)檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，是一種在基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)和臨床研究中有著廣泛應(yīng)用的細(xì)胞分析技術(shù)。流式細(xì)胞術(shù)(flowcytometry，F(xiàn)CM)是利用流式細(xì)胞儀對(duì)處在快速、直線(xiàn)、流動(dòng)狀態(tài)中的單細(xì)胞或生物顆粒進(jìn)行多參數(shù)、快速定量分析，同時(shí)對(duì)特定群體加以分選的現(xiàn)代細(xì)胞分析技術(shù)。流式細(xì)胞術(shù)已被廣泛的應(yīng)用于腫瘤、血液病、免疫性疾病、艾滋病、器官移植等方面的常規(guī)臨床檢查中，并已成為上述疾病診斷、疾病監(jiān)控、治療選擇、療效判斷和預(yù)后估計(jì)等至關(guān)重要、甚至唯一的方法。

　　1．2常用生理學(xué)指標(biāo)的檢測(cè)

　　1．2．1凋亡檢測(cè)流式細(xì)胞術(shù)在細(xì)胞凋亡的研究中應(yīng)用較為廣泛。流式細(xì)胞術(shù)對(duì)凋亡細(xì)胞的單一特征測(cè)定通常不足以判定細(xì)胞凋亡，應(yīng)進(jìn)行多參數(shù)分析或結(jié)合形態(tài)學(xué)的評(píng)價(jià)才更為準(zhǔn)確。

　　1．2．2鈣離子濃度的測(cè)定鈣離子(ca)是人體內(nèi)重要的陽(yáng)離子，具有極其重要的生理功能，通過(guò)檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)ca濃度的變化也可指示細(xì)胞生理功能的變化。例如檢測(cè)低血容量性休克大鼠心肌細(xì)胞Ca濃度變化，以Fluo一4／AM為游離鈣熒光探針，負(fù)載培養(yǎng)的心肌細(xì)胞，與對(duì)照組相比在休克時(shí)心肌細(xì)胞ca濃度較休克前明顯升高。當(dāng)心肌短暫缺血后，ATP迅速降解，內(nèi)源性腺嘌呤核苷酸的代謝產(chǎn)物腺苷大量釋放，間質(zhì)中的腺苷與其特異性受體結(jié)合后，經(jīng)G蛋白耦聯(lián)作用，激活細(xì)胞膜上蛋白激酶C，使K—ATP通道開(kāi)放，促進(jìn)K單向外流，K平衡電位升高，靜息膜電位除極化，使電壓調(diào)節(jié)ca¨通道開(kāi)放時(shí)間延長(zhǎng)，細(xì)胞內(nèi)游離Ca水平升高J。

　　1．2．3線(xiàn)粒體膜電位的檢測(cè)研究表明線(xiàn)粒體膜電位的變化是參與細(xì)胞凋亡的一個(gè)重要組成部分，對(duì)于凋亡過(guò)程中線(xiàn)粒體膜電位的變化，經(jīng)常采用羅丹明123熒光染料來(lái)進(jìn)行檢測(cè)。細(xì)胞膜電位是由于細(xì)胞膜兩側(cè)離子分布的不對(duì)稱(chēng)而產(chǎn)生的。細(xì)胞凋亡過(guò)程中常伴有線(xiàn)粒體膜電位的下降，并且出現(xiàn)在核的變化之前J。

　　1．2．4其他除此之外，流式細(xì)胞術(shù)可以廣泛應(yīng)用于生理教學(xué)的示例。比如血液生理，除了常見(jiàn)的對(duì)白細(xì)胞數(shù)量、分類(lèi)及其功能的研究以外，還可用于骨髓各系血細(xì)胞特點(diǎn)的研究。例如目前普遍應(yīng)用的是thiazoieorange染色法，這種特異性RNA的激發(fā)波(488nm)測(cè)量的特點(diǎn)，與人工計(jì)數(shù)法相比，它不但能得到網(wǎng)織紅細(xì)胞的百分?jǐn)?shù)和絕對(duì)值，而且還能獲得網(wǎng)織紅細(xì)胞成熟指數(shù)(RMI)j。還可應(yīng)用于生殖生理，例如流式細(xì)胞儀可以快速、高效和精確的分析精液中精子的數(shù)量和質(zhì)量，還可以確定精液中各種細(xì)胞群的相對(duì)比例，包括正常成熟的單倍體精子(1CC峰)、異常成熟的雙倍體精子、細(xì)胞碎片、未成熟的生精細(xì)胞(大于2CC的一些細(xì)胞，包括白細(xì)胞，Gl期精原細(xì)胞，初級(jí)精母細(xì)胞，s期細(xì)胞和4C細(xì)胞)和白細(xì)胞等j。此外，隨著細(xì)胞微球?qū)嶒?yàn)技術(shù)的出現(xiàn)，使得流式細(xì)胞儀可以檢測(cè)血清、血漿、培養(yǎng)液上清和其他體液中可溶性蛋白和細(xì)胞因子，使其應(yīng)用范圍達(dá)到前所未有的廣度。

　　2新型電子顯微鏡技術(shù)在生理學(xué)中的應(yīng)用2．1原子力顯微術(shù)原子力顯微術(shù)(AFM)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的用于研究生物分子結(jié)構(gòu)的新技術(shù)。它既能在空氣中成像、也能在液體中成像，所以在研究處于溶液中的生物樣品結(jié)構(gòu)方面獨(dú)具優(yōu)勢(shì)，能夠提供接近生理?xiàng)l件下的生物樣品的結(jié)構(gòu)信息，其分辨率可以和電鏡相媲美。例如，ryandine(RyR)是一種位于細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上的重要的鈣釋放通道，參與肌細(xì)胞的興奮一收縮偶聯(lián)過(guò)程。RyR結(jié)構(gòu)龐大，是目前知道的分子量最大的離子通道。而且易于水解、難以結(jié)晶，以往只能靠加入外源性磷脂保護(hù)結(jié)構(gòu)，但是磷脂影響電鏡的分辨率，所以難以得到RyR在生理情況下的真實(shí)結(jié)構(gòu)。利用AFM對(duì)RyR進(jìn)行研究，通過(guò)在空氣中成像、在液體中成像和重組到脂雙層的幾個(gè)階段，可以提供RyR接近生理狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)信息，為進(jìn)一步研究其結(jié)構(gòu)和功能打下基礎(chǔ)。。。

　　2．2光層顯微鏡SiMView光層顯微鏡(1ight．sheetmicroscope)是基于一種高速非侵入式光學(xué)顯微鏡。

　　它攻克了傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的兩個(gè)難題：一是光源對(duì)樣本造成的傷害，二是對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析。

　　該種顯微鏡的照明技術(shù)是一種激光掃描層，一次照射樣本極薄的一層以減少傷害，4個(gè)角度同時(shí)拍攝圖像，不僅能跟蹤細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，圖像采集速度也增加了5O倍。顯微鏡每秒會(huì)收集350Mb的數(shù)據(jù)，而顯微鏡配備的新的計(jì)算方法，能識(shí)別并跟蹤顯微鏡視頻中單個(gè)細(xì)胞并自動(dòng)分析海量數(shù)據(jù)。發(fā)明此技術(shù)的霍華德·休斯醫(yī)學(xué)研究院珍妮莉婭法姆研究學(xué)院利用SiMView光層顯微鏡，追蹤約20h的果蠅胚胎發(fā)育過(guò)程，觀察到受精卵從一小團(tuán)簡(jiǎn)單的細(xì)胞簇慢慢變長(zhǎng)，變成上萬(wàn)個(gè)細(xì)胞緊緊擠在一起的拉長(zhǎng)的小胚胎，然后在新形成的肌肉收縮舒張下開(kāi)始顫動(dòng)。此外，還觀察到果蠅胚胎中樞神經(jīng)系統(tǒng)完整的發(fā)育視頻，跟蹤了單個(gè)細(xì)胞發(fā)育出感覺(jué)器官、腦葉及其他結(jié)構(gòu)的過(guò)程，甚至能看到神經(jīng)軸突尖端迅速變化j。同樣利用光層顯微鏡，最近德國(guó)科學(xué)家還觀察到斑馬魚(yú)的發(fā)育過(guò)程，該結(jié)果發(fā)表于2012年9月的Deve1．opment雜志上引。

　　3小動(dòng)物活體成像技術(shù)在生理學(xué)中的應(yīng)用生理學(xué)包括分子和細(xì)胞、器官和系統(tǒng)、整體三個(gè)水平的研究。從生理學(xué)誕生之日起，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)就占據(jù)舉足輕重的地位，隨著科技的不斷進(jìn)步，轉(zhuǎn)基因動(dòng)物、基因敲除動(dòng)物的出現(xiàn)也為生理學(xué)研究注入了新的活力，而且無(wú)論是細(xì)胞還是分子水平的研究最終還是要落實(shí)于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。今年來(lái)隨著小動(dòng)物成像技術(shù)的發(fā)展，活體小動(dòng)物非侵襲性成像在臨床前研究中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。主要包括光成像、超聲成像、核素成像、計(jì)算機(jī)斷層攝影成像和核磁共振成像等5種小動(dòng)物成像技術(shù)。