中學生物/目錄/細胞生活的環境
所有的生命系統都存在於一定的環境中，與環境之間不斷進行着物質和能量的交換。細胞作為最基本的生命系統，也是如此。
生活在水中的單細胞生物，可以直接從水裏獲取生存所必需的養料和氧，並把廢物直接排入水中。這些單細胞生物只能在水環境中生活，如果水體乾涸，他們就會休眠或者死亡。
組成我們機體的絕大多數細胞沒有直接與外界環境接觸，不能直接與外界環境進行物質交換。這些細胞直接生活的環境是什麼呢？
體內細胞生活在細胞外液中[編輯]
- 為什麼說細胞外液是細胞直接生活的環境？
- 組織液、血漿和淋巴有什麼異同？
- 組織液、血漿和淋巴之間，有什麼內在聯繫？能不能說全身的細胞外液是一個有機整體？
- 細胞外液是指存在於細胞外的體液，包括血漿、組織液和淋巴等。血細胞直接生活在血漿中，體內絕大多數細胞直接生活在組織液中，大量淋巴細胞直接生活在淋巴液中。由此可見，細胞外液是體內細胞直接生活的環境。
- a.相同點：它們都屬於細胞外液，共同構成人體內環境，基本化學組成相同。b.不同點：（1）在人體內存在的部位不同：血漿位於血管內，組織液分佈於組織細胞之間，淋巴分佈於淋巴管中；（2）生活於其中的細胞種類不同：存在於組織液中的是體內各組織細胞，存在於血漿中的是各種血細胞，存在於淋巴中的是淋巴細胞等；（3）所含的化學成分有差異，如血漿中含有較多的蛋白質，而組織液和淋巴中蛋白質很少。
- 當血漿流經毛細血管時，水和一切能夠透過毛細血管壁的物質可以在毛細血管動脈端滲出，進入組織細胞間隙而成為組織液，絕大多數的組織液在毛細血管靜脈端又可以重新滲入血漿中。少量的組織液還可以滲入毛細淋巴管，形成淋巴，淋巴經淋巴循環由左右鎖骨下靜脈匯入血漿中。由此可見，全身的細胞外液是一個有機的整體。
人體內都含有大量以水為基礎的液體，這些液體統稱為體液。
體液中含有大量的水。成年男性體內含水量大約是體重的60%，成年女性體內含水量大約是體重的50%。出生一天的嬰兒，體內含水量大約是體重的79%。
體液中除含有大量的水以外，還含有許多離子和化合物。
體液可以分為兩大部分：存在於細胞內的部分，叫做細胞內液，約佔體液的2/3；存在於細胞外的部分，叫做細胞外液，約佔體液的1/3。細胞外液主要包括組織間隙液、血漿和淋巴液。
細胞間隙液，簡稱組織液，是存在於組織細胞間隙的液體。例如，手腳有時磨出的「水泡」，其中的液體主要是組織液。絕大多數組織的細胞都浸於在組織液中，與組織液進行物質交換，因此，組織液是體內絕大多數細胞直接生活的環境。組織液為組織細胞提供營養物質，細胞的代謝產物也透過細胞膜進入組織液。組織液中包括細胞代謝產物在內的各種物質，大部分能夠被毛細血管的靜脈端重新吸收，進入血漿；小部分被毛細淋巴管吸收，成為淋巴液。
血漿是血細胞直接生活的環境。動脈中血漿沿動脈流入毛細血管的動脈端，其中的許多物質會透過毛細血管壁進入組織液。
淋巴液，簡稱淋巴。毛細淋巴管內的淋巴匯集到淋巴管中，經過淋巴循環，由左右鎖骨下靜脈匯入血漿中，進入心臟，參與全身的血液循環。淋巴中混懸着大量的淋巴細胞和吞噬細胞等，可以協助機體抵禦疾病，對這些細胞來說，淋巴就是他們直接生活的環境。
由此可見，體液的各個部分既是彼此隔開的，又是相互聯繫的。血漿、組織液和淋巴通過動態的有機聯繫，共同構成了機體內細胞生活的直接環境。為了區別個體生活的外界環境，人們把由細胞外液構成的液體環境叫做內環境。顯然地，體內的細胞只有通過內環境，才能與外界進行物質交換。
假如將你身體的一個細胞或一塊組織拿到體外，如果不提供特殊的環境條件，它很快就會死亡。而在內環境中，體內細胞卻能正常地生活。內環境與外界環境有哪些差別呢？
拓展知識：組織液和淋巴的生成和回流[編輯]
組織液是血漿經過毛細血管壁在毛細血管動脈端生成的，它在毛細血管的靜脈端被重吸收，少量進入毛細淋巴管，形成淋巴。在正常情況下，組織液不斷地生成，又不斷地被重吸收回血液，始終保持着動態平衡，血量和組織液量維持相對穩定。決定血漿液體成為組織液的有四個因素：毛細血管血壓、組織液靜水壓、血漿膠體滲透壓和組織液膠體滲透壓。其中，毛細血管血壓和組織液膠體滲透壓是促使血漿濾過（組織液形成）的因素，而血漿膠體滲透壓和組織液靜水壓是促使組織液重吸收回血液的因素，濾過的力量和重吸收的力量之差稱為有效濾過壓。如果整根毛細血管的有效濾過壓均為正值，則只有濾過而無重吸收，否則相反。決定有效濾過壓的各種因素的變化及毛細血管通透性的變化都可以影響組織液生成。
組織液進入淋巴管，即成為淋巴。流經毛細血管的血漿，有0.5%～2%在動脈端進入組織間隙，成為組織液，其中約90%在靜脈端被重吸收回血液，其餘約10%進入毛細淋巴管，生成淋巴。組織液與淋巴的壓力差是促使液體進入淋巴管的動力。因此，任何使組織液壓力升高的因素都能加快淋巴的生成速度。毛細淋巴管匯合成淋巴管，全身的淋巴經淋巴管收集，最後導入靜脈（回流入血液循環）。淋巴管壁的收縮及其中的瓣膜能推動淋巴回流，淋巴管周圍組織對淋巴管的壓迫也能增加淋巴的回流量。另外，凡能增加淋巴生成的因素也都能增加淋巴的回流量。淋巴的回流具有重要的意義，它可以回收血漿喪失的蛋白質、調節血漿和組織液之間的液體平衡、運輸脂肪及其他營養物質，還具有防禦和免疫功能。
細胞外液的成分[編輯]
- 如何將表中物質按化學性質進行歸類？
- 出列表中所列成分外，血漿中還可能含有那些物質？
- 在組成血漿的離子中，哪些離子的含量較多？它們可能起什麼作用？
- 、可能起什麼作用？
- 任選其中一種成分，分析它的來源和去路，並說明這與人體的哪些系統有關。
- 表中的化學物質可分為無機物和有機物。無機物包括水和無機鹽離子（如、、、、、、、、等，有機物包括糖類（如葡萄糖）、蛋白質（如血清白蛋白、血清球蛋白、纖維蛋白原等）、脂質（如各種脂肪酸、脂肪、卵磷脂、膽固醇）、胺基酸氮、尿素氮、其他非蛋白氮和乳酸等。
- 還含有氣體分子（主要是氧氣和二氧化碳）、調節生命活動的各種激素、其他有機物（如維生素）等。
- 、含量較多。它們的作用主要是維持血漿滲透壓。
- 維持血漿的酸鹼平衡。
- 如血漿中的葡萄糖主要來源於食物中的糖類。食物中的澱粉經消化系統消化後，分解為葡萄糖，經小腸絨毛吸收後進入血液，通過血液循環運輸到全身各處。進入組織細胞後，葡萄糖主要用於氧化分解放能，最終生成二氧化碳和水，並排入內環境中。二氧化碳通過血液循環被運輸到肺，通過呼吸系統排出體外，而多餘的水主要在腎臟通過形成尿液排出體外。（其他合理答案也可）
細胞外液中含有哪些化學成分呢？下面以血漿的化學成分為例，來進行探討。
科學家用化學分析的方法，測得人體血漿化學組成的平均值如下：
| 成分 | 含量(%) | 成分 | 含量(%) |
|---|---|---|---|
| 水 | 90.7 | 卵磷脂 | 0.2 |
| 血清白蛋白 | 4.4 | 膽固醇 | 0.22 |
| 血清球蛋白 | 2.1 | 0.38 | |
| 纖維蛋白原 | 0.4 | 0.02 | |
| 胺基酸氮 | 0.005 | 0.01 | |
| 尿素氮 | 0.012 | 0.0035 | |
| 其他非蛋白氮 | 0.025 | 0.0001 | |
| 葡萄糖 | 0.08 | 0.36 | |
| 乳酸 | 0.025 | 0.01 | |
| 各種脂肪酸 | 0.38 | 0.001 | |
| 脂肪 | 0.14 | 0.17 |
其中，非蛋白氮是非蛋白質類含氮化合物的總稱，是蛋白質代謝的產物，包括尿素、肌酸、肌酐、胺基酸、多肽、膽紅素和氨等。
可以看出，血漿中約90%為水；其餘10%分別是無機鹽（約1%）、蛋白質（7%~9%），以及血液運送的物質——各種營養物質（如葡萄糖）、各種代謝廢物、氣體、激素等。
組織液、淋巴的成分和含量與血漿相近但又不完全相同，最主要的差別在於血漿中含有較多的蛋白質，而組織液和淋巴中蛋白質含量很少。
組織液是血漿經過毛細血管濾過而形成的，其中各種離子成分與血漿相同，也存在各種血漿蛋白，但其濃度明顯低於血漿；組織液中的物質進入毛細淋巴管，就成為淋巴，因此淋巴的成分與組織液類似。與血漿相比，淋巴中水分的含量明顯較多，另外，由腸道吸收的脂肪絕大部分是經過淋巴而進入血液的。
概括地說，細胞外液本質上是一種鹽溶液，類似於海水。這在一定程度上反映了生命起源於海洋。
細胞外液的滲透壓和酸鹼度[編輯]
生理鹽水的濃度是多少？為什麼醫院裏給病人輸液時必須使用生理鹽水？
哺乳動物的生理鹽水是質量分數為0.9%的溶液，這樣的溶液所提供的滲透壓與血漿等細胞外液的滲透壓相同，所以是血漿的等滲溶液。如果輸液時使用的溶液的質量分數低於或高於0.9%，則會造成組織細胞吸水或失水。
你已經知道，將紅細胞放在清水或濃度很低的溶液中，細胞會由於吸水過多而破裂，將紅細胞放在濃度較高的溶液中，細胞會由於失水過多而死亡。此外，在過酸、過鹼或溫度過高、過低的條件下，細胞也不能正常生活。在細胞外液中，細胞會出現這種情況嗎？
這就要分析細胞外液的理化特性。滲透壓、酸鹼度和溫度是細胞外液理化性質的三個主要方面。
所謂滲透壓，簡單地說，是指溶液中溶質微粒對水的吸引力。溶液滲透壓的大小取決於溶液物質的量濃度：溶液物質的量濃度越大，對水的吸引力越大，溶液滲透壓越高；反過來，溶液物質的量濃度越低，溶液滲透壓越低。血漿滲透壓的大小主要與無機鹽、蛋白質的含量有關。組成細胞外液的各種無機鹽離子中，含量上佔有明顯優勢的是和。在37℃時，人的血漿滲透壓約為770kPa，相當於細胞內液的滲透壓。所以，細胞可以直接與內環境進行物質交換。
正常人的血漿接近中性，pH為7.35~7.45。血漿的pH之所以能夠保持穩定，與它含有、等離子有關。
人體細胞外液的溫度一般維持在37℃左右。
拓展知識：滲透壓的計算[編輯]
滲透壓是溶液的一個重要性質，凡是溶液都有滲透壓。對於稀溶液來說，其計算公式為，其中為溶液滲透壓（單位mOsm/L），為溶液中溶質的濃度（單位mmol/L），是理想氣體常數，為熱力學溫度。由公式可以看出，滲透壓只與單位體積中溶質的分子或離子個數有關，而與其大小無關，比如0.3mol/L的葡萄糖溶液與0.3mol/L蔗糖溶液的滲透壓是相同的，而0.3mol/L的氯化鈉溶液的滲透壓約是0.3mol/L的葡萄糖溶液的滲透壓的兩倍。
正常人血漿中總滲透壓約為300mOsm/L，於37 ℃時相當於770kPa。血漿滲透壓主要來自於各種離子（血漿中非電解質如葡萄糖、尿素等含量較少，僅相當於5mOsm/L左右），它們形成的滲透壓約為295mOsm/L，稱為血漿晶體滲透壓。血漿中雖然含有大量蛋白質，但蛋白質分子量大，所產生的滲透壓很小，不超過1.5mOsm/L，稱為血漿膠體滲透壓。臨床上規定血漿總滲透壓正常範圍為280～320mOsm/L。如果溶液的滲透壓在這個範圍之內，稱為血漿的等滲溶液；小於此範圍的溶液則為低滲溶液；大於此範圍的溶液則為高滲溶液。
內環境是細胞與外界環境進行物質交換的媒介[編輯]
1.結合已經學過的人體代謝的知識，討論以下問題：
a.維持滲透壓的和以及葡萄糖、胺基酸等物質是經過那些的途徑進入內環境的？
b.參與維持pH的是怎樣形成的？這與體內哪些系統的活動有關？
c.細胞外液的溫度能夠保持穩定的根本原因是什麼？試推測哪些器官和系統參與了體溫的維持？
d.體內細胞產生的代謝廢物，如尿素和是怎樣從內環境排到體外的？
a.和等直接來自於食物，不需要經過消化就可以直接被吸收。葡萄糖、胺基酸等物質主要來自於食物中的糖類和蛋白質。糖類和蛋白質是兩類大分子物質，必須經過消化系統的消化，分解為葡萄糖和胺基酸才能被吸收。上述物質在小腸內經主動運輸進入小腸絨毛內的毛細血管中，經血液循環運輸到全身各處的毛細血管，再通過物質交換過程進入組織液和淋巴。
b.細胞代謝產生的CO2與H2O結合，在碳酸酐酶作用下，發生下列反應：。通過與細胞外的陰離子交換到達細胞外液，即組織液、血漿或淋巴中。主要與呼吸系統有關。
c.人體具有體溫調節機制以保持細胞外液溫度的恆定。詳細內容可參考教材第2章關於人體體溫調節的內容。參與體溫調節的器官和系統有皮膚、肝臟、骨骼肌、神經系統、內分泌系統、呼吸系統等。
d.體內細胞產生的代謝廢物主要通過皮膚分泌汗液，泌尿系統形成、排出尿液和呼吸系統的呼氣這三條途徑來排出，其中以泌尿系統和呼吸系統的排泄途徑為主。例如，血漿中的尿素主要通過腎臟形成的尿液排出體外。血漿中的通過肺動脈進入肺泡周圍的毛細血管，由於血液中的分壓大於肺泡中的分壓，就從血液中向肺泡擴散，再通過呼氣運動排出體外。
2.聯繫前面學過的細胞內物質的輸入和輸出的內容以及人體代謝的只是，嘗試以圖解或計算機製作演示文稿、flash動畫等不同的形式，用模式化的方法模擬和展示人體細胞與內環境、內環境與外界環境進行物質交換的大致過程。
3.完成思考題。
細胞作為一個開放系統，可以直接與內環境進行物質交換：不斷獲取進行生命活動所需要的物質，同時有不斷排出代謝產生的廢物，從而維持細胞正常的生命活動。這種物質交換過程，需要體內各個器官、系統的參與，同時，細胞和內環境之間也是相互影響、相互作用的。細胞不僅依賴於內環境，也參與了內環境的形成和維持。