Historische achtergrond
De filosofische natuurgeschiedenis die de fysiologie van de Grieken omvatte heeft weinig gemeen met de moderne fysiologie. Veel ideeën die belangrijk waren voor de ontwikkeling van de fysiologie werden echter geformuleerd in de boeken van de Hippocratische geneeskundige school (vóór 350 v. Chr.), met name de humorale theorie van de ziekte – voorgesteld door een filosoof, Nemesius, in het traktaat De natura hominis (4e eeuw n. Chr.; Over de natuur van de mens). Andere bijdragen werden geleverd door Aristoteles en Galenus van Pergamum. Belangrijk in de geschiedenis van de fysiologie was de teleologie van Aristoteles, die ervan uitging dat elk deel van het lichaam gevormd is met een doel en dat de functie daarom kan worden afgeleid uit de structuur. Het werk van Aristoteles vormde de basis voor Galenus De usu partium corporis humani (Over het nut van de delen van het lichaam) en een bron voor veel vroege misvattingen in de fysiologie. Het getijdenconcept van de bloedstroom, de humorale ziekteleer en de teleologie van Aristoteles bijvoorbeeld leidden bij Galen tot een fundamenteel misverstand over de bewegingen van het bloed dat pas in de 17e eeuw werd gecorrigeerd door het werk van de Engelse arts William Harvey over de bloedsomloop.
De publicatie in 1628 van Harvey’s Exercitatio Anatomica de Motu Cordis et Sanguinis in Animalibus (Een anatomische verhandeling over de beweging van het hart en het bloed bij dieren) wordt gewoonlijk gezien als het begin van de moderne experimentele fysiologie. Harvey’s studie was uitsluitend gebaseerd op anatomische experimenten; ondanks de toegenomen kennis in de natuurkunde en scheikunde in de 17e eeuw, bleef de fysiologie nauw verbonden met de anatomie en de geneeskunde. In 1747 publiceerde Albrecht von Haller, eminent anatoom, fysioloog en botanicus, in Bern, Zwitserland, het eerste handboek voor fysiologie. Tussen 1757 en 1766 publiceerde hij acht delen onder de titel Elementa Physiologiae Corporis Humani (Elementen van de menselijke fysiologie); alle waren in het Latijn en kenmerkten zijn definitie van fysiologie als anatomie in beweging. Aan het eind van de 18e eeuw schreef Antoine Lavoisier over de fysiologische problemen van de ademhaling en de warmteproductie door dieren in een reeks memoires die nog steeds als basis dienen voor het begrijpen van deze onderwerpen.
Fysiologie als een aparte discipline die gebruik maakt van chemische, fysische en anatomische methoden begon zich te ontwikkelen in de 19e eeuw. Claude Bernard in Frankrijk; Johannes Müller, Justus von Liebig en Carl Ludwig in Duitsland; en Sir Michael Foster in Engeland kunnen worden gerekend tot de grondleggers van de fysiologie zoals deze nu bekend is. Aan het begin van de 19e eeuw stond de Duitse fysiologie onder invloed van de romantische school van de Naturphilosophie. In Frankrijk daarentegen werden de romantische elementen bestreden door rationele en sceptische standpunten. Bernard’s leraar, François Magendie, de pionier van de experimentele fysiologie, was een van de eersten die experimenten uitvoerde op levende dieren. Zowel Müller als Bernard erkenden echter dat de resultaten van observaties en experimenten moeten worden opgenomen in een corpus van wetenschappelijke kennis, en dat de theorieën van natuurfilosofen moeten worden getest door experimenten. Veel belangrijke ideeën in de fysiologie werden experimenteel onderzocht door Bernard, die ook boeken over het onderwerp schreef. Hij erkende cellen als functionele eenheden van het leven en ontwikkelde het concept van bloed en lichaamsvloeistoffen als de interne omgeving (milieu intérieur) waarin de cellen hun activiteiten uitvoeren. Dit concept van fysiologische regulatie van het interne milieu neemt een belangrijke plaats in binnen de fysiologie en geneeskunde; Bernard’s werk had een grote invloed op de volgende generaties fysiologen in Frankrijk, Rusland, Italië, Engeland en de Verenigde Staten.
Müller’s interesses waren anatomisch en zoölogisch, terwijl die van Bernard chemisch en medisch waren, maar beide mannen zochten naar een breed biologisch gezichtspunt in de fysiologie in plaats van een die beperkt was tot menselijke functies. Hoewel Müller niet veel experimenten uitvoerde, bepaalden zijn handboek Handbuch der Physiologie des Menschen für Vorlesungen (1837) en zijn persoonlijke invloed de loop van de dierenbiologie in Duitsland gedurende de 19e eeuw.
Er wordt wel gezegd dat, als Müller het enthousiasme en Bernard de ideeën voor de moderne fysiologie leverde, Carl Ludwig de methoden leverde. Tijdens zijn studie medicijnen aan de Universiteit van Marburg in Duitsland paste Ludwig nieuwe ideeën en methoden van de natuurwetenschappen toe op de fysiologie. In 1847 vond hij de kymograaf uit, een cilindervormige trommel die werd gebruikt om spierbewegingen, veranderingen in de bloeddruk en andere fysiologische verschijnselen vast te leggen. Hij leverde ook belangrijke bijdragen aan de fysiologie van de bloedsomloop en de urineafscheiding. Zijn leerboek voor de fysiologie, gepubliceerd in twee delen in 1852 en 1856, was het eerste waarin de nadruk werd gelegd op de fysische oriëntatie in plaats van de anatomische. In 1869 richtte Ludwig in Leipzig het Fysiologisch Instituut (neue physiologische Anstalt) op, dat als model diende voor onderzoeksinstituten in medische scholen over de hele wereld. De chemische benadering van fysiologische problemen, eerst in Frankrijk ontwikkeld door Lavoisier, werd in Duitsland uitgebreid door Justus von Liebig, wiens boeken over organische chemie en haar toepassingen in de landbouw en fysiologie (1840) en dierchemie (1842) nieuwe studiegebieden creëerden voor zowel de medische fysiologie als de landbouw. Uit Liebigs laboratorium in Giessen zijn Duitse scholen voortgekomen die zich toelegden op de studie van de fysiologische scheikunde.
De Britse traditie van fysiologie onderscheidt zich van die van de continentale scholen. In 1869 werd Sir Michael Foster hoogleraar praktische fysiologie aan het University College in Londen, waar hij de eerste laboratoriumcursus gaf die ooit als regulier onderdeel van het onderwijs in de geneeskunde werd aangeboden. Het patroon dat Foster heeft ontwikkeld wordt nog steeds gevolgd in medische scholen in Groot-Brittannië en de Verenigde Staten. In 1870 verplaatste Foster zijn activiteiten naar het Trinity College in Cambridge, Engeland, en uit zijn fysiologisch laboratorium aldaar ontstond een postdoctorale medische school. Hoewel Foster zich niet onderscheidde in onderzoek, bracht zijn laboratorium veel van de meest vooraanstaande fysiologen van het einde van de 19e eeuw in Groot-Brittannië en de Verenigde Staten voort. In 1877 schreef Foster een belangrijk boek (Textbook of Physiology), dat zeven edities beleefde en vertaald werd in het Duits, Italiaans en Russisch. Hij publiceerde ook Lectures on the History of Physiology (1901). In 1876 was Foster, gedeeltelijk als reactie op de toegenomen weerstand in Engeland tegen experimenten met dieren, betrokken bij de oprichting van de Physiological Society, de eerste organisatie van professionele fysiologen. In 1878 werd, opnieuw grotendeels dankzij Foster’s activiteiten, het Journal of Physiology opgericht, het eerste tijdschrift dat uitsluitend gewijd was aan de publicatie van onderzoeksresultaten op het gebied van de fysiologie.
Foster’s onderwijsmethoden op het gebied van de fysiologie en een nieuwe evolutionaire benadering van de zoölogie werden in 1876 naar de Verenigde Staten overgebracht door Henry Newell Martin, een professor in de biologie aan de Johns Hopkins University in Baltimore, Maryland. De Amerikaanse traditie putte ook uit de continentale scholen. S. Weir Mitchell, die bij Claude Bernard had gestudeerd, en Henry P. Bowditch, die met Carl Ludwig had samengewerkt, sloten zich in 1887 bij Martin aan om de American Physiological Society op te richten, en in 1898 sponsorde de vereniging de publicatie van het American Journal of Physiology. In 1868 richtte Eduard Pflüger, professor aan het Instituut voor Fysiologie in Bonn, het Archiv für die gesammte Physiologie op, dat het belangrijkste tijdschrift voor fysiologie in Duitsland werd.
De fysiologische chemie volgde een koers die gedeeltelijk onafhankelijk was van de fysiologie. Müller en Liebig zorgden voor een sterkere relatie tussen fysische en chemische benaderingen van de fysiologie in Duitsland dan elders het geval was. Felix Hoppe-Seyler, die in 1877 zijn Zeitschrift für physiologische Chemie oprichtte, gaf identiteit aan de chemische benadering van de fysiologie. De Amerikaanse traditie in de fysiologische chemie volgde aanvankelijk die in Duitsland; in Engeland echter ontwikkelde zij zich vanuit een in 1898 opgericht laboratorium in Cambridge, als aanvulling op de fysische benadering waarmee Foster eerder was begonnen.
Fysiologie was in de 20e eeuw een volwassen wetenschap; gedurende een eeuw van groei werd fysiologie de moeder van een aantal verwante disciplines, waarvan biochemie, biofysica, algemene fysiologie en moleculaire biologie de krachtigste voorbeelden zijn. De fysiologie neemt echter nog steeds een belangrijke plaats in onder de functionele wetenschappen die nauw verbonden zijn met de geneeskunde. Hoewel vele onderzoeksgebieden, met name in de zoogdierfysiologie, volledig zijn geëxploiteerd vanuit een klassiek orgaan- en orgaan-systeemstandpunt, mag worden verwacht dat vergelijkende studies in de fysiologie zullen worden voortgezet. De oplossing van de belangrijkste onopgeloste problemen van de fysiologie zal technisch en duur onderzoek door teams van gespecialiseerde onderzoekers vereisen. Tot de onopgeloste problemen behoort de ontrafeling van de uiteindelijke grondslagen van de levensverschijnselen. Het onderzoek in de fysiologie is ook gericht op de integratie van de uiteenlopende activiteiten van cellen, weefsels en organen op het niveau van het intacte organisme. Zowel de analytische als de integratieve benadering brengen nieuwe problemen aan het licht die ook moeten worden opgelost. In veel gevallen is de oplossing van praktische waarde in de geneeskunde of draagt zij bij tot een beter begrip van zowel de mens als andere dieren.