Physiology - Physiology

Japanese: 生理学 - せいりがく（英語表記）physiology

A branch of natural science that studies the functions of living organisms, that is, the workings of the body of living organisms. It is contrasted with morphology, which studies the structure of living organisms, but the two are essentially inseparable.

[Keiichi Takahashi and Hidenobu Mashima]

Subjects of Physiology

Life itself cannot be fully understood by the methods of natural science alone. However, individual vital phenomena manifested by living organisms, such as heartbeats and breathing, can be observed and experimented with, and can be the subject of natural science research. From this perspective, physiology can be said to be a science that uses the methods of natural science to elucidate the mechanisms of vital phenomena. More specifically, when a vital phenomenon can be analyzed into its constituent phenomena, and when these partial phenomena can be combined to explain the original phenomenon, the mechanism of that phenomenon is said to be understood. When a phenomenon is explained in this way, further explanations of the partial phenomena become necessary, and research gradually develops analytically. Since the 19th century, when the idea that the smallest unit of life is the cell became common, studying the functions of cells became a priority in elucidating vital phenomena, and cell physiology was born. Because the functions seen in cells are the most general vital phenomena common to many organisms, research from this perspective is also called general physiology. As the microscopic structure of cells became clear, fields such as subcellular physiology, which breaks down cells further and deals with the various intracellular organelles, and molecular physiology, which deals with the molecules that make up those organelles, emerged. While analytical research continues on the path to microscopy, physiology is also pursuing higher-level life phenomena, such as the functioning of the brain, and the mechanisms of life that purposefully integrate and control the entire organism, as the subject of natural science. In other words, the goal of physiology is not just to clarify the mechanisms of individual life phenomena, but also to elucidate their purposeful meaning.

[Keiichi Takahashi and Hidenobu Mashima]

Physiological Classification

Physiology is divided into various categories according to the subject and research method. Depending on the organism, there are animal physiology, human physiology, insect physiology, plant physiology, microbial physiology, etc., and depending on the physiological function, there are digestive physiology, respiratory physiology, sensory physiology, motor physiology, reproductive physiology, etc. Electrophysiology is a branch of physiology that aims to elucidate the electrical phenomena exhibited by living organisms. In human physiology, physiological functions that are recognized in both animals and plants, such as nutrition, growth, and reproduction, are called plant functions, while the three functions that are well developed in animals, such as movement, sensation, and neural correlation, are called animal functions. In addition to the aforementioned cellular physiology, there are tissue physiology and organ physiology, etc., depending on the structural level of the organism, and muscle physiology, neurophysiology, cardiac physiology, cerebral physiology, etc. are distinguished depending on the type of tissue or organ. In addition, there are fields such as behavioral physiology, which studies the mechanisms of individual behavior using physiological methods, and environmental physiology, which studies the effects of the environment on the functions of the organism. Developmental physiology and genetic physiology (physiological genetics) were born when physiological research methods were introduced into developmental biology and genetics, which originally belonged to the field of morphology. When considering physiology as a fundamental science of medicine, human physiology is at the center, but pathophysiology and clinical physiology deal with pathological conditions.

Physiology can also be divided into general physiology and comparative physiology in terms of research standpoint and methodology. As mentioned above, general physiology seeks to pursue the basic principles of the functions of living organisms by studying general life phenomena common to all living organisms, and is characterized by theoretical, deductive research. In contrast, comparative physiology seeks to understand the mechanisms of life phenomena through comparative research between various biological species, and is characterized by empirical, inductive research. However, these two are complementary. For example, recent progress in neurophysiology owes much to the results of general physiological research using squid nerves, but answers to basic questions such as to what extent the conclusions can be extended and applied to the nerves of other organisms, including humans, and how nerve functions have evolved throughout the animal kingdom can only be obtained through comparative physiological research.

[Keiichi Takahashi and Hidenobu Mashima]

History of Physiology

The Latin word physiologia, which corresponds to physiology, is derived from the Greek words physis (nature, body) and logos (word, science), and is said to have originated in ancient Ionian natural science. It was Fabricius of Italy, who experimentally discovered intravenous valves. His student Harvey is famous for discovering blood circulation, and his research is important as pioneering the quantitative understanding and other empirical methods of modern physiology. Physiology in the 18th century was systematized by A. von Haller. In the 19th century, neurophysiology was advanced by C. Bell, Magendie, and others. Physiology began to develop at a tremendous pace from the second half of the 19th century. C. Bernard, a student of Magendie, strongly advocated the general physiological position, and achieved many groundbreaking achievements using experimental methods himself, establishing the path of experimental physiology that continues to the present day along with the achievements of J.P. Muller. Other important achievements in the field of physiology from the late 19th century through to the 20th century include the electrophysiology of Du Bois-Reymond, the sensory physiology of Helmholtz, the stimulus physiology of Verwohn, who is called the founder of general physiology, and Loeb's research on taxis and parthenogenesis.

[Keiichi Takahashi and Hidenobu Mashima]

Current Physiology

At present, as the entire field of biological science is developing and transforming on an unprecedented scale, physiology is also undergoing major changes. For example, as the minute structures of living organisms, including cells, have been elucidated at the molecular level, it has become possible to discuss life phenomena at the molecular level, and the boundaries that previously existed between physiology, biochemistry, morphology, etc. have become weaker or have disappeared. As a result, new fields such as biophysics, molecular biology, and cell biology have developed and are now importantly related to the foundations of physiology. Furthermore, the development of new measurement techniques and the use of computers have led to active research into complex life phenomena, such as brain activity and the activity of higher animals at the individual level, which were previously difficult to analyze rigorously. Furthermore, as the scope of human activity has expanded, new fields of environmental physiology, such as space physiology, have been born. In this way, research into the functions of living organisms has become more diverse in both method and subject matter, and is now directly related to the extremely wide field of life science.

Currently, the main academic societies related to physiology in Japan include the Physiological Society of Japan (established in 1922), which is mainly made up of medical school graduates, the Japanese Society of Plant Physiologists (established in 1959), and the Japanese Society of Animal Physiologists (established in 1979), but presentations of research related to physiology are also actively made at many other academic societies. In addition, there is the International Union of Physiological Sciences, which holds an international conference every three years.

In addition, the word physiological is sometimes used to refer to the normal state as opposed to the pathological state.

In addition, "plant physiology" will be treated as a separate item.

[Keiichi Takahashi and Hidenobu Mashima]

"Physiology" by Mashima Hidenobu (1978, Bunkodo) " ▽ "Modern Physiology" edited by Furukawa Taro and Honda Yoshiyuki (1982, Kanehara Publishing)" ▽ "Perspectives on Medical Physiology" by Gannon, translated by Matsuda Kojiro et al. (1984, Maruzen)" ▽ "Standard Physiology" edited by Hongo Toshinori et al. (1985, Igaku Shoin)

[Reference item] | Plant physiology

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

生体の機能、すなわち生物の体の働きを研究する自然科学の一分野。生体の構造を研究対象とする形態学と対置されるが、両者は本来、不可分の関係にある。

［高橋景一・真島英信］

生理学の対象

生命そのものは、自然科学の方法のみで完全に理解することはできない。しかし、心臓の拍動や呼吸など、生体の現す個々の生命現象は観察し実験することが可能であり、自然科学的な研究の対象になりうる。こうした考え方から、生理学とは、生命現象の仕組みを自然科学の方法を用いて解明する科学であるということができる。より具体的には、一つの生命現象を、それを構成しているいくつかの現象に分析できるとき、またそれらの部分現象を組み合わせて、もとの現象を説明できるとき、その現象の仕組みがわかったというのである。ある現象がこのようにして説明されると、さらにその部分現象の説明が必要となり、研究はしだいに分析的に発展していく。19世紀以来、生命の最小の単位は細胞であるとする考えが一般的になると、細胞の機能を研究することが生命現象を解明するうえで先決とされるようになり、細胞生理学が生まれた。細胞にみられる機能は多くの生物に共通したもっとも一般的な生命現象であるとする考えから、この立場からの研究は一般生理学ともよばれる。細胞の微細構造がわかってくると、細胞をさらに細分化して、種々の細胞内小器官を扱う細胞下生理学や、それらを構成する分子を扱う分子生理学といった分野も現れた。このように分析的研究が微視化の途をたどる一方で、脳の働きに代表されるような高次の生命現象、さらに個体全体を合目的的に総合し、制御している生命の仕組みも、生理学の対象として自然科学的に追究されている。すなわち、生理学は個々の生命現象の仕組みを明らかにするだけでなく、その合目的的意味までをも明らかにすることを目標にしている。

［高橋景一・真島英信］

生理学の分類

生理学はその対象や研究方法によっていろいろに分かれる。対象とする生物によって、動物生理学、人体生理学、昆虫生理学、植物生理学、微生物生理学などがあり、生理機能によって、消化生理学、呼吸生理学、感覚生理学、運動生理学、生殖生理学などがある。電気生理学は、生物が示す電気現象の解明を目的とする生理学の一分野である。なお、人体生理学では、生理機能のなかで栄養、成長、生殖など動植物を通じて認められるものを植物性機能とよび、これに対して動物においてよく発達している運動、感覚、神経による相関の三者を動物性機能とよぶ習慣がある。また、生物体の構造上の準位に応じて、前述の細胞生理学のほかに組織生理学、器官生理学などがあり、組織や器官の種類によって筋肉生理学、神経生理学、心臓生理学、大脳生理学などが区別される。さらに、個体の行動のメカニズムを生理学的方法で研究する行動生理学、生体の機能に対する環境の影響を研究する環境生理学などの分野がある。発生生理学、遺伝生理学（生理学的遺伝学）などは、もともと形態学の領域に属していた発生学、遺伝学に生理学的研究法が導入されて生まれたものである。生理学を医学の基礎学問として考えるときは、人体生理学が中心となるが、病的状態を取り扱うものは病態生理学、臨床生理学である。

　生理学はまた、研究の立場、方法論の点で一般生理学と比較生理学とに区別される。一般生理学は前述したように生物に共通した一般的な生命現象を研究することによって、生体の機能の基本的原理を追究しようとするもので、理論的、演繹(えんえき)的研究を特徴とする。これに対し、比較生理学は、多様な生物種間の比較研究を通じて生命現象の仕組みを理解しようとする立場で、経験的、帰納的研究に特色がある。しかし、これらの両者は相補的なものである。たとえば、最近の神経生理学の進歩はイカの神経を用いた一般生理学的研究の成果に負うところが多いが、その結論を人体を含めた他の生物の神経にどこまで拡張して適用できるか、また動物界を通じて神経の機能はどのように進化してきたかというような基本的な問いに対する答えは、比較生理学的研究によってのみ得られるものである。

［高橋景一・真島英信］

生理学の歴史

生理学にあたる「フュシオロギア」physiologiaというラテン語は「フュシス」physis（自然、体の意）と「ロゴス」logos（ことば、学問の意）というギリシア語に由来し、古代イオニアの自然学に発するとされるが、これを現在に近い意味で使い始めたのは、静脈内の弁を実験的に発見したイタリアのファブリキウスである。その弟子ハーベーは血液循環の発見者として有名であるが、その研究は、定量的把握をはじめ、実証的な近代生理学の方法を開拓したものとして重要である。18世紀の生理学はA・フォン・ハラーによって体系化された。19世紀に入ると、神経生理学がC・ベル、マジャンディらにより進歩した。19世紀後半から生理学は非常な勢いで発展するようになる。マジャンディの弟子であるC・ベルナールは一般生理学的立場を強く唱えるとともに、自ら実験的方法により多くの画期的業績をあげ、J・P・ミュラーの業績とともに現代につながる実験生理学の道を確立した。デュ・ボア・レイモンの電気生理学、ヘルムホルツの感覚生理学、一般生理学の創始者とよばれるフェルウォルンの刺激生理学、ロイブの走性や単為生殖の研究なども、19世紀後半から20世紀にかけての生理学上の重要な業績である。

［高橋景一・真島英信］

現在の生理学

現在では、生物科学全体がかつてない規模で発達、変貌(へんぼう)を遂げるなかで、生理学も大きく変化しつつある。たとえば、細胞をはじめ、生体の微細な構造が分子のレベルで解明されてきた結果、生命現象を分子レベルで論ずることが可能になり、これまで、生理学と生化学、形態学等の間に存在した境界は薄れ、あるいは消滅した。これに伴って、生物物理学や分子生物学、細胞生物学などが新しく発展し、生理学の基礎に重要なかかわりをもつようになった。また、新しい測定技術の発達や、コンピュータの利用によって、従来厳密な解析が困難であった脳の活動や高等動物の個体レベルでの活動など複雑な生命現象の研究が盛んになった。さらに、人類の活動範囲が広がるにつれて、宇宙生理学のような新しい環境生理学の分野が生まれた。このように、生体の機能の研究は、その方法においても、対象においても多様化するとともに、生命科学のきわめて広い分野に直接に関係をもつようになった。

　現在、日本の生理学関係の主要な学会としては、医学部出身者を中心とする日本生理学会（1922年設立）のほか、日本植物生理学会（1959年設立）、日本動物生理学会（1979年設立）などがあるが、生理学に関連する研究の発表は、このほかの多数の学会においても盛んに行われるようになっている。また、国際的な組織としては国際生理科学連合があり、3年ごとに国際会議を開いている。

　なお、生理学的の語は、病理学的に対し正常状態をさして用いられることがある。

　また、「植物生理学」については別項目とする。

［高橋景一・真島英信］

『真島英信著『生理学』（1978・文光堂）』▽『古河太郎・本田良行編『現代の生理学』（1982・金原出版）』▽『ギャノン著、松田幸次郎他訳『医科生理学展望』（1984・丸善）』▽『本郷利憲他編『標準生理学』（1985・医学書院）』

[参照項目] | 植物生理学

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

<<: Physiological psychology - Physiological psychology

>>: Argus pheasant (English spelling)