师:同学们,接下来我们学习内环境的稳态第二课时。上节课我们讨论了内环境的动态变化,形成了稳态的概念。这种稳态依赖于在特定调节作用下,机体各器官系统协调一致地工作和活动。这节课我们重点关注:内环境稳态调节的机制,关键在于调节;内环境稳态在什么时候会失调,会导致机体出现哪些症状;最后共同总结内环境稳态对细胞代谢和机体整体运作的意义。
回顾第一节,我们知道内环境中的物质主要来源于细胞及外界环境。这些物质通过消化系统、泌尿系统、呼吸系统、循环系统等代谢进入或排出,深入到相关器官的结构中。比如,小肠绒毛增大了吸收营养物质的表面积;肺泡表面潮湿且伸缩性大,有利于气体交换;肾小球是血管球,参与形成原尿。
综上,维持内环境稳态的基础,正是人体各器官系统协调一致的正常运行。消化系统、呼吸系统、循环系统、泌尿系统可以说是与内环境稳态直接相关的系统。举个例子,内环境缓冲pH变化的调节至少需要以下两个系统的协调配合:碱性物质进入内环境后,被中和产生的碳酸氢根通过泌尿系统排出;酸性物质进入内环境后,被中和产生的二氧化碳和水通过呼吸系统排出。那么,这些器官系统是如何感知、何时工作、工作到什么程度呢?这就依靠起调节作用的器官和系统。
关于稳态的调节机制,人们的认识经历了较长时间的发展。1857年,法国生理学家贝尔纳最先提出内环境概念,并认为内环境的稳态主要依赖于神经系统的调节。1926年,美国生理学家坎农最先提出和完善稳态概念,指出内环境稳态是在神经和体液调节的共同作用下实现的。随着对分子生物学认识的加深,人们关注到免疫系统对内环境稳态起重要调节作用,尤其是在避免内环境发生稳态失调方面。因此,目前科学界普遍认为机体维持稳态的主要调节机制是神经 - 体液 - 免疫调节网络。请同学们在课本第10页将这一机制画下来。
由于神经调节、体液调节、免疫调节分别主要由神经系统、内分泌系统和免疫系统的工作来实现,所以它们属于对内环境稳态起调节作用的系统。虽然正常情况下,机体的调节作用让内环境稳定在正常范围,但分析化验单可知,内环境的稳态常有被破坏的情况,这种情况我们称之为稳态失调。以下展示了几种常见的稳态失调现象以及对应的症状和产生原因。请同学们先根据生活经验,尝试对以下内环境稳态失调的症状、表现及原因进行连线。
师:好,同学们,我们现在一起来看看你连对了吗?尿毒症属于自身中毒综合症,原因主要是尿素等代谢废物积累;高原反应表现为头痛、乏力、心跳加快,原因主要是体内缺氧、血氧低;感冒发烧最主要的症状是食欲不振、无力,原因主要是体温过高,酶活性低;严重腹泻表现为疲倦、恶心,原因是丢失大量的水和无机盐;糖尿病最典型的症状是“三多一少”,即多饮、多尿、多食、体重下降,产生原因是血液中葡萄糖含量过多。
有的同学可能对其中部分病症不太了解,接下来我们具体学习。首先是发烧,部分同学都有过发高热的经历。当发高热时,你感受到的不适症状有哪些呢?体温过高为什么要采取物理降温或药物降温措施?发高烧时各种酶的活性发生变化,这会导致细胞代谢紊乱,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,这些都是由于消化酶活性降低导致的。发热时机体处于一种明显的分解代谢过旺的状态,持续高热会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。
第二个情况是严重腹泻,患者通常需要补充电解质。最简单的途径是喝盐水,但严重腹泻的患者通常要到医院使用生理盐水进行输液。那么,严重腹泻后,如果只喝水不补充盐,内环境的渗透压可能会出现什么变化呢?内环境的渗透压会降低。当内环境渗透压降低时,内环境中的水将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。
第三个是尿毒症,它是由于肾脏疾病引起肾单位的破坏,患者肾脏无法排出代谢废物,导致代谢废物和毒素在体内积聚,出现水电解质和酸碱平衡紊乱,甚至出现中毒。尿毒症患者需使用透析手段排出代谢废物,甚至需要进行肾移植。这些病人水和无机盐的代谢紊乱后,会出现全身水肿、尿素氮升高、呕吐等一系列症状,严重时会导致死亡。
以上三种内环境稳态失调的实例,主要是由于人体自身调节功能出现了障碍。我们可以总结出,人体自身调节功能出现障碍时,会影响内环境的稳态。
第四个情况是中暑。炎热夏季在高温环境中从事体力劳动的人最容易发生中暑。中暑会出现什么症状呢?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度,病死率比较高。
第五个是高原反应。援藏人员以及到高原旅游的一些同学,常会出现头痛、乏力、心跳加快,甚至血压升高等症状,这是为什么呢?这说明外界环境与内环境稳态之间有什么关系?同学们想一想,到高原旅游时出现高原反应,通常会用什么手段进行治疗?对,进行吸氧。这是因为高原空气稀薄,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。
从上述两个实例来看,我们发现外界环境的变化也会影响内环境的稳态。下面我们用一个表格来对上述实例进行简单总结。同学们仔细阅读这个表格,回忆一下自己的连线题是否正确。综合上述实例,我们发现内环境稳态遭到破坏主要有两方面原因:外因主要是外界环境变化过于剧烈,内因主要是由于机体调节功能出现障碍。当内环境稳态遭到破坏时,会使细胞代谢发生紊乱,严重时就会导致疾病的发生。因此,内环境稳态的调节能力是有一定限度的。当然,我们发现生活习惯良好、经常锻炼的人不容易出现以上内环境稳态失调疾病,说明我们可以从内因出发调控自身的稳态调节能力。通过这些实例,我们要认识到内环境稳态为何对机体正常生命活动如此重要。下面我们同样联系实例,探讨内环境稳态与细胞正常功能的关系,从而了解内环境稳态的重要意义。
