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第一章 人体的内环境与稳态
第1节 细胞生活的环境
问题探讨
在初中的生物学课上,你曾观察过多种动物细胞的装片。右侧的两幅图片你一定还有印象。
讨论
1.图1和图2所示的各是什么细胞 它们分别生活在什么样的环境中
图1
图2
草履虫
血细胞
生存环境 获取营养的方式
草履虫 (单细胞生物)
血细胞
水环境中
直接从水中获得所需要的养料和氧气,并把代谢的废物直接排到水中
2.若将图1所示的细胞置于图2所示细胞的生活环境中,会发生什么变化?
血细胞会出现吸水膨胀直至破裂的现象。
组成我们身体的绝大多数细胞没有直接与外界环境接触,这些细胞直接生活的环境是什么?
一、体内细胞生活在细胞外液中
《红楼梦》中有句话说,女人都是水做的
男性和女性体内都含有大量以水为基础的液体
还含有许多离子和化合物
体液
体液的组成示意图
细胞外液
细胞内液
组织液
血浆
淋巴液等
存在于细胞内,约占2/3
存在于细胞内,约占1/3
体液
体液包括细胞内液和细胞外液
思考:机体内的所有液体都属于体液吗?
泪液、汗液、消化液、尿液是不是体液?
与外界相通的液体不属于体液
说到体液,你能想到什么?
人的呼吸道、肺泡腔、消化道、泪腺、尿道等与外界环境相通,属于外界环境,故其中的液体如消化液、泪液、尿液、汗液、唾液不是细胞外液。
思考:血液是不是体液?
红细胞
白细胞、血小板
血浆
离心前
离心后
血细胞
血浆
+血细胞=
血液
血浆是血细胞的直接生活环境
(血液中除了血细胞以外的液体部分)
神经细胞、肌肉细胞、表皮细胞等大多数组织细胞都生活在一种液体环境中,叫组织液。组织液是存在于组织细胞间隙的液体,又叫组织间隙液。
组织液
组织液是组织细胞的直接生活环境
(手和脚上磨出的水泡中的液体即为组织液,
呈淡黄色。)
一部分组织液经毛细淋巴管壁进入毛细淋巴管,形成淋巴液。
淋巴液中混悬着大量的淋巴细胞和吞噬细胞等
淋巴液是淋巴细胞和吞噬细胞等直接生活的环境。
淋巴管起点是盲端,呈封闭状
如何区分毛细血管和毛细淋巴管?
淋巴管中的淋巴液经淋巴循环,最终在左右锁骨下静脉
汇入血浆。
淋巴液最终流到哪里去了呢?
为什么组织液和淋巴液之间是单向关系?
毛细淋巴管的结构模式图
末端封闭
内皮细胞
单向的活瓣
血浆、组织液和淋巴液之间的关系
组织细胞
毛细淋巴管
毛细血管
组织液中的物质返回血液循环系统
组织液中的物质进入淋巴系统
血浆中的物质进入组织液
微动脉
微静脉
(静脉端)
(动脉端)
CO2和代谢废物
血浆
组织液
淋巴液
组织细胞
O2和营养物质
透过毛细血管壁
透过毛细
淋巴管壁
淋巴循环
(90%)
(10%)
透过细胞膜
试着绘制出能反应它们关系的模式图
主要是回收蛋白质,使组织液中蛋白质浓度保持在较低的水平。
血浆、组织液和淋巴液通过动态的有机联系,共同构成机体内细胞生活的直接环境。为了区别于个体生活的外界环境,人们把这个由细胞外液构成的液体环境叫作内环境。
内环境
细胞外液
=
内环境
血浆
组织液
淋巴液
主要包括
注意:内环境属于多细胞动物的一个概念,单细胞生物和植物没有所谓的内环境。
(脑脊液也属于内环境)
是不是我们身体的每一种细胞都只生活在一种内环境中?
毛细血管壁细胞、毛细淋巴管壁细胞生活的内环境是?
毛细血管壁细胞生活的内环境是:血浆和组织液
毛细淋巴管壁细胞生活的内环境是:淋巴液和组织液
此外,淋巴细胞和吞噬细胞在淋巴管内,其所处的内环境是淋巴液,经淋巴循环汇入血浆后,其所处的内环境就是血浆了。
不是
二、细胞外液的成分
血浆的化学组成
成分 含量 成分 含量
丙氨酸氨基转移酶 9~60U/L 总胆固醇 3.1~5.2mmol/L
总蛋白 65~85g/L 钠 137~147mmol/L
总胆红素 5~21 mol/L 钾 3.5~5.3mmol/L
碱性磷酸酶 45~125U/L 钙 2.2~2.65mmol/L
尿素 2.8~7.2mmol/L 磷 0.81~1.45mmol/L
肌酐 57~111 mol/L 镁 0.73~1.06mmol/L
尿酸 208.3~428.4 mol/L 血清铁 11~30 mol/L
葡萄糖 3.9~6.1mmol/L 氯 99~110mmol/L
乳酸脱氢酶 140~271U/L 碳酸氢盐 21~28nmol/L
三酰甘油 0~1.7mmol/L 总CO2 21~31.3mmol/L
蛋白质、糖类、脂质
讨论1:血浆中这么多物质,你能将它们归归类吗?
无机盐、二氧化碳
氧气、维生素、
激素分子等
蛋白质、糖类、脂质
讨论2:除表中所列成分外,血浆中还可能含有哪些物质?
讨论3:回忆所学知识,你能说出其中哪些物质在人体中的作用?
葡萄糖是主要的能源物质;
脂肪是细胞内良好的储能物质;
蛋白质是生命活动的主要承担者;
有些无机盐能维持细胞的酸碱平衡等。
讨论4: 从葡萄糖、三酰甘油(甘油三酯)、尿素、钠中, 任选一种你熟悉的成分,分析它的来源和去路,并说明这与人体的哪些系统有关。
血浆中的葡萄糖主要来源于食物中的糖类。食物中的淀粉经消化系统消化后,分解为葡萄糖,经小肠绒毛吸收后进入血液,通过血液循环运输到全身各处。进入组织细胞后,葡萄糖主要用于氧化分解放能,为生命活动提供能量。生成的CO2和水,先排入内环境中,然后通过血液循环运输到相应部位排出,CO2由呼吸系统排出, 多余水分主要由泌尿系统排出。
蛋白质
无机盐
水
1.血浆的化学成分
2. 组织液和淋巴的化学成分
组织液和淋巴液的成分和各成分的含量与血浆相近,但又不完全相同,最主要的差别在于血浆中含有较多的_____________,而组织液和淋巴液中蛋白质含量很少。
蛋白质
原因:毛细血管壁的单层细胞的细胞膜具有选择透过性。正常情况下,大分子物质(如蛋白质等)很难透过毛细血管壁进入组织液。
细胞外液是类似于海水的盐溶液——生命起源于海洋。
3. 血浆、血液、血红蛋白、血浆蛋白之间的关系
血液
血浆
血细胞
血浆蛋白
含有
属于
细胞外液成分
红细胞
白细胞
血小板
含有
血红蛋白
属于
细胞内液成分
血红蛋白、胞内酶(呼吸酶等)、消化酶、载体蛋白等不属于细胞外液
例:下列物质中不是内环境成分的是
1.尿素 2.葡萄糖 3.二氧化碳 4.甲状腺激素 5.抗体 6. 钙离子 7.血红蛋白 8.载体蛋白
9. 消化酶 10.纤维素
学以致用:辨别内环境中的成分
【科学思维】“四看法”排除不属于内环境的成分
4.不存在于内环境中的物质成分
外>内
细胞失水皱缩
外=内
水分进出细胞处于
动态平衡
外<内
细胞吸水膨胀
思考:为什么红细胞处于不同溶液中形态发生的变化情况不同?
细胞外液的理化性质影响细胞的形态和正常生活
三、内环境的理化性质
渗透压、酸碱度和温度是细胞外液理化性质的三个主要方面。
渗透压
酸碱度
温度
1.渗透压
一段时间
①定义:
溶液中溶质微粒对水的吸引力。
单位体积中溶质微粒数越多其吸水力就越强。
②决定因素:
单位体积内溶质微粒的数目。
只比较单位体积内微粒的数目,与微粒的大小与种类无关。
10%
葡萄糖
10%蔗糖
半透膜
如图: 葡萄糖和蔗糖分子不能通过半透膜,一段时间后U型管中的液面如何变化?
(注意: 葡萄糖和蔗糖分子不能通过半透膜)
③血浆渗透压的决定因素:
细胞外液渗透压的90%以上来源于 。
④血浆渗透压的大小:
血浆渗透压大小主要与 、 的含量有关。
人的血浆渗透压约为 KPa,相当于细胞内液的渗透压。
无机盐
蛋白质
Na+和Cl-
770
*补充: 细胞外液渗透压主要与_____有关;
细胞内液渗透压主要与_____有关;
Na+
K+
⑤与人体健康的联系: 组织水肿
⑤与人体健康的联系: 组织水肿
①营养不良: 营养不良时,血浆蛋白含量降低,导致血浆浓度降低,从而使血浆渗透压降低,血浆中的水分大量进入组织液中,使组织液增多,引起水肿。
②肾小球肾炎: 患肾小球肾炎时,使血浆蛋白随尿液排出体外,血浆浓度下降,其内水分进入组织液,造成水肿。
组织水肿的根本原因是组织液渗透压相对上升,导致组织液吸水,过多的水分滞留在组织液中而使组织液增多。
③过敏性水肿: 过敏反应中组胺等物质释放引起毛细血管壁通透性增加,血浆蛋白进入组织液使其浓度升高,吸水造成水肿。
④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使组织液浓度升高,吸水造成水肿。
⑤组织细胞代谢旺盛: 代谢产物增加时,引起组织液浓度升高,吸水造成水肿。
⑤组织水肿及其产生原因分析
血浆的渗透压与0.9%NaCl溶液或5%的葡萄糖溶液的渗透压大致相等,故0.9%的NaCl溶液或5%的葡萄糖溶液为血浆的等渗溶液,前者又叫生理盐水。凡浓度高于0.9%NaCl溶液的溶液称为高渗溶液,低于则称为低渗溶液。
⑥与生活的联系
2.酸碱度
①正常人的血浆近中性:
②酸碱平衡维持:
pH为7.35~7.45
(主要)
(缓冲对)NaHCO3/H2CO3 Na2HPO4/NaH2PO4
思考:剧烈运动时,为何会肌肉酸痛?血浆的pH会明显降低吗?
乳酸
+ NaHCO3
→ 乳酸钠
+ H2CO3
分解
H20 + CO2
由肺排出
碱性物质
(如Na2C03)
+ H2CO3
→ 2NaHCO3
由肾产生尿液排出
①当酸性物质增加时,Na2HPO4溶液呈碱性
磷酸缓冲液中含有NaH2PO4/ Na2HPO4
②当碱性物质增多时,NaH2PO4溶液呈酸性
HPO42- + H+ H2PO4-
H2PO4- + OH- HPO42- +H2O
多于的通过代谢排出体外
通过缓冲物质的调节作用,血浆pH维持在7.35~7.45,一般变化很小,从而维持了内环境pH的相对稳定。
3.温度
人体细胞外液的温度一般维持在 左右。
37℃
温度过高或过低都会影响新陈代谢过程中酶的活性。
图1-3 细胞直接与内环境进行物质交换
内环境又是如何与外界环境进行物质交换的呢?
四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
内环境如何完成与外界环境的物质交换
1. Na+、葡萄糖、氨基酸和02等分别是通过什么途径进入内环境的?
Na+、葡萄糖、氨基酸等营养物质通过消化系统进入内环境,主要进入小肠绒毛内的毛细血管中;
O2通过呼吸系统进入内环境,进入肺部毛细血管中;
进入血液中的各类物质经血液循环运输到全身各处的毛细血管中, 再通过物质交换过程进入组织液和淋巴液。
2. 参与维持pH的HCO3-/H2CO3是怎样形成的?
细胞代谢产生的CO2与H2O结合, 形成H2CO3 , 然后在碳酸酐酶的作用下,发生下列反应: H2CO3 → H++HCO3-。
3.体内细胞产生的代谢废物(尿素和CO2 ), 是通过哪些器官排到体外的?
体内细胞产生的代谢废物主要通过皮肤分泌汗液、泌尿系统排出尿液和呼吸系统的呼气这三条途径来排出,其中以泌尿系统和呼吸系统的排泄途径为主。
尿素主要通过肾形成的尿液排出体外;
CO2主要通过肺扩散出去,再通过呼气运动排出体外。
代谢终产物
代谢
终产物CO2
体
体
外
外
营养
物质
尿液
消
化
系
统
呼
吸
系
统
泌尿系统
循
环
系
统
淋巴液
组织
液
血浆
食物
空气
气体
营养
物质
O2
CO2和少量的水
O2
细
胞
O2
营养物质
皮 肤
汗液
其他代谢终产物
1、内环境与外界环境的物质交换需要各个系统的参与
2、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
3、细胞不仅依赖于内环境,也参与了内环境的形成和维持