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第1章 人体的内环境与稳态
第二节 内环境的稳态
在进行常规体检时,通常要做血液生化检查,以了解
肝功能、肾功能、血糖、
血脂等是否正常。
右图是某人的血液生化检查化验单的一部分。
思考教材 P7 的几个讨论题。
问题探讨
一、内环境的动态变化
问题探讨
讨论1:为什么血液的生化指标能反映机体的健康状况?
北京市医疗机构临床检验结果报告单
血液生化指标指的是血液中各种化学成分的含量,包括机体多种代谢产物的含量。健康机体的生化指标一般都处于正常范围内,即处于相对稳定的状态。
当机体某项生理功能出现障碍,势必影响其代谢产物的含量,进而引起血液生化指标的变化,因此血液的生化指标可以反映机体的健康状况,并可以作为诊断疾病的依据。
一、内环境的动态变化
问题探讨
讨论2:每种成分的参考值(即正常值)都有一个变化范围,这说明什么?
北京市医疗机构临床检验结果报告单
内环境成分的含量不是恒定不变的,而是在一定范围内波动。内环境稳态表现为一种动态平衡;
不同个体存在一定差异。
讨论3:从化验单上可以看出什么成分超出正常范围?这可能会对人体造成什么不利影响?
天冬氨酸氨基转移酶(即谷草转氨酶)略微低于正常值,这通常没有临床意义,建议定期复查。若该值偏高,说明肝功能受损。
葡萄糖含量超标,且糖化血清白蛋白严重超标,可能是糖尿病。糖尿病患者长期高血糖,会导致眼、肾、心脏、血管、神经等慢性损害。
甘油三酯超标,可引起高血脂症,易并发冠心病、动脉粥样硬化等。
北京市医疗机构临床检验结果报告单
肝功能
血糖
心肌功能
肝功能
血脂
高血糖
高血脂
一、内环境的动态变化
一、内环境的动态变化
随着外界环境的变化和体内细胞代谢活动的进行,
同学们请思考,内环境会因此而剧烈变动么?
一、内环境的动态变化
细胞代谢产生酸性物质,如碳酸等;
人和动物吃的食物代谢后也会产生一些酸性或碱性物质。
pH
pH发生变化的原因
思考
Thinking
生物机体是如何维持pH稳定的呢?
随着外界环境的变化和体内细胞代谢活动的进行,内环境(如血浆)的各种化学成分和理化性质在不断发生变化。
通过比较自来水、缓冲液和肝匀浆在加入酸或碱后pH的变化,推测生物体是如何维持pH稳定的。
探究 实践
模拟生物体维持pH的稳定
在溶液中加入酸或碱,缓冲对(如HPO42-/H2PO4-)能使溶液pH的变化减弱;
与自来水相比,生物组织匀浆更类似于缓冲液。
实验原理
实验目的
自变量
因变量
酸或碱溶液
生物材料
缓冲液
酸或碱溶液
自来水
酸或碱溶液
探究 实践
模拟生物体维持pH的稳定
材料用具
防护手套、护目镜、50mL烧杯、50mL量筒、pH计或pH试纸、镊子、自来水、物质的量浓度为0.1mol/L的HCl(盛于滴瓶中)、物质的量浓度为0.1mol/L的NaOH(盛于滴瓶中)、pH为7的磷酸盐缓冲液(HPO42-/H2PO4-)、肝匀浆等。
探究 实践
模拟生物体维持pH的稳定
(1)将25mL自来水倒入50mL烧杯中。
(2)用pH计或pH试纸测起始的pH,并作记录。
实验步骤:
(3)一次加一滴0.1mol/L的HCl,然后轻轻摇动,加入5滴后再测pH。重复这一步骤直到加入了30滴为止。将pH测定结果记入表中。
探究 实践
模拟生物体维持pH的稳定
(1)将25mL自来水倒入50mL烧杯中。
(2)用pH计或pH试纸测起始的pH,并作记录。
实验步骤:
(3)一次加一滴0.1mol/L的HCl,然后轻轻摇动,加入5滴后再测pH。重复这一步骤直到加入了30滴为止。将pH测定结果记入表中。
(4)用同样的方法把0.1mol/L的NaOH加入自来水中并测定结果。
(5)充分冲洗烧杯,用缓冲液代替自来水,重复步骤2至步骤5,记录结果。
(6)充分冲洗烧杯,用肝匀浆代替自来水,重复步骤2至步骤5,记录结果。
(7)作图,分析结果并得出结论。
探究 实践
模拟生物体维持pH的稳定
材料 (25mL) 0.1mol/L的HCl滴数 0.1mol/L的NaOH滴数 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
自来水 6.8 6.5 6.3 6.0 5.0 4.1 3.8 7.0 8.8 9.4 9.8 10.0 10.5 11.0
缓冲液 7.0 7.0 6.8 6.6 6.5 6.4 6.3 7.0 7.2 7.3 7.5 7.8 8.0 8.2
肝匀浆 6.4 6.2 6.1 6.0 6.0 5.9 5.9 6.3 6.4 6.5 6.7 6.7 6.8 7.0
标准对照
空白对照
实验组
探究 实践
模拟生物体维持pH的稳定
+NaOH/滴
+HCl/滴
30
25
20
15
10
5
5
10
15
20
25
30
pH
10
9
8
6
5
4
自来水
肝匀浆
磷酸缓冲液
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缓冲物质,能够维持pH的相对稳定。
实验结果:
实验结论:
探究 实践
模拟生物体维持pH的稳定
1.就加入HCl或NaOH后pH的变化来说,肝匀浆更像自来水还是更像缓冲液?
2.缓冲液的pH变化为什么与自来水的不同?
3.方法步骤9中所用到的生物材料与肝匀浆的实验结果类似吗?
4.根据模拟实验的结果,尝试对机体维持pH稳定的机制进行解释。
讨论:
肝匀浆加入HCl或NaOH后pH的变化更像缓冲液。
缓冲液加入少量酸或碱后,pH变化不明显,原因是磷酸缓冲液中含NaH2PO4/Na2HPO4 ,其中NaH2PO4呈酸性,当加入少量NaOH时,可以中和OH-;Na2HPO4 呈碱性,当加入少量HCl时,可以中和H+。
水溶液则不同,加入酸或碱后,pH变化明显。
类似
一、内环境的动态变化
机体内环境中含有缓冲对HCO3-/H2CO3、HPO42-/H2PO4-等,它们能够对酸和碱起缓冲作用,维持pH稳定。
HCO3-/H2CO3 缓冲对:
HPO42-/H2PO4- 缓冲对:
溶液中酸性物质增加时:
溶液中碱性物质增加时:
HPO42- + H+ → H2PO4-
H2PO4- + OH- →HPO42- +H2O
乳酸+ NaHCO3→乳酸钠 + H2CO3
CO2 + H2O
OH- + H2CO3→HCO3- + H2O
思考:内环境的其他化学成分和理化性质也维持在一定范围吗?
一、内环境的动态变化
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温度
时间
36.8
37.0
37.2
37.4
6
10
12
2
6
9
体温的日变化规律调查结果
人体体温日变化规律:
>
>
>
同一个人的体温在一日内有变化,但变化幅度一般不超过1℃。
虽然外界气温波动较大,但健康人的体温始终接近37℃。
健康人的体温始终在37℃左右,处于动态平衡中。
体温会因年龄、性别等的不同而存在着微小的差异。
一、内环境的动态变化
酸碱度
体温
血糖
血脂
渗透压
都是不断变化的,但都处于一定的范围内
稳态
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。
(1)概念:
(2)实质:
内环境的化学成分和理化性质处于动态平衡之中。
化学成分;如:水、无机盐、血糖、血脂
理化性质;如:温度、酸碱度、渗透压
维持相对稳定
(3)特点:
①稳态不是恒定不变,而是相对恒定的一种动态变化;
②这种动态变化保持在一定范围内。
(4)影响因素:
外因:
内因:
外界环境的变化
体内细胞代谢活动的进行
二、对稳态调节机制的认识
食物、水和无机盐
未吸收的物质
有机废物、水和无机盐
CO2
O2
循环系统
呼吸系统
消化系统
泌尿系统
肺泡表面潮湿且伸缩性很大,有利于气体的交换。
肾小球是血管球,参与形成原尿。
小肠绒毛增大了吸收营养物质的表面积。
人体各器官、系统协调一致地正常运行。
内环境的稳态与消化、呼吸、泌尿、循环系统直接相关。
1. 维持稳态的基础
二、对稳态调节机制的认识
二、对稳态调节机制的认识
如果某种器官的功能出现障碍,就会引起稳态失调:
例如,肾是形成尿液的器官,当发生肾功能衰竭时,病人的水和无机盐等的代谢会紊乱,可出现全身水肿,尿素氮升高、呕吐等一系列症状,即尿毒症,严重时会导致死亡。
二、对稳态调节机制的认识
2. 稳态调节机制
内环境
保持稳定!
主要
神经系统
调节
内环境
动态平衡!
神经调节
+
体液调节
后来发现
免疫系统
清除
内环境中
异物、病原微生物等
有利
内环境稳态
神经-体液-免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制
目前普遍认为
问题:稳态在任何时刻都能维持吗?会不会出现稳态失调呢?
探究 实践
分析内环境稳态失调的实例
情形一
你有过发高热的经历吗?谈谈高热最严重时的感受。体温过高时为什么要采取物理降温或药物降温的措施?
正常的体温是体内细胞进行各种生化反应最适宜的温度,发高烧时,各种酶的活性发生变化,代谢紊乱,机体功能异常。
发热症状大部分集中在中枢神经系统,病人感觉不适、头疼、头晕、嗜睡等,同时常有食欲不振、厌食、恶心的表现。
问题:稳态在任何时刻都能维持吗?会不会出现稳态失调呢?
探究 实践
分析内环境稳态失调的实例
你有过发高热的经历吗?谈谈高热最严重时的感受。体温过高时为什么要采取物理降温或药物降温的措施?
发热时机体处干一种明显的分解代谢过旺的状态,持续高热必定引起器官的功能负荷加重,有可能诱发器官功能不全或引起组织损伤。
对于6个月至4岁的幼儿来说,持续高热容易发生惊厥,相当数量的患儿由此出现脑损伤,如智力落后、甚至癫痫,因此应注意及时采用物理方法或服用药物来退烧降温。
情形一
探究 实践
分析内环境稳态失调的实例
严重腹泻后,如果只喝水,不补充盐,内环境的渗透压可能会出现什么变化?
内环境渗透压会降低;
当内环境渗透压降低时,内环境中的水将较多地通过渗透作用进人细胞内,造成细胞吸水肿胀,进一步导致细胞代谢和功能紊乱。
情形二
疲倦 | 全身不适 | 恶心 | 食欲减退 | 皮下组织肿胀
严重时
探究 实践
分析内环境稳态失调的实例
3.援藏的技术人员到青藏高原后常会出现头痛、乏力、心跳加快甚至血压升高等症状,为什么?这说明外界环境与内环境稳态之间有什么关系?
高原空气稀薄,大气压和氧分压低,易造成体内缺氧。表现为头痛、乏力、呼吸困难等,进而引起机体呼吸频率加快,让更多空气进入肺;心率和心输出量增加,加大动脉血流量;身体逐步增加红细胞和血红蛋白的生成,改善血液运输氧的能力。
通过以上调节及适度休息,人一般能实现对高原的适应,但是也有很大一部分人仍无法实现对高原的适应,这和遗传、自身体质等有很大的关系。
情形三
探究 实践
分析内环境稳态失调的实例
3.援藏的技术人员到青藏高原后常会出现头痛、乏力、心跳加快甚至血压升高等症状,为什么?这说明外界环境与内环境稳态之间有什么关系?
这说明外界环境的变化会影响内环境的稳态。若外界环境变化不剧烈,并且机体调节机制良好,内环境波动较小,仍能维持稳态;若外界环境变化剧烈,机体调节能力不好,内环境稳态将受到破坏,就会影响身体健康。
情形三
探究 实践
分析内环境稳态失调的实例
“空调病”是怎么形成的?怎么预防?
“空调病”本身不算是一种疾病,而是因长时间待在空调房里可能会出现头疼、发热、嗓子疼、流鼻涕、关节疼、肢体无力等不适症状”。首先,空调房温度偏低和室内外温差较大,使产热和散热失衡,容易诱发感冒或者中暑等。而且长时间衣着单薄地处在低温的环境中,也会让机体代谢出现异常。其次,空调房间长时间密闭,空气质量会不断下降,且空气较为干燥,容易使呼吸道黏膜受损,病菌更易侵入。再次,空调如果未能清洗,通风管道等积存的病原体会使人患病。
因此,预防“空调病”,要及时清洁空调,注意调节合理的室内温度,不要长时间待在空调房间,定时通风,注意补充水分等。
情形四
探究 实践
分析内环境稳态失调的实例
多喝水,多喝热水,但是真的可以无限量的饮水吗?
如果体内水分过少,就可导致不同程度的脱水,轻则口渴,食欲不振,重则运动能力降低,注意力下降,嗜睡等。但是也不能喝太多,造成水中毒,指机体摄入水量超过了排水量,以至于水分在体内滞留。当我们喝太多水的时候,会打破水电解质平衡,细胞外的钠浓度被稀释了,细胞内外形成梯度差,细胞外的水分就会进入到细胞内,这会导致细胞水肿膨胀。
所以喝水标准:多次、少量、慢饮。
情形五
二、对稳态调节机制的认识
特 点
人体维持稳态的调节能力是有 的。
当外界环境的变化过于剧烈,或人体自身的调节功能出现障碍时,内环境的稳态就会遭到破坏,危及机体健康。
稳态失调
生病
调节能力有限
(内因)
外环境变化剧烈
(外因)
关系
图示
一定限度
导致
导 致
总结
内环境理化性质变化 症状名称
pH失调
体温失调
渗透压失调等
尿素等代谢废物在体内积累
体内缺氧,血氧过低
血糖平衡失调
血钙过低、过高
丢失大量的水和无机盐
室内外温差较大导致机体适应不良
②内环境稳态遭破坏时,代谢速率未必下降(如有可能导致代谢速率上升)
酸中毒、碱中毒
发热、中暑、失温
水中毒、组织水肿
尿毒症
高原反应
低血糖、糖尿病
抽搐、肌无力
严重腹泻
空调病
注意:
①内环境达到稳态时,人未必不得病(如遗传病患者、植物人等)
与社会的联系
炎炎夏季,在高温环境中从事体力劳动的人,最容易发生中暑。
中暑急救
高温作业
二、对稳态调节机制的认识
与社会的联系
中暑
炎炎夏季,在高温环境中从事体力劳动的人,最容易发生中暑。
高温引起机体体温调节功能紊乱所表现出的一系列症状。
症状
高热 | 皮肤干燥 | 恶心 | 呕吐 | 食欲不振
心悸 | 头痛…
严重
严重中暑会使得体温超过40℃,病死率较高。
二、对稳态调节机制的认识
三、内环境稳态的重要意义
与社会的联系
如何预防中暑,或者发现有人中暑如何帮助?
预防
急救
1.避免高温时间外出。
2.出门做好防晒工作。
3.适当补充水分。
4.着装得当。
5.室内通风。
6.吃消暑食物。
1.马上转移到阴凉处休息。
2.解开衣物帮助散热。
3.服用药物。
4.严重要立即就医。
三、内环境稳态的重要意义
细胞代谢是由细胞内众多复杂的化学反应组成的,完成这些反应需要各种物质和条件。
血糖及氧气含量正常
体温、pH相对稳定
渗透压相对稳定
保证机体正常的能量供应
酶活性正常,细胞代谢正常
维持细胞正常的形态和功能
内环境的稳态是机体正常进行生命活动的必要条件
稳态的意义
代谢废物排出含量降低
防止机体中毒
可见,在生命系统的各个层次上,都普遍存在着稳态。
稳态已经成为生命科学的一大基本概念。
随着生理学及其他学科的发展,稳态的概念得到巩固和发展,其内涵也不断充实。
人们发现,不同层次的生命系统都存在着类似于内环境稳态的特性。
分子水平上
存在基因表达的稳态、激素分泌的稳态、酶活性的稳态等。
细胞水平上
存在细胞的分裂和分化的稳态等。
器官水平上
存在心脏活动的稳态、消化腺分泌消化液的稳态等。
群体水平上
种群数量的变化存在稳态,生态系统的结构和功能也存在稳态。
稳态概念的发展
知识小结
4. 稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
1. 各个器官、系统协调一致地正常运行是维持内环境稳态的基础。
直接相关的系统:消化系统、呼吸系统、循环系统和泌尿系统
起调节作用的系统:神经系统、内分泌系统、免疫系统
2. 神经-体液-免疫调节网络是内环境稳态的主要调节机制。
3. 人体维持稳态的调节能力是有一定限度的。
课后习题