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2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第三冊 第一章　人體生命活動的調(diào)節(jié)和免疫 1人體的穩(wěn)態(tài)(備課資料) 一、內(nèi)穩(wěn)態(tài)理論的建立 亨德森（LJHenderson，1879~1942）是一位美國醫(yī)師，同時又是生理學(xué)家、哲學(xué)家和社會活動家。他從酸堿平衡的研究中，發(fā)現(xiàn)了血液的緩沖作用；從體液平衡的角度為內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定提供了科學(xué)依據(jù)。 在哈佛大學(xué)學(xué)習(xí)時，亨德森對阿倫尼烏斯的電離理論非常感興趣，并且堅信這個電離理論可以直接應(yīng)用于生物學(xué)研究。大學(xué)畢業(yè)后，他到德國斯特拉斯堡跟著名膠體化學(xué)家霍夫邁斯特（FHofmeister，1850~1922）學(xué)習(xí)物理化學(xué)。在那里他不僅受到了良好的科學(xué)訓(xùn)練，而且深受德國分析學(xué)派思想的影響。他也曾確信一個生物學(xué)家必須使用物理化學(xué)方法去研究生物體的結(jié)構(gòu)和功能。他們認為生命現(xiàn)象可以分解成物理化學(xué)中的分子、原子和離子，能用實驗證實。1904年他回到哈佛任教，在阿倫尼烏斯電離理論的基礎(chǔ)上著手研究酸堿平衡問題。 亨德森通過精確測量水溶液中氫離子（H+）濃度與未解離的酸或鹽總量（關(guān)系）定量地描述了緩沖系統(tǒng)的作用和特點。向緩沖系統(tǒng)中加入酸或堿，系統(tǒng)可以通過改變?nèi)跛猁}或弱堿鹽解離比率保證溶液中氫離子濃度相對穩(wěn)定。我們的身體體液中包含著酸、堿和鹽，一定存在著緩沖體系。于是，亨德森著手研究血液或組織液的緩沖作用。因為血液的組成成分相當復(fù)雜，他首先研究簡單的模擬血液中的緩沖系統(tǒng)，定量地測定了人造緩沖系統(tǒng)的物理化學(xué)特征。不久他就發(fā)現(xiàn)血液中包含著多種緩沖體系，而且生理緩沖系統(tǒng)比人造緩沖系統(tǒng)有效得多。比如說碳酸和碳酸氫鈉在試管中只有中等的緩沖效力，但在血液中緩沖效力卻很大。通過對水溶液和模擬血液的研究之后，亨德森開始利用這些方法和原理全面系統(tǒng)地研究異常復(fù)雜的血液系統(tǒng)。他選擇了最重要的七種相互有關(guān)的變化成分進行深入細致地研究，取得了大量的物理化學(xué)數(shù)據(jù)。他巧妙地利用了一種像笛卡爾列線圖（cartesian nomofram）一樣的圖解格式對七組數(shù)據(jù)進行了處理，終于找到了一種解釋和顯示他選出的七種變化成分相互作用的方式。他清楚的發(fā)現(xiàn)血液的總緩和勢并不是各組分緩沖勢的簡單累加。這些成就都概括在《作為物化體系的血液》一書中。 亨德森把貝爾納的內(nèi)環(huán)境思想和自己的實驗結(jié)合起來，闡述了自己對生命現(xiàn)象的獨特見解。他認為生命系統(tǒng)是由相互作用的因子組成的，具有調(diào)節(jié)自己各種活動過程的能力。生理過程依賴于生命體內(nèi)的物理和化學(xué)條件，但是通過孤立研究這個系統(tǒng)的任何組成部分都不能完全真正闡明生命現(xiàn)象的機理。亨德森承認物理——化學(xué)方法是一種重要的分析手段，但僅僅依賴它將會導(dǎo)致作出過于簡化或錯誤的結(jié)論。他特別強調(diào)應(yīng)該研究生命現(xiàn)象的整合作用和協(xié)調(diào)作用。這與貝爾納的思想是一脈相承的。亨德森是在美國傳播貝爾納思想的主要干將。1927年他第一次把貝爾納的《實驗醫(yī)學(xué)研究導(dǎo)論》譯成英文。亨德森通過自己出色的工作大大地發(fā)展了貝爾納的思想。他的同事坎農(nóng)在貝爾納和他工作的基礎(chǔ)上，結(jié)合謝靈頓的神經(jīng)態(tài)合理論將內(nèi)環(huán)境理論推向了一個新的高度——建立了內(nèi)穩(wěn)態(tài)理論。 坎農(nóng)（W.B.Cannon，1871~1945）和亨德森一樣曾在哈佛受過良好醫(yī)學(xué)生理學(xué)訓(xùn)練。通過對休克的研究，他清楚地意識到這種身體不能自我維持的生理狀態(tài)是機體調(diào)節(jié)機制衰竭的結(jié)果。他認識到全身生理過程的調(diào)節(jié)像溫度、代謝率、血糖水平、心博率和呼吸速率的調(diào)節(jié)等并不是完全像亨德森所強調(diào)的那樣依靠血液的緩沖作用，還要靠甚至更主要是靠神經(jīng)系統(tǒng)和內(nèi)分泌系統(tǒng)的相互作用來實現(xiàn)。這是一個異常復(fù)雜的問題?？厕r(nóng)先研究了脊椎動物身體上調(diào)節(jié)不隨意反應(yīng)如營養(yǎng)，血管、生殖機能自主神經(jīng)的交感分支。他發(fā)現(xiàn)交感神經(jīng)系統(tǒng)起著主導(dǎo)作用，實際上控制著身體的其他調(diào)節(jié)系統(tǒng)。例如當氣溫升高時，交感神經(jīng)系統(tǒng)一方面使皮膚表層的毛細血管舒張并刺激汗腺分泌汗液，另一方面促使腎上腺釋放更多的腎上腺素到血液加速身體的代謝過程。這些相互作用的結(jié)果將使體溫維持相對恒定。通過對腎上腺髓質(zhì)機能的深入研究，坎農(nóng)認識到腎上腺髓質(zhì)的機能本質(zhì)上是一種適應(yīng)機制，一種有助于動物準備好逃跑或戰(zhàn)斗應(yīng)付緊急情況的機制?？厕r(nóng)通過對交感神經(jīng)系統(tǒng)和與此相關(guān)的內(nèi)分泌功能的研究，對貝爾納的內(nèi)環(huán)境理論有了更深刻而具體的理解。1932年他在《人體的智慧》一書明確提出了內(nèi)穩(wěn)態(tài)理論。 內(nèi)穩(wěn)態(tài)這一術(shù)語描述了維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的自我調(diào)節(jié)過程。他提出內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定不是靠使生物與環(huán)境隔開，而是靠不斷地調(diào)節(jié)體內(nèi)的各種生理過程。穩(wěn)態(tài)是一種動態(tài)的平衡不是恒定不變的；各個組成部分不斷地改變，而整個系統(tǒng)卻保持穩(wěn)定?？厕r(nóng)雖然認識到了身體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)是神經(jīng)、內(nèi)分泌以及血液緩沖作用的結(jié)果，但其具體作用機制仍然有待進一步探討?？厕r(nóng)和亨德森晚年一樣確信生命現(xiàn)象不能完全分成物理化學(xué)過程，即生命系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)及其相互作用與簡單的物理化學(xué)過程不同。他將生物體視為一個整體，每一部分都有其自己的功能，但要通過各種控制過程對各部分進行整合。這反映了一個古老而時髦的哲學(xué)命題：整體大于部分的總和。 坎農(nóng)和亨德森的工作合在一起再加上霍爾丹對呼吸速度調(diào)節(jié)機理的研究代表了20世紀新生物學(xué)或生理學(xué)中最有影響的理論取向。他們改變了一直在生理學(xué)中占重要地位的還原論研究方式。他們堅信生命系統(tǒng)各部分的作用遵循基本的物理——化學(xué)規(guī)律，但又強調(diào)整體的作用不能完全用物理——化學(xué)來解釋。他一方面避免陷入活力論，另一方面又擺脫了還原論的局限。宏觀與微觀相結(jié)合，理論與實驗相結(jié)合，為生理學(xué)乃至生物學(xué)的發(fā)展建立了良好研究方式。他們的這種方式被認為是唯理主義科學(xué)觀（rationalistic science）的重要組成部分。他們是整體唯物主義者，他們堅信事物起因的物質(zhì)性，并且強調(diào)探索系統(tǒng)中各組成部分之間的相互聯(lián)系。 一般認為內(nèi)穩(wěn)態(tài)理論是現(xiàn)代生理學(xué)建立的標志，也是生理學(xué)進一步發(fā)展的基礎(chǔ)。進入20世紀后，生理學(xué)的發(fā)展出現(xiàn)了兩個激烈的領(lǐng)域：神經(jīng)生理和內(nèi)分泌生理。 二、維護人體內(nèi)環(huán)境非常重要 人體的內(nèi)環(huán)境是指人體的細胞間液，它圍繞著每一個細胞，是毛細血管和細胞交換物質(zhì)的中間地帶。正常內(nèi)環(huán)境的酸堿度（液值）為人“－7.45，屬微堿性，但晚期腫瘤患者的內(nèi)環(huán)境則為偏酸性，甚至有輕度的酸中毒。這是因為晚期患者進食少，靠分解體內(nèi)的脂肪和蛋白質(zhì)產(chǎn)熱，這些分解產(chǎn)物是酸性的，因此是內(nèi)環(huán)境偏酸的原因之一。此外腫瘤細胞是較原始的細胞，其代謝過程和正常細胞有較大的差別，基本上是無氧代謝，其葡萄糖的最終產(chǎn)物不是二氧化碳和水，而是乳酸。癌細胞的糖酵解能力為正常細胞的0~8.0倍，即便在供氧充分時，其葡萄糖的消耗量也只為正常組織的5~6倍。大量的乳酸進入內(nèi)環(huán)境，當然會呈酸性。癌癥患者內(nèi)環(huán)境的pH為5.0~7.35，晚期患者常接近5.0。血液和組織液的偏酸性，是由氫離子數(shù)據(jù)體現(xiàn)的。大量的H和氧氣結(jié)合，消耗了大量的氧氣，使內(nèi)環(huán)境缺氧，這種偏酸或酸中毒及缺氧的環(huán)境，不僅為癌細胞的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了條件，還嚴重地影響了全身各臟器的功能?；颊卟豢赡苡惺秤h(huán)、呼吸、神經(jīng)、泌尿等各系統(tǒng)的臟器也處在不斷的惡性循環(huán)中，功能相繼衰竭，最后導(dǎo)致死亡。所以癌癥患者若想治愈，首先要治理內(nèi)環(huán)境。 那么怎樣才能治理好內(nèi)環(huán)境呢？治理好內(nèi)環(huán)境，就是要讓細胞間液的成分盡量接近正常。建議從以下幾方面入手： （1）攝入足夠量的水分每天清晨空腹飲一杯（約500 mL）涼開水，不僅可發(fā)揮人體糾正酸堿平衡的緩沖作用，將多余的酸性物質(zhì)排出體外，減輕疲勞和不適，還有利于體內(nèi)毒素的排出，刺激胃腸蠕動和排便。 （2）保持樂觀情緒排除精神壓力，使各個器官正常的工作，充分發(fā)揮其功能。 （3）加強體育鍛煉從根本上提高各器官的功能，加速新陳代謝，提高免疫能力。 （4）節(jié)制飲食減輕飲食負荷可刺激自主神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等的活動，從而調(diào)動機體的調(diào)節(jié)功能，促使體內(nèi)的代謝廢物排出，使內(nèi)環(huán)境接近正常。 三、典型例題分析 ［例1］下列能影響內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的因素有 A.神經(jīng)調(diào)節(jié) B.體液調(diào)節(jié) C.各器官系統(tǒng)協(xié)調(diào)運動 D.外界環(huán)境條件 分析：細胞生活的內(nèi)環(huán)境保持相對穩(wěn)定的狀態(tài)，是細胞進行正常代謝的重要條件，而內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的維持有賴于在神經(jīng)、體液調(diào)節(jié)下，各器官系統(tǒng)的協(xié)調(diào)活動。外界條件的影響，也是刺激機體作出調(diào)整，以維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的因素之一。 答案：ABCD ［例2］毛細血管和毛細淋巴管管壁細胞的內(nèi)環(huán)境分別是 ①血液和組織液 ②血漿和組織液 ③淋巴和血漿 ④淋巴和組織液 A.①④ B.②③ C.②④ D.①③ 分析：內(nèi)環(huán)境是指細胞外液，它包括組織液、血漿和淋巴等，根據(jù)人體(或高等動物)的組織結(jié)構(gòu)特點可知毛細血管壁細胞內(nèi)鄰血漿、外鄰組織液，故其內(nèi)環(huán)境是②；同理可知毛細淋巴管細胞的內(nèi)環(huán)境為④。 答案：C ［例3］(xx年上海高考題)一運動員正在進行長跑鍛煉，從他的大腿肌細胞中檢測到3種化學(xué)物質(zhì)，其濃度變化如下圖所示，圖中P、Q、R三曲線依次代表 A. O2、CO2、乳酸 B.乳酸、CO2、O2 C.CO2、O2、乳酸 D.CO2、乳酸、O2 分析：當劇烈運動時，骨骼肌需要的能量供應(yīng)主要靠肌細胞的有氧呼吸，由于有氧呼吸加強，因而需要大量的O2和產(chǎn)生大量的CO2，故肌細胞中O2濃度逐漸降低，CO2濃度逐漸升高。盡管此時呼吸加快，血液循環(huán)加快，盡快排出肌細胞中的CO2和運來O2，但有氧呼吸也不會無限加強，因而O2濃度降低到一定值時就不再降低，同理，CO2濃度升高到一定值時也不會再升高。因此，曲線Q是CO2變化曲線，曲線R是O2變化曲線。在劇烈運動時單靠有氧呼吸供能還不能滿足肌細胞的能量需求，肌細胞還進行少量無氧呼吸以彌補能量不足，無氧呼吸產(chǎn)生乳酸，并在肌細胞內(nèi)不斷積累使其濃度逐漸增大(P曲線)。另外，以上所述的呼吸作用產(chǎn)生的乳酸、碳酸(CO2溶于水)可在一定時間內(nèi)被機體的緩沖物質(zhì)在血液中中和，血液的pH不會發(fā)生很大變化，從而維持了內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定狀態(tài)。 答案：B