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科学家访谈
第一章 人体的内环境与稳态
第1节 细胞生活的环境
学习目标 核心素养
1.描述内环境的组成和理化性质，理解组织液、血浆和淋巴三者之间的关系。 2.说明细胞通过内环境与外界环境进行物质交换。 3.尝试构建人体细胞通过内环境与外界环境进行物质交换的模型。 1.生命观念——理解内环境的核心概念，建立人体内外对立统一的观念
2.科学思维——通过分析体液各成分相互转化的模型图，培养理性思维能力
3.社会责任——通过分析人体内环境物质组成，关注人体健康
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。
讨论
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。
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。与外界环境相比，血浆的理化性质更为稳定，如温度基本恒定。
问题探讨
血细胞生活在血浆中，草履虫直接生活在外界水环境中。
相同之处：都是液体环境。
图1所示细胞为人体血液中的血细胞，包括红细胞、白细胞等。图2所示细胞为单细胞动物草履虫。
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。
讨论
问题探讨
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？
血细胞直接置于外界环境中，可能会由于pH、渗透压等理化性质不同而导致死亡。血细胞吸水膨胀直至破裂。
图1
图2
　　直接生活在外界液体环境中，从中直接获取养料和氧，并将代谢废物直接排入水中。
单细胞生物
　　绝大多数浸润在体内液体环境中。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。
多细胞生物
多细胞生物的细胞直接生活的环境是什么？它们是如何和外界进行物质交换的？
问题探讨
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。
细胞外液
细胞内液
体液
组织液
血浆
淋巴液等
存在于细胞内约占2/3
存在于细胞外约占1/3
1.体液：体内都含有大量以水为基础的液体，这些液体统称为体液。
注意：泪液、汗液、唾液、尿液不属于体液
进行新陈代谢的主要场所
细胞生活的直接环境
一、体内细胞生活在细胞外液中
2.细胞外液：
离心前
离心后
血浆
白细胞、血小板
红细胞
一、体内细胞生活在细胞外液中
（1）血浆
血 液
血 浆
血 清
红细胞
白细胞
血小板
水
其它溶质
血细胞
纤维蛋白原
血浆主要作用：运输血细胞，运输养料、氧和体内产生的代谢废物。
血浆是血细胞的直接生活环境
血液≠血浆：：血液包括血细胞和血浆
思考：在毛细血管处，血浆是如何与组织细胞进行物质交换的？
(2)组织液:组织间隙液
组织液是绝大多数细胞直接生活的环境
(3)淋巴液:
淋巴液中有大量的淋巴细胞
几类细胞的直接生活环境（即内环境）
①组织细胞（神经细胞、肌肉细胞）
②血细胞（红细胞、白细胞、血小板）
③淋巴细胞（T 淋巴细胞、B淋巴细胞）、 吞噬细胞
④毛细血管壁细胞
⑤毛细淋巴管壁细胞
组织液
血浆
血浆和淋巴
血浆和组织液
淋巴和组织液
一、体内细胞生活在细胞外液中
血浆
组织液
淋巴
毛细血管壁
细胞外液
血细胞
大多数细胞
淋巴细胞
吞噬细胞
毛细血管壁
毛细淋巴管壁
淋巴循环
组织液、血浆和淋巴的关系
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=内环境（“外”是对细胞而言，“内”是对人体而言）
内环境
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
细胞内液
①__________
②__________
③__________
④__________
血浆
淋巴液
组织液
细胞内液
习题巩固
①__________
②__________
③__________
血浆
淋巴液
组织液
A
B
字母表示结构，序号表示液体
A ① .
B ② .
C ③ .
④ .
C
①
②
③
④
血浆
淋巴液
组织液
细胞内液
毛细血管
毛细淋巴管
组织细胞
习题巩固
脑脊液是充满脑室系统、蛛网膜下隙和脊髓中央管内的无色透明液体。其内含多种浓度不等的无机离子、葡萄糖、微量蛋白和少量淋巴细胞，pH为7.4，对中枢神经系统起缓冲、保护、运输代谢产物和调节颅内压等作用。
一、体内细胞生活在细胞外液中
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)；
与生活的联系
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)
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。
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
三酰甘油 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
二、血浆的化学成分
讨论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）
脂类（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、氨基酸、甘油、脂肪酸、乳酸等）
（尿素、尿酸等）
（Ｏ２、ＣＯ２等）
（胰岛素、抗体、维生素等）
三、血浆的化学成分
讨论2: 除表中所列成分外,血浆中还可能含有哪些物质？
讨论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。
三、血浆的化学成分
还含有气体分子（主要是氧气和二氧化碳）、调节生命活动的各种激素、其他有机物（如维生素）等。
4.从葡萄糖、三酰甘油、尿素、钠中任选一种成分，分析来源和去路。
食 物
（运输作用）
物质残渣（一直未进入体内）
营养物质
气 体
O2
（消化、吸收作用）
CO2、少量水
其余代谢
终产物
皮 肤
（排泄作用）
内 环 境
组 织 细 胞
O2、营养物质
代谢终产物
体外
体外
消化系统
呼吸系统
循环系统
泌尿系统
三、血浆的化学成分
水 90%
蛋白质 (血浆蛋白) 7%~9%
无机盐 1%
血浆运输的其他物质 营养物质 葡萄糖、激素、O2、三酰甘油等
代谢废物 尿素、肌酐、
尿酸、CO2等
总结
这里的百分数是质量分数
组织液和淋巴液的成分和各成分的含量与血浆相近，但又不完全相同，最主要的差别在于血浆中含有较多的_____________，而组织液和淋巴液中蛋白质含量很少。
体液 蛋白质 K+ Na+和Cl-
细胞内液
细胞外液 血浆
组织液和淋巴液
最多
较多
较少
最多
较少
较少
最多
最多
较少
蛋白质
总结
K+主要在细胞内液，Na+主要在细胞外液。
渗透压
酸碱度
内环境的理化性质
温度
三、内环境的理化性质
蒸馏水
生理盐水
高浓度溶液
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：
1.渗透压
三、内环境的理化性质
等渗溶液
低渗溶液
高渗溶液
失水
动态平衡
吸水
①概念：
溶质微粒数量 对水的吸引力 渗透压高低
越多（n↑）
越少（n↓）
与溶质微粒的关系：
三、内环境的理化性质
（1）渗透压
②决定因素：
单位体积内溶质微粒的数目。
单位体积中溶质微粒数越多其吸水力就越强。只比较单位体积内微粒的数目，与微粒的大小与种类无关。
越大
越高
越小
越低
是指溶液中溶质微粒对水的吸引力。
一段时间
10%
葡萄糖
10%蔗糖
半透膜
如图: 葡萄糖和蔗糖分子不能通过半透膜，一段时间后Ｕ型管中的液面如何变化？
注意: 葡萄糖和蔗糖分子不能通过半透膜
三、内环境的理化性质
（1）渗透压
注：葡萄糖和蔗糖分子不能通过半透膜，图中为质量分数。
③血浆渗透压的决定因素:
细胞外液渗透压的90%以上来源于 。
④血浆渗透压的大小:
血浆渗透压大小主要与 、 的含量有关。
人的血浆渗透压约为 KPa，相当于细胞内液的渗透压。相当于7个大气压。
无机盐
蛋白质
Na+和Cl-
770
*补充: 细胞外液渗透压主要与_____有关。
细胞内液渗透压主要与_____有关。
Na+
K+
三、内环境的理化性质
1. 为什么医院里给病人输液时必须使用生理盐水（质量分数为0.9%的NaCl溶液）？
生理盐水是质量分数为0.9%的NaCl溶液，溶液渗透压与细胞外液的渗透压大致相等，是血浆的等渗溶液，注射等渗溶液不会引起血浆等细胞外液渗透压的改变，减少对细胞的影响。
思考
三、内环境的理化性质（包括渗透压、酸碱度和温度）
2. 还有没有其他等渗溶液？
质量分数为5%的葡萄糖溶液
3. 甘露醇是临床抢救特别是脑部疾患抢救常用的一种药，甘露醇进入体内后能提高血浆渗透压，使组织脱水，可降低颅内压和眼内压，从此描述来看，甘露醇属于____________（低渗/高渗）溶液。
高渗
（2）酸碱度
①正常人的血浆近中性:
②酸碱平衡维持:
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
pH为7.35~7.45
(主要)
缓冲对NaHCO3/H2CO3 Na2HPO4/NaH2PO4
三、内环境的理化性质
如图表示某人从初进高原到完全适应，其体内血液中乳酸浓度的变化曲线，下列对ab段和bc段变化原因的分析，正确的是(　　)
A.ab段上升是因为人初进高原，呼吸频率加快造成的
B.bc段下降的原因：一是血液中的乳酸被血液中的缓冲物质转化为其他物质；
二是造血功能逐渐增强，红细胞数量增多
C.ab段上升的原因是人体只进行无氧呼吸，产生大量的乳酸进入血液
D.ab段产生的乳酸，在bc段与Na2CO3反应
B
习题巩固
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。
三、内环境的理化性质（包括渗透压、酸碱度和温度）
温度
注意： 内环境的理化性质主要为渗透压、酸碱度和温度。内环境的理化性质不是恒定不变的，只是一个想对稳定的状态。
血细胞
血浆
组织细胞
组织液
淋巴细胞等
淋巴液
内环境
外界环境
？
内环境如何与外界环境进行物质交换？
四、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
细胞作为一个开放的系统，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，从而维持细胞正常的生命活动。
内环境
1. Na+、葡萄糖、氨基酸和O2等分别是经过什么途径进入内环境的
消化系统
食物
循环系统
组织液
淋巴液
血浆
空气
呼吸系统
外环境
组织细胞
外界环境通过系统和内环境向组织细胞运送有用物质
五、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
Na+和Cl-直接来自食物，不需要经过消化，可直接被吸收（主动运输）。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(主动运输)。O2经过呼吸系统进入内环境
消化系统由消化道和消化腺两部分组成。消化道包括口腔、咽、食管、胃、小肠及大肠等。小肠是消化、吸收的主要场所。食物在小肠内受到胰液、胆汁和小肠液的化学性消化以及小肠的机械性消化,各种营养成分逐渐被分解为简单的可吸收的小分子物质在小肠内吸收。
汉水丑生侯伟作品
消化系统
番外篇：关于“系统”的简介
消化道中的葡萄糖进入组织细胞被利用经过的膜层数至少为进、出小肠黏膜上皮细胞(2层)＋进、出毛细血管壁细胞(两次，4层)＋进组织细胞(1层)＝7层。
丙酮酸、O2在线粒体中被利用，葡萄糖在细胞质基质中被分解。
肺是最主要的呼吸器官，主要由反复分支的支气管及其最小分支末端膨大形成的肺泡共同构成，肺泡是人体与外界空气进行气体交换的主要部位，外面缠绕着丰富的毛细血管。肺泡壁和毛细血管壁都很薄，各由一层上皮细胞组成，这些都有利于进行气体交换。吸入空气中的氧气，透过肺泡进入毛细血管，通过血液循环，输送到全身各个器官组织细胞。各细胞产生的CO2经过血液循环运送到肺，然后经呼吸道呼出体外。通过肺泡内的气体交换，血液由含氧气少二氧化碳多的静脉血变成含氧气多二氧化碳少的动脉血。
呼吸系统
汉水丑生侯伟作品
番外篇：关于“系统”的简介
外界空气中的O2进入组织细胞被利用经过的膜层数至少为进、出肺泡壁细胞(2层)＋进、出毛细血管壁细胞(两次，4层)＋进、出红细胞(2层)＋进组织细胞(1层)＋进线粒体(2层)＝11层。
O2的浓度：血浆＞组织液＞细胞内液
CO2的浓度：细胞内液＞组织液＞血浆
2. 体内细胞产生的代谢废物（如尿素和二氧化碳），是通过哪些器官排到体外的？
循环系统
组织细胞
血浆
外界环境
呼吸系统
组织液
皮肤
泌尿系统
内环境
外环境
组织细胞通过内环境和系统排出无用物质
五、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
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。
泌尿系统
肾单位
肾小体
肾小管
肾小球
肾小囊
血液流经肾小球,从血浆中过滤出一些基本不含蛋白质的滤液到肾小囊腔中,称为原尿。原尿流经肾小管和集合管,在肾小管和集合管处,99%的水、全部葡萄糖和部分无机盐等被重吸收,剩下少量水和无机盐以及代谢废物（如尿素）形成终尿。
（过滤血浆）
（重吸收）
汉水丑生侯伟作品
番外篇：关于“系统”的简介
3. 参与维持pH的HCO3-是怎样形成的？
细胞代谢产生的CO2与H2O结合，在碳酸酐酶作用下，发生下列反应：
CO2+H2O H2CO3 H+ + HCO3-。
HCO3-通过与细胞外的阴离子交换到达细胞外液，即组织液、血浆或淋巴中。
五、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
组织细胞
内环境
外界环境
循环
系统
消化系统
呼吸系统
泌尿系统
皮 肤
血浆
组织液
淋巴液
养料
养料和O2
CO2等代谢产物
食物
O2
CO2
水、无机盐、尿素等
水、无机盐等
O2
CO2
代谢
产物
代谢产物
内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介
五、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
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的关系。
直接相关的系统：消化、呼吸、泌尿、循环。直接有关的器官：皮肤、肺、肾、小肠等。
5. 以上讨论是否增进了你对本章首页题诗的理解？
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
五、细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
②内环境与外界环境的物质交换需要各个系统的参与
③细胞通过内环境与外界环境进行物质交换
④细胞不仅依赖于内环境，也参与了内环境的形成和维持。
内环境是体内细胞与外界环境进行物质交换的媒介。
细胞与内环境之间也是相互影响、相互作用的。
这就是题诗中所要表达的直接含义。
课堂小结
一、概念检测
1. 人在进行一定强度的体力劳动后，手掌或脚掌上可能会磨出水疱。水疱中的液体主要是组织液，一段时间后水疱可自行消失。请判断以下有关说法是否正确。
（1）水疱的成分中蛋白质的含量最高。（ ）
（2）水疱主要是由血浆中的水大量渗出到组织液形成的。（ ）
（3）水疱自行消失是因为其中的液体可以渗人毛细血管和毛细淋巴管 （ ）
（4）水疱的形成和消失说明内环境中物质是不断更新的。（ ）
2. 人体内环境是体内细胞直接生活的环境。下列属于人体内环境的是（ ）
A.膀胱内的尿液 B.大脑细胞间隙的液体
C.肺泡腔内的气体 D.小肠腔内的消化液
×
√
√
√
B
练习与应用
3.右上图表示人体内细胞与外界环境之间进行物质交换的过程，A、B、C表示直接与内环境进行物质交换的几种器官，①②是有关的生理过程。
(1) A 、B 、C 分别是____________________
(2) B内的营养物质通过①过程进入内环境，则①表示________________
(3)②表示_________________
肺、小肠等、肾
营养物质的吸收
肾小管的重吸收
二、拓展应用
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？请査阅相关资料，寻找答案。
剧烈运动后肌肉产生的大量乳酸等酸性物质，不会使血浆的酸碱度发生很大的变化，这是由于血液中缓冲物质的调节作用以及机体的调节作用。具体调节机制如下。当大量乳酸进入血液后，可与血液中的碳酸氢钠发生作用，生成乳酸钠和碳酸。碳酸是一种弱酸，可以分解成CO2和水。血液中的CO2增多会刺激呼吸中枢，使呼吸运动增强，增加通气量，从而将CO2排出体外，所以对血液的pH影响大。当碳酸钠进入血液后，与血液中的碳酸发生作用，形成碳酸氢盐，过多的碳酸氢盐可以由肾排出。
练习与应用
属于内环境成分的主要物质：
特别提醒
血浆运送的气体及各种营养物质：如O2、水、蛋白质、脂质、氨基酸、维生素、葡萄糖、核苷酸、无机盐等。
血浆运送的各种代谢废物：如CO2、尿素、尿酸、氨等。
血浆和组织液中的各种功能性物质：如血浆蛋白、激素、抗体、神经递质、胞外酶等。
不属于内环境成分的四类物质：
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、过氧化氢酶以及DNA复制、转录、翻译有关的酶等）、核酸、糖原等.
细胞膜的成分：例如受体蛋白、载体蛋白.
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.
不能被消化吸收的物质：纤维素、淀粉、麦芽糖等.
特别提醒
呼吸道、消化道、膀胱、子宫等
与外界相通的液体如：
习题巩固
【检测】下列各组化合物中全是内环境成分的是( )
A. O2、CO2、血红蛋白、H＋
B. H2O2 酶、抗体、激素、H2O
C. 纤维蛋白原、Ca2＋、载体蛋白、受体
D. Na＋、HPO42－、葡萄糖、氨基酸
D
纤维蛋白原一种由肝脏合成的具有凝血功能的蛋白质。
循环系统
番外篇：关于“系统”的简介

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