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第2节 内环境的稳态
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。下图是某人的血液生化检查化验单的一部分。
1、为什么血液的生化指标能反映机体的健康状况？
血液生化指标是指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。
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影响？
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。
葡萄糖含量超标，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。
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，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。
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？
探究·实践：模拟生物体维持pH的稳定
1.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。
2.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。
3.材料用具
——生物组织材料
——动物血浆、肝匀浆、蛋清等
4.探究实验
（1）提出问题：
内环境会因为细胞代谢产物/饮食而剧烈变化吗？机体pH能否维持在一定范围内？
（2）做出假设：机体能维持pH的相对稳定
（3）设计实验：
1、该实验的自变量是什么？
2、该实验的因变量是什么？
3、该实验设计须遵循哪些原则？
4、该实验的预期结果是怎样的？
设计实验
实验材料：
缓冲液（在加入酸或碱时，能维持pH的相对稳定）、自来水、肝匀浆、鸡蛋清、黄瓜匀浆、西红柿汁、0.1mol/L HCl、0.1mol/L NaOH
——酸性、碱性物质
——生物体pH的变化
——HCl/NaOH（均为0.1 mol/L）
——检测pH（pH计/pH试纸）
空白对照
已知具有减缓pH变化能力的溶液，标准对照
因变量
自变量
（4）实验步骤
分6组（每组一种液体材料），组内分A、B两个小组分别测酸碱。（以自来水材料为例，其余测定小组步骤相同）
A组：测酸对自来水pH的影响：
第一步：将30mL自来水倒入50mL烧杯中，测量并记录起始的pH；
第二步：一次加5滴0.1mol/L HCl，用玻璃棒搅匀后测pH，记录pH值到下方表格，直到加入30滴为止。
B组：测碱对自来水pH的影响：
第一步：烧杯中加入30mL自来水，测定并记录起始的pH；
第二步：一次加5滴0.1mol/L NaOH，用玻璃棒搅匀后测pH，记录pH值到下方表格，直到加入30滴为止。
（5）实验结果
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
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。
（6）实验结论
1、缓冲液的pH变化为什么与自来水的不同？
2、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？
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。
类似。
模拟生物体维持pH的稳定
讨论：
缓冲对
NaHCO3/H2CO3
Na2HPO4/NaH2PO4
①由一种弱酸与该种弱酸的碱性盐组成。
②既能抗酸，又能抗碱，有缓冲作用。
(1)剧烈运动产生大量乳酸时：
①乳酸＋NaHCO3→乳酸钠＋H2CO3。
结果：
CO2 由肺排出体外，缓冲了体内过多的酸。
(2)碱性物质进入血液时：
Na2CO3＋H2CO3→2NaHCO3
结果：
过多的 NaHCO3 由肾脏排出，缓冲了体内的碱性变化
以NaHCO3/H2CO3为例
②H2CO3→H2O＋CO2↑。
弱酸
弱酸
弱碱
弱碱
内环境的动态变化
缓冲液维持pH稳定的机制
机体维持pH稳定的机制
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。
课外实践：调查体温的日变化规律
成员 6：00 9：00 12：00 15：00 18：00 21：00 睡前 平均温度
母亲 36.4 36.7 37.1 37.4 37.0 36.8 36.7
父亲 36.2 36.6 36.9 37.2 36.9 36.6 36.6
自己 36.5 36.6 37.2 37.3 37.1 36.9 36.8
36.87
36.71
36.91
正常情况下，不同人的体温因年龄、性别等的不同而存在微小差异；
同一个人的体温随昼夜变化也不同。正常人的体温并不是一个固定值，而是一个温度范围，一般不超过1℃。尽管环境气温波动较大，健康人的体温始终接近37 ℃，处于动态平衡中。
不同年龄的人的体温有差异，一般年轻者高于年老者。
不同性别的人的体温也有差异，一般女子略高于男子。
渗透压是否也处于动态平衡中呢？请举例说明。
如：
输液必须输生理盐水、多饮多尿、
吃太咸就喝多水等。
吸水胀破
失水皱缩
和pH、体温一样，健康人内环境的每一种成分如血糖、血脂，以及渗透压等理化性质都是不断变化的，但都处于一定的范围内。化学成分和理化性质（即正常值）都有一个变化范围。
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。
内环境
变化
外界环境的变化
体内细胞代谢活动的进行
相对稳定状态
正常机体调节作用
血浆pH：7.35-7.45、体温：约37 ℃、渗透压：770 kPa
器官、系统协调活动
内环境
体外
细胞
体外
体外
O2
CO2
体外
①
②
③
④
呼吸系统
消化系统
泌尿系统
对稳态调节机制的认识
内环境稳态与消化、呼吸、循环、泌尿系统的功能联系示意图
①食物、水、无机盐（消化）
②未被吸收的物质
③滤过作用
④重吸收
二、对稳态调节机制的认识
1、人体各器官、系统协调一致地正常运行，是维持内环境稳态的基础
器官出现功能障碍会引起稳态失调，如肾衰竭会引起尿毒症
外界环境中的物质
消化系统
呼吸系统
皮肤，泌尿、排泄系统
循环系统
血浆
淋巴
组织液
细胞内液
系统中枢
营养物质
O2、CO2、H2O
水、无机盐、尿素、尿酸
促进
刺激
1857年，贝尔纳提出：内环境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。
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。
二、对稳态调节机制的认识
2.对稳态调节机制的探究历程
分析内环境稳态失调的实例
1、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，同时常有食欲不振、厌食、恶心的表现。
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。发热时机体分解代谢旺盛，持续高热会引起器官的功能负荷加重，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，出现脑损伤，如智力落后、甚至癫痫，因此应及时采用物理方法或服用药物来退烧降温。
2、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。严重时人体会出现疲倦、全身不适、恶心、食欲减退、皮下组织肿胀等症状。
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。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，并且机体代偿机制良好，内环境的波动较小，仍能维持稳态;若外界环境变化剧烈，机体代偿机制不好，内环境稳态将受到破坏，就会影响身体健康。
分析内环境稳态失调的实例
炎炎夏季，在高温环境中从事体力劳动人，最容易发生中暑。中暑，即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。
分析内环境稳态失调的实例
中暑分类
热射病：患者体温可达40℃以上，并伴有意识障碍、多器官功能损伤等。要迅速降温，体温越高持续时间越长，死亡率越高。
热衰竭：机体钠盐丢失过量、水电解质代谢紊乱以及有效循环血量不足的一种综合征。体温升高（不超过40℃）、多汗、眩晕。通过降低体温、补充含盐液体，及时治疗。
热痉挛：症状较轻，体温正常，常表现为腹部、腿部痉挛。主要是由于机体大量出汗，钠盐丢失过量有关，及时补充钠盐，短时间内恢复。
分析稳态失衡现象：
（1）理化性质失调
PH失调：酸中毒、碱中毒
渗透压失调：细胞形态、功能异常
体温失调：发热
（2）内环境化学成分含量失衡
失水过多
蛋白质含量降低
代谢废物增多
O2不足
血糖失调
从内环境稳态的角度分析补钙对人体的利弊？
1．能够维持内环境稳态的人一定不会生病，对吗？
提示：不对。内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件，但能够维持内环境稳态的人未必完全健康，如“植物人”及遗传病患者。
2．为什么免疫调节也属于调节的机制？
提示：因为免疫系统可以阻止异物进行机体，消灭机体内的异物，维持内环境的稳定。
外环境变化过于剧烈
（外因）
调节能力有限
（内因）
内环境的稳态遭到破坏
细胞代谢紊乱甚至导致疾病发生
水 肿
尿毒症
中暑
3.人体维持稳态的调节能力是有一定限度的。
4.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。内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件
内环境稳态
成分稳定
理化性质稳定
物质和能量
细胞代谢
条件（酶活性）
温度适宜
适宜
pH
供应
保证
三、稳态概念的发展
不同层次的生命系统都存在着类似个体（生理）水平上——内环境的稳态
（1）分子水平：基因表达的稳态、激素分泌的稳态、酶活性的稳态等。
例如在正常生长和分裂的细胞中，原癌基因和抑癌基因的表达存在着稳态。如果这个稳态受到破坏，正常细胞就可能会变成癌细胞。
正常人体内调节血糖的胰岛素和胰高血糖素等激素是处于动态平衡的。如果它们的分泌紊乱，人体血糖的稳态就会受到破坏。
（2）细胞水平：细胞的分裂和分化的稳态等。
（3）器官水平：心脏活动的稳态（血压、心率）、消化腺分泌消化液的稳态等。
（4）群体水平：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等。
（5）生态系统：结构和功能的稳态（稳定性）
稳态的实质是内环境化学成分和理化性质维持相对稳定。
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
细胞膜
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

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