人体生理实验简介

人体生理实验以人体作为实验对象，在正常或无创伤实验条件下观察人体正常的生理指标变化，这些指标包括但不限于：脑电（EEG）、心电（ECG）、肌电（EMG）、眼电（EOG）、呼吸、血压、血氧以及张力等，观察者和受试者可以从实验过程中学习并了解人体生理指标的生理学意义、正常值范围、测量原理与方法、以及生理指标影响因素等，达到理解和掌握人体生理学知识的目的。目前，人体生理实验已成为医学院校机能实验教学改革的一个发展方向，是动物实验教学的有益补充。

一、目的和意义

1、机能实验教学改革创新的需要

在传统机能实验课程上，实验对象绝大部分是啮齿类和两栖类动物，由于动物的机能状态与人体之间存在差异，学生很难将从动物实验中获得的生理学知识跟人体生理学联系起来。并且随着全世界动物保护的兴起以及动物3R原则的推广和普及，动物实验面临动物权利论和伦理学的挑战。因此，人体生理实验对医学机能实验改革具有重要意义。

2、实现以学生为中心的教学方式

在人体生理实验中，学生以自身为实验对象，采集人体生理实验数据并分析，如心电采集、脑电采集、肺通气量测定等，通过对实验现象的分析将更加深刻理解原理及机制，这既拓展了学生的知识面，也提高了学生学习兴趣和学习效果。

3、实现基础教学与临床思维的早期结合

人体生理实验用人体自身器官系统的功能变化指标代替传统实验动物的变化指标，学生可直接观察人体机能变化，引导学生将理论与实践相联系，促进基础教学与临床实际相结合，使其可以系统地、整体地观察并解决问题。

二、发展状况

随着我国医学教育与国际的接轨，人体生理实验教学在国内也逐渐得到认可和重视，越来越多的医学院校正开展相关工作。

图：国内某医学院人体生理实验教学讨论现场

近年来，国内多所院校均在开展“以器官系统为中心”的人体机能实验教学改革，将基础知识与临床医学知识以器官系统为单位重组课程内容。在现阶段的人体机能实验教学中，除针对脑电、心电、肌电、眼电、呼吸、血压、血氧、代谢等开展一些经典、基础性的实验项目外，需要进一步探索和完善的是如何将较为单一的人体功能某项指标的测定，提升为多项指标同时观测，给予某种非伤害性刺激后机体整体反应后的综合指标判定，以及在教学中设计一些探索人体功能发生变化机制的实验项目。

图：基于器官系统的常见人体生理实验项目

三、人体生理实验的扩展

人体生理实验的发展必然需要对教学实验方法、实验手段进行创新，应用场景也在不断拓展。在历经有线连接、无线穿戴后，人体生理实验软硬件设备逐渐完善，虚实结合和医体结合已成为人体生理实验教学新模式。

1、虚实结合

西安交通大学的虚实结合人体机能实验教学模式走在国内前沿，其采用成都泰盟研制的HPS-103人体生理实验系统开展相关教学。据悉HPS人体生理实验系统曾在2022年四川省高科协组织的科技成果鉴定会上被专家委员会评定为“国际先进、国内领先水平”，已成熟应用于清华大学、四川大学华西基础医学与法医学院、中南大学湘雅医学院等100余所高校。

图：泰盟HPS-103人体生理实验系统示意图

虚实结合的主要意义在于可拓展人体生理实验无创的范畴，模拟一些有损害的人体生理实验,扩展实验的广度和深度。虚实结合软件内的生理驱动数学模型支持对循环血量、血压、心肌收缩力、胸膜腔负压、呼吸道阻力等150余种参数进行调节。除常规人体生理实验外，教师还可配合PBL情景式教学，根据教学目标对参数进行针对性自定义调整，了解疾病所致相关生理指标的变化，进行开放性的实验探索。

图：虚实结合软件界面

图：参数调节界面

除以生理驱动数学模型为核心的虚实结合软件外，虚拟标准化病人（VSP）也是对正常人体生理在病理生理状态下延伸的有效补充，也体现了虚实结合、以虚补实的理念。虚拟标准化病人通过案例导入的形式，引导学生以虚拟人的形式观察人体在疾病状态下的生理指标，从而更好地理解疾病的发生原因、发展过程、转归结果。更重要的是，学生还可结合疾病采取不同的治疗方案，实时观察病人治疗后的生理反馈。此种立足于基础，向临床拓展的教学方法可有效促进基础与临床的早期结合。

图：虚拟标准化病人软件界面

2、医体结合

以哈尔滨医科大学为代表的医学类院校也在尝试将运动设备与人体生理实验系统结合，形成新的运动人体生理学实验课程，同时借助智能体质评估系统开展体育训练和运动康复研究。例如，该校与成都泰盟合作开发了大学生运动与健康管理分析系统，开创性地将生理数据纳入提升学生健康的考量范围中来。依据采集到的体质测试成绩与生理数据并加以分析，教学管理人员可对学生下发心理量表并开具个性化运动处方，学生通过手机小程序完成心理测评、查看运动处方、完成阶段性体育锻炼，所产生的数据实时上传至系统供教学管理人员管理、追踪。研究人员可基于所采集的大数据，进一步探究生理数据、体质健康、心理健康之间的联系，为教学管理政策的下发和学校体质健康工作内容的开展提供了科学管理方法与客观数据支持。

图：人体生理指标测试与体质测试相结合促进学生运动与健康管理流程图