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内环境

多细胞生物,细胞在体内直接所处的环境即细胞外液,称之为内环境。内环境是细胞直接进行物质交换的场所,是细胞直接生活的环境。细胞代谢所需要的氧气和各种营养物质只能从内环境中摄取,而细胞代谢产生的二氧化碳和代谢终末产物也需要直接排到内环境中,然后通过血液循环运输,由呼吸和排泄器官排出体外。此外,内环境还是细胞生活与活动的地方。因此,内环境对于细胞的生存及维持细胞的正常生理功能非常重要。内环境的相对稳定是机体能自由和独立生存的首要条件。

体液(body fluid)包括细胞内液和细胞外液。正常成年人的体液量约占体重60%,其中细胞外液占总体液的1/3,细胞内液占总体液的2/3,细胞外液中约3/4分布于细胞间隙,称为组织间液或组织液(tissue fluid);其余约1/4则在血管中不断循环流动,即为血浆(plasma)。此外,还有少量的淋巴和脑脊液。

人体内绝大多数细胞并不与外界相接触,而是浸浴于机体内部的细胞外液中,因此细胞外液是细胞直接接触和赖以生存的环境。生理学中将围绕在多细胞生物体内细胞周围的,即细胞外液,称为机体的内环境。

由细胞外液构成的液体环境叫做内环境。直接与细胞进行物质交换的细胞外液,处于动态平衡。

血浆、组织液和淋巴都是细胞外液,共同构成机体内细胞生活的直接环境。血细胞所生活的液体环境是血浆,毛细血管壁的上皮细胞的内环境是指血浆组织液。因细胞外液深居于身体内部,所以名为内环境,用来区别于机体赖以生存的外环境。

血浆(plasma)是内环境中最活跃的部分,是血液的组成成分。在循环器官作用下,在心血管系统中川流不息,并与其它细胞外液相通(组织液和淋巴),从而构成全身的体液联系。

动脉中的血浆沿动脉流入毛细血管动脉端,其中的许多物质会透过毛细血管壁进入组织液。组织液是存在于组织细胞间隙的液体,又叫细胞间隙液。绝大多数组织的细胞都浸浴在组织液中,与组织液进行物质交换,因此,组织液是体内绝大多数细胞直接生活的环境。

组织液中包括细胞代谢产物在内的各种物质,大部分能够被毛细血管的静脉端重新吸收,进入血浆;小部分被毛细淋巴管吸收,成为淋巴液,也叫淋巴(lymph)

毛细淋巴管内的淋巴汇集到淋巴管中,经过淋巴循环左右锁骨下静脉汇入血浆中,进入心脏,参与全身的血液循环。淋巴中混悬着大量的淋巴细胞吞噬细胞等,可以协助机体抵御疾病,对这些细胞来说,淋巴就是它们直接生活的环境。

脑脊液:是脑细胞直接生存的内环境组织液;脑脊液也属于内环境。其实,我们可以把脑脊液理解为组织液,其组织细胞就是脑细胞。

血浆:水约90%,蛋白质约7%~9%,无机盐1%,以及血液运送的物质(如氧气、二氧化碳、葡萄糖)和非蛋白质类含氮化合物(如尿素、尿酸、肌酸、肌苷、氨基酸、多肽、胆红素和氨气等)等。

所以说,细胞外液本质上是一种盐溶液,类似于海水。这在一定程度上反映了生命起源于海洋。

组织液、淋巴的成分和含量与血浆相近,但又不完全相同,最主要的差别在于血浆中含有较多的蛋白质,而组织液和淋巴中蛋白质含量很少。组织液和淋巴的成分最相近。

由于细胞与内环境之间、内环境与外界环境之间不断地进行着物质交换,因此细胞的代谢活动和外界环境的不断变化,必然会影响内环境的理化性质,如 pH值、渗透压、温度等,但内环境通过机体的调节活动能够维持相对的稳定。

以pH值为例作一说明:

人体在新陈代谢过程中,会产生许多酸性物质,如乳酸、碳酸;人的食物(如蔬菜、水果)中往往含有一些碱性物质(如碳酸钠)。这些酸性和碱性的物质进入血液,就会使血液的pH值发生变化。但是在血液中含有许多对酸碱度起缓冲作用的物质缓冲物质,每一对缓冲物质都是由一种弱酸和相应的一种强碱盐组成,如:HCO与NaHCO,NaH2PO4与Na2HPO4等。当机体剧烈运动时,肌肉中产生大量的乳酸、碳酸等物质,并且进入血液。乳酸进入血液后,就与血液中的NaHCO发生作用,生成乳酸钠和HCO,HCO是一种弱酸,而且不稳定,易分解成CO和HO,所以对血液的pH值影响不大。血液中增加的CO会刺激呼吸活动的神经中枢,增强呼吸运动,增加通气量,从而将CO排出体外。当NaCO进入血液后,就与血液中的HCO发生作用,生成碳酸氢盐,而过多的碳酸氢盐可以由肾脏排出。这样由于血液中缓冲物质的调节作用,可以使血液的pH值不会发生大的变化,通常稳定在7.35~7.45之间。内环境的其他理化性质,如温度、渗透压、各种化学物质的含量等,在神经系统和体液的调节之下,通过各个器官、系统的协调活动,也都能维持在一个相对稳定的状态。

酸碱度pH:7.35~7.45

温度:37℃左右

渗透压:温度为37℃左右时,渗透压为770kPa(相当于7个大气压左右,5330mmHg毫米汞柱,并且相当于生理盐水)

人体的绝大部分细胞是不与血浆直接接触的,因此,这些细胞与毛细血管中的血浆不直接进行物质交换。但是,人体的绝大部分细胞浸浴在组织液中,细胞内液与组织液之间只隔着一层细胞膜,于是水分和一切可以通过细胞膜的物质,就在这两部分体液之间进行交换;细胞所需要的氧气等营养物质进入细胞;细胞产生的二氧化碳等废物进入组织液。由于组织液不断地形成,以及组织液不断地回流入血液,因此为细胞不断地提供所需要的营养物质并运走代谢废物。细胞与内环境之间就是这样进行物质交换的。血液在血管里不停地循环流动,一方面与人体各个部分的组织液交换;另一方面与肺、肾脏、和胃、肠等器官有着密切的关系。这样才能使人体细胞通过内环境不断地与外界进行物质交换。

所以,内环境是细胞与外界环境进行物质交换的媒介。

从物质在体内的运输和交换过程可以看出,血液循环正常地进行,就可以避免内环境中物质因不断地被细胞利用而耗竭,有助于维持内环境成分的相对恒定,内环境的稳态是细胞进行正常生命活动所必需的。血液循环一旦发生障碍,就会影响细胞正常的生命活动,严重时可能危及生命。

体内细胞是通过内环境与外界环境发生物质交换的。我们所吃食物中的各种营养物质,经过消化系统的消化和吸收,进入小肠绒毛内的毛细血管,吸收进入循环系统。这些营养物质溶解于血浆中,随血液循环运输到身体各部分的组织器官中,被组织细胞利用。外界空气随着吸气,通过呼吸道进入肺泡。肺泡壁很薄,它们都只由一层扁平的上皮细胞构成。此时,肺泡里的氧气,可以透过肺泡壁和毛细血管壁,进入血液,与血液中的血红蛋白结合,然后随血液循环运输到身体的各个组织器官,被组织细胞利用。外界环境中的氧气和各种营养物质就是这样被组织细胞吸收的。

组织细胞在新陈代谢过程中产生的废物,如人体内多余的水、无机盐以及尿素、尿酸、二氧化碳等对人体细胞有害的物质,通过细胞膜进入组织间隙的组织液中,然后扩散进入组织里的毛细血管或毛细淋巴管,进入循环系统。当血液流经肺泡壁外的毛细血管时,血液中的二氧化碳通过毛细血管壁和肺泡壁进入肺泡,此时,肺泡缩小,通过呼气将二氧化碳排出体外。当血液流经肾脏时,血液中多余的水分、无机盐和尿素、尿酸等形成尿液,通过排尿排出体外。一部分代谢废物也可通过皮肤排汗排出体外。

从以上可以看出,消化系统所吸收的各种营养物质、呼吸系统所交换的氧,都要经过循环系统才能运输给体内的所有细胞;而体细胞代谢产生的废物也要通过循环系统运到排泄系统,排出体外。由此可见,循环系统、消化系统、呼吸系统和排泄系统,这四个系统都与人体细胞的代谢有直接关系。通过这四个系统的密切协作,人体的每一个组织细胞就可以与外界环境发生物质交换了。而这四个系统的密切协作,是由内分泌系统和神经系统的调节作用完成的。

血浆中的重要缓冲物质包括[HCO3]-(碳酸氢根离子)和[HPO4]2-(磷酸氢根离子)、[H2PO4]-(磷酸二氢根离子)、NaHCO等。

当我们进行大量运动时,大量的乳酸进入血浆中,会造成pH降低(即酸性增强)。但为什么我们血浆的酸碱度仍能维持在7.35~7.45间呢?主要是因为碳酸氢根离子。它与乳酸反应后生成乳酸钠和碳酸。碳酸分解产生二氧化碳。二氧化碳浓度增加,刺激呼吸神经中枢,使二氧化碳排出。

内环境在正常状态下是动态平衡的。

(要注意“动态平衡”与“相对稳定”含义相似,但与“稳定(在某一个值)”、“一定”等有区别!)

详细内容详见词条稳态


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