2019-2020年高中生物 （人教大纲版）第三册 第一章　人体生命活动的调节和免疫 1人体的稳态(备课资料).doc

2019-2020年高中生物 （人教大纲版）第三册 第一章人体生命活动的调节和免疫 1人体的稳态(备课资料)一、内稳态理论的建立亨德森（LJHenderson，18791942）是一位美国医师，同时又是生理学家、哲学家和社会活动家。他从酸碱平衡的研究中，发现了血液的缓冲作用；从体液平衡的角度为内环境的稳定提供了科学依据。在哈佛大学学习时，亨德森对阿伦尼乌斯的电离理论非常感兴趣，并且坚信这个电离理论可以直接应用于生物学研究。大学毕业后，他到德国斯特拉斯堡跟著名胶体化学家霍夫迈斯特（FHofmeister，18501922）学习物理化学。在那里他不仅受到了良好的科学训练，而且深受德国分析学派思想的影响。他也曾确信一个生物学家必须使用物理化学方法去研究生物体的结构和功能。他们认为生命现象可以分解成物理化学中的分子、原子和离子，能用实验证实。1904年他回到哈佛任教，在阿伦尼乌斯电离理论的基础上着手研究酸碱平衡问题。亨德森通过精确测量水溶液中氢离子（H+）浓度与未解离的酸或盐总量（关系）定量地描述了缓冲系统的作用和特点。向缓冲系统中加入酸或碱，系统可以通过改变弱酸盐或弱碱盐解离比率保证溶液中氢离子浓度相对稳定。我们的身体体液中包含着酸、碱和盐，一定存在着缓冲体系。于是，亨德森着手研究血液或组织液的缓冲作用。因为血液的组成成分相当复杂，他首先研究简单的模拟血液中的缓冲系统，定量地测定了人造缓冲系统的物理化学特征。不久他就发现血液中包含着多种缓冲体系，而且生理缓冲系统比人造缓冲系统有效得多。比如说碳酸和碳酸氢钠在试管中只有中等的缓冲效力，但在血液中缓冲效力却很大。通过对水溶液和模拟血液的研究之后，亨德森开始利用这些方法和原理全面系统地研究异常复杂的血液系统。他选择了最重要的七种相互有关的变化成分进行深入细致地研究，取得了大量的物理化学数据。他巧妙地利用了一种像笛卡尔列线图（cartesian nomofram）一样的图解格式对七组数据进行了处理，终于找到了一种解释和显示他选出的七种变化成分相互作用的方式。他清楚的发现血液的总缓和势并不是各组分缓冲势的简单累加。这些成就都概括在作为物化体系的血液一书中。亨德森把贝尔纳的内环境思想和自己的实验结合起来，阐述了自己对生命现象的独特见解。他认为生命系统是由相互作用的因子组成的，具有调节自己各种活动过程的能力。生理过程依赖于生命体内的物理和化学条件，但是通过孤立研究这个系统的任何组成部分都不能完全真正阐明生命现象的机理。亨德森承认物理化学方法是一种重要的分析手段，但仅仅依赖它将会导致作出过于简化或错误的结论。他特别强调应该研究生命现象的整合作用和协调作用。这与贝尔纳的思想是一脉相承的。亨德森是在美国传播贝尔纳思想的主要干将。1927年他第一次把贝尔纳的实验医学研究导论译成英文。亨德森通过自己出色的工作大大地发展了贝尔纳的思想。他的同事坎农在贝尔纳和他工作的基础上，结合谢灵顿的神经态合理论将内环境理论推向了一个新的高度建立了内稳态理论。坎农（W.B.Cannon，18711945）和亨德森一样曾在哈佛受过良好医学生理学训练。通过对休克的研究，他清楚地意识到这种身体不能自我维持的生理状态是机体调节机制衰竭的结果。他认识到全身生理过程的调节像温度、代谢率、血糖水平、心博率和呼吸速率的调节等并不是完全像亨德森所强调的那样依靠血液的缓冲作用，还要靠甚至更主要是靠神经系统和内分泌系统的相互作用来实现。这是一个异常复杂的问题。坎农先研究了脊椎动物身体上调节不随意反应如营养，血管、生殖机能自主神经的交感分支。他发现交感神经系统起着主导作用，实际上控制着身体的其他调节系统。例如当气温升高时，交感神经系统一方面使皮肤表层的毛细血管舒张并刺激汗腺分泌汗液，另一方面促使肾上腺释放更多的肾上腺素到血液加速身体的代谢过程。这些相互作用的结果将使体温维持相对恒定。通过对肾上腺髓质机能的深入研究，坎农认识到肾上腺髓质的机能本质上是一种适应机制，一种有助于动物准备好逃跑或战斗应付紧急情况的机制。坎农通过对交感神经系统和与此相关的内分泌功能的研究，对贝尔纳的内环境理论有了更深刻而具体的理解。1932年他在人体的智慧一书明确提出了内稳态理论。内稳态这一术语描述了维持内环境稳定的自我调节过程。他提出内环境的稳定不是靠使生物与环境隔开，而是靠不断地调节体内的各种生理过程。稳态是一种动态的平衡不是恒定不变的；各个组成部分不断地改变，而整个系统却保持稳定。坎农虽然认识到了身体内环境的稳态是神经、内分泌以及血液缓冲作用的结果，但其具体作用机制仍然有待进一步探讨。坎农和亨德森晚年一样确信生命现象不能完全分成物理化学过程，即生命系统各部分的结构及其相互作用与简单的物理化学过程不同。他将生物体视为一个整体，每一部分都有其自己的功能，但要通过各种控制过程对各部分进行整合。这反映了一个古老而时髦的哲学命题：整体大于部分的总和。坎农和亨德森的工作合在一起再加上霍尔丹对呼吸速度调节机理的研究代表了20世纪新生物学或生理学中最有影响的理论取向。他们改变了一直在生理学中占重要地位的还原论研究方式。他们坚信生命系统各部分的作用遵循基本的物理化学规律，但又强调整体的作用不能完全用物理化学来解释。他一方面避免陷入活力论，另一方面又摆脱了还原论的局限。宏观与微观相结合，理论与实验相结合，为生理学乃至生物学的发展建立了良好研究方式。他们的这种方式被认为是唯理主义科学观（rationalistic science）的重要组成部分。他们是整体唯物主义者，他们坚信事物起因的物质性，并且强调探索系统中各组成部分之间的相互联系。一般认为内稳态理论是现代生理学建立的标志，也是生理学进一步发展的基础。进入20世纪后，生理学的发展出现了两个激烈的领域：神经生理和内分泌生理。二、维护人体内环境非常重要人体的内环境是指人体的细胞间液，它围绕着每一个细胞，是毛细血管和细胞交换物质的中间地带。正常内环境的酸碱度（液值）为人“7.45，属微碱性，但晚期肿瘤患者的内环境则为偏酸性，甚至有轻度的酸中毒。这是因为晚期患者进食少，靠分解体内的脂肪和蛋白质产热，这些分解产物是酸性的，因此是内环境偏酸的原因之一。此外肿瘤细胞是较原始的细胞，其代谢过程和正常细胞有较大的差别，基本上是无氧代谢，其葡萄糖的最终产物不是二氧化碳和水，而是乳酸。癌细胞的糖酵解能力为正常细胞的08.0倍，即便在供氧充分时，其葡萄糖的消耗量也只为正常组织的56倍。大量的乳酸进入内环境，当然会呈酸性。癌症患者内环境的pH为5.07.35，晚期患者常接近5.0。血液和组织液的偏酸性，是由氢离子数据体现的。大量的H和氧气结合，消耗了大量的氧气，使内环境缺氧，这种偏酸或酸中毒及缺氧的环境，不仅为癌细胞的复发和转移创造了条件，还严重地影响了全身各脏器的功能。患者不可能有食欲，循环、呼吸、神经、泌尿等各系统的脏器也处在不断的恶性循环中，功能相继衰竭，最后导致死亡。所以癌症患者若想治愈，首先要治理内环境。那么怎样才能治理好内环境呢？治理好内环境，就是要让细胞间液的成分尽量接近正常。建议从以下几方面入手：（1）摄入足够量的水分每天清晨空腹饮一杯（约500 mL）凉开水，不仅可发挥人体纠正酸碱平衡的缓冲作用，将多余的酸性物质排出体外，减轻疲劳和不适，还有利于体内毒素的排出，刺激胃肠蠕动和排便。（2）保持乐观情绪排除精神压力，使各个器官正常的工作，充分发挥其功能。（3）加强体育锻炼从根本上提高各器官的功能，加速新陈代谢，提高免疫能力。（4）节制饮食减轻饮食负荷可刺激自主神经系统、内分泌系统、免疫系统等的活动，从而调动机体的调节功能，促使体内的代谢废物排出，使内环境接近正常。三、典型例题分析例1下列能影响内环境稳态的因素有A.神经调节B.体液调节C.各器官系统协调运动D.外界环境条件分析：细胞生活的内环境保持相对稳定的状态，是细胞进行正常代谢的重要条件，而内环境稳态的维持有赖于在神经、体液调节下，各器官系统的协调活动。外界条件的影响，也是刺激机体作出调整，以维持内环境稳态的因素之一。答案：ABCD例2毛细血管和毛细淋巴管管壁细胞的内环境分别是血液和组织液 血浆和组织液 淋巴和血浆 淋巴和组织液A.B.C.D.分析：内环境是指细胞外液，它包括组织液、血浆和淋巴等，根据人体(或高等动物)的组织结构特点可知毛细血管壁细胞内邻血浆、外邻组织液，故其内环境是；同理可知毛细淋巴管细胞的内环境为。答案：C例3(xx年上海高考题)一运动员正在进行长跑锻炼，从他的大腿肌细胞中检测到3种化学物质，其浓度变化如下图所示，图中P、Q、R三曲线依次代表A. O2、CO2、乳酸B.乳酸、CO2、O2C.CO2、O2、乳酸D.CO2、乳酸、O2分析：当剧烈运动时，骨骼肌需要的能量供应主要靠肌细胞的有氧呼吸，由于有氧呼吸加强，因而需要大量的O2和产生大量的CO2，故肌细胞中O2浓度逐渐降低，CO2浓度逐渐升高。尽管此时呼吸加快，血液循环加快，尽快排出肌细胞中的CO2和运来O2，但有氧呼吸也不会无限加强，因而O2浓度降低到一定值时就不再降低，同理，CO2浓度升高到一定值时也不会再升高。因此，曲线Q是CO2变化曲线，曲线R是O2变化曲线。在剧烈运动时单靠有氧呼吸供能还不能满足肌细胞的能量需求，肌细胞还进行少量无氧呼吸以弥补能量不足，无氧呼吸产生乳酸，并在肌细胞内不断积累使其浓度逐渐增大(P曲线)。另外，以上所述的呼吸作用产生的乳酸、碳酸(CO2溶于水)可在一定时间内被机体的缓冲物质在血液中中和，血液的pH不会发生很大变化，从而维持了内环境的相对稳定状态。答案：B