生物學(xué)第一章第2節(jié)內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)問題探討

在進(jìn)行常規(guī)體檢時(shí)，通常要做血液生化檢查，以了解肝功能、腎功能、血糖、血脂等是否正常。下圖是某人的血液生化檢查化驗(yàn)單的一部分。1、為什么血液的生化指標(biāo)能反映機(jī)體的健康狀況？2、每種成分的參考值（即正常值）都有一個(gè)變化范圍，這說明什么？3、從化驗(yàn)單上可以看出什么成分超出正常范圍？這可能會(huì)對(duì)人體造成什么不利影響？血液生化指標(biāo)：血漿中各種化學(xué)成分的含量，其中包括機(jī)體多種代謝產(chǎn)物的含量。健康機(jī)體的生化指標(biāo)一般都處于正常范圍內(nèi)。當(dāng)機(jī)體某項(xiàng)生理功能出現(xiàn)障礙時(shí)，勢(shì)必影響其代謝產(chǎn)物的含量。內(nèi)環(huán)境成分的含量不是恒定不變的，而是在一定范圍內(nèi)波動(dòng)，內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)表現(xiàn)為一種動(dòng)態(tài)平衡，不同個(gè)體存在一定差異。（1）天冬氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶（即谷草轉(zhuǎn)氨酶）略微低于正常值，這通常沒有臨床意義，建議定期復(fù)查。若該值偏高，說明肝功能受損。（2）葡萄糖含量超標(biāo)，且糖化血清白蛋白嚴(yán)重超標(biāo)，可能是糖尿病。糖尿病患者長期高血糖，會(huì)導(dǎo)致眼、腎、心臟、血管、神經(jīng)等慢性損害。（3）甘油三酯超標(biāo)，可引起高血脂癥，易并發(fā)冠心病、動(dòng)脈粥樣硬化等。

內(nèi)環(huán)境會(huì)因此而劇烈變化嗎？

隨著外界環(huán)境的變化和體內(nèi)細(xì)胞代謝活動(dòng)的進(jìn)行，內(nèi)環(huán)境（如血漿）的各種化學(xué)成分和理化性質(zhì)在不斷發(fā)生變化。

細(xì)胞代謝會(huì)產(chǎn)生許多酸性物質(zhì)，如碳酸等；人和動(dòng)物吃的食物代謝后也會(huì)產(chǎn)生一些酸性或堿性物質(zhì)。

這些物質(zhì)進(jìn)入內(nèi)環(huán)境，會(huì)使機(jī)體的pH發(fā)生怎樣的變化呢?下面的探究活動(dòng)將幫助你回答這個(gè)問題。

模擬生物體維持pH的穩(wěn)定1.實(shí)驗(yàn)原理

在溶液中加入酸或堿，緩沖對(duì)（如：HPO42-/H2PO4-）能使溶液pH的變化減弱；與自來水相比，生物組織勻漿更類似于緩沖液。2.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

通過比較自來水、緩沖液和肝勻漿在加入酸或堿后pH的變化，推測(cè)生物體是如何維持pH穩(wěn)定的。內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化3.方法步驟：見教材4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果：材料(25mL)0.1mol/L的HCl滴數(shù)0.1mol/L的NaOH滴數(shù)051015202530051015202530自來水6.86.56.36.05.04.13.87.08.89.49.810.010.511.0緩沖液7.07.06.86.66.56.46.37.07.27.37.57.88.08.2肝勻漿6.46.26.16.06.05.95.96.36.46.56.76.76.87.0內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化討論：（1）就加入HCl或NaOH溶液后pH的變化來說，肝勻漿更像自來水還是更像緩沖液？

緩沖液（2）緩沖液的pH變化為什么與自來水的不同？

磷酸鹽緩沖液中含有NaH2PO4/Na2HPO4，所以溶液pH變化不明顯。推斷：

肝勻漿中可能含有緩沖對(duì)。（3）方法步驟9中所用到的生物材料與肝勻漿的實(shí)驗(yàn)結(jié)果類似嗎？類似內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化（4）請(qǐng)根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，嘗試對(duì)機(jī)體維持pH穩(wěn)定的機(jī)制進(jìn)行解釋。

機(jī)體內(nèi)環(huán)境中含有緩沖對(duì)HCO3-/H2CO3、HPO42-/H2PO4-等，它們能夠?qū)λ岷蛪A起緩沖作用。

機(jī)體通過對(duì)生理活動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)來維持pH穩(wěn)定。例如當(dāng)劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉中會(huì)產(chǎn)生大量的乳酸。乳酸進(jìn)入血液后，可與血液中的NaHCO3發(fā)生作用，生成乳酸鈉和H2CO3。H2CO3分解成CO2和H2O。血液中的CO2增多會(huì)刺激呼吸中樞，使呼吸增強(qiáng)，將CO2排出體外。當(dāng)乳酸鈉進(jìn)入血液后，與血液中的H2CO3發(fā)生作用，形成碳酸氫鹽，過多的碳酸氫鹽可以由腎排出，維持pH穩(wěn)定。內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

生物材料的性質(zhì)類似于緩沖液而不同于自來水，說明生物材料內(nèi)含有緩沖物質(zhì)，能夠維持pH的相對(duì)穩(wěn)定。

人體內(nèi)環(huán)境中也有很多緩沖對(duì)，其中最重要的是HCO3-/H2CO3，其次還有HPO42-/H2PO4-等。當(dāng)一定量的酸性或堿性物質(zhì)進(jìn)入后，內(nèi)環(huán)境的pH仍能維持在一定范圍內(nèi)。

內(nèi)環(huán)境的其他化學(xué)成分和理化性質(zhì)也維持在一定范圍嗎？

正常情況下，不同人的體溫因年齡、性別等的不同而存在微小差異；同一人的體溫一日內(nèi)有變化，變化幅度一般不超過1℃。盡管環(huán)境氣溫波動(dòng)較大，但健康人的腋窩溫度始終變化不大。內(nèi)環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化

不僅體溫如此，健康人內(nèi)環(huán)境的每一種成分如血糖、血脂，以及滲透壓等理化性質(zhì)都是不斷變化的，但都處于一定的范圍內(nèi)?；瘜W(xué)成分和理化性質(zhì)（即正常值）都有一個(gè)變化范圍。

若某中成分含量高于或低于參考值，則預(yù)示著機(jī)體可能處于不健康的狀態(tài)。穩(wěn)態(tài)：正常機(jī)體通過調(diào)節(jié)作用，使各個(gè)器官、系統(tǒng)協(xié)調(diào)活動(dòng)，共同維持內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)叫做穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)是如何實(shí)現(xiàn)的呢?穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制的認(rèn)識(shí)

維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的基礎(chǔ)

人體各器官、系統(tǒng)協(xié)調(diào)一致地正常運(yùn)行。例如:腎是形成尿液的器官，當(dāng)發(fā)生腎功能衰竭時(shí)，病人的水和無機(jī)鹽等的代謝會(huì)紊亂，可出現(xiàn)全身水腫，尿素氮升高、嘔吐等一系列癥狀，即尿毒癥，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致死亡。穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制的認(rèn)識(shí)

直接相關(guān)的系統(tǒng)：消化系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)和泌尿系統(tǒng)

起調(diào)節(jié)作用的系統(tǒng)：神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)機(jī)體內(nèi)各個(gè)器官、系統(tǒng)，為什么能夠保持協(xié)調(diào)一致呢?機(jī)體內(nèi)各個(gè)器官、系統(tǒng)為什么能保持協(xié)調(diào)機(jī)制？①1857年，貝爾納推測(cè)：內(nèi)環(huán)境保持穩(wěn)定主要依賴神經(jīng)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)。②1926年，坎農(nóng)提出穩(wěn)態(tài)的概念。穩(wěn)態(tài)不是恒定不變，而是一種動(dòng)態(tài)平衡。提出：內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)是在神經(jīng)調(diào)節(jié)和體液調(diào)節(jié)的共同作用下，通過機(jī)體各種器官、系統(tǒng)分工合作、協(xié)調(diào)統(tǒng)一而實(shí)現(xiàn)的。③目前普遍認(rèn)為：神經(jīng)-體液-免疫調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)是機(jī)體維持穩(wěn)態(tài)的主要調(diào)節(jié)機(jī)制。穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制的認(rèn)識(shí)分析內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)失調(diào)的實(shí)例1、你有過發(fā)高熱的經(jīng)歷嗎？談?wù)劯邿嶙顕?yán)重時(shí)的感受。體溫過高時(shí)為什么要采取物理降溫或藥物降溫的措施？病人感覺頭暈、厭食、四肢無力等。高溫影響酶活性，導(dǎo)致細(xì)胞代謝出現(xiàn)紊亂。2、嚴(yán)重腹瀉后，如果只喝水，不補(bǔ)充鹽，內(nèi)環(huán)境的滲透壓可能會(huì)出現(xiàn)什么變化？

內(nèi)環(huán)境滲透壓會(huì)降低。當(dāng)內(nèi)環(huán)境滲透壓降低時(shí)，內(nèi)環(huán)境中的水將較多地通過滲透作用進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，造成細(xì)胞吸水腫脹，進(jìn)一步導(dǎo)致細(xì)胞代謝和功能紊亂。嚴(yán)重時(shí)人體會(huì)出現(xiàn)疲倦、全身不適、惡心、食欲減退、皮下組織腫脹等癥狀。3、援藏的技術(shù)人員到青藏高原后常會(huì)出現(xiàn)頭痛、乏力、心跳加快甚至血壓升高等癥狀，為什么？這說明外界環(huán)境與內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)之間有什么關(guān)系？

高原空氣稀薄，大氣壓和氧分壓低，使體內(nèi)缺氧。說明外界環(huán)境變化會(huì)影響內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)機(jī)制的認(rèn)識(shí)外環(huán)境變化過于劇烈（外因）調(diào)節(jié)能力有限（內(nèi)因）內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)遭到破壞細(xì)胞代謝紊亂甚至導(dǎo)致疾病發(fā)生

人體維持穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)能力是有一定限度的

炎炎夏季，在高溫環(huán)境中從事體力勞動(dòng)人，最容易發(fā)生中暑。中暑，即高溫引起機(jī)體體溫調(diào)節(jié)功能紊亂所表現(xiàn)出的一系列癥狀，如高熱、皮膚干燥、惡心、嘔吐、食欲不振、心悸、頭痛等。嚴(yán)重中暑會(huì)使體溫超過40℃，病死率比較高。內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要意義內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的重要意義（1）正常的血糖濃度和血液中的含氧量，能為細(xì)胞代謝提供充足的反應(yīng)物。（2）適宜的溫度和pH等能保證酶正常地發(fā)揮催化作用。1、細(xì)胞代謝是由細(xì)胞內(nèi)眾多復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)組成的，完成這些反應(yīng)需要各種物質(zhì)和條件。2、重要意義：內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)是機(jī)體進(jìn)行正常生命活動(dòng)的必要條件。穩(wěn)態(tài)概念的發(fā)展

穩(wěn)態(tài)在生命系統(tǒng)的各個(gè)層次上普遍存在，已成為生命科學(xué)的一大基本概念。分子水平：基因表達(dá)的穩(wěn)態(tài)、激素分泌的穩(wěn)態(tài)、酶活性的穩(wěn)態(tài)等↓細(xì)胞水平：細(xì)胞分裂和分化的穩(wěn)態(tài)等↓器官水平：心臟活動(dòng)(血壓、心率)的穩(wěn)態(tài)、消化腺分泌消化液的穩(wěn)態(tài)等↓群體水平：種群數(shù)量變化的穩(wěn)態(tài)、生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)態(tài)

穩(wěn)態(tài)概念的發(fā)展練習(xí)與應(yīng)用1.×√×

×2.D提示：“人造子宮”看起來像一個(gè)大塑膠袋，確切地說是用特殊材質(zhì)制成的一種生物袋。它要代替母羊子宮孕育羊羔，這個(gè)生物袋內(nèi)必須裝“羊水”，能夠?yàn)樵绠a(chǎn)羊羔生活提供適宜的液體環(huán)境。該“羊水”模擬自然子宮羊水的成分種類和含量，除水和電解質(zhì)外，包含多種可以促進(jìn)羊羔生長的營養(yǎng)物質(zhì)和生長因子，如蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等，也包括抗生素、尿素等。此外，這種“羊水”還必須具備適宜的溫度和酸堿度?！叭嗽熳訉m”接有專門管道，需要每天注入定