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内环境稳态及调节

 时刻TIME 2020-03-03

第22讲  人体的内环境和稳态

单细胞生物直接与外界环境进行物质交换。即直接从水中获得养料和氧气,将CO2等代谢废物直接排到水中。因此它们只能在水环境中生活。

人类的细胞绝大多数不能直接与外界环境接触,生活在内环境中。

一.内环境的组成

说明: W2631.体液与内环境:

(1)细胞内液

细胞内液包括细胞质基质、线粒体基质、核液等,量多于细胞外液。

(2)细胞外液(即内环境)

①血浆

血浆是血液中的液体成分,90%以上是水,其中含有数千种物质,包括无机盐(约1%)、蛋白质(7%~9%)、血液运送的物质——各种营养物质(如葡萄糖)、各种代谢废物(如尿酸、尿素、CO2)、气体(如O2、CO2)、激素等。

是血细胞直接生活的液体环境。

②组织液

    组织液是存在于组织细胞间隙的液体,又叫细胞间隙液,是体内绝大多数细胞直接生活的内环境。

③淋巴

    淋巴细胞和吞噬细胞生活的内环境。

组织液、淋巴的成分和含量与血浆相近,但又不完全相同,最主要的差别在于血浆中含有较多的蛋白质,而组织液和淋巴中蛋白质含量很少。

 细胞外液本质上是一种盐溶液。在一定程度上反映了生命起源于海洋。

注意:(1)细胞外液主要是这三种,还有脑脊液等。

(2)不要混淆 血液和血浆 及 血红蛋白和血浆蛋白。

5S549A

血浆蛋白是血浆中200多种蛋白质的总称,为血浆中含量最多的“固体”成分。血浆蛋白的成分可能有抗体、淋巴因子、蛋白质类激素等等。

(3)有些细胞的内环境可能有几种,比如淋巴细胞和吞噬细胞生活在血浆和淋巴中,比如毛细血管壁细胞的内环境是血浆和组织液。毛细淋巴管壁细胞的内环境是淋巴和组织液。

2.内环境三种成分的转化关系:

注意:(1)血浆中水来源:组织液、血细胞、淋巴,还有消化道吸收。

      (2)与血细胞细胞内液交换的是血浆。

二.内环境的成分和理化性质

1S522

1.内环境的成分

1S527考点:(1)常考的4类内环境物质

1S528(2)认清4类非内环境的物质

(3)明确发生和不发生在内环境中的生理过程

1S530

(4)避免误认为“内环境是细胞代谢的主要场所”

  细胞代谢主要发生于细胞内,其主要场所是细胞质基质,内环境为细胞生活提供了直接的液体环境,它可将营养物质、O2等送入细胞,并接纳细胞排出的代谢废物。

2.内环境的理化性质:

说明: S1018

(1)渗透压

 ①定义:溶液中溶质微粒对水的吸引力。

 ②渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目,溶质微粒越多,渗透压越高。

③血浆渗透压的大小主要与无机盐、蛋白质的含量有关。细胞外液渗透压的90%以上来源于Na+和Cl -。正常约为770KPa。

④Na+在维持细胞外液渗透压上起决定性作用,K+在维持细胞内液渗透压上起决定性作用。

(2)酸碱度

 ①正常人的血浆近中性,pH为7.35~7.45。

说明: W265②维持酸碱平衡的因素:存在缓冲对,如 H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等。

(3)温度

人体细胞外液的温度一般维持在37℃左右。人体内酶的最适温度也是37℃左右。温度过高或过低都会影响酶的活性,从而影响人体的新陈代谢。 如发烧时表现出食欲不振、四肢无力。

3.内环境的功能

(1)是细胞生活的直接环境

(2)细胞与外界环境进行物质交换的媒介。

说明: 6S632

注意:(1)内环境与外界环境的物质交换过程,需要体内各个器官、系统的参与。

(2)体内所有细胞直接获取营养物质的场所都是内环境,不能直接从外界获取。如皮肤表皮细胞不能从空气中直接吸收利用O2而必需从组织液中获取。

(3)代谢废物包括CO2、尿素、多余的H2O和无机盐,首先到达的场所——组织液。相关系统及功能:循环系统负责运输;呼吸系统排出CO2和少量H2O(以气体形式);泌尿系统排出尿素、H2O和无机盐;皮肤排出部分H2O、无机盐和尿素。涉及到代谢废物排出有关的系统为呼吸系统和泌尿系统,有关器官主要为肺、肾脏和皮肤。尿素大部分通过泌尿系统,少部分通过皮肤排出。

(4)与细胞与外界环境物质交换直接相关的系统:消化系统、呼吸系统、泌尿系统和循环系统。直接相关的器官:皮肤。参与调节的系统:神经系统、内分泌系统、免疫系统。

(5)营养物质、代谢废物的跨膜运输

CO2、O2浓度最高部位分别是组织细胞、肺泡;最低部位相反,沿运输途径方向浓度依次降低,如O2浓度,血浆>组织液,CO2则相反,因为气体通过自由扩散顺浓度差运输。

(6)O2、葡萄糖分子由外界环境到作用场所的跨膜层数,CO2、尿素由产生场所到外界环境所跨膜层数。(重难点)

K4.TIF

物质类别

转移途径

相关系统

穿膜层数

养料(如

葡萄糖)

消化(外环境)→吸收(内环境)→血液循环→组织液→组织细胞

消化系统循环系统

进上皮细胞(2)+进出毛细血管壁细胞(4)+组织细胞(1)=7层(完全利用是9层)

废物(如尿素)

组织细胞→组织液(内环境→血液循环→泌尿系统或皮肤→体外

循环系统泌尿系统

出组织细胞(1)+进出毛细血管壁细胞(4)+进出肾小囊壁细胞(2)=7层

O2

肺泡→肺毛细血管→血液循环→毛细血管→组织液→组织细胞

呼吸系统循环系统

进出肺泡细胞(2)+进出毛细血管壁细胞(4)+进出红细胞(2)+进组织细胞(1)=9层;若被利用+进线粒体(2)=11层;CO2运输主要不经红细胞,所以相应减少2层膜,为9层

CO2

与O2的转移途径相反

呼吸系统循环系统

注:跨越一层细胞=跨越两层生物膜

跨越一层生物膜=跨越两层磷脂分子

4.内环境稳态的意义及其调节

(1)概念:正常机体通过调节作用,使各个器官、系统协调活动共同维持内环境的相对稳定状态叫做稳态。稳态并不是绝对的稳定,而是处于一种动态平衡的状态。

1S524(2)

注意:(1)内环境稳态失调引起的疾病

①血糖平衡失调——低血糖、糖尿病等。

②pH失调——酸中毒、碱中毒。

③渗透压失调(如呕吐等)——细胞形态、功能异常。

④体温失调——发烧、中暑等。

⑤血钙过高——肌无力;血钙过低——肌肉抽搐等。

⑥血浆中含氮废物过多,可导致尿毒。

⑦血浆中蛋白质含量降低,可导致组织水肿。

(2)组织水肿成因分析(重难点)

组织水肿是由于组织液增多造成的,其水分可以从血浆、细胞内液渗透而来。主要原因包括以下几个方面:

①过敏反应中组织胺的释放引起毛细血管壁通

  透性增高,血浆蛋白进入组织液使其浓度升高,吸水造成水肿。

②毛细淋巴管受阻,组织液中大分子蛋白质不

  能回流至毛细淋巴管而致使组织液浓度升高。

ƒ组织细胞代谢旺盛,代谢产物增加时,引起

  组织液浓度升高。

④严重营养不良引起血浆蛋白减少,渗透压下降。血浆渗透压受血浆蛋白含量影响较大,任何使血浆蛋白减少的因素都会引起血浆透压下降,组织液回流减弱,组织间隙液体增加。

⑤肾脏病变引起细胞内外液体交换失衡。急性肾小球肾炎(肾小球滤过膜通透性降低)、慢性肾小球肾炎(大量肾单位被破坏,肾小球滤过面积减少)等均能导致肾小球滤过率下降,引起水滞留。

(2)内环境达到稳态时,人未必不得病(如遗传病患者、植物人等)。

(3)内环境稳态遭破坏时,代谢紊乱,但此时代谢速率并不一定下降(如有可能导致代谢速率上升)。

补充知识:

肾单位=肾小体(肾小球+肾小囊)+肾小管

肾小球的滤过作用:肾小球其实就是一团毛细血管球。血液流经肾小球时,血浆中的水分子、小分子溶质(包括葡萄糖、尿素、氨基酸),从肾小管的毛细血管中渗出,进入肾小囊,成为原尿的过程。

肾小管的重吸收作用:肾小管上皮细胞在原尿流经肾小管时,吸收原尿中大部分的水、部分无机盐、全部葡萄糖(正常血糖浓度下)。再加上集合管也会吸收水分,所以尿液的体积远远小于原尿的体积。正常人(在不大量摄入葡萄糖的情况下,血糖浓度正常)尿液中不会出现葡萄糖。

5.稳态的调节机制

(1)最初推测:法国生理学家贝尔纳曾推测,内环境的恒定主要依赖于神经系统的调节

(2)经典解释:美国生理学家坎农提出,内环境稳态是在神经调节和体液调节的共同作用下,通过机体各种器官、系统分工合作、协调统一而实现的。

(3)现代观点:内环境稳态的调节是一种反馈调节,神经—体液—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制。

①神经调节:最主要的调节方式。

②体液调节:体液中的化学物质(CO2、H+、激素等)对机体的调节,主要是激素调节。

③免疫调节:通过清除异物、外来病原体等对内环境的稳态起调节作用。

注意:神经调节和体液调节的关系(下一个课时有详细讲解)

三. “生物体维持pH稳定的机制”实验探究

 (1)实验原理:各种生物均具其特定的pH范 围——这是保证酶活性的前提,生物组织中pH之所以维持稳定,与其含有缓冲物质有关。

本实验采用对比实验的方法,通过向自来水、缓冲液、生物材料中加入酸或碱溶液引起的pH的不同变化,定性说明人体内液体环境与缓冲液相似而不同于自来水,从而说明生物体pH相对稳定的机制。

(2)实验对比分析

  ①表示用NaOH对自来水的处理。

  ②表示用NaOH或盐酸分别对缓冲液和生物材料的处理。

  ③表示用盐酸对自来水的处理。

 比较以上三曲线变化规律可知:生物材料的性质类似于缓冲液而不同于自来水,说明生物材料内含有酸碱缓冲物质,从而能维持pH相对稳定。

(3)注意事项

①加入酸或碱时,要一滴一滴加入,并严格控制滴数。

②冲洗烧杯一定要充分,否则将影响实验结果。

③生物材料至少选两种进行实验。

内环境稳态的实例——体温调节、水平衡调节、血糖调节

1.体温调节

(1)人体的产热与散热

(2)体温调节的结构基础

(3)体温调节的机制:神经—体液调节

注意:散热主要通过皮肤,分为直接散热(体表温度高于环境时,大部分情况下占主要地位)和蒸发散热(体表温度低于环境时)。其次通过呼吸道蒸发散热,还有极少部分随着尿液和粪便的排出而散失。

(3)体温调节的机制

说明: S1027①寒冷环境




立毛肌收缩


  

注意:“寒战”指骨骼肌不自主收缩,是增加产热的过程。“起鸡皮疙瘩”指立毛肌收缩,是减少散热的过程。

说明: S1027A②炎热环境

注意:只要体温稳定,无论冬季还是夏季,无论体温37 ℃,还是甲亢病人的偏高体温(如一直维持在39 ℃)均应维持产热与散热的动态平衡,即产热≈散热,否则产热>散热则体温升高,反之则体温降低。

此外,无论寒冷还是炎热环境,体温调节均既存在神经调节也存在体液调节。

2.水平衡调节机制

(1)调节机制:神经—体液调节机制。

(2)调节过程

(3)调节图解

说明: S1028

3.血糖调节机制

(1)血糖的平衡

说明: S1132

注意:①氧化分解是血糖的主要消耗途径,全身细胞都参与这个过程。

②血糖的主要来源是食物消化吸收。

③非糖物质转化成葡萄糖,葡萄糖转化成肝糖原、脂肪、某些非必需氨基酸,主要在肝脏细胞中进行。

④肝糖原即可以合成也可以分解,肌糖原只能合成不能分解。

(2)血糖平衡的意义:为机体各种组织细胞的正常代谢活动提供能源物质。

  血糖含量过低:头晕、心慌、四肢无力,严重时导致死亡。

  血糖含量过高:超过肾脏重吸收能力(肾糖阈),从肾脏排出,形成糖尿,营养流失。

说明: S1133(3)血糖平衡的调节

注意:(1)血糖调节的过程既有神经调节也有体液调节。能够说出哪些过程属于神经调节,哪些过程属于体液调节。

(2)血糖调节涉及的器官、激素

①血糖调节的中枢在下丘脑;

②相关激素有胰岛素、胰高血糖素、肾上腺素,其中胰岛素是唯一降低血糖浓度的激素;

③相关的器官有肝脏(肝糖原的合成和分解等)、胰腺(分泌胰岛素和胰高血糖素)、肾脏(肾小管对葡萄糖的重吸收)和小肠(糖类的消化和吸收)等。

④胰腺分为内分泌部和外分泌部:外分泌部为胰泡和胰管,分泌含多种消化酶的胰液;内分泌部分为胰岛,泌胰岛素和胰高血糖素。

(3)人体饭后血糖、胰高血糖素、胰岛素三者之间的变化关系

说明: S1138

①血糖浓度高时,可降低血糖浓度的胰岛素含量增加,而升高血糖浓度的胰高血糖素含量相对较低。

②当血糖浓度较低时,胰高血糖素含量增加。

③胰岛素和胰高血糖素相互协调共同维持血糖平衡。

(4)糖尿病及其危害与治疗

⑴发病机理

①Ⅰ型糖尿病的发病原因:胰岛B细胞受到破坏或免疫损伤导致的胰岛素绝对缺乏,需终生注射胰岛素治疗。

②Ⅱ型糖尿病的发病原因:机体组织细胞对胰岛素敏感性降低(可能与细胞膜上胰岛素受体受损有关)。这种糖尿病不能通过注射胰岛素治疗。

③自身免疫病:此类病人产生了针对葡萄糖载体或胰岛素受体的抗体,从而导致血浆中葡萄糖不能正常进入细胞发生分解或转化,因此,血糖浓度会升高。

⑵糖尿病症状:“三多一少”(多尿、多饮、多食;体重减少)

说明: S1142

⑶危害:往往引起多种并发症。

⑷治疗:控制饮食与药物治疗相结合。

注意:尿中含糖时未必都是糖尿病,如一次食糖过多或肾小管重吸收障碍时均可导致尿中含糖,但持续性的尿糖一般就是糖尿病。

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