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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
人教版·选择性必修1
问题探究:
图1
图2
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。
相同之处:都是液体环境。
不同之处:血细胞生活在血浆中,并不直接与外界环境进行物质交换,而草履虫生活在外界环境中,直接与外界环境进行物质交换。
血细胞吸水膨胀直至破裂。
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?尝试说出它们生活环境的异同。
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?
思考·讨论:
血细胞生活在血浆中,草履虫直接生活在外界水环境中。
一、体内细胞生活在细胞外液中
细胞是生命活动的基本单位。无论是单细胞生物还是多细胞生物的细胞,都有其特定的生活环境,并与环境之间不断进行着物质和能量的交换。
外界环境
废物
养料、O2
血浆
废物
养料、O2
这些细胞直接生活的环境是什么呢?
组成我们身体的绝大多数细胞没有直接与外界环境接触,不能直接与外界环境进行物质交换。
一、体内细胞生活在细胞外液中
人体内含有大量以水为基础的液体,这些液体统称为体液。
1. 体液概念
2. 体液的组成
体液
组织液
血 浆
淋巴等
存在于细胞内,约占2/3
存在于细胞外,约占1/3
细胞内液
细胞外液
这些细胞外液又是哪些细胞直接生活的环境呢?
一、体内细胞生活在细胞外液中
3. 细胞外液
细胞外液由血浆、组织液、淋巴液等所构成。
(1) 血浆
血浆:血液中除了血细胞以外的液体部分。
血浆是血细胞直接生活的环境。
血细胞
血 浆
一、体内细胞生活在细胞外液中
(2) 组织液(组织间隙液)
组织液:存在于组织细胞间隙的液体。
血浆通过毛细血管动脉端渗出到细胞间隙——组织液的主要来源
组织液大部分通过毛细血管静脉端(约90%)回收,少部分进入淋巴管
血浆通绝大多数细胞浸浴在组织液中,因此组织液是绝大多数细胞直接生活的环境
组织液为(组织)细胞提供营养物质,细胞代谢废物也透过细胞膜进入组织液
一、体内细胞生活在细胞外液中
(3) 淋巴液
淋巴液:淋巴管内的液体部分。
毛细淋巴管由单层细胞构成,其末端(盲端)允许组织液流入毛细淋巴管,不允许倒流。淋巴管中的淋巴液最终通过淋巴循环汇入血浆
淋巴液是淋巴细胞等直接生活的环境
末端封闭
内皮细胞
单向的活瓣
一、体内细胞生活在细胞外液中
思考·讨论:
阅读教材第3页,写出下列细胞直接生活的环境。
细胞名称 直接生活的环境
组织细胞(肝细胞等)
毛细血管壁细胞
毛细淋巴管壁细胞
各种血细胞
淋巴细胞
组织液
组织液和血浆
组织液和淋巴
血浆
淋巴
一、体内细胞生活在细胞外液中
思考·讨论:血浆、组织液和淋巴液之间的关系
1. 为什么说细胞外液是细胞直接生活的环境?
2. 血浆、组织液和淋巴液之间有什么内在联系?请依据右图绘制出能反映三者联系的模式图(用文字和箭头表示)。
细胞外液是指存在于细胞外面的液体,包括血浆、组织液和淋巴液等。血细胞直接生活在血浆中,体内绝大多数细胞直接生活在组织液中,大量淋巴细胞直接生活在淋巴液中。所以说,细胞外液是体内细胞直接生活的环境。
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细胞
血浆中的物质进入组织液
毛细血管
毛细淋巴管
组织细胞
血浆
组织液
淋巴液
毛细血管动脉端
毛细血管静脉端
淋巴循环
毛细淋巴管
一、体内细胞生活在细胞外液中
血浆
组织液
淋巴液
毛细血管动脉端
毛细血管静脉端
淋巴循环
毛细淋巴管
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。
细胞外液构成的液体环境叫做内环境。
一、体内细胞生活在细胞外液中
思考·讨论:血浆、组织液和淋巴液之间的关系
①内环境是属于多细胞动物的一个概念,单细胞生物无所谓的内环境。
②正常内环境中必定有活细胞的存在。
③人的呼吸道、消化道、肺泡腔、泪腺、膀胱等有外孔道与外界相通的结构中的液体 (不属于/属于)内环境。
④体内的一些液体如泪液、尿液、消化液等液体 (不是/是)细胞外液。
⑤内环境与细胞外液是同一概念,内环境是相对于外界环境而言,细胞外液是相对于人和动物的细胞内液而言。
⑥主要包括组织液、血浆和淋巴,但并不是说只有这三种,如脑脊液也属于内环境的组成成分
不属于
不是
一、体内细胞生活在细胞外液中
与生活的联系
静脉注射(输液)和肌肉注射(打针),药物到达组织细胞发挥作用的运输途径有什么不同?
静脉注射(输液):
药→血浆→组织液→靶细胞(细胞内液);
肌肉注射(打针):
药→组织液(少数进入淋巴,淋巴又汇入血浆)→血浆→组织液→靶细胞(细胞内液)
一、体内细胞生活在细胞外液中
与生活的联系
摩擦产生空隙
角
质
层
组织细胞
组织液
组
织
液
水疱:
①水疱中的液体主要是_________;
②水疱过一段时间可以自行消失,是因为其中的液体可以渗入____________和_____________(结构)
③水疱的形成和消失说明什么?
________________________________
组织液
毛细血管
毛细淋巴管
内环境中的物质是不断更新的
思考
摩擦性水疱,是因运动摩擦造成其表皮与皮下组织分离形成间隙,并令其间充满液体。
二、细胞外液的成分
红细胞在血浆中能正常的生长,如果拿到体外,不提供特殊的环境条件,它很快就会死亡。
内环境里含有哪些成分?
脂质
糖类
脂质
蛋白质
无机盐
二、细胞外液的成分
思考·讨论:血浆的化学组成
成分 含量
丙氨酸氨基酸转移酶 9~60U/L
总蛋白 65~85g/L
总胆红素 5~21μmol/L
碱性磷酸酶 45~125U/L
尿素 2.8~7.2mmol/L
肌酐 57~111μmol/L
尿酸 208.3~428.4μmol/L
葡萄糖 3.9~6.1mmol/L
乳酸脱氢酶 140~127U/L
甘油三酯 0~1.7mmol/L
成分 含量
总胆固醇 3.1~5.2mmol/L
钠 137~147mmol/L
钾 3.5~5.3mmol/L
钙 2.2~2.65mmol/L
磷 0.81~1.45mmol/L
镁 0.73~1.06mmol/L
血清铁 11~30μmol/L
氯 99~110mmol/L
碳酸氢盐 22~28nmol/L
总CO2 21~31.3mmol/L
血浆的成分复杂,主要为水。科学家用化学分析的方法,测得人体血浆中部分成分的含量如下表。
二、细胞外液的成分
思考·讨论:血浆的化学组成
1、血浆中这么多物质,你能将它们归类吗?
水
无机盐(如钠、钾、钙、磷、镁、血清铁、氯、碳酸氢盐等)
无机物
糖类(如葡萄糖)
蛋白质(如丙氨酸氨基转移酶、碱性磷酸酶、乳酸脱氢酶等)
脂质(如甘油三酯、胆固醇)等。
有机物
血浆
血浆
营养物质
代谢废物
气 体
调节物质
(水、无机盐、蛋白质、葡萄糖等)
(尿素、尿酸等)
(O2、CO2等)
(胰岛素、维生素等)
二、细胞外液的成分
思考·讨论:血浆的化学组成
2、除表中所列成分外,血浆中还可能含有哪些物质?
血浆中还含有各种激素、维生素、02等。
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(甘油三酯)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;
无机盐能调节人体生命活动等。
二、细胞外液的成分
思考·讨论:血浆的化学组成
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。
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。
二、细胞外液的成分
思考·讨论:血浆的化学组成
三酰甘油的来源和去路与糖类物质相似;
尿素主要在肝合成,原料是氨基酸代谢产生的含氮废物,而氨基酸主要来源于食物中蛋白质的分解。肝合成的尿素,主要通过血液循环运输到肾,随尿液排出体外;少量尿素通过汗液排出体外。
钠主要来自食物,经消化系统直接吸收进入血液。血液中的钠主要通过尿液排出体外,少量钠通过汗液排出体外。
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。
二、细胞外液的成分
1. 血浆的化学成分
水 约90%
蛋白质 约7~9%
无机盐 约1%
血液运输的其他物质 少量
血浆中约90%为水;其余10%分别是:蛋白质(7%~9%)、无机盐(约1%),以及血液运输的其他物质包括各种营养物质(如葡萄糖)、激素、各种代谢废物等
组织液、淋巴液的成分和各成分的含量与血浆相近,但组织液和淋巴液中蛋白质含量很少。
细胞外液类似于海水,反映了生命起源于海洋。
二、细胞外液的成分
特别提醒
不属于内环境成分的四类物质
①细胞内部特有的物质:包括结构蛋白(例如血红蛋白)和胞内酶(例如呼吸酶、ATP合成酶、DNA聚合酶等)、核酸、糖原等;
②细胞膜的成分:例如受体蛋白、载体蛋白;
③与外界相通的管腔中的成分(细胞合成后,直接分泌到外界环境中):例如各种消化酶(唾液淀粉酶、胃蛋白酶、胰蛋白酶)、尿液、泪液、唾液、汗液等;
④不能被消化吸收的物质:纤维素、淀粉、麦芽糖等
三、内环境的理化性质
1. 渗透压
思考·讨论:分析下列3幅图中细胞内液浓度与细胞外液浓度之间的大小关系:
蒸馏水
生理盐水
高浓度溶液
渗透压:溶液中溶质微粒对水的吸引力
渗透压的大小取决于单位体积溶液中溶质微粒的数目。
血浆渗透压大小主要与无机盐、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-
人血浆渗透压约770 kPa,相当于细胞内液渗透压。
三、内环境的理化性质
2. 酸碱度
正常人的血浆近中性,pH为7.35~7.45。
平衡的维持:缓冲物质HCO3-/NaHCO3;HPO42-/ H2PO4-
乳酸 + NaHCO3 乳酸钠+ H2CO3
H2O + CO2
三、内环境的理化性质
3. 温度
人体细胞外液的温度一般维持在37℃左右。
相对稳定,在适宜范围内有所波动。
四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
细胞作为一个开放系统,可以直接与内环境进行物质交换:不断获取生命活动所需要的物质,同时又不断排出代谢产生的废物,从而维持正常的生命活动。
内环境如何完成与外界环境的物质交换?
四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
思考·讨论: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O2等分别经什么途径进入内环境的?
Na+和Cl-直接来自食物,不需要经过消化,可直接被吸收。葡萄糖、氨基酸来自食物中的糖类和蛋白质,要经过消化系统的消化,分解为葡萄糖和氨基酸才能被吸收。
O2经过呼吸系统进入内环境
四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
思考·讨论:内环境如何完成与外界环境的物质交换?
2、参与维持pH的HCO3-/H2CO3是怎样形成的?
CO2+H2O
H2CO3
H++HCO3-
3、体内细胞产生的代谢废物(如尿素和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。例如,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。
四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
思考·讨论:内环境如何完成与外界环境的物质交换?
4、请你用简单的示意图表示内环境与外界环境的物质交换关系。
内环境是体内细胞与外界环境进行物质交换的媒介。
四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
内环境与外界环境的物质交换需要各个系统的参与。
细胞通过内环境与外界环境进行物质交换。
细胞和内环境之间是相互影响、相互作用的。细胞不仅依赖于内环境,也参与了内环境的形成和维持。
五、组织水肿
知识扩展
1. 实质:
组织液增多
2. 原因:
凡是导致血浆渗透压下降或组织液渗透压升高的因素,都会使水分从血浆进入组织液,引起组织水肿。
营养不良
肾小球肾炎
过敏反应
淋巴循环受阻
局部组织细胞代谢活动增强
血浆蛋白减少
组织蛋白增多
血浆渗透压下降
组织液渗透压升高
代谢产物增多
组织水肿