(共39张PPT)
第2节 内环境的稳态
第1章 人体的内环境与稳态
问题探讨
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验结果报告一部分。
血液生化检验结果报告单
讨论
1.为什么血液的生化指标能反映机体的健康状况?
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?
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的影响?
生化指标
正常值
讨论:1、为什么血液的生化指标能反映机体的健康状况?
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。
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?
(1)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;(2)不同个体存在一定差异。
问题探讨
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的影响?
(1)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。
(2)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。
(3)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。
高温下的坚守
消防人员穿着厚重且密不透风的消防服在高温环境下连续工作多个小时,大量出汗,但有的消防人员由于没有及时补充水和无机盐,致使严重脱水,全身无力;此时,该消防人员内环境还处于稳定状态吗?判断的依据是什么?
情境一
消防员剧烈运动会使肌肉产生大量乳酸等酸性物质, 这会影响血浆的pH吗?在这种情况下,机体是如何维持细胞外液的酸碱度的?
食物代谢后会产生酸性和碱性物质,细胞代谢也会产生酸性物质,这些物质进入内环境,会使机体的pH发生怎样的变化呢?
情境二
酸性食物:经代谢可产生酸性物质。
碱性食物:经代谢可产生碱性物质。
内环境会因此而剧烈变动吗?
随着外界环境的变化和体内细胞代谢活动的进行,内环境中化学成分和理化性质在不断发生变化。
探究·实践
实验原理
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。
实验目的
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。
模拟生物体维持pH的稳定
一、内环境的动态变化
自变量
因变量
材料用具
实验材料:生物组织材料——动物血浆、肝匀浆、蛋清等
实验仪器:防护手套、护目镜、烧杯、量筒、pH计或pH试纸、镊子等。
实验试剂:物质的量浓度为0.1 mol/mL的HCl溶液(盛于滴瓶中)、物质的量浓度为0.1 mol/mL的NaOH溶液(盛于滴瓶中)、pH为7的磷酸盐缓冲液
pH计
探究·实践
模拟生物体维持pH的稳定
一、内环境的动态变化
pH计
实验方法
材料 0.1 mol/L的HCl 0.1 mol/L的NaOH 加入不同数量液滴后的pH 加入不同数量液滴后的pH 0 5 10 15 20 25 30 0 5 10 15 20 25 30
自来水
缓冲液
土豆匀浆
注:缓冲液为pH=7的磷酸盐缓冲液。材料均加入25mL。
1. 在记录本中,画一个如下的表格。
探究·实践
模拟生物体维持pH的稳定
一、内环境的动态变化
2. 量取肝匀浆(上清液)25 mL倒于烧杯中。
3. 用pH计测定初始pH并记录。
4. 一次加一滴0.1 mol/L的HCl,然后轻轻摇动。加入5滴后再测pH。重复这一步骤,直至滴加30滴HCl为止。
5. 清洗pH计探头及烧杯并加入25 mL肝匀浆。测定并记录起始的pH。再如步骤4,一次加一滴0.1 mol/L的NaOH,测定并记录pH。
6. 清洗烧杯和pH计探头,分别用自来水、缓冲液代替肝匀浆,重复步骤2至步骤5,记录结果。
探究·实践
模拟生物体维持pH的稳定
一、内环境的动态变化
结果与分析
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
结论:在溶液中加入少量酸或碱,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。
探究·实践
模拟生物体维持pH的稳定
一、内环境的动态变化
讨论:1、就加入HCI或NaOH后pH的变化来说,肝匀浆更像自来水还是更像缓冲液?
肝匀浆加入HCl或NaOH后pH的变化更像缓冲液。
讨论:2、缓冲液的pH变化为什么与自来水的不同?
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有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。
探究·实践
模拟生物体维持pH的稳定
一、内环境的动态变化
讨论: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?
类似
讨论:4、请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。
探究·实践
模拟生物体维持pH的稳定
一、内环境的动态变化
碱性食物
消化系统
正常机体
Na2CO3
NaHCO3
泌尿系统
乳酸
乳酸钠 + H2CO3
H2CO3 / NaHCO3
H2O + CO2
呼吸系统
NaHCO3
乳酸钠
H2O + CO2
剧烈运动
肾
肺
pH↑
pH↓
pH↓
pH↑
内环境
呼吸系统
泌尿系统
内环境pH的稳态
来源
去路
细胞
人体内环境中存在很多缓冲对,其中最重要的是H2CO3 / NaHCO3,其次还有NaH2PO4 / Na2HPO4等。当一定的酸性或碱性物质进入后,内环境的pH仍能维持在一定范围内。
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
正常情况下,不同人的体温,会因年龄、性别等的不同而存在微小差异;
同一个人的体温在一日内也有变动,但变化幅度一般不超过1℃。
尽管气温波动范围较大,但健康人的体温始终接近37 ℃。
结论:健康人的体温始终接近37℃,处于动态平衡中。
内环境的温度
一、内环境的动态变化
结论:渗透压处于动态平衡
内环境的渗透压
资料: 医生再给病人输液时,常用的生理盐水是0.9%的NaCl溶液。人体血浆的渗透压和0.9%的NaCl是一样的,所以我们将0.9%的NaCl称为生理盐水。
一、内环境的动态变化
①组织水肿:在不同条件下,细胞外液渗透压的变化,引起组织间隙中积累的 组织液 过多导致
②引发原因如下:
①营养不良
②肾小球肾炎
③过敏反应
④淋巴循环受阻
→ 血浆蛋白减少 → 血浆渗透压下降
→组织液中蛋白质增多→组织液渗透压升高
⑤组织细胞代谢旺盛,代谢产物增多
组织液增多 → 组织水肿
渗透压不稳定会怎么样?
二、对稳态调节机制的认识
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(homeostasis)。
稳态体现:
稳态不是恒定不变的,而是相对恒定的一种动态变化。
这种动态变化保持在一定的范围内。
稳态的实质是内环境的化学成分和理化性质处于动态平衡之中。
一、内环境的动态变化
影响内环境稳态的因素
动态平衡
内环境改变
外界环境的改变
体内细胞进行的代谢活动
调节作用
稳态是如何实现的呢?
一、内环境的动态变化
食物、水和无机盐
co2
o2
泌尿系统
消化系统
细胞
循环系统
呼吸系统
有机废物、水和无机盐
未被吸收的物质
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
内环境稳态与消化、呼吸、循环、泌尿系统的功能联系
二、对稳态调节机制的认识
维持内环境稳态的基础
人体各器官、系统协调一致地正常运行。
直接相关的系统
消化系统
呼吸系统
循环系统
泌尿系统
稳态的调节机制是什么?
贝尔纳
(C.Bernard)
对稳态调节机制认识的科研历程
1857年,贝尔纳提出:内环境(提出)保持稳定主要依赖神经系统的调节。
1926年,坎农提出稳态的概念。稳态不是恒定不变,而是一种动态平衡。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。
坎农
(W.B.Cannon)
二、对稳态调节机制的认识
1857年
1926年
当代
目前普遍认为,神经—体液—免疫调节网络是机体维持稳态的主要调节机制。
内环境的稳态会不会出现失调的情形呢?
对稳态调节机制认识的科研历程
二、对稳态调节机制的认识
贝尔纳:内环境保持稳定主要依赖神经系统的调节
坎农:内环境稳态是在神经-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
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、你阳过?高热是新冠肺炎的典型症状,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。发热时的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,同时常伴有食欲不振、厌食、恶心的表现。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,因此应该注意及时采用物理方法或服用药物来退烧降温。
二、对稳态调节机制的认识
分析内环境稳态失调的实例
思考·讨论
大量出汗或严重腹泻后,如果只喝水,不补充盐,内环境渗透压会变小。这样内环境中的水将较多地通过渗透作用进入细胞内,造成细胞吸水肿胀,进一步导致细胞代谢和功能紊乱。严重时会出现疲倦、周身不适、表情淡漠、恶心、食欲减退、皮下组织肿胀等症状。
二、对稳态调节机制的认识
分析内环境稳态失调的实例
思考·讨论
2、严重腹泻后,如果只喝水,不补充盐,内环境的渗透压会出现什么变化?
因为高原空气稀薄,大气压和氧分压低,易造成体内缺氧,常见的症状有头痛,疲倦,呼吸困难等,俗称高原反应。
人体维持稳态的调节能力是有一定限度的。当外界环境的变化过于剧烈,或人体自身的调节能力出现障碍时,内环境的稳态就会遭到破坏,危机机体健康。
二、对稳态调节机制的认识
分析内环境稳态失调的实例
思考·讨论
3、援藏的人员到高原后常会出现头痛、乏力、心跳加快、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?
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。中暑是指高温引起机体体温调节功能紊乱所表现出的一系列症状,如高热、皮肤干燥、恶心、呕吐、食欲不 振、心悸、头痛等。严重中暑会使体温超过40℃病死率比较高。
失温是指人体热量流失大于热量补给,从而造成人体核心区温度降低,并产生一系列寒颤、迷茫、心肺功能衰竭等症状,甚至最终造成死亡的病症。一般来说,如果人体的核心温度低于35度,就是医学上的失温,也就是低体温。
与社会的联系
中暑
2021年5月22日(气温为9.1-24℃)中午1点左右,在甘肃省白银市举行的马拉松百公里越野赛高海拔赛段20公里至31公里处,受突变极端天气影响,局地出现冰雹、冻雨、大风等灾害性天气,150多位参赛者有21名遇难。有赛事亲历者表示,不少选手出现失温症状,抽搐、口吐白沫,身着短裤短袖倒在海拔2000多米的赛道线路旁。
二、对稳态调节机制的认识
人体维持稳态的调节能力是有一定限度的
外环境变化过于剧烈
(外因)
调节能力出现障碍
(内因)
内环境稳态遭到破坏
细胞代谢紊乱甚至导致疾病发生
稳态不是恒定不变,而是相对恒定的一种动态变化;这种动态变化保持在一定范围内。
不同的个体存在差异。
稳态的调节能力是有限的。
二、对稳态调节机制的认识
人体内环境稳态失调引起的疾病
尿毒症
乳酸中毒
抽搐
血钙过低
代谢废物积累
02缺乏
pH失调
酸中毒、碱中毒
体温失调
发热、中暑
组织水肿
血浆中蛋白质含量降低
血糖平衡失调
低血糖、糖尿病
内环境
二、对稳态调节机制的认识
(1)内环境中各种稳态的维持不一定都需要神经系统、内分泌系统和免疫系统的共同参与,如内环境中pH稳态调节,只与内环境中缓冲物质有关。
(2)能够维持内环境稳态的人,其生命活动不一定正常,比如“植物人’
易错提醒
二、对稳态调节机制的认识
1.(东城区高二期末)人体维持内环境稳态的调节能力是有一定限度的,下列现象不属于内环境稳态失调的是
A.夏天长期待在空调房间容易引起“空调病”
B.人感冒发高烧时,食欲不振,引起四肢无力
C.人屏息一段时间后,呼吸运动会明显加强
D.人长期处于高温环境中可能会引起中暑
√
夏天长期呆在空调房间引起的“空调病”是温差大导致体温调节失调引起的,A不符合题意;发高烧时,高温使消化酶的活性受到影响,内环境稳态受到破坏,B不符合题意;人屏息一段时间后,呼吸运动明显加强是机体调节维持内环境稳态的结果,C符合题意;中暑是指高温引起机体体温调节功能紊乱所表现出的一系列症状,D不符合题意。
2.下列有关稳态生理意义的叙述,不正确的是
A.稳态有利于酶促反应的正常进行
B.稳态是机体进行正常生命活动的必要条件
C.当稳态遭到破坏时,可导致疾病发生
D.当血液成分稳定时,人一定不会患病
√
酶促反应需要适宜的温度等条件,因此稳态有利于酶促反应的正常进行,A正确;
当稳态遭到破坏时,可导致疾病发生,如尿毒症等,C正确;血液成分稳定是内环境稳态的一个方面,其稳定时,人也可能会患病,如遗传病,D错误。
课堂练习
3、当内环境的稳态遭到破坏时,必将引起( )
A. 酶促反应速率加快 B. 渗透压下降
C. 细胞代谢紊乱 D. 糖尿病
4、对于高烧不退的病人,可采用一些辅助治疗措施降低体温。下列措施中不正确的是 ( )
A. 加盖棉被,增加排汗量
B. 在额头上敷用冷水浸泡过的毛巾
C. 用酒精棉球擦拭四肢等部位
D. 适当撤减衣被
答案:C
答案:A
课堂练习
意义:内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
三、内环境稳态的重要意义
细胞代谢是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:
(4)代谢废物排出
(1)血糖和氧含量正常
保证机体能量供应
(2)体温、pH等理化
性质相对稳定
保证酶活性、细胞代谢正常
(3)渗透压相对稳定
维持细胞的正常形态和功能
可防止机体中毒
在生命系统的各个层次上,普遍存在稳态
个体(生理)水平上——内环境的稳态
分子水平——基因表达的稳态、激素分泌的稳态、酶活性的稳态
细胞水平——细胞分裂和分化的稳态
器官水平——心脏活动的稳态,消化腺分泌消化液的稳态
群体水平——种群数量的变化存在稳态
生态系统——结构和功能的稳态(稳定性)
三、内环境稳态的重要意义
稳态概念的发展
外界环境
细胞
物质交换
物质交换
内环境
器官系统协调运行
稳态
基础
神经-体液-免疫调节网络
调节机制
正常生命活动的必要条件
参与共建
稳态的实质是内环境化学成分和理化性质维持相对稳定。
课堂小结
一、概念检测
1. 稳态是生命系统的特征,也是机体存活的条件。判断下列与人体稳态有关的表述是否正确。
(1)人吃进酸性或碱性的食物会使血浆pH发生紊乱。
(2)有的人常吃咸鱼、咸菜,但他细胞外液的渗透压仍能保持相对稳定。
(3)在正常情况下,一个人的体温是恒定不变的。
(4)CO2是人体细胞呼吸产生的废物,不参与维持内环境的稳态。
课后习题
一、概念检测
2.在长跑比赛时,运动员的体内会发生复杂的生理变化,如机体大量产热、岀汗等。下列相关叙述正确的是
A. 大量产热会使体温急剧升高
B. 大量出汗会使血浆的pH下降
C. 大量出汗可使血浆渗透压降低
D. 大量出汗有利于机体体温的稳定
D
课后习题
二、拓展应用
1. 2017年,科学家研制了一个充满电解质溶液的大塑料袋,并用它来抚育早产的羊羔。羊羔在此“人造子宫”中待了4周。足月后,研究者发现,它们与在母羊子宫中待到足月出生的小羊一样健康。请你推测或搜集相关资料,从内环境稳态的角度分析:“人造子宫”必须具备哪些条件?
课后习题
“人造子宫”看起来像一个大塑胶袋,确切地说是用特殊材质制成的一种生物袋。它要代替母羊子宫孕育羊羔,这个生物袋内必须装“羊水”,能够为早产羊羔生活提供适宜的液体环境。该“羊水”模拟自然子宫羊水的成分种类和含量,除水和电解质外,包含多种可以促进羊羔生长的营养物质和生长因子,如蛋白质、糖类、脂肪等,也包括抗生素、尿素等。此外,这种“羊水”还必须具备适宜的温度和酸碱度。“人造子宫”接有专门管道,需要每天注入定量电解质溶液,以确保“羊水”得到更新,保持相对稳定。
另外,“人造子宫”外部配置了机器胎盘,与早产羊羔的脐带连通。早产羊羔靠机器胎盘来获得养料,排出代谢废物,以保持羊羔内环境的稳定:含有养料和O2的新鲜血液源源不断输送到羊羔体内,羊羔的心脏也将较多含有CO2和其他代谢废物的血液挤压到机器胎盘中,后者将血液更新之后再回输到羊羔体内。
课后习题