师:同学们,今天我们一起来学习第三章第一节激素与内分泌系统的第一课时。第一章我们学过,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,这就叫做稳态。人体正常生命活动依赖内环境稳态,那内环境稳态是如何维持和调节的呢?这一章我们将了解如何通过激素与内分泌系统对内环境进行调节。
生活或影视作品中,我们有时会看到侏儒症患者,他们生长迟缓、身材矮小,病因是年幼时生长激素分泌不足。大家思考一下,如果侏儒症患者成年后再注射生长激素,症状能否缓解?为什么?
生:不能。生长激素主要在儿童期和青少年时期促进身高增长。成年人骨干与骨端之间的软骨组织已生成骨组织,骨头不再生长,所以成年后注射生长激素,对长高没有作用。
师:有的青少年觉得自己长得不够高,想去注射生长激素,大家赞同这种想法吗?说出理由。
生:不赞同。人的身高生长受多种因素影响,像遗传、营养、运动和激素调节等。青少年身高不理想原因多样,需要医生严格全面检查分析,才能确定是否注射生长激素治疗,所以要听从医生建议。
师:通过这个例子,我们发现激素对人体生长发育十分重要。那么激素是如何被发现的呢?19 世纪中叶,人们对消化系统已有初步认识,知道小肠是主要消化器官,胰腺能分泌胰液帮助消化。胰腺在非进食状态下不分泌胰液,食糜进入小肠,机体进入进食状态时,胰腺会大量分泌胰液,显然胰液分泌受某种与进食相关的机制调控。当时经巴甫洛夫等人研究,人们对神经调节有了一定认识,所以学术界普遍推测胃酸中的稀盐酸刺激小肠黏膜上的神经末梢,将神经兴奋传给胰腺,促使胰腺分泌胰液。
1894 年,法国学者沃泰默为验证胰液分泌是由神经调节,并探究其具体机制,做了相关实验。他用稀盐酸模拟胃酸,注入狗的小肠上段肠腔时,胰腺分泌胰液;直接用盐酸刺激胰腺,则不能引起胰液分泌。沃泰默认为这一过程是神经调节的结果。大家思考一下,假设胰液分泌是神经反射,感受器和效应器分别在哪?
生:在这个反射中,小肠的神经末梢作为感受器,通过传入神经、中枢神经以及传出神经,最后作用到胰腺这个效应器,刺激胰腺分泌胰液,所以感受器位于小肠肠腔的神经末梢,效应器位于胰腺。
师:为进一步证明胰液分泌受神经调控,沃泰默通过手术切除支配该段小肠的神经,再重复实验。按照他的设想,切除神经后,反射弧结构不完整,胰腺应不再分泌胰液。可结果却出乎他的意料,切除小肠神经后注入稀盐酸,胰腺依然分泌胰液。对于这个结果该如何解释呢?
生:可能是手术切除神经不彻底,剩余神经仍能调控胰腺分泌胰液;也可能是支配小肠的神经非常微小,难以完全切除。
师:多次重复实验都出现相同结果,沃泰默发表论文,仍坚信胰液分泌受神经调控,只是神经难以切除。其实,沃泰默的实验还有另一种可能,也许他确实已完全切除神经,实验结果中的胰液分泌是由一种未知调节方式引起的,只是当时人们只知道神经调节这一种方式。
英国学者斯塔林和贝利斯在阅读沃泰默论文时,敏锐察觉到这种可能性,并付诸实践。他们大胆猜想存在一种不依赖神经调节的方式调节胰腺分泌,推测这种调节方式通过化学物质进行。假设小肠黏膜细胞受盐酸刺激后,会分泌一种化学物质,该物质经血液进入胰腺,刺激胰腺分泌胰液。为此,他们设计了新实验。剪下狗的一段小肠,刮下黏膜取出,加入稀盐酸磨碎获得提取液。他们认为小肠黏膜细胞接触稀盐酸后分泌的化学物质就在提取液中,将提取液直接注射到狗的静脉,让可能存在的物质通过血液循环进入狗的胰腺。幸运的是,注射提取液后,胰腺大量分泌胰液,而单独用稀盐酸或小肠黏膜磨碎制成的提取液注入狗静脉,都不能引起胰液分泌。他们的实验巧妙避开了沃泰默遇到的小肠神经难以剔除的困境,证明了确实存在一种独立于神经调节的调节方式,通过化学物质调节胰腺分泌,他们创造了“激素”这个名词,并将促使胰腺分泌胰液的化学物质命名为促胰液素,这也是人类发现的第一种激素。
大家根据促胰液素的发现历程,思考几个问题。第一个问题,斯他林和贝利斯的实验比沃泰默的实验巧妙在哪?
生:他们的实验巧妙避开盐酸直接在体内刺激小肠,绕开了沃泰默遇到的小肠神经难以剔除的困境,彻底排除神经调节对实验结果的干扰。
师:第二个问题,促胰液素调节胰腺分泌的方式与神经调节方式有哪些不同?
生:神经调节主要通过反射弧实现,促胰液素则通过血液运输到达胰腺,引起胰腺分泌胰液。
师:第三个问题,促胰液素由什么细胞分泌?通过什么途径作用于胰腺?
生:促胰液素由小肠黏膜细胞分泌,通过血液作用于胰腺,引起胰液分泌。
师:促胰液素的发现不仅是一种化学物质的发现,更重要的是让人们认识到除神经调节外,还存在激素调节这种方式。由内分泌器官或细胞分泌的化学物质称为激素,激素通过体液或血液运输到靶器官附近,作用于靶器官,引起靶器官做出一系列反应的调节方式,就是激素调节。内分泌器官即内分泌腺,内分泌腺无导管,其分泌物激素直接释放到内环境,进入体液或血液。斯塔林和贝利斯大胆假设,不受已有理论禁锢,巧妙设计实验求证,是成功发现激素及激素调节的关键。
