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（生物体维持pH稳定的机制） 一、细胞外液与体液的关系 细胞外液是细胞生活的直接液体环境,是体液的一部分,而体液是指人体内以水为基础的液体。 【友情提醒】1.血液并不全是细胞外液。血浆:只是血液的液体部分。包括水、无机盐、葡萄糖、氨基酸、血浆蛋白等;血细胞:是血液的有形成分。包括红细胞、白细胞、血小板。血细胞不属于细胞外液。 2.细胞外液即内环境,两者外延和内涵相同,只是名字不同而已。3.内环境的“内暠与“外暠是相对的,从细胞的角度看就是细胞外液,从人体的角度即相对人体的外界环境而言,细胞外液就是内环境。 【例1】 根据下图判断，正确的描述是() 对于组织细胞的正常生理活动，过程a较过程b和c更为重要 组织液中的CO2有害无益 组织液中的物质是有变化的 过程b或c受阻可导致组织水肿 A B C DC 【解析】a过程是指部分血浆经毛细血管动脉端生成组织液，它在毛细血管的静脉端被重吸收(过程b)，少量组织液进入毛细淋巴管，形成淋巴(过程c)。在正常情况下，组织液不断生成，又不断被重吸收回血液，保持动态平衡，使血量和组织液量维持相对稳定。若过程b或c受阻可使组织液增多，导致组织水肿。组织液与血浆、与细胞内液之间可不断地进行物质交换，将氧气、营养物质运输到细胞内，将细胞内代谢的产物运到血浆，所以组织液中的物质是有变化的。CO2是促进呼吸的生理性刺激，是调节呼吸运动的最重要体液因素。临床上给病人输氧时，往往采用含5% CO2的混合气体，以达到刺激呼吸中枢的目的，但CO2浓度过高会对中枢神经系统产生毒性作用。 二、细胞外液三种成分之间及与细胞内液的关系 血浆中的物质除大分子蛋白质外，都可以透过毛细血管壁进入组织细胞间隙形成组织液。绝大部分的组织液还可以通过毛细血管壁重新渗透回血浆中，少部分(约10%)则进入毛细淋巴管形成淋巴，淋巴经淋巴循环又进入血管成为血浆。细胞外液与细胞内液通过细胞膜进行物质交换。 1内环境及其成分之间关系如图 (1)血细胞的内环境是血浆，淋巴细胞的内环境是淋巴和血浆，其他细胞(组织细胞)的内环境是组织液。毛细血管壁细胞的内环境是血浆和组织液，毛细淋巴管壁细胞的内环境是淋巴和组织液。 (2)内环境中存在的物质有：营养物质：葡萄糖、氨基酸、甘油、脂肪酸、水、无机盐；代谢废物：CO2、尿素、尿酸等；其他物质：激素、抗体、组织胺、递质、纤维蛋白原等。 内环境中不存在的物质有血红蛋白、载体、H2O2酶、呼吸作用有关的酶、转氨酶、转录酶、翻译酶等。 (3)组织水肿的原因有过敏反应、营养不良、毛细淋巴管受阻、肾小球肾炎、代谢产物积累等。 2细胞外液与外界环境的关系 高等动物细胞与内环境进行物质交换，与之密切相关的有呼吸系统、消化系统、循环系统、泌尿系统。具体情况如下：【友情提醒】O2、CO2进出细胞都是自由扩散，从高浓度到低浓度，所以O2浓度最高的部位应为肺泡，依次是毛细血管内血浆、组织液、细胞质基质，线粒体中浓度最低，O2在此被有氧呼吸前两个阶段产生的H还原产生水，一共穿过了11层膜(肺泡2、毛细血管壁4、红细胞2、组织细胞1、线粒体2)；CO2的浓度情况正好相反，线粒体中浓度最高，肺泡中最低，一共穿过9层膜(O2需进出红细胞与血红蛋白结合运输，而CO2在血浆中主要以碳酸氢盐的方式运输)。 【例2】下图是人体局部内环境示意图，有关叙述正确的是() 某人长期摄入蛋白质过少，会引起C液增加 结构2的细胞所处的内环境为淋巴 A液和C液比较，A液中含较多的蛋白质 A液中的O2进入细胞中被利用至少穿过6层膜 A液成分包括激素、血红蛋白、尿素、CO2等物质 内环境主要由A液、B液、C液组成 A B C DC 【解析】结构2的细胞所处的内环境为淋巴和组织液；A液中的O2进入细胞中被利用至少穿过7层膜；血红蛋白为红细胞的成分，不属于A液成分。 三、内环境的理化性质 内环境的理化性质 1渗透压 (1)定义：溶液中溶质微粒对水的吸引力。 (2)渗透压的成因 血浆渗透压的决定因素：主要由无机盐和蛋白质含量决定，其中细胞外液的渗透压90%以上是由Na和Cl决定的。溶质微粒数量 对水的吸引力 渗透压大小越多越大越大越少越小越小 2酸碱度(即pH) (1)正常人的血浆pH接近中性，约在7.357.45之间。 (2)维持因素：与含有HCO、HPO等离子有关。 (3)机体在代谢过程中虽然经常有各种酸性或碱性物质进入血浆，但血浆的pH却能保持相对稳定，过酸或过碱都可引起机体的酸中毒或碱中毒。 3温度 (1)细胞外液的温度一般维持在37 左右。所以人体内酶的最适宜温度也是37 左右。 (2)体温：幼年成年老年；女性男性。 【友情提醒】渗透压包括细胞内液渗透压和细胞外液渗透压，在应用时应注意它们的区别。离体细胞酶的活性，受环境温度影响较大；而正常人体内细胞酶的活性基本与外界无关。0.9%的NaCl溶液的渗透压与血浆的渗透压大致相等，故0.9%的NaCl溶液为血浆的等渗溶液，又叫生理盐水。医院里给病人输液时经常使用的就是生理盐水。 【例3】内环境是人体细胞生活的直接环境，内环境的温度、渗透压、pH及各种化学物质的含量，正常情况下能够维持相对稳定的状态，这是人体完成各项生命活动的必要条件。 (1)能与毛细血管壁细胞直接进行物质交换的具体内环境是_。 (2)人体内环境的各种理化性质及化学物质含量会发生变化的原因是_。 ( 3 ) 人 体 维 持 体 温 相 对 稳 定 的 调 节 方 式 有_。 (4)下图为人体血糖来源和去向图示，胰岛素促进图中_(填编号)过程，胰高血糖素能促进图中_(填编号)过程。 (5)尝试构建人体肝脏内血浆、组织液、成熟红细胞内液间O2、CO2扩散的模型(在图形框间用实线箭头表示O2，用虚线箭头表示CO2，不考虑CO2进入成熟红细胞内液)。 【解析】(1)毛细血管内有血浆，毛细血管壁外有组织液，因此可以与毛细血管直接进行物质交换。 (2)由于细胞代谢不断地产生代谢废物，同时不断地从外界摄取营养物质，因此导致人体内环境的各种理化性质及化学物质含量发生变化。 (3)通过神经调节和激素的调节，保证了体温的恒定。 (4)胰岛素通过促进图中的过程使血糖浓度降低；胰高血糖素通过促进过程，使血糖浓度升高。 【答案】(1)血浆和组织液 (2)细胞的代谢活动和外界环境的不断变化 (3)神经调节和体液(激素)调节 (4) (5)答案见下图： 四、内环境稳态的内涵、调节及意义续表 【友情提醒】内环境稳态的调节方式为负反馈调节，参与调节的系统有神经系统、内分泌系统和免疫系统等。 【例4】有关人体内环境稳态的叙述，错误的是( )A有3种以上的生理系统参与维持体内环境稳态B人体内环境稳态的失调与外界环境无关C人体维持内环境稳态的调节能力有限D稳态有利于参与其调节的器官保持机能正常 【解析】本题考查人体内环境稳态的有关知识。维持人体内环境稳态，需要消化、呼吸、循环、泌尿系统直接参与，还需要内分泌系统和神经系统的调节作用，稳态有利于参与其调节的器官保持机能正常，以维持正常的生命活动。人体维持内环境稳态的调节能力是有限的，与外界环境有关，当外界环境变化超出人体调节能力的时候，内环境稳态就处于失调状态。 1一切与外界相通的管腔、囊腔(如消化道、呼吸道、膀胱等)及与外界相通的液体(如泪液、汗液、尿液、消化液等)都不可看作内环境，因而其内所含物质也不可看作存在于内环境中的物质。2人体内所有细胞直接获取营养物质的场所都是内环境，不能直接从外界获取。如皮肤表皮细胞不能从空气中直接吸收利用O2，必须从组织液中获取。 一、理论归纳本实验采用对比实验的方法，通过向自来水、缓冲液、生物材料中加入酸或碱溶液引起pH的不同变化，定性说明人体内液体环境与缓冲液相似而不同于自来水，从而说明生物体维持pH相对稳定的机制。1实验材料：血浆2实验方法：对比实验法3实验假设：生物材料对酸碱有一定的缓冲作用4实验过程：(见演练中的表格)5实验预期：血浆中分别加入酸性或碱性物质，pH变化不明显(如图)。说明：表示用NaOH对自来水的处理。表示NaOH或盐酸分别对缓冲液和生物材料的处理。表示用盐酸对自来水的处理。比较以上三条曲线的变化规律可知：生物材料的性质类似于缓冲液而不同于自来水，说明生物材料内含有酸碱缓冲物质，从而能维持pH相对稳定。6实验结果：与预期相同实验结论：生物体内环境对酸碱的缓冲作用是维持pH稳定的机制。二、演练请根据提供的实验材料和用具，回答相关的问题：(一)实验材料和用具家兔的血浆适量、蒸馏水、预先配制的缓冲液、量筒、试管若干支、NaOH溶液、乳酸、pH试纸。(二)实验流程(1)步骤中向A组和B组的1号试管中加入 。(2)步骤中向B组3支试管中滴加 。(3)预测结果：A组： 。B组： 。(4)从以上实验结果分析，可以得出的结论是 。水等量蒸馏等量的乳酸1号试管pH变化明显，pH明显上升；2、3号试管pH变化不明显1号试管pH变化明显，pH明显下降；2、3号试管pH变化不明显蒸馏水不具有缓冲作用，为对照组；人工配制的缓冲溶液具有缓冲作用；动物血浆与缓冲溶液一样具有缓冲作用，说明其成分中含有缓冲物质 【解析】本题是一个实验设计题，在实验设计题中除了要研究的变量是可变的之外，其他的条件必须保持相同。在实验过程中要遵循对照原则、单一变量原则和等量原则。对结果的分析一定要到位，把现象与结论一起总结出来。1.(2011四川)下列关于人在剧烈运动时生理变化过程的描述，正确的是( )A大量失钠，对细胞外液渗透压的影响大于细胞内液B大量乳酸进入血液，血浆由弱碱性变为弱酸性C胰高血糖素分泌量上升，促进肝糖原和肌糖原分解D血液中O2含量下降，刺激了呼吸中枢促进呼吸运动 A 【解析】人体中钠盐主要存在于细胞外液，对维持细胞外液的渗透压有重要作用，当钠盐大量流失时，细胞外液的渗透压降低；大量乳酸进入血液后，由于血液中存在H2CO3/NaHCO3等缓冲物质，可与乳酸结合，使血液中的pH相对稳定；胰高血糖素可促进肝糖原分解成葡萄糖，促进非糖物质转变为葡萄糖，进而达到升高血糖的目的，但肌糖原不能再分解成为血糖；刺激呼吸中枢促进其呼吸运动的物质主要是CO2。 2.(2011江苏)下列关于人体内环境的叙述，错误的是( )A抗原与抗体的特异性结合发生在内环境中B内环境成分中含有CO2、尿素、神经递质等C组织液渗回血浆和渗入淋巴的量相差较大D血浆的成分稳定时，机体达到稳态D【解析】抗原与抗体的特异性结合属特异性免疫中的体液免疫，是在细胞外进行的；细胞代谢所产生的CO2、尿素等终产物需经内环境再由相应器官排出体外，突触前膜释放的神经递质进入突触间隙，即组织液，然后作用于突触后膜；组织液、血浆和淋巴三者的关系为 在正常生理状态下， 血浆和组织液之间处于渗透平衡；稳态是指内环境的每一种成分和理化性质都处于动态平衡的状态。 3.(2011北京)一次性过量饮水会造成人体细胞肿胀，功能受损。可用静脉滴注高浓度盐水(1.8%NaCl溶液)对患者进行治疗。其原理是( )A升高细胞外液的离子浓度B促进抗利尿激素的分泌C降低细胞内液的离子浓度D减少细胞外液液体总量A【解析】一次性过量饮水，会使内环境渗透压低于细胞内液渗透压，细胞吸水，此时可通过静脉注射适量的高浓度盐水升高患者内环境的渗透压而进行治疗。4.人体花粉过敏时，引起毛细血管壁的通透性增加，血浆蛋白渗出，会造成( )A血浆量增加 B组织液减少C组织液增加 D淋巴减少C【解析】本题考查的知识点是组织液、血浆和淋巴三者的关系以及血浆渗透压，因为血浆蛋白的渗出，使渗透压减小，对组织液中的水分吸收减少，所以组织液会增加。 5.(改编题)人体内的细胞外液构成了细胞生活的液体环境，在这个环境中可发生许多生物化学反应。下列所列出的有关生化反应中，可以发生在这个环境中的是( )A骨骼肌肌细胞因剧烈运动产生的乳酸与碳酸氢钠作用生成乳酸钠和碳酸B突触前膜释放的神经递质和垂体分泌的生长激素的合成C葡萄糖分解形成的丙酮酸被氧化分解成二氧化碳和水D蛋白质在蛋白酶和肽酶作用下消化分解成多肽、氨基酸A【解析】B选项中，突触前膜分泌的神经递质和垂体分泌的生长激素都会进入内环境，但神经递质的合成是在神经细胞中在高尔基体的参与下合成的，生长激素是垂体细胞内合成的一种分泌蛋白，参与的细胞器有核糖体、内质网、高尔基体、线粒体等，最后由细胞膜通过胞吐作用排出；C选项中，葡萄糖形成丙酮酸及丙酮酸氧化分解产生二氧化碳和水，都属于细胞呼吸，在细胞质基质和线粒体中完成；【解析】D选项中，蛋白质在蛋白酶和肽酶作用下消化分解，要么在消化道内完成，要么在细胞内的溶酶体中完成，都不发生在内环境中；当骨骼肌肌细胞因剧烈运动产生乳酸进入内环境(如血浆)后，由于血浆中存在碳酸氢钠/碳酸等缓冲物质，乳酸与碳酸氢钠反应生成乳酸钠和碳酸，过多乳酸钠可以由尿液排出，碳酸则可以分解为水和二氧化碳，由呼吸系统排出，以免内环境pH发生剧烈变化，所以这个反应可以发生在内环境中。答案选择A。6.(2010安徽)下列关于内环境的叙述，正确的是( )A内环境的渗透压下降会刺激下丘脑分泌抗利尿激素增加B内环境是一个主要由 / 构成的缓冲体系C内环境是机体进行正常生命活动和细胞代谢的场所D内环境的变化会引起机体自动地调节器官和系统的活动D-42POH-24HPO【解析】本题考查有关内环境稳态的相关知识，抗利尿激素增加，减少尿量；内环境的渗透压下降，尿量增加，A错。内环境缓冲体系主要由H2CO3和NaHCO3构成，B错。细胞代谢在细胞内进行，内环境是细胞外液，C错。内环境的变化，机体进行调节通过各器官和系统的活动完成。D对。7.(探究创新题)血液中的红细胞源源不断地为人体组织细胞输送氧气。血浆中无机盐含量的相对稳定对于维持红细胞正常的结构与功能至关重要，为患者输液治疗时必须考虑生理盐水的浓度。请完善下列相关实验。(1)探究目的：确定人的生理盐水的浓度。(2)实验材料：略。(3)方法步骤：取7支洁净试管，分别编号为17号，分别加入2 mL浓度为0.5%、0.7%、0.9%、1.1%、1.3%、1.5%的NaCl溶液及蒸馏水，并各加入2滴抗凝剂(或柠檬酸钠)。将左手无名指消毒，用消毒的采血针刺破皮肤，用小滴管吸血。向17号试管中分别滴入1滴血，摇匀，放置5 min。分别取7支试管中混合液各一滴，置于7张洁净的已编号的载玻片上做成临时装片，在显微镜下镜检，观察红细胞形态有何变化。(4)预期结果及分析：如果红细胞在0.9% NaCl溶液中吸水涨破，则人的生理盐水的浓度应该大于0.9%。如果红细胞在0.9% NaCl溶液中形态没有明显变化，则人的生理盐水的浓度应该等于0.9%。如果红细胞在0.9% NaCl溶液中失水皱缩，则人的生理盐水的浓度应该小于0.9%。(5)讨论：某学生配制生理盐水时，由于操作不规范致使溶液浓度偏低，他的探究结果会偏高。为了使实验结果更精确，可采取什么样的实验措施？分组更精细。生理盐水与体液为等渗溶液，过多注射是否会影响细胞的正常功能？会影响。为什么？生理盐水的过多注入会打破无机盐离子的稳态，进而影响细胞的正常功能。
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