2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第三冊(cè) 第一章　人體生命活動(dòng)的調(diào)節(jié)和免疫 1人體的穩(wěn)態(tài)(備課資料).doc

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2019-2020年高中生物 （人教大綱版）第三冊(cè) 第一章　人體生命活動(dòng)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(guó)醫(yī)師，同時(shí)又是生理學(xué)家、哲學(xué)家和社會(huì)活動(dòng)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(shí)，亨德森對(duì)阿倫尼烏斯的電離理論非常感興趣，并且堅(jiān)信這個(gè)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(guó)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(guó)分析學(xué)派思想的影響。他也曾確信一個(gè)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(rèn)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(shí)驗(yàn)證實(shí)。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(wèn)題。 亨德森通過(guò)精確測(cè)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(diǎn)。向緩沖系統(tǒng)中加入酸或堿，系統(tǒng)可以通過(guò)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(duì)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?yàn)檠旱慕M成成分相當(dāng)復(fù)雜，他首先研究簡(jiǎn)單的模擬血液中的緩沖系統(tǒng)，定量地測(cè)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(shuō)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(guò)對(duì)水溶液和模擬血液的研究之后，亨德森開(kāi)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(jìn)行深入細(xì)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(duì)七組數(shù)據(jù)進(jìn)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(shì)并不是各組分緩沖勢(shì)的簡(jiǎn)單累加。這些成就都概括在《作為物化體系的血液》一書(shū)中。 亨德森把貝爾納的內(nèi)環(huán)境思想和自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，闡述了自己對(duì)生命現(xiàn)象的獨(dú)特見(jiàn)解。他認(rèn)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(dòng)過(guò)程的能力。生理過(guò)程依賴于生命體內(nèi)的物理和化學(xué)條件，但是通過(guò)孤立研究這個(gè)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(jī)理。亨德森承認(rèn)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(huì)導(dǎo)致作出過(guò)于簡(jiǎn)化或錯(cuò)誤的結(jié)論。他特別強(qiáng)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(guó)傳播貝爾納思想的主要干將。1927年他第一次把貝爾納的《實(shí)驗(yàn)醫(yī)學(xué)研究導(dǎo)論》譯成英文。亨德森通過(guò)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(gè)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(guò)良好醫(yī)學(xué)生理學(xué)訓(xùn)練。通過(guò)對(duì)休克的研究，他清楚地意識(shí)到這種身體不能自我維持的生理狀態(tài)是機(jī)體調(diào)節(jié)機(jī)制衰竭的結(jié)果。他認(rèn)識(shí)到全身生理過(guò)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(qiáng)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(lái)實(shí)現(xiàn)。這是一個(gè)異常復(fù)雜的問(wèn)題?？厕r(nóng)先研究了脊椎動(dòng)物身體上調(diào)節(jié)不隨意反應(yīng)如營(yíng)養(yǎng)，血管、生殖機(jī)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(shí)際上控制著身體的其他調(diào)節(jié)系統(tǒng)。例如當(dāng)氣溫升高時(shí)，交感神經(jīng)系統(tǒng)一方面使皮膚表層的毛細(xì)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(guò)程。這些相互作用的結(jié)果將使體溫維持相對(duì)恒定。通過(guò)對(duì)腎上腺髓質(zhì)機(jī)能的深入研究，坎農(nóng)認(rèn)識(shí)到腎上腺髓質(zhì)的機(jī)能本質(zhì)上是一種適應(yīng)機(jī)制，一種有助于動(dòng)物準(zhǔn)備好逃跑或戰(zhàn)斗應(yīng)付緊急情況的機(jī)制?？厕r(nóng)通過(guò)對(duì)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(duì)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(shū)明確提出了內(nèi)穩(wěn)態(tài)理論。 內(nèi)穩(wěn)態(tài)這一術(shù)語(yǔ)描述了維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的自我調(diào)節(jié)過(guò)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(kāi)，而是靠不斷地調(diào)節(jié)體內(nèi)的各種生理過(guò)程。穩(wěn)態(tài)是一種動(dòng)態(tài)的平衡不是恒定不變的；各個(gè)組成部分不斷地改變，而整個(gè)系統(tǒng)卻保持穩(wěn)定?？厕r(nóng)雖然認(rèn)識(shí)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(jī)制仍然有待進(jìn)一步探討。坎農(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(guò)程，即生命系統(tǒng)各部分的結(jié)構(gòu)及其相互作用與簡(jiǎn)單的物理化學(xué)過(guò)程不同。他將生物體視為一個(gè)整體，每一部分都有其自己的功能，但要通過(guò)各種控制過(guò)程對(duì)各部分進(jìn)行整合。這反映了一個(gè)古老而時(shí)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(duì)呼吸速度調(diào)節(jié)機(jī)理的研究代表了20世紀(jì)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(jiān)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(qiáng)調(diào)整體的作用不能完全用物理——化學(xué)來(lái)解釋。他一方面避免陷入活力論，另一方面又?jǐn)[脫了還原論的局限。宏觀與微觀相結(jié)合，理論與實(shí)驗(yàn)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(rèn)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(jiān)信事物起因的物質(zhì)性，并且強(qiáng)調(diào)探索系統(tǒng)中各組成部分之間的相互聯(lián)系。 一般認(rèn)為內(nèi)穩(wěn)態(tài)理論是現(xiàn)代生理學(xué)建立的標(biāo)志，也是生理學(xué)進(jìn)一步發(fā)展的基礎(chǔ)。進(jìn)入20世紀(jì)后，生理學(xué)的發(fā)展出現(xiàn)了兩個(gè)激烈的領(lǐng)域：神經(jīng)生理和內(nèi)分泌生理。 二、維護(hù)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(xì)胞間液，它圍繞著每一個(gè)細(xì)胞，是毛細(xì)血管和細(xì)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?yàn)橥砥诨颊哌M(jìn)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(xì)胞是較原始的細(xì)胞，其代謝過(guò)程和正常細(xì)胞有較大的差別，基本上是無(wú)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(xì)胞的糖酵解能力為正常細(xì)胞的0~8.0倍，即便在供氧充分時(shí)，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(jìn)入內(nèi)環(huán)境，當(dāng)然會(huì)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(xì)胞的復(fù)發(fā)和轉(zhuǎn)移創(chuàng)造了條件，還嚴(yán)重地影響了全身各臟器的功能。患者不可能有食欲，循環(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(xì)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(kāi)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(dòng)和排便。 （2）保持樂(lè)觀情緒排除精神壓力，使各個(gè)器官正常的工作，充分發(fā)揮其功能。 （3）加強(qiáng)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(fù)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(dòng)，從而調(diào)動(dòng)機(jī)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(yùn)動(dòng) D.外界環(huán)境條件 分析：細(xì)胞生活的內(nèi)環(huán)境保持相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，是細(xì)胞進(jìn)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(dòng)。外界條件的影響，也是刺激機(jī)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(xì)血管和毛細(xì)淋巴管管壁細(xì)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(xì)胞外液，它包括組織液、血漿和淋巴等，根據(jù)人體(或高等動(dòng)物)的組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可知毛細(xì)血管壁細(xì)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(xì)淋巴管細(xì)胞的內(nèi)環(huán)境為④。 答案：C ［例3］(xx年上海高考題)一運(yùn)動(dòng)員正在進(jìn)行長(zhǎng)跑鍛煉，從他的大腿肌細(xì)胞中檢測(cè)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(dāng)劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)，骨骼肌需要的能量供應(yīng)主要靠肌細(xì)胞的有氧呼吸，由于有氧呼吸加強(qiáng)，因而需要大量的O2和產(chǎn)生大量的CO2，故肌細(xì)胞中O2濃度逐漸降低，CO2濃度逐漸升高。盡管此時(shí)呼吸加快，血液循環(huán)加快，盡快排出肌細(xì)胞中的CO2和運(yùn)來(lái)O2，但有氧呼吸也不會(huì)無(wú)限加強(qiáng)，因而O2濃度降低到一定值時(shí)就不再降低，同理，CO2濃度升高到一定值時(shí)也不會(huì)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(yùn)動(dòng)時(shí)單靠有氧呼吸供能還不能滿足肌細(xì)胞的能量需求，肌細(xì)胞還進(jìn)行少量無(wú)氧呼吸以彌補(bǔ)能量不足，無(wú)氧呼吸產(chǎn)生乳酸，并在肌細(xì)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(shí)間內(nèi)被機(jī)體的緩沖物質(zhì)在血液中中和，血液的pH不會(huì)發(fā)生很大變化，從而維持了內(nèi)環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。 答案：B