中學生物/目錄/內環境穩態的重要性

在進行常規體檢時，通常要做血液的生化六項檢查，以了解肝功能、腎功能、血糖、血脂等是否正常。

1. 為什麼血漿的生化指標能反映機體的健康狀況？
2. 每種成分的參考值都有一個變化範圍，這說明什麼？

答案

1. 血漿生化指標指的是血漿中各種化學成分的含量，其中包括機體多種代謝產物的含量。健康機體的生化指標一般都處於正常範圍內。當機體某項生理功能出現障礙時，勢必影響其代謝產物的含量，因此血漿的生化指標可以反映機體的健康狀況，並可以作為診斷疾病的依據。例如，正常情況下，轉氨酶主要分布在各種組織的細胞內，以心臟和肝臟的活性最高，在血漿中的活性很低。當某種原因使細胞膜通透性增高時，或因組織壞死細胞破裂後，可有大量轉氨酶進入血漿，引起血漿中轉氨酶活性升高。
2. 這說明（1）內環境中各種化學成分的含量不是恆定不變的，而是在一定範圍內波動，內環境的穩定是一種動態的相對穩定；（2）不同個體存在一定差異。

隨着外界環境因素的變化和體內細胞代謝活動的進行，內環境的各種化學成分和理化性質在不斷發生變化。內環境會因此而劇烈變動嗎？

內環境的動態變化

請完成這個活動。

正常情況下，不同人的體溫，會因為年齡、性別等的不同而存在着微小的差異；同一個人的體溫在一日內也有變化，但一般不會超過1℃。儘管周圍的氣溫波動範圍較大，但健康人的體溫始終接近37℃。

降體溫的變化情況一樣，健康人的內環境的每一種成分和理化性質都處於動態平衡中。這種動態平衡是通過機體的調節作用實現的。生理學家把正常機體通過調節作用，使各個器官、系統協調活動，共同維持內環境的相對穩定狀態叫做穩態。

穩態是如何實現的呢？

對穩態調節機制的認識

1. 你有過發高燒的經歷嗎？談談高燒最嚴重時的感受。體溫過高時，為什麼要採取物理降溫或藥物降溫的措施？
2. 大量出汗或嚴重腹瀉後，如果只喝水，不補充鹽，內環境的滲透壓會出現什麼變化？這會帶來怎樣的後果？
3. 有人到青藏高原後會出現頭痛、乏力、心跳加快甚至血壓升高等症狀，為什麼？這說明外界環境與內環境穩態之間有什麼關係？
4. 夏天使用空調可以幫助你拜託酷熱的煎熬，但是長時間使用容易引起「空調病」。請你從內環境穩態失調的角度，分析空調病的原因。

答案

1. 正常的體溫是體內細胞進行各種生化反應最適宜的溫度。在發高燒的狀態下，由於內環境發生一系列變化，導致體內的各種反應出現紊亂，於是機體功能發生異常。發熱時的主要症狀大部分集中在中樞神經系統，病人感覺不適、頭疼、頭暈、嗜睡等，同時常有食欲不振、厭食、噁心的表現。發熱時機體處於一種明顯的分解代謝過旺的狀態，持續高熱必定引起器官的功能負荷加重，有可能誘發器官功能不全或引起組織損傷。孕婦發熱可能導致胎兒發育障礙，是一個重要的致畸因子。對於6個月至4歲的幼兒來說，持續高熱容易發生驚厥，相當數量的患兒由此造成腦損傷，如智力落後，甚至癲癇，因此應注意及時採用物理方法或服用藥物來退燒降溫。
2. 內環境滲透壓會變小。當內環境滲透壓變小時，內環境中的水將較多地通過滲透作用進入細胞內，造成細胞吸水腫脹，進一步導致細胞代謝和功能紊亂。嚴重時會出現疲倦、周身不適、表情淡漠、噁心、食慾減退、皮下組織腫脹等症狀。
3. 因為高原空氣稀薄，大氣壓和氧分壓低，易造成體內缺氧。這說明外界環境的變化勢必影響內環境的穩態。若外界環境變化不甚劇烈，並且機體代償機制良好，內環境的波動較小，仍能維持穩態；若外界環境變化劇烈，機體代償機制不好，內環境穩態將受到破壞，就會影響身體健康。
4. 夏天時，空調房間與室外的溫差較大，如果經常進出空調房間，就會出現咳嗽、頭痛、流鼻涕等感冒症狀。如果在溫度較低的空調房間待的時間過長，就會引起關節酸痛或頸僵背硬、腰沉臀重、肢痛足麻、頭暈腦脹等。如果待得太久，由於空氣不好，容易使人頭暈目眩。這些症狀就是空調綜合徵，俗稱空調病。空調病的主要表現為：感冒、過敏、風濕痛、黏膜乾燥、緊張、煩躁、注意力難以集中、頭痛，等等。據分析，空調對人的影響主要在於：空調風使人體表面水分蒸發量加大，毛孔收縮，不能正常排汗，也會引起內分泌的紊亂；在空調房間裡，氣流方向經常變換，氣流速度增加，空氣熱量不斷變動等因素干擾了人體的嗅覺，削弱了人體對空氣中病菌、過敏原和異味的反應；房間內濕度太低，會對眼、鼻等處的黏膜產生不利作用，導致黏膜病；室內空氣與外界幾乎隔絕，乾燥而又溫度適宜，空氣中有害細菌含量快速上升。

人體各器官、系統協調一致地正常運行，是維持內環境穩態的基礎。如果某種器官的功能出現障礙，就會引起穩態失調。例如，腎臟是形成尿液的器官，當發生腎功能衰竭時，就會出現尿毒症，最終會引起死亡。那麼，機體內各個器官、系統，為什麼能保持協調一致呢？

最初，法國生理學家貝爾納曾推測，內環境的恆定主要依賴於神經系統的調節。後來，美國生理學家坎農提出了穩態維持機制的經典解釋：內環境穩態時在神經調節和體液調節的共同作用下，通過機體各種器官、系統分工合作，協調統一而實現的。

免疫系統曾一直被認為時機體的防禦系統。隨着分子生物學的發展，人們發現，免疫系統也起着重要的調節作用：它能發現並清除異物、外來病原微生物等引起內環境波動的因素。

目前普遍認為，神經—體液—免疫調節網絡時機體維持穩態的主要調節機制。

內環境穩態會不會出現失調的情形呢？

人維持穩態的調節能力是有一定限度的。當外界環境的變化過於劇烈，或人體自身的調節功能出現障礙時，內環境的穩態就會遭到破壞。

穩態的實例

請先完成這個實驗。

血漿是內環境的重要組成部分。人體在新陳代謝過程中，會產生許多酸性物質，如碳酸、乳酸；人的食物（如蔬菜、水果）中往往含有一些鹼性物質，如${\ce {Na_2CO_3}}$。這些酸性和鹼性物質進入血液，就會使血液的pH發生變化。但是，通過實際測定發現，正常人血液的pH通常是在7.35~7.45之間，變化範圍是很小的。這是什麼原因呢？

原來，血液中含有許多對對酸鹼度起緩衝作用的物質（稱為緩衝物質），每一對緩衝物質都是由一種弱酸和相應的一種強鹼鹽組成的，如${\ce {H_2CO_3 / NaHCO_3}}$、${\ce {NaH_2PO_4 / Na_2HPO_4}}$等。當機體劇烈運動時，肌肉間產生大量的乳酸、碳酸等物質，並且進入血液。乳酸進入血液後，就與血液中的${\ce {NaHCO_3}}$發生作用，生成乳酸鈉和碳酸。碳酸是一種弱酸，而且又可以分解成${\ce {CO_2}}$和水，所以對血液的pH影響不大。血液中增多的${\ce {CO_2}}$會刺激控制呼吸活動的神經中樞，促使呼吸運動增強，增加通氣量，從而將${\ce {CO_2}}$排出體外。當${\ce {Na_2CO_3}}$進入血液後，就與血液中的碳酸發生作用，形成碳酸氫鹽，而過多的碳酸氫鹽可以由腎臟排出。這樣，由於血液中緩衝物質的調節作用，可以使血液的酸鹼度不會發生很大的變化，從而維持在相對穩定的狀態。

內環境穩態的重要意義

細胞的代謝過程是由細胞內眾多複雜的化學反應組成的，完成這些反應需要各種物質和條件。內環境穩態是機體進行正常生命活動的必要條件。例如，細胞代謝需要依靠氧化分解葡萄糖來提供能量，只有血糖含量和血液中的含氧量保持在正常範圍內，才能為這一反應提供充足的反應物。細胞代謝離不開酶，酶的活性又受溫度、pH等因素的影響。只有溫度、pH等都在適宜的範圍內，酶才能正常的發揮催化作用。

當穩態遭到破壞時，就會引起細胞新陳代謝的紊亂，並導致疾病。例如，當血液中鈣、磷的含量降低時，會影響骨組織的鈣化，這在成年人表現為骨軟化病，在兒童則表現為骨質生長障礙、骨化不全的佝僂病。血鈣過高則會引起肌無力等疾病。

補充

請完成思考題。