中學生物/目錄/體液調節

我們已經知道人和動物體內血糖含量，體液的酸鹼度、溫度以及水和無機鹽含量等都處於不斷的變化中，在變化中又可以維持相對穩定。這種穩態是通過複雜的調節實現的。

體液調節的概念

體液調節是指某些化學物質（如激素、二氧化碳）通過體液的傳送，對人和動物體的生理活動所進行的調節。在體液調節中，激素的調節作用最為重要，因此激素調節是體液調節的主要內容。

激素調節的發現

在20世紀之前，「激素」這一概念還沒有被提出，學術界普遍認為人和動物體的一切生理活動都是由神經系統調節的。在這種情況下探尋其他的調節方式就意味着向權威觀點提出挑戰，而這需要有勇於探索和創新的精神。

囿於定論的沃泰默

胰腺能分泌胰液。胰液通過導管注入小腸，其中的酶用來消化食物。胰液的分泌是如何調節的呢？在19世紀，學術界普遍認為，胃酸刺激小腸的神經，神經將興奮傳給胰腺，使胰腺分泌胰液。法國學者沃泰默，通過實驗發現，把稀鹽酸注入狗的上段小腸腸腔內，會引起胰腺的分泌胰液。若直接將稀鹽酸注入狗的血液中，則不會引起胰液的分泌。他進而切除了通向該段小腸的神經，只留下血管。再向小腸內注入稀鹽酸時，發現這樣仍能促進胰液的分泌。他對這一結果的解釋是，這是一個十分頑固的神經反射。之所以說它頑固，是因為由於小腸上微小的神經難以剔除乾淨。

另闢蹊徑的斯塔林和貝利斯

英國科學家斯他林和貝利斯讀了沃泰默的論文，卻大膽的作出另一種假設：這不是神經反射，而是化學調節——在鹽酸的作用下，小腸黏膜可能產生了一種化學物質，這種物質進入血液後，隨血液到達胰腺，引起胰液的分泌。

1902年，為了驗證這一假設，他們把狗的一段小腸剪下，刮下黏膜，將黏膜與稀鹽酸混合加砂子磨碎，製成提取液。將提取液注射到同一條狗的靜脈中，發現能促進胰腺分泌胰液。這證明他們的假設是正確的。他們把小腸粘膜分泌的這種化學物質稱為促胰液素。促胰液素是人們發現的第一種激素。這一重要發現使人們意識到，人和動物體的生命活動，除了受神經系統調節外，還存在着其他的調節方式。

巴甫洛夫的感慨

俄國生理學家巴甫洛夫是近代消化生理學的奠基人，諾貝爾獎獲得者。他和他的學生們在消化腺的神經調節方面做了大量的研究，他們也曾認為小腸中鹽酸導致胰液分泌屬於神經反射。斯塔林和貝利斯的發現與他們的結論大相逕庭，於是他們做了重複實驗，結果卻和斯他林與貝利斯的一模一樣。巴甫洛夫對學生深表遺憾地說：「自然，人家是對的。很明顯，我們失去了一個發現真理的機會！」

提出新的假說往往需要大膽的質疑和豐富的想像。有時，不同的假說都能在一定程度上解釋某一科學事實，哪一個假說能夠成為公認的理論取決於進一步的觀察和實驗。

動物激素的種類和生理作用

激素是內分泌腺（或細胞）的分泌物。由激素進行調節，就是激素調節。

與唾液腺、汗腺等外分泌腺不同，內分泌腺沒有導管。人體內主要的內分泌腺有垂體、甲狀腺、腎上腺、胰島和性腺（睾丸、卵巢）等，它們共同組成人體的內分泌系統，分泌許多種激素。

下丘腦中有一些細胞不僅能傳導興奮，還可以分泌多種激素，包括而不限於促甲狀腺激素釋放激素、促性腺激素釋放激素。這些激素的功能是促進垂體中激素的合成和分泌。其中，促性腺激素釋放激素能夠促進垂體合成和分泌促性腺激素；促甲狀腺激素釋放激素，能夠促進垂體合成和分促泌甲狀腺激素。因此，可以說下丘腦是機體調節內分泌活動的樞紐。

在內分泌系統中，垂體具有調節、管理其他某些內分泌腺的作用。它位於腦的下方，因此也叫腦下垂體。成人的垂體，雖然體積只有豌豆般大小，質量也只有0.6克左右，但是它能分泌多種激素，其中有的激素（如促甲狀腺激素、促性腺激素等）還能促進其他內分泌腺（甲狀腺、性腺）的生長發育、調節它們的活動，進而影響其他激素（甲狀腺激素、性激素）的合成和分泌。垂體還能夠分泌促進生長、主要是促進蛋白質的合成和骨生長的生長激素。年幼的侏儒症患者，只需每周注射很少的生長激素，生長發育速度就會明顯加快。但如果年幼時生長激素分泌過多就會造成身材過高、過分生長的巨人症。

甲狀腺可以分泌促進新陳代謝和生長發育、尤其對中樞神經系統的發育和功能具有重要影響、可以提高神經系統的興奮性的甲狀腺激素。但如果體內甲狀腺激素過多，人就會消瘦，且情緒容易激動。在中國的一些山區和內陸地區，以前能夠看到患有地方性甲狀腺腫（俗稱大脖子病）的人。患者脖子腫大，呼吸困難，勞動時心跳快、氣短等。原來，這些地區的土壤、飲水和食物中缺少碘，而碘是甲狀腺激素的重要成分，患者因缺碘而造成體內甲狀腺激素分泌不足，從而導致甲狀腺補償性增生。食用加碘食鹽可以防治這種疾病。此外，常吃海帶、紫菜等含碘豐富的海產品，對於防治這種疾病也有很好的效果。

胸腺可以分泌胸腺激素。腎上腺可以分泌腎上腺素。

胰腺中散佈着胰島。胰島可以分泌胰島素和胰高血糖素。胰島素是唯一能夠降低血糖含量的激素，一方面能促進組織細胞加速攝取、利用和儲存葡萄糖，另一方面又能夠抑制肝糖元的分解和非糖物質轉化為葡萄糖——總的來說，既增加了血糖的去路，又減少了血糖的來源，從而使血糖水平降低；胰高血糖素主要作用於肝臟，能強烈地促進肝糖原分解，並促進一些非糖物質轉化為葡萄糖，從而使血糖水平升高。

性腺可以分泌性激素。人類有三種性激素：雄激素、雌激素和孕激素。其中，雌激素主要由卵巢分泌，雄激素主要由睾丸分泌；二者分別促進雌雄生殖器官的發育和生殖細胞的生成，激發和維持各自的第二性徵。雌激素還能激發和維持雌性正常的性周期。卵巢還可以分泌孕激素，以促進子宮內膜和乳腺等的生長發育，為受精卵着床和泌乳準備條件。

協同作用、拮抗作用和反饋調節

在激素調節中，激素對於某一種生理活動的調節，往往不是由一種激素完成的，而是由多種激素相互協調、相互作用共同完成的。對於同一生理效應，有的相關激素表現為協同作用，有的則表現為拮抗作用。

協同作用

協同作用是指不同激素對同一生理效應都發揮作用，從而達到增強效應的結果。這可以通過生長激素和甲狀腺激素，對生長發育的作用來說明。

生長激素主要通過促進蛋白質的合成和骨的生長而達到促進生長的作用；甲狀腺激素則對機體的生長發育，尤其是中樞神經系統發育和功能具有重要的促進作用。如果人在幼年時生長激素分泌不足，就會引起「侏儒症」；但是，如果生產激素分泌正常，甲狀腺激素分泌不足，則會引起呆小症（身材矮小，智力低下）。只有當生長激素和甲狀腺激素協同作用時，才能保證機體正常的生長和發育。

拮抗作用和反饋調節

在上一張我們了解到，胰島素和胰高血糖素的相互拮抗，共同維持血糖含量的穩定。像這樣，不同激素對某一生理效應發揮相反的作用，這就是拮抗作用。

在血糖調節的過程中，胰島素的作用會反過來影響胰島素的分泌，胰高血糖素也是如此。像這樣，在一個系統中，系統本身工作的效果，反過來又作為信息調節該系統的工作，這種調節方式叫做反饋調節。反饋調節是生命系統中非常普遍的調節機制，它對於機體維持穩態具有重要意義。

激素調節的實例

當你在寒風中瑟瑟發抖時，你身體內幾乎所有的細胞都被動員起來，共同抵禦寒冷。起動員作用的是神經衝動和激素，甲狀腺分泌的甲狀腺激素在其中起着重要作用。甲狀腺激素隨血液運到全身，幾乎作用於體內所有的細胞，提高細胞代謝的速率，使機體產生更多的熱量。

甲狀腺分泌甲狀腺激素的多少又受到垂體和下丘腦的調節。

當身體的溫度感受器受到寒冷等刺激時相應的神經衝動傳到下丘腦下丘腦就會分泌促甲狀腺激素釋放激素（TRH），TRH運輸到垂體是垂體分泌促甲狀腺激素（TSH）。TSH隨血液運輸到甲狀腺，促使甲狀腺增加甲狀腺激素的合成和分泌。

當血液中的甲狀腺激素含量增加到一定程度時，又反過來抑制下丘腦和垂體分泌相關激素，進而使甲狀腺激素的分泌減少，這樣體內的甲狀腺激素含量就不至於過高。可見甲狀腺激素的分級調節，也存在着反饋調節機制。

激素調節的特點

不同激素的化學組成不同，但它們的作用方式卻有一些共同的特點。激素種類多、量極微，既不組成細胞結構，又不提供能量，也不起催化作用，而是隨體液到達靶細胞使靶細胞原有的生理活動發生變化。因此可以說，激素是調節生命活動的信息分子。

微量和高效

美國學者肯德爾從3噸的新鮮動物甲狀腺中才提取出0.23克的甲狀腺激素。在人體血液中甲狀腺激素的含量只有0.00003至0.00014 mg/mL，而1mg甲狀腺激素可使人體產熱增加4200 kJ。

通過體液運輸

內分泌腺沒有導管，分泌的激素彌散到體液中，隨血液流到全身，傳遞着各種信息。因此，臨床上常通過抽取血樣來檢測內分泌系統的疾病。

作用於靶器官、靶細胞

眾多的激素分子彌散在全身的體液中，是不是對所有的細胞都起作用呢？研究發現，甲狀腺激素幾乎對全身的細胞都起作用，而促甲狀腺激素只作用於甲狀腺。能被特定激素作用的器官細胞就是該激素的靶器官、靶細胞。激素已經把細胞接受並產生作用後就被滅火啦，因此，體內需要源源不斷地生產激素，以維持激素含量的動態平衡。

其他化學物質的調節作用

參與體液調節的化學物質除了激素以外，還有二氧化碳和氫離子等。它們對機體的生理活動也有調節作用。

二氧化碳是調節呼吸的有效生理刺激。當吸入二氧化碳含量較高的混合氣時，會使肺泡氣的二氧化碳含量升，高動脈血中的二氧化碳含量也隨之升高，這樣就形成了對呼吸中樞的有效刺激，呼吸中樞的活動就加強，呼吸加深加快，肺的通氣量也加大，從而加快對二氧化碳的清除，使肺泡氣和動脈血中的二氧化碳含量維持在正常水平。