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第1节 细胞生活的环境
第1章 人体的内环境与稳态
目 标 素 养
1.概述内环境的组成和理化性质,形成生命观念并培养逻辑思维能力。
2.采用归纳与概括的方法,以文字、图示和模型的形式说明内环境各成分之间的关系,以及内环境与外界环境的物质交换的关系,培养科学思维能力。
3.利用稳态与平衡观,认同细胞参与内环境的形成和维持。
知 识 概 览
一、体内细胞生活在细胞外液中
1.体液的组成及比例
(1) 细胞内液 :存在于细胞内,约占2/3。
(2)细胞外液:存在于细胞外,约占1/3。
2.内环境
(1)概念:由 细胞外液 构成的液体环境。
(2)组成及关系:
(3)作用:是机体内细胞生活的 直接 环境。
微判断1
1.多细胞动物细胞都必须通过内环境与外界环境进行物质交换。( × )
2.人在运动时,丙酮酸转化为乳酸的过程发生在组织液中。
( × )
微训练1将下列细胞与其生活的内环境连接起来。
①组织细胞 a.组织液、血浆
②毛细血管壁细胞 b.组织液、淋巴液
③毛细淋巴管壁细胞 c.淋巴液、血浆
④血细胞 d.组织液
⑤淋巴细胞 e.血浆
二、细胞外液的成分
1.血浆的主要成分
2.组织液、淋巴液和血浆成分的异同点:成分和含量相近,最主要的差别在于血浆中含有较多的 蛋白质 。
3.本质:是一种类似于海水的盐溶液,在一定程度上反映了生命起源于 海洋 。
微思考判断下列物质哪些不属于内环境的成分,并说明原因。
①纤维蛋白原 ②尿素 ③呼吸酶 ④消化酶
⑤血红蛋白 ⑥胰岛素
提示:③④⑤不属于内环境的成分。呼吸酶分布在细胞内,属于细胞内液的成分;消化酶位于消化道中,消化道与外界环境相通,属于外界环境;血红蛋白位于红细胞内,也不属于内环境的成分。
微判断2内环境的成分中有葡萄糖和无机盐。( √ )
微训练2下列物质属于内环境成分的是( )
A.氨基酸 B.尿液
C.DNA聚合酶 D.消化液
答案:A
三、内环境的理化性质
1.渗透压
(1)概念:是指溶液中 溶质微粒 对水的吸引力。
(2)决定因素:单位体积溶液中 溶质微粒 的数目,
即 溶质微粒 越多,溶液渗透压越高。
(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- 。
2.酸碱度
(1)范围:正常人血浆的pH为 7.35~7.45 。
(2)调节机理:血浆的pH之所以能够保持稳定,与其中含有的_____________等物质有关。
3.温度
人体细胞外液的温度一般维持在 37 ℃ 左右。
微判断3 1.Na+参与血浆渗透压的形成,而Cl-不参与。( × )
2.剧烈运动时,肌细胞产生的乳酸会使细胞外液的pH显著降低。( × )
微训练3血浆渗透压的大小与下列哪一项无关 ( )
A.血浆中蛋白质的含量
B.血浆中Cl-的含量
C.血浆蛋白的相对分子质量
D.血浆中Na+的含量
答案:C
四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
(1)细胞作为一个开放系统,可以直接与 内环境 进行物质交换:不断获取进行生命活动所需要的物质,同时又不断排出 代谢产生的废物 。
(2)内环境与外界环境的物质交换过程,需要 消化 、呼吸、 循环 、泌尿等各个系统的参与。同时,细胞和内环境之间也是 相互影响、相互作用 的。
(3)细胞不仅依赖于 内环境 ,也参与了内环境的形成和维持。
微训练4下图为高等动物体内细胞与外界环境的物质交换示意图。下列叙述正确的是( )
A.内环境从外界得到营养物质要
通过消化系统、呼吸系统和循环系统等
B.③必须通过泌尿系统才能完成
C.内环境是由人体内的体液组成的
D.所有生物与外界环境进行物质交换都是通过内环境来实现的
答案:A
解析:代谢废物如H2O、尿素、无机盐等还可以汗液的形式通过皮肤排出,B项错误。内环境由细胞外液组成,而体液包括细胞内液和细胞外液,C项错误。单细胞生物如草履虫可直接与外界环境进行物质交换,不用通过内环境,D项错误。
一 内环境的组成和理化性质
重难归纳
1.细胞外液的组成及三者之间的关系
(1)血浆和组织液之间的物质交换是双向的,毛细血管壁有一定的通透性,正常情况下除血细胞和大部分血浆蛋白外,其他物质都可以通过毛细血管壁。
(2)淋巴液与组织液之间的物质交换是单向的,毛细淋巴管的功能是回收组织液,组织液中的一些物质进入毛细淋巴管形成淋巴液。
(3)淋巴液和血浆之间的物质交换是单向的,淋巴液在淋巴管中流动,经过淋巴结等淋巴器官,最终汇入血浆。
解读内环境模式图
规律总结
(3)A端若为动脉上端,则A处氧分压高于B处,A处营养物质含量高于B处,B处CO2和代谢废物含量均高于A处。
2.血浆、组织液、淋巴液的比较
成分 血浆 组织液 淋巴液
存在部位 血管内 组织细胞间隙 淋巴管内
成分 来源 ①从消化道吸收而来 ②从组织液回渗而来 ③淋巴液回流 ①血浆渗出毛细血管形成 ②组织细胞代谢产物排出细胞 ①组织液进入毛细淋巴管形成
②由消化道吸收而来
化学 成分 蛋白质含量较高 蛋白质含量较低 生活于其 中的细胞 各种血细胞 体内绝大多数细胞 淋巴细胞等
易错提醒
(1)内环境的“内”和“外”是相对的。从细胞的角度看,血浆、组织液和淋巴液就是细胞外液;从人体的角度看,相对于人体的外界环境而言,细胞外液就是内环境。
(2)血液≠体液,血浆≠内环境。体液包括细胞外液(内环境)和细胞内液,细胞外液主要包括血浆、组织液和淋巴液,而血液包括血浆和血细胞。
(3)细胞内的成分≠内环境的成分。一切只能存在于细胞内的物质,如血红蛋白、细胞膜上的载体蛋白、胞内酶(如呼吸酶)等,不属于内环境的成分。
3.内环境的化学成分
(1)存在的物质。
(2)不存在的物质。
1.人体内组织液增多会导致组织水肿,组织水肿的原因有多种,请结合下图进行分析。
(1)营养不良、蛋白质摄入量不足会导致组织水肿,原因可能是什么
提示:蛋白质摄入量不足会导致血浆蛋白减少,血浆渗透压降低,血浆中的水分进入组织液,组织液增多导致组织水肿。
(2)肾小球肾炎会导致血浆蛋白随尿液排出,出现蛋白尿,患者也出现组织水肿,其原因和(1)的原因相同吗
提示:基本相同。血浆蛋白随尿液排出,血浆渗透压降低,血浆中的水分进入组织液,组织液增多导致组织水肿。
(3)丝虫是一种寄生在毛细淋巴管内的寄生虫,会导致毛细淋巴管阻塞。丝虫病会导致组织水肿吗
提示:会。毛细淋巴管阻塞,过程c受阻,影响组织液进入毛细淋巴管形成淋巴液,组织液增多导致组织水肿。
2.不经常参加劳动的人,偶尔用铁锨进行一次长时间劳动后,手上容易磨出水疱,你知道水疱内的液体是什么吗 一段时间后,水疱会逐渐消失,水疱中的液体到哪里去了
提示:水疱内的液体是组织液。一段时间后,大部分组织液被重新吸收回血浆,还有一部分经毛细淋巴管壁进入毛细淋巴管形成淋巴液。
3.人体剧烈运动后,会有大量乳酸进入血液,血浆中的pH会发生怎样的变化 请说明理由。
提示:血浆pH维持在7.35~7.45。理由是人体剧烈运动时,肌细胞产生的大量乳酸进入血液,而血浆中的 可以与乳酸反应,从而不会引起血浆pH的剧烈变化,使pH维持在7.35~7.45。
典例剖析
下图表示组成人体体液的各种成分及其相互关系。下列叙述正确的是( )
A.人体内含量最多的是乙,O2浓度最高的是乙
B.营养不良时,甲的含量会增多,乙的含量会减少
C.毛细血管壁细胞的内环境为甲和乙
D.淋巴细胞只分布在丁中
答案:C
解析:题图中甲、乙、丙、丁分别是血浆、组织液、细胞内液和淋巴液。人体内含量最多的是细胞内液,约占体液的2/3;O2通过血液运输至组织液进而被组织细胞利用,因此甲处的O2浓度最高,A项错误。营养不良时,血浆中蛋白质的含量减少,血浆渗透压降低,组织液将增多,B项错误。毛细血管壁内侧为血浆,外侧为组织液,因此毛细血管壁细胞的内环境为血浆和组织液,C项正确。淋巴细胞分布在血浆和淋巴液中,D项错误。
方法技巧
首先要明确体液各部分的转化关系,然后根据单、双向箭头做出准确判断。分析的突破点在于单向箭头。
学以致用
下列有关人体内环境理化性质及调节途径的叙述,正确的是
( )
A.血浆中血浆蛋白的含量越多,血浆渗透压越低
B.人体细胞外液中维持渗透压的阳离子主要是K+
C.血浆中的乳酸会与 反应
D.毛细血管破裂,会引起组织液渗透压降低
答案:C
解析:血浆中血浆蛋白的含量越多,血浆渗透压越高。人体细胞外液中维持渗透压的阳离子主要是Na+。毛细血管破裂,部分血浆外流,使局部组织液渗透压升高。
二 细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
重难归纳
1.体内细胞与外界环境之间的物质交换过程
2.物质交换的途径
下图为人体液体分布及物质交换的示意图,其中A~E表示各种液体,1~10表示相关的生理过程。结合图示回答下列问题。
(1)A、B、C、D分别表示什么液体 过程4和过程5分别表示什么
提示:A是血浆,B是组织液,C是细胞内液,D是淋巴液。过程4表示肾小管和集合管的重吸收过程,过程5为肾小球的过滤作用。
(2)组织细胞有氧呼吸需要的原料葡萄糖和O2,是如何通过内环境进入细胞内液的
提示:葡萄糖通过消化系统吸收进入血液,经血液循环系统运输进入组织液,继而进入细胞内液;O2通过呼吸系统摄入并进入血液,经血液循环系统运输进入组织液,继而进入细胞内液。
(3)图中的过程2和3必须通过什么结构完成 机体产生的代谢终产物主要通过图中的什么过程排出体外
提示:图中的过程2和3必须通过肺泡壁和毛细血管壁完成。机体产生的二氧化碳通过呼吸系统排出体外,即图中的过程2;机体代谢产生的尿素、多余的水主要通过泌尿系统排出体外,即图中的过程5。
(4)说出细胞和内环境之间的关系。
提示: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。
典例剖析
下图为高等动物体内细胞与外界环境的物质交换示意图。下列叙述正确的是( )
A.①③都必须通过消化系统才能完成
B.人体的体液包括内环境和细胞外液
C.细胞与内环境交换的④为养料和O2
D.⑥可表述为体内细胞可与外界环境直接进行物质交换
答案:C
解析:①代表食物经消化吸收和血液循环进入内环境的过程;③代表组织细胞产生的代谢废物排到外界的过程,不需要通过消化系统。人体的体液包括细胞内液和内环境。⑥表示外界环境与细胞之间的物质交换过程是间接的,故用虚线表示。
方法技巧
五种结构的判断方法:直接与内环境进行物质交换的系统有四个(消化系统、呼吸系统、泌尿系统和循环系统),器官有一个(皮肤)。具体确认五种结构可按如下方法进行:以“循环系统”为参照,双向进出——呼吸系统,单向进入——消化系统,单向输出——皮肤,输出后又可存在重吸收——泌尿系统。
学以致用
下图表示人体内细胞与外界环境进行物质交换的过程。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ表示直接与内环境进行物质交换的器官或系统,①②表示相关的生理过程。下列叙述错误的是( )
A.内环境通过Ⅰ与外界环境交换气体必须通过肺泡壁和毛细血管壁
B.过程②是指肾小管和集合管的重吸收作用
C.Ⅳ是指皮肤,能把一部分代谢废物排出体外
D.过程①中,氨基酸被小肠上皮细胞吸收的方式是协助扩散
答案:D
解析:过程①中,氨基酸被小肠上皮细胞吸收的方式是主动运输。
1.长时间走路使脚掌磨出了水疱,几天后水疱消失,此时水疱中的水分不会直接渗入( )
A.毛细血管 B.毛细淋巴管
C.肾小管 D.组织细胞
答案:C
解析:水疱中的液体成分主要是组织液,组织液可单向渗透到毛细淋巴管形成淋巴液,也可和血浆双向渗透。因此,此时水疱中的液体主要渗入毛细血管和毛细淋巴管,也可进入组织细胞,但不会直接进入肾小管。
2.内环境是体内细胞与外界环境进行物质交换的媒介。下列关于人体内环境的叙述,正确的是( )
A.血浆与肺泡交换气体只需通过毛细血管壁
B.甲状腺激素、葡萄糖、O2均可以存在于内环境中
C.血浆中的蛋白质可以通过毛细血管壁到达组织液
D.体内细胞只需通过内环境就可以与外界环境进行物质交换
答案:B
解析:血浆与肺泡交换气体需要经过肺泡壁和毛细血管壁。正常情况下,血浆蛋白等大分子不能通过毛细血管壁进入组织液。体内细胞需要通过内环境才可以与外界环境进行物质交换,但这一过程还需要体内各个系统的参与。
3.下列关于人体内环境的叙述,错误的是( )
A.心肌细胞内的CO2浓度低于其生活的内环境
B.血管中的药物需经组织液进入肌细胞
C.血浆蛋白进入组织液会引起组织水肿
D.内环境的成分中有葡萄糖和无机盐等物质
答案:A
解析:心肌细胞生活的内环境是组织液,心肌细胞内的O2浓度低于组织液,CO2浓度高于组织液,A项错误。血管中的药物需经组织液进入肌细胞,B项正确。血浆蛋白进入组织液,组织液渗透压增大,引起组织水肿,C项正确。内环境的成分中含有水、无机盐、葡萄糖、氨基酸等物质,D项正确。
4.下图①②③④分别表示人体不同部位的体液。据图判断,下列说法正确的是( )
A.若②中蛋白质含量过高,则会导致组织水肿
B.与乙端相比,甲端的营养物质减少,代谢废物增多
C.③中含有胆固醇、抗体、尿素、乳酸等物质
D.①渗透压的大小主要与蛋白质的含量有关
答案:C
解析:②是血浆,若血浆中蛋白质含量过低,会导致组织水肿,A项错误。若题图中该部位是小肠周围,则甲端(静脉端)与乙端(动脉端)相比,甲端的营养物质增多,B项错误。③是组织液,组织液中含有胆固醇、抗体、尿素、乳酸等物质,C项正确。①是淋巴液,与血浆相比,淋巴液中含有较少的蛋白质,淋巴液渗透压的大小主要与无机盐的含量有关,D项错误。
5.下图表示人体细胞外液三种组成成分之间的关系。下列相关说法正确的是( )
A.毛细血管壁细胞的直接生活环境是①
B.长期营养不良时,①的渗透压升高
C.①中含有较多的蛋白质,②③中的蛋白质含量较少
D.受伤后长出的水疱中的液体主要是②
答案:C
解析:题图中①是血浆、②是淋巴液、③是组织液。毛细血管壁细胞的直接生活环境是血浆和组织液,A项错误。长期营养不良时,血浆蛋白减少,故血浆的渗透压降低,B项错误。受伤后长出的水疱中的液体主要是③组织液,D项错误。
6.人体是一个统一的整体,各组织细胞之间有着直接或间接的联系,组织细胞需要不断地从其生活的环境中获取各种营养物质,同时排出代谢废物。下图为组织细胞与内环境之间的物质交换示意图。据图回答下列问题。
(1)图中毛细血管壁细胞生活的内环境是[ ] 和[ ] 。
(2)红细胞所携带的氧气至少需要经过 层生物膜才能被①组织细胞利用。
(3)①②③④之间既有密切的联系,又存在一定的差异。一般情况下,②和③在成分上的主要区别是 。
(4)某人因长期营养不良导致浮肿,其主要原因是图中______ (填序号)的蛋白质含量减少。
(5)直接参与并维持内环境相对稳定的四大系统是 。
答案:(1)② 血浆 ③ 组织液
(2)6
(3)②中含有较多的蛋白质
(4)②
(5)呼吸系统、消化系统、循环系统和泌尿系统
解析:题图中,①为组织细胞、②为血浆、③为组织液、④为淋巴液、⑤为红细胞。(1)内环境主要包括血浆、组织液和淋巴液。题图中毛细血管壁细胞生活的内环境是②血浆和③组织液。
(2)红细胞所携带的氧气被组织细胞利用至少要穿过的生物膜层数为1层红细胞膜+1层毛细血管壁细胞(2层生物膜)+1层组织细胞膜+2层线粒体膜=6层生物膜。
(3)一般情况下,②血浆和③组织液在成分上的主要区别是②血浆中含有较多的蛋白质。
(4)某人因长期营养不良导致浮肿,其主要原因是②血浆中的蛋白质含量较少,血浆渗透压下降,更多的水分进入组织液,造成组织水肿。
(5)维持内环境相对稳定的四大系统是呼吸系统、消化系统、循环系统和泌尿系统。