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第2节 内环境的稳态
聚焦
1
什么是内环境的稳态？它有什么重要意义？
2
稳态调节的机制是什么？
3
在日常生活中，如何更好地维持内环境的稳态？
选择性必修1/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？
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。
（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。
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？
(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。
(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。
随着外界环境的变化和体内细胞代谢活动的进行，内环境的各种化学成分和理化性质不断发生变化。
内环境会因此而剧烈变动吗？
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？
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
一、内环境的动态变化
模拟生物体维持pH的稳定
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？
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、0.1mol/L HCl、0.1mol/L NaOH
提出问题
作出假设
设计实验
机体pH能否维持在一定范围内？
机体能维持pH的相对稳定
实验材料：
.
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。
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
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。
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。
2. 量取肝匀浆（上清液）25 mL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。
记录结果：
自变量
因变量
空白
对照
标准
对照
实验
组
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。
1. 加入HCI或NaOH后pH 的变化，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。
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HPO42-/H2PO4-,其中H2PO4-呈酸性，当加入少量NaOH时，可以中和OH-； HPO42-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。
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？
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
机体内含有缓冲物质HC03-/H2C03 ， HPO42-/H2PO4-等，它们能够对pH的变化起缓冲作用。
类似
呼吸系统
泌尿系统
内环境pH的稳态
来源
去路
细胞
1.内环境的pH
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？
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。
2.内环境的温度
结论：渗透压处于动态平衡
3.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。
稳态：
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。
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。
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？
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。
坎农
（W.B.Cannon）
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。
对稳态调节机制认识的科研历程
贝尔纳：神经调节
1857年
1926年
坎农：神经—体液调节
神经—体液—免疫调节
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？
你有过发高烧的经历吗？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。
发热时机体处于一种明显的分解代谢过旺的状态，持续高热必定引起器官的功能负荷加重，有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，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。
分析内环境稳态失调的实例
大量出汗或严重腹泻后，如果只喝水，不补充盐，内环境的渗透压会出现什么变化？这会带来怎样的后果？
严重腹泻，如果只喝水，不补充盐，内环境渗透压会降低。当内环境中的水较多地通过渗透作用进入细胞，造成细胞吸水肿胀，进一步导致细胞代谢紊乱和功能紊乱。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。
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，并且机体调节机制良好，内环境波动较小，仍能维持稳态；若外界环境变化剧烈，机体调节能力不好，内环境稳态将受到破坏，就会影响身体健康。
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。
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。
三、内环境稳态的重要意义
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：
（1）正常的血糖水平和血氧含量是供给机体所需能量的重要保障
（2）适宜的体温和pH是酶发挥催化作用的基本条件
（3）渗透压正常能够维持细胞正常的形态和功能
内环境稳态是机体进行正常生命活动的必要条件。
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）
四、课堂小结
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。
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。（ ）
一、概念检测




练习与应用
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
二、拓展应用
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？
“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。
一、选择题
1.正常情况下，人体具有维持内环境相对稳定的能力。下列相关叙述错误的是 （ ）
偶尔吃咸的食物不会长时间影响血浆渗透压的稳定
B. 在高温或寒冷条件下，正常人的体温总是接近37℃
C. 血浆的pH是由血浆中的氢离子维持的, 与其他物质无关
D. 喝水多则尿多，出汗多则尿少，以维持体液中水含量的稳定
2.人在剧烈运动时，体内会发生一些变化。下列相关叙述，正确的是 （ ）
大量乳酸进入血液，血浆由弱碱性变为弱酸性
B. 大量消耗葡萄糖，血浆中葡萄糖的浓度会相应降低
C. 大量失钠，对细胞外液渗透压的影响大于细胞内液
D. 大量失水，会引起血浆渗透压和细胞外液渗透压下降
C
第二节
C
复习与提高
1.在下图空白框和括号中填写适当的名词（箭头表示流动方向）。
二、非选择题
【答案】图示如下：
第二节
2.据报道，美国某法庭判决“酸碱体质理论”的提出者赔偿一名癌症患者1.05亿美元。该理论的主要意思是：①人的体质有酸性与碱性之分，酸性体质是“万病之源”；②人若要想健康, 应多摄入碱性食物，有些癌症患者受此理论影响，不去医院进行正规治疗，而寄希望于注射碱性物质以达到治愈目的。
（1）请运用本章所学关于内环境稳态的有关知识，并通过査阅相关资料获得更多的证据，尝试对“酸碱体质理论”进行评判。
“酸碱体质理论”缺乏充足的科学依据，理由如下:
①该理论中的“酸碱体质”概念模糊，在现代医学和中医学中都没有酸性体质和碱性体质的分法。
②该理论认为身体偏碱就是健康的，其实是偷换概念的错误命题。内环境相关知识显示，体内细胞的生活环境——内环境（即细胞外液，包括血浆、组织液和淋巴液等）的正常pH稳定在7.35～7.45，呈弱碱状态，但这并不意味着健康身体的每部分都偏碱性。例如，胃液呈强酸性，尿液呈弱酸性，阴道分泌物也呈弱酸性。
积极向亲朋好友宣传相关科学知识，劝阻他们不要受生产厂家的广告误导。
③该理论认为，酸性体质是“万病之源”，这是颠倒因果关系。在临床中，的确有很多酸中毒（pH低于7.35）的情况发生，但这不是酸中毒致病，而是因为服用了某些药物（如利尿剂） 或患有某些疾病（如糖尿病、肾功能衰竭、腹泻）而出现酸中毒。
④该理论认为，若要健康，应多摄入碱性食物。这也没有科学根据。食物虽有酸性、碱性的区分，但内环境相关知识表明，普通食物不可能引起内环境的酸碱度变化，因为人体内存在缓冲系统可以自动调节pH，使之保持一种动态的平衡。若日常饮食受该理论影响，将可能导致人体营养失衡，由此会引发更多疾病。
（2）现在有些生产厂家在售卖饮用水时，宣称碱性水为“健康水”。若你的亲朋好友为了健康而购买、饮用碱性水，你会怎样做？
第二节
3.2016年10月，我国神舟十一号载人飞船与“天宫二号”成功实现自动交会对接，航天员顺利进入空间实验室。太空环境是一个高真空环境，人必须穿上特制的航天服，乘坐专门设计的载人航天器，才能在太空中安全地生活和工作。因为航天器和航天服都具备生命保障系统，为宇航员提供一个类似于地面的环境。请搜集有关资料，分析这套生命保障系统中有哪些是为维持内环境的稳态设计的。
航天器和航天服中的生命保障系统，主要由氧源（气瓶）和供气调压组件、水升华器和水冷却循环装置、空气净化组件、通风组件、通信设备、应急供氧分系统、控制组件和电源、报警分系统、遥测分系统等组成。它能够为航天员提供呼吸用氧，并控制服装内的压力和温度，清除航天服内CO2、臭味、湿气和微量污染等。这套生命系统与压力服（给宇航员提供正常大气压）一起，在人体周围创造适宜人生存和工作的微小气候环境，有利于宇航员维持机体内环境的稳态。

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