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第3节　体液调节与神经调节的关系
【学习目标】
1.通过分析总结神经调节和体液调节的关系,树立稳态与平衡观。(生命观念)
2.通过建立体温调节及水和无机盐平衡调节的模型,培养建立模型的思维。(生命观念、科学思维)
3.通过学习体温调节及水和无机盐平衡调节的机制,养成关注人体健康的习惯,培养社会责任。(社会责任)
【自主预习】
一、体液调节与神经调节的比较
1.体液调节
2.体液调节与神经调节的关系
(1)基于神经调节和体液调节的区别,判断下列表述的正误。
Ⅰ.体液调节比神经调节作用的时间长。 (√)
Ⅱ.单细胞生物只有体液调节。 (√)
Ⅲ.与神经调节相比,体液调节准确而缓慢。 (×)
　　【提示】　神经调节准确、迅速,体液调节广泛、缓慢。
Ⅳ.神经调节和体液调节的结构基础相同。 (×)
　　【提示】　神经调节和体液调节的结构基础不同,前者是反射弧,后者是内分泌系统。
Ⅴ.体液调节能影响神经调节。 (√)
(2)联系
Ⅰ.不少内分泌腺直接或间接地受　中枢神经系统　的调节。
Ⅱ.内分泌腺分泌的激素也可以　影响神经系统　的发育和功能。
二、体液调节和神经调节的协调
1.体温的调节
(1)体温恒定的原理:机体的产热量　=　散热量。
(2)体温调节过程
a.体温调节中枢:　下丘脑　。
b.调节过程
Ⅰ.寒冷→冷觉感受器→传入神经→下丘脑的体温调节中枢→传出神经→效应器。
Ⅱ.炎热→热觉感受器→传入神经→下丘脑的体温调节中枢→传出神经→效应器。
c.调节方式:　神经调节和体液调节　共同实现。
(3)人体调节体温的能力是有限的。体温过低或过高都会影响物质代谢的正常进行,使细胞、组织和器官发生功能紊乱,破坏　内环境稳态　,严重时会危及生命。
2.水和无机盐平衡的调节
(1)人体内水的来源和去路
(2)人体内的无机盐
a.存在形式:大多以　离子　形式存在。
b.Na+的来源和去路:Na+的主要来源是　食盐　,几乎全部由小肠吸收,主要经肾随尿排出,排出量几乎等于摄入量。
(3)水和无机盐平衡的调节过程
a.当人饮水不足或吃的食物过咸或失水过多时:
Ⅰ.神经调节途径:下丘脑中的渗透压感受器兴奋→　大脑皮层　产生渴觉,使人主动饮水、补充水分。
Ⅱ.神经—体液调节途径:下丘脑中的渗透压感受器兴奋→下丘脑分泌、垂体释放的　抗利尿激素　增加,从而促进　肾小管　和　集合管　对水分的重吸收,减少了尿量的排出,保留了体内的水分,使细胞外液的渗透压趋向于恢复正常。
b.当大量丢失水分使细胞外液量减少以及血钠含量降低时,肾上腺皮质增加分泌　醛固酮　,促进　肾小管和集合管　对Na+的重吸收,维持血钠含量的平衡。
c.水和无机盐的平衡,是在神经调节和激素调节的共同作用下,通过调节尿量和尿的成分实现的。
【合作探究】
任务1　体液调节与神经调节的比较
活动1　多角度比较神经调节与体液调节
　　同学们玩过过山车吗 在游乐园乘坐过山车,头朝下疾驰时,不少人感到心怦怦直跳,有些人还会狂呼乱叫,此时能使心跳和呼吸加快的肾上腺素含量明显升高。这一现象我们姑且称之为“过山车现象”。既然知道过山车是安全的,为什么心跳还会加速呢 请分析并回答这个例子中有关神经调节和体液调节的问题:
1.体液调节与激素调节有什么不同
　　【提示】　体液调节包括激素调节,激素调节只是体液调节的一部分,是体液调节的主要内容,除激素外还有CO2等其他体液因子的其他调节。
2.为什么体液调节比神经调节的反应速度慢
　　【提示】　两者运输途径不同,体液调节是通过体液运输的,而神经调节是在神经纤维上以电信号形式传导的,前者较慢,后者较快。
3.肾上腺素随体液运输作用于人体,人表现为呼吸频率加快,心率加快等,这一过程的调节方式是什么
　　【提示】　体液调节或者激素调节。
4.当恐惧因素消除后,心率一般不会立马恢复至安静水平,这是为什么
　　【提示】　肾上腺素对心率的调节属于体液调节,体液调节作用时间较长。
5.血液中CO2 增多引起呼吸频率加快,请分析该过程的调节机制。
　　【提示】　血液中CO2 增多,高浓度的CO2 随体液运输,可有效刺激呼吸中枢,使呼吸中枢活动加强,肺的通气量增大,从而加快对CO2 的清除,此过程是由体液调节和神经调节共同参与完成的。
认知生成
体液调节与神经调节的比较
1.体液调节中的“体液”并非调节因子,而是传送调节因子的一些液体。这些液体主要是指构成内环境的三种液体:组织液、血浆和淋巴液。
2.体液调节≠激素调节。体液调节的研究对象不仅包括激素,还包括参与机体生命活动调节的其他体液因子,而激素调节的研究对象只有激素。
3.许多复杂的调节过程既有神经调节又有体液调节,一般来说神经调节占主导地位。
4.神经调节与体液调节都是通过信息传递引起相应的组织、器官产生相应的反应,只是前者借助的是生物电、神经递质,后者主要是借助激素或其他一些化学物质。
5.在激素调节中,对于某一生理活动的调节一般不是由一种激素完成的,而是由多种激素相互协调、相互作用、共同完成的。
例1　(2022·松原期中)奥运会10米跳台决赛中,某运动员五个动作三跳满分,以创纪录的成绩夺冠。下列与运动员在跳水时的神经调节和体液调节相关的叙述,不正确的是(　　)。
A.神经调节反应迅速、准确,作用时间短暂,但作用范围比较局限
B.一些低等动物和人不同,只有体液调节,没有神经调节
C.在某些情况下,体液调节可以看作是神经调节的一个环节
D.跳水运动员在很短的时间内做出复杂的动作,只通过神经调节就可完成
　　【答案】　D
【解析】　跳水运动员在很短的时间内做出复杂的动作,该过程需要神经系统的调节,也需要多种激素的参与,是通过神经调节和体液调节共同来完成的,D不正确。
【易错提醒】
体液调节和神经调节的结构基础和作用方式都不一样,但二者并不是各行其道、互不相干的,而是相互联系、彼此协调的。
对点练1　(2022·苏州期中)下列有关神经调节和体液调节的叙述,正确的是(　　)。
A.体液因子CO2可使大脑皮层中的呼吸中枢兴奋
B.神经递质都能与突触后膜上的受体结合,使后膜兴奋
C.体液调节的作用范围较广泛,但反应速度较缓慢
D.神经系统以神经冲动的形式作用于内分泌腺
　　【答案】　C
【解析】　呼吸中枢位于脑干,A错误;神经递质分为兴奋性和抑制性两种,其中抑制性神经递质不能使后膜兴奋,B错误;神经系统通过神经递质作用于内分泌腺,D错误。
任务2　体液调节和神经调节的协调
活动2　构建体温调节模型,理解体液调节和神经调节的协调关系
1.露天作业时,人受阳光直接暴晒,脑膜充血,大脑皮层缺血而引起中暑。中暑后人体的产热和散热还平衡吗 原因是什么
【提示】　不平衡。外界温度过高致使体内产生的热量不能及时散出。
2.当人从25 ℃的室内到5 ℃的室外后,试分析其体内发生的一些变化:
(1)通过机体调节,人体的产热和散热有什么变化 请比较人体在室内时的产热量(a)、散热量(b)和在室外时的产热量(c)、散热量(d)的大小关系。
(2)体内酶的活性如何变化 原因是什么
　　【提示】　(1)当人从25 ℃ 的室内到5 ℃ 的室外后,人体的散热增加,所以产热增加。人体25 ℃ 时的产热量(a)、散热量(b)和5 ℃ 时的产热量(c)、散热量(d)的大小关系:人体25 ℃ 时的产热量(a)=25 ℃ 时的散热量(b)<5 ℃ 时的产热量(c)=5 ℃ 时的散热量(d),即a=b(2)酶活性基本不变。因为人是恒温动物,环境温度变化后,体温依然维持在37 ℃左右。
3.寒冷刺激下机体通过哪些途径来增加产热
　　【提示】　通过神经调节使骨骼肌不自主战栗,增加产热;促进甲状腺激素和肾上腺素等激素释放,促进细胞代谢,增加产热。
4.试结合体温调节过程,分析人在剧烈运动后为什么会出现“面红耳赤”的现象。
　　【提示】　剧烈运动使机体产热增加,为维持体温相对恒定,机体散热也会增加,毛细血管舒张,血流速度加快,所以人在剧烈运动后会出现“面红耳赤”的现象。
认知生成
1.无论在寒冷条件还是高温条件下,只要体温恒定,产热量就等于散热量。例如,在发高烧时,若病人的体温升高,则是因为人体的产热量大于散热量,若体温保持不变,则是因为产热量等于散热量。
2.人体的体温调节中枢在下丘脑,热觉和冷觉在大脑皮层的感觉中枢产生,温度感受器分布于皮肤、黏膜和内脏器官中。体温调节中的反射活动均为非条件反射。
3.炎热环境中并非没有激素调节,只是相应激素分泌减少。
例2　下图为人体体温调节示意图,据图分析,下列叙述错误的是(　　)。
A.当受到炎热刺激时,机体主要依靠D、E和F途径散热
B.当受到寒冷刺激时,机体可通过B→C→G进行调节
C.D途径主要是依靠骨骼肌产热完成的
D.人体体温调节的过程属于神经—体液调节
　　【答案】　A
【解析】　在炎热环境中,机体主要是依靠皮肤血管和汗腺散热的,A错误。
【技巧归纳】
1.温度感受器接受的适宜刺激是“温度的变化”,而不是“冷”与“热”本身(如下图所示实验)。
2.热觉或冷觉不是在下丘脑中产生的,而是在大脑皮层的躯体感觉中枢中产生的。
3.恒温动物才有体温调节机制,变温动物的体温随外界环境温度的改变而改变。
对点练2　(不定项)某成年人从25 ℃环境来到10 ℃环境中,体温维持正常,其散热速率变化如图所示。下列叙述正确的是(　　)。
A.a~b段的散热量少于产热量
B.b~c段散热加快是由于汗液分泌增加
C.c~d段皮肤血管逐渐收缩
D.d~e段的产热速率大于a~b段
　　【答案】　CD
【解析】　a~b段体温维持正常,说明散热量=产热量,A错误;b~c段散热加快是由于外界温度降低,温差增大,B错误;c~d段处于寒冷条件下,皮肤血管逐渐收缩,减少散热,C正确;体温正常,即a~b段产热速率=散热速率,d~e段产热速率=散热速率,由题图可看出d~e段的环境温度低于a~b段的,散热速率大,所以d~e段的产热速率大于a~b段,D正确。
活动3　请结合课本P61“水盐平衡的调节示意图”,讨论并回答下列问题
1.当吃的食物过咸时,会感觉口渴难耐,此时体内如何调节以维持水盐平衡
　　【提示】　吃的食物过咸时,细胞外液渗透压升高,下丘脑分泌、垂体释放的抗利尿激素增加,促进肾小管和集合管重吸收水,减少了尿量的排出;同时,下丘脑中的渗透压感受器受到刺激后产生的兴奋会传至大脑皮层,产生渴觉,促使人主动饮水以补充体内的水分。
2.当血钠含量升高时,体内如何调节以维持血钠含量平衡
　　【提示】　当血钠含量升高时,肾上腺皮质分泌醛固酮的量减少,肾小管和集合管对Na+的重吸收减弱,维持血钠含量的平衡。
3.水和无机盐的平衡机制是什么
　　【提示】　水和无机盐的平衡是在神经调节和激素调节的共同作用下,通过调节尿量和尿的成分实现的。
4.某同学为减少上厕所的次数而很少喝水,这种做法是否可取 为什么
　　【提示】　不可取。人体每天需要通过排尿排出代谢废物,如果摄入的水量过少,尿量就会很少,通过排尿就无法正常排出代谢废物,进而造成人体内环境的紊乱。
认知生成
1.水盐平衡的调节过程
2.钠/钾盐平衡的调节过程
例3　(2022·松原期中)下列关于人体内水盐平衡调节的叙述,错误的是(　　)。
A.细胞外液渗透压稳定的调节过程存在负反馈调节
B.一次性大量饮水后,可能会导致血浆的渗透压下降
C.体内失水过多会引起下丘脑的渗透压感受器产生兴奋
D.饮食过咸会引起垂体合成并释放的抗利尿激素增多
　　【答案】　D
【解析】　细胞外液渗透压升高会促进肾小管和集合管对水分的重吸收,以降低细胞外液渗透压,细胞外液渗透压降低会抑制相关激素的分泌,使细胞外液渗透压保持稳定,故细胞外液渗透压稳定的调节过程存在负反馈调节,A正确;一次性大量饮水后,水会进入血浆,可能会导致血浆的渗透压下降,尿量增多,B正确;体内失水过多,会引起细胞外液渗透压升高,从而引起下丘脑中的渗透压感受器兴奋,C正确;抗利尿激素是由下丘脑分泌、垂体释放的,D错误。
【技巧归纳】
1.水和无机盐的平衡都是在神经调节和激素调节的共同作用下,通过肾脏来完成的。
2.水和无机盐的多和少,取决于两者的相对含量,它们共同决定细胞内液、细胞外液的渗透压。若水多盐少,会导致细胞外液渗透压降低,反之则导致细胞外液渗透压升高。
3.血浆渗透压、抗利尿激素的含量和尿量的关系
(1)血浆渗透压升高,抗利尿激素分泌增多,二者呈正相关;抗利尿激素促进肾小管和集合管对水分的重吸收,使尿量减少,二者呈负相关。
(2)抗利尿激素由下丘脑神经细胞产生,储存在垂体中,由垂体后叶释放到内环境中。
对点练3　(2022·枣庄期中)下图表示人体水盐平衡的调节机理。请据图判断甲、乙、丙依次为(　　)。
A.渴觉中枢、肾小管和集合管、抗利尿激素
B.抗利尿激素、渴觉中枢、肾小管和集合管
C.渴觉中枢、抗利尿激素、肾小管和集合管
D.抗利尿激素、肾小管和集合管、渴觉中枢
　　【答案】　D
【解析】　细胞外液渗透压升高后,下丘脑渗透压感受器受到刺激,下丘脑合成、垂体释放的抗利尿激素增多,促进肾小管、集合管对水分的重吸收,使尿量减少;同时大脑皮层(渴觉中枢)产生渴觉。所以图中甲、乙、丙依次是抗利尿激素、肾小管和集合管、渴觉中枢,D符合题意。
素能提升　结合实例分析体温调节(科学解释能力)
　　人和哺乳动物体内的脂肪组织可分为白色脂肪组织(WAT)和棕色脂肪组织(BAT),二者可以相互转化。WAT主要是将多余的糖等能源物质以甘油三酯的形式储存起来,BAT则专门用于分解脂质等以满足额外的热量需求。研究人员对小鼠脂肪组织的代谢进行了相关研究。
(1)脂肪是　　　　　　物质,具有保温、　　　　和　　　　　　的作用。
(2)图1是小鼠WAT和BAT细胞结构模式图。从结构和功能相适应的角度分析,WAT转化为BAT之后,产热效率提高的原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(答出两点)。
(3)雌激素相关受体α(ERRα)与BAT代谢密切相关。科学家获得ERRα基因缺陷小鼠A,将其与野生型小鼠B同时暴露在4 ℃的寒冷环境中进行实验,发现ERRα基因缺陷小鼠A体温迅速下降而死亡。结果说明ERRα与　　　　　　关系密切。检测两种小鼠在4 ℃的寒冷环境中体内BAT和WAT的数量,计算其比值(BAT/WAT),结果如图2,由此可推测　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
(4)进一步研究发现,位于线粒体内膜上的UCP1蛋白具有减少ATP合成,促进能源物质中的化学能更大比例地转化为热能的作用。综上可知,ERRα在相关激素的调节下,通过　　　　　　　　　　　　　　,使小鼠适应寒冷环境。
　　【答案】　(1)储能　缓冲　减压　(2)脂肪滴数量变多,体积变小,相对表面积增大,易于分解产热;线粒体数量增多,产热增加　(3)抵抗寒冷　雌激素通过ERRα(通过一系列信号传导通路)促进WAT转化为BAT　(4)促进WAT转化为BAT,促进UCP1基因的表达
【解析】　(1)脂肪是生物体内良好的储能物质,具有保温、缓冲和减压的作用。(2)根据题干信息可知,图1中BAT内含有许多小的脂肪滴和线粒体,所以从结构和功能相适应的角度分析,WAT转化为BAT之后产热效率提高的原因是脂肪滴数量变多,体积变小,相对表面积增大,易于分解产热;线粒体数量增多,产热增加。(3)题述实验现象说明ERRα与抵抗寒冷关系密切。根据以上分析并结合图2可知,雌激素通过ERRα(通过一系列信号传导通路)促进WAT转化为BAT。(4)综上研究可知,ERRα在相关激素的调节下,通过促进WAT转化为BAT,促进UCP1基因的表达,使小鼠产热增加而适应寒冷环境。
认知生成
体温调节过程中,热量来自细胞呼吸过程中氧化分解有机物释放的热能;细胞呼吸的主要场所是线粒体;促进细胞呼吸,促进产热有利于机体适应寒冷环境。
例4　(2023·四平段考)热射病是高温相关急症中最严重的情况,即重症中暑,是长时间处于高温、高湿环境中,身体调节功能失衡而引起的。下列有关说法正确的是(　　)。
A.高温、高湿环境,机体皮肤血管收缩,散热减少
B.炎热环境,机体的体温调节方式只有神经调节
C.寒冷环境,机体的体温调节方式为神经—体液调节
D.寒冷环境,下丘脑体温调节中枢兴奋,产生冷觉
　　【答案】　C
【解析】　高温、高湿环境,在神经调节作用下,机体皮肤血管舒张、汗液分泌增多,散热增多,A错误;炎热环境,机体的体温调节方式既有神经调节,也有体液调节,B错误;寒冷环境,在神经调节作用下,机体皮肤血管收缩、汗腺分泌减少,在体液调节作用下,甲状腺激素、肾上腺素分泌增多,C正确;产生冷觉的神经中枢位于大脑皮层,D错误。
对点练4　(2023·安庆联考)下图为某人在饥饿时参加冰桶挑战时体内的一些生理变化过程示意图(图中①~④为激素,A、B、C表示器官、组织或细胞)。请据图回答下列问题:
(1)参加者在被冰水浇遍全身时,寒冷刺激皮肤里的　　　　　　产生兴奋,经过传入神经传到　　　　中的体温调节中枢,再通过传出神经传到效应器,使机体产热增加,同时减少散热,维持体温恒定。在此过程中,机体产热量　　　　(填“大于”、“等于”或“小于”)散热量。产生冷觉的A是　　　　　　。
(2)全身被冰水浇湿后,下丘脑会分泌①,①促使B分泌②,②促使甲状腺分泌③,该过程中①表示　　　　　　,B表示　　　　,该过程体现了激素调节中的　　　　　　调节的特点;当③增加到一定程度后可以抑制下丘脑和B分泌①和②,该过程体现了激素调节中的　　　　调节。
(3)饥寒交迫时,　　　　细胞分泌的④　　　　　　含量增加,图中的C主要是指　　　　。
　　【答案】　(1)冷觉感受器　下丘脑　等于　大脑皮层　(2)促甲状腺激素释放激素(TRH)　垂体　分级　负反馈　(3)胰岛A　胰高血糖素　肝脏
【解析】　(1)寒冷刺激人体皮肤里的冷觉感受器产生兴奋,兴奋传导至下丘脑体温调节中枢,引起人体产热增加,散热减少,维持体温稳定;兴奋传至大脑皮层的躯体感觉中枢产生冷觉。此时机体的产热量等于散热量,体温维持稳定。(2)当身体的温度感受器受到寒冷等刺激时,相应的神经冲动传到下丘脑。下丘脑就会分泌①促甲状腺激素释放激素(TRH),运输到垂体,促使垂体分泌②促甲状腺激素。该过程体现了激素调节中的分级调节。但甲状腺激素过量时,会抑制下丘脑和垂体分泌相应的激素,维持激素含量的相对稳定,属于负反馈调节。(3)饥寒交迫时,胰岛A细胞分泌的④胰高血糖素含量增加,该激素能够促进肝糖原的分解和非糖物质的转化,从而升高血糖。
【随堂检测】
课堂小结 课堂小测
判断下列叙述的正误。 (1)草履虫等单细胞动物只有体液调节。 (√) (2)体液调节就是通过体液传送激素或其他一些化学物质对生命活动进行调节。 (√) (3)体温调节中枢、冷觉中枢都位于下丘脑。 (×) (4)某人体温维持39 ℃约2小时,此时其产热量大于散热量。 (×) (5)正常人体内的水来自饮水和食物。 (×) (6)正常人体内的Na+主要来自食盐。 (√) (7)下丘脑释放的抗利尿激素作用于肾小管、集合管。 (×) (8)肾上腺髓质分泌的醛固酮作用于肾小管和集合管。 (×) (9)人和高等动物的皮肤内分布有温度感受器、渗透压感受器等多种感受器。 (×)
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