第2節內環境的穩態第1章2021內容索引0102課前篇自主預習課堂篇探究學習學習目標1.結合人體內環境的化學成分和理化性質的調節,理解內環境的穩態,形成生命觀念。2.通過內環境穩態與人體多個系統的功能聯系,理解內環境穩態的調節機制,建立系統觀,形成生命健康意識。3.通過模擬生物體維持pH的穩定,理解生物體維持pH穩定的機制,培養科學探究能力。課前篇自主預習一、內環境的穩態與調節機制1.內環境穩態(1)含義:正常機體通過調節作用,使各個器官、系統協調活動,共同維持內環境的相對穩定狀態。(2)實質:內環境的組成成分和理化性質的動態平衡(在一定范圍內波動)。(3)原因:外界環境的變化和體內細胞代謝活動的進行,使內環境的各種化學成分和理化性質不斷變化。(4)內環境穩態的實例:人體體溫的日變化正常情況下,不同人的體溫,會因年齡、性別等的不同而存在微小差異;同一個人的體溫在一日內也有變化,但變化幅度一般不超過1

℃;健康人的體溫始終接近37

℃。2.對穩態調節機制的認識

二、內環境穩態的重要意義1.意義:內環境穩態是機體進行正常生命活動的必要條件。2.實例內環境成分或理化性質意

義滲透壓相對穩定維持細胞的正常形態和功能溫度、pH相對穩定保證酶活性、酶促反應的正常進行血糖濃度和血液中的含氧量相對穩定保證機體正常的能量供應代謝廢物的及時排出防止機體中毒[思考]

內環境穩態遭到破壞后,一定會發生代謝紊亂嗎?答案

一定,因為內環境穩態是機體進行正常生命活動的必要條件。預習反饋1.判斷(1)內環境保持相對穩定有利于機體適應外界環境的變化。(

√)(2)內環境穩態有利于新陳代謝過程中酶促反應的正常進行。(

√

)(3)血漿中的

參與維持血漿pH的穩定。(

√)(4)血漿的成分穩定時,機體達到穩態。(

×

)2.(2021四川成都高二開學考試)下列不屬于人體內環境穩態失衡引起的疾病的是(

)A.長期吃堿性食物導致胃液pH變化引起胃病B.人體因感染新型冠狀病毒導致發高燒C.人體因缺鈣引起手足抽搐D.人體胰島素分泌過少導致糖尿病答案

A解析

胃液不屬于內環境,A項符合題意;發高燒是體溫改變,內環境理化性質改變屬于內環境穩態失衡,B項不符合題意;鈣是內環境成分,缺鈣引起手足抽搐屬于內環境穩態失衡,C項不符合題意;血糖屬于內環境成分,胰島素分泌過少導致血糖濃度過高,出現糖尿病,屬于內環境穩態失調,D項不符合題意。3.人體穩態的調節能力是有一定限度的,下列現象屬于內環境穩態失調的是(

)A.寒冷時出現寒戰B.從平原到高原,有的人出現肺水腫癥狀C.體內有輕微病原體感染時,白細胞數量增多D.干渴時,尿量明顯減少答案

B解析

內環境穩態是指內環境的各種成分和理化性質保持相對穩定的狀態。A、C、D三項中的現象均為人體正常生理現象,出現肺水腫是病理表現,說明內環境中滲透壓平衡被破壞,組織液水分增多,內環境穩態被破壞,故B項符合題意。三、實驗:模擬生物體維持pH的穩定1.實驗目的通過比較自來水、緩沖液和肝勻漿在加入酸或堿后pH的變化,推測生物體是如何維持pH穩定的。2.實驗原理本實驗采用對比實驗的方法,通過向自來水、緩沖液、肝勻漿中加入酸或堿溶液引起的pH不同變化,定性說明人體內液體環境與緩沖液相似而不同于自來水,從而說明生物體具有維持pH相對穩定的機制。3.實驗流程

測定并記錄初始pH→每滴入5滴物質的量濃度為0.1mol/L的鹽酸或NaOH溶液測定并記錄一次pH,直至滴入30滴→以pH為縱軸、酸或堿的滴數為橫軸將記錄數據作圖→比較并得出結論。4.實驗結果(1)對自來水的處理曲線①②分別表示用物質的量濃度均為0.1mol/L的NaOH溶液和鹽酸對自來水的處理。結果:滴加鹽酸后,自來水的pH逐漸減小,滴加NaOH溶液后,自來水的pH逐漸增大。自來水組

(2)對緩沖液的處理

緩沖液組結果:在一定范圍內無論滴加鹽酸或NaOH溶液,緩沖液的pH均保持相對穩定。(3)對肝勻漿的處理生物材料組結果:在一定范圍內無論滴加鹽酸或NaOH溶液,生物材料的pH均保持相對穩定。5.結論滴加鹽酸后,自來水的pH逐漸減小;滴加NaOH溶液后,自來水的pH逐漸增大。無論滴加鹽酸還是NaOH溶液,緩沖液和肝勻漿的pH均保持相對穩定。說明在一定范圍內,生物材料的性質類似于緩沖液而不同于自來水,肝勻漿內含有緩沖物質,能夠維持pH的相對穩定。預習反饋1.判斷(1)加入酸或堿時,要一滴一滴地加入,并嚴格控制滴數。(

√

)(2)HCl和NaOH均有腐蝕性,要避免其與皮膚和眼睛接觸。(

√)(3)沖洗燒杯一定要充分,否則將影響實驗結果。(

√)(4)隨便選取一種生物材料進行實驗即可。(

×

)(5)加入酸、堿后要立即測定pH。(

×

)(6)繪制pH變化曲線時可用不同顏色的筆或實虛線標明。(

√)(7)繪制坐標曲線時要注明橫軸、縱軸所代表的意義及相應單位。(

√)A.起對照作用的是清水組和緩沖液組B.所得結果不合理的是清水組C.該實驗結果說明血漿組緩沖物質的緩沖能力是有限的D.圖中的結果表明緩沖液組維持pH穩定的能力強于血漿組答案

D解析

本實驗探究的是血漿是否具有維持pH穩定的功能,所以血漿組為實驗組,清水組和緩沖液組為對照組,A項正確;加入HCl后,清水組的pH應該降低,所以圖中清水組的結果不合理,B項正確;從坐標曲線可以看出,當加入的HCl達到一定量后,無論是血漿組還是緩沖液組,都不能繼續維持pH的相對穩定,說明血漿組緩沖物質的緩沖能力是有限的,C項正確;據圖可知,緩沖液組的曲線比血漿組先下降,說明緩沖液組維持pH穩定的能力低于血漿組,D項錯誤。四、穩態概念的發展在生命系統的各個層次上,都普遍存在著穩態,穩態已成為生命科學的一大基本概念。分子水平→基因表達的穩態、激素分泌的穩態、酶活性的穩態等

↓細胞水平→細胞分裂和分化的穩態等

↓器官水平→心臟活動(血壓、心率)的穩態、消化腺分泌消化液的穩態等

↓群體水平→種群數量變化的穩態、生態系統的結構和功能的穩態課堂篇探究學習探究點一內環境穩態的調節機制及意義資料1:下圖是某正常人與其父母的體溫日變化曲線。

資料2:下表是某人血液生化六項的檢查化驗單。

項

目測定值單位參考范圍丙氨酸氨基轉移酶ALT17IU/L0~45肌酐CRE1.5mg/dL0.5~1.5尿素氮BUN14.6mg/dL6.0~23.0葡萄糖GLU223

mg/dL60~110甘油三酯TG217

mg/dL50~200總膽固醇TCH179mg/dL150~2201.通過資料1你能得出哪些結論?答案

(1)正常人的體溫并不是一個固定值,而是一個溫度范圍,變化幅度一般不超過1℃;而且,同一個人的體溫隨晝夜變化也不同。(2)不同年齡的人的體溫有微小的差異,一般青年人高于老年人;不同性別的人的體溫也有微小的差異,一般女性高于男性。2.為什么資料2中每一項成分的正常參考值都是一個范圍?答案

內環境中的各種化學成分不是固定不變的,而是在一定范圍內波動,且不同個體存在一定的差異。3.在夏季灼人的日光下,人長時間工作,體內熱量若不能及時散失,會造成“中暑”。“中暑”的病人細胞代謝會發生紊亂,試解釋其原因。答案

“中暑”的病人體內熱量不能及時散失,導致體溫升高,酶活性降低,進而引起細胞代謝紊亂。4.結合人體的各種系統理解內環境穩態的調節機制。答案

與內環境穩態直接相關的系統是呼吸系統、消化系統、泌尿系統和循環系統;起調節作用的系統是神經系統、內分泌系統和免疫系統;各個器官、系統協調一致地正常運行是維持內環境穩態的基礎。因此,維持穩態的主要調節機制是神經—體液—免疫調節網絡。5.舉例說明內環境穩態的意義。答案

(1)細胞代謝需要依靠氧化分解葡萄糖來提供能量,只有血糖濃度和血液中的含氧量保持在正常范圍內,才能為這一反應提供充足的反應物。(2)細胞代謝的進行離不開酶,酶的活性又受溫度、pH等因素的影響。只有溫度、pH等都在適宜的范圍內,酶才能正常地發揮催化作用。因此內環境穩態是機體進行正常生命活動的必要條件。【歸納提升】內環境穩態失調與相關疾病(1)內環境的理化性質失調:①pH失調(酸中毒、堿中毒)——pH偏高或偏低均會影響酶的活性,使細胞代謝紊亂;②滲透壓失調(如嘔吐等)——細胞形態、功能異常;③體溫失調——溫度偏高或偏低會影響酶的活性,使細胞代謝紊亂。(2)內環境的化學成分含量失衡:①失水過多,可導致血漿滲透壓升高;②血漿中蛋白質含量降低,可出現組織水腫;③代謝廢物含量升高,可導致尿毒癥;④O2缺乏,如缺鐵性貧血,可導致乳酸中毒;⑤血漿中Ca2+過低,可出現抽搐現象;⑥血糖平衡失調,可導致低血糖、糖尿病等。【探究應用】1.下列有關內環境和穩態的敘述,正確的是(

)A.若②為腦細胞,則a處的氧氣濃度高于b處;若②為肌肉細胞,則a處的葡萄糖濃度高于b處B.內環境的穩態就是指①③④中溫度、滲透壓及pH的相對穩定C.①中的蛋白質含量高于④,其最終匯入血漿參與血液循環,若淋巴管阻塞會引起組織水腫D.在人體中,穩態的維持只需要神經系統和內分泌系統的調節答案

A解析

若②為腦細胞,腦細胞會消耗氧氣,故a處的氧氣濃度高于b處,若②為肌肉細胞,血液流經肌肉會合成肌糖原,故a處的葡萄糖濃度高于b處,A項正確;內環境的穩態不僅包括內環境理化性質的穩定,也包括內環境成分和含量的穩定,B項錯誤;①淋巴液中的蛋白質含量低于④血漿,C項錯誤;人體穩態的維持需要神經系統、內分泌系統和免疫系統的調節,D項錯誤。2.內環境穩態的維持要依靠機體的調節,但外界環境也會影響穩態,下列事實哪一項不是外界環境因素變化引起的?(

)A.夏天長期待在空調房間容易引起“空調病”B.有人到青藏高原后會頭疼乏力、血壓升高C.人屏息一段時間后,呼吸運動會明顯加強D.長期處于高溫環境可能會引起“中暑”答案

C解析

“空調病”“高原反應”“中暑”分別是由于外界環境溫差過大、氧氣稀少和長期高溫造成的,都屬于外界環境變化引起的內環境穩態失調;人屏住呼吸時,不與外界環境發生氣體交換,從而使CO2大量積聚在血漿中,刺激呼吸中樞,進而使呼吸加快,不是外界環境變化引起的。答案

D解析

血細胞生活的內環境為血漿,組織細胞生活的內環境為組織液,A項錯誤;酵母菌為單細胞生物,沒有內環境,B項錯誤;隨著外部環境的變化,機體的內環境也會發生變化,處于動態平衡,C項錯誤;細胞內的代謝活動離不開酶,酶的活性又受溫度、pH等因素的影響,只有溫度、pH等都在適宜的范圍內,酶才能正常的發揮催化作用,所以內環境穩態是體內細胞酶促反應正常進行的必要條件,D項正確。探究點二實驗:模擬生物體維持pH的穩定分析“模擬生物體維持pH的穩定”實驗,找出實驗注意事項,分析實驗現象及原因。1.該實驗有誤差嗎?誤差產生的原因是什么?答案

有誤差。產生原因:(1)燒杯清洗不干凈;(2)加入酸或堿后不搖動或搖動不均勻、不徹底;(3)加入酸或堿后不待其穩定就立即測pH等。2.實驗過程中,出現了很多次的“充分沖洗燒杯”,請你分析這樣做的目的。答案

第一次“充分沖洗燒杯”是為了避免酸性物質(HCl)與堿性物質(NaOH)發生中和反應,使實驗現象不明顯,減少誤差。第二次“充分沖洗燒杯”是為了避免殘留的NaOH影響實驗結果。第三次“充分沖洗燒杯”是為了防止不同的材料混合,影響實驗效果。3.分析實驗過程中腐蝕性物質使用的注意事項及解決措施。答案

HCl和NaOH都有腐蝕性,應避免其與皮膚和眼睛接觸,更不要入口。若有酸、堿濺到皮膚上,要立即用水沖洗15min,并告訴老師。4.該實驗中,緩沖液的pH變化為什么與自來水的不同?嘗試對肝勻漿維持pH穩定的機制進行解釋。答案

緩沖液中加入少量酸或堿后,pH變化不明顯,原因是磷酸緩沖液中含有Na2HPO4和KH2PO4,其中KH2PO4呈酸性,當加入少量NaOH時,可以中和OH-;Na2HPO4呈堿性,當加入少量HCl時,可以中和H+。自來水則不含緩沖物質,因而加入酸或堿后pH變化明顯。肝勻漿中含有緩沖對NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等,它們能夠對酸堿度的變化起緩沖作用,此外,機體還可通過對生理活動進行調節來維持pH穩定。【歸納提升】1.實驗結論在一定范圍內,肝勻漿類似于緩沖液,不同于自來水,說明肝勻漿內含緩沖物質,因而能維持pH的相對穩定。2.注意事項(1)加入酸或堿時,要一滴一滴地加入,并嚴格控制滴數。(2)鹽酸和NaOH溶液均有腐蝕性,應避免其與皮膚和眼睛接觸。(3)沖洗燒杯一定要充分,否則將影響實驗結果。(4)至少選兩種生物材料進行實驗。3.機體維持pH相對穩定的原理機體維持pH相對穩定的主要原因是體液中含有緩沖物質,如NaH2PO4/Na2HPO4、H2CO3/NaHCO3等,它們能夠對pH的變化起緩沖作用。此外,機體還可以通過對生理活動進行調節來維持pH穩定。(以H2CO3/NaHCO3緩沖對為例)(1)當酸性物質增加時(2)當堿性物質(如Na2CO3)增加時由此可以看出,血漿pH的相對穩定是在神經調節和體液調節的共同作用下,通過循環、呼吸、泌尿等系統協調完成的,不是簡單的“酸堿中和”反應。【探究應用】1.(2021福建師大附中高二期末)圖示某人從初進高原到完全適應,其體內血液中乳酸濃度的變化曲線。下列對AB段和BC段變化原因的分析,正確的是(

)A.AB段產生的乳酸,在BC段與Na2CO3反應B.AB段上升的原因是人初進高原,呼吸頻率加快C.AB段上升的原因是人體只進行無氧呼吸,產生大量的乳酸進入血液D.BC段下降的原因之一是血液中的乳酸被血液中的緩沖物質轉化為其他物質答案

D解析

AB段產生的乳酸,在BC段與NaHCO3反應,A項錯誤;AB段上升的原因是人初進高原,空氣稀薄,氧氣