机体含有大量的水分,这些水和溶解在水中的各种物质的总和称为体液,约占体重的60%。体液分为细胞内液和细胞外液,细胞外液包括血浆、组织液和淋巴,占体液的60%。
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新陈代谢的场所,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细胞外液中,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。因次,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。
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:H2CO3与NaHCO3,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NaHCO3发生作用,生成乳酸钠和H2CO3,H2CO3是一种弱酸,而且不稳定,易分解成CO2和H2O,所以对血液的pH值影响不大。血液中增加的CO2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CO2排出体外。当Na2CO3进入血液后,就与血液中的H2CO3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。
在正常生理情况下,内环境的各种物理、化学性质是保持相对稳定的,称为内环境的稳态。内环境的稳态不是固定不变的静止状态,而是处于动态平衡状态。表现为内环境的理化性质只在很小的范围发生变动,例如体温维持在37℃左右,血浆pH维持在7.4左右等。 内环境的稳态是细胞维持正常生理功能的必要条件,也是机体维持正常生命活动的必要条件,内环境稳态失衡可导致疾病。内环境稳态的维持有赖于各器官,尤其是内脏器官功能状态的稳定、机体各种调节机制的正常以及血液的纽带作用。
维持内环境稳态主要靠机体生理功能的调节,包括神经调节、体液调节和自身调节。
神经调节的基本过程是反射,反射的结构基础为反射弧,包括五个基本环节:感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器。感受器是接神经调节受刺激的器官,效应器是产生反应的器官;中枢在脑和脊髓中,传入和传出神经是将中枢与感受器和效应器联系起来的通路。例如当血液中氧分压下降时,颈动脉等化学感受器发生兴奋,通过传入神经将信息传至呼吸中枢导致中枢兴奋,再通过传出神经使呼吸肌运动加强,吸入更多的氧使血液中氧分压回升,维持内环境的稳态。反射调节是机体重要的调节机制,神经系统功能不健全时,调节将发生混乱。
体液调节是指体内的一些细胞能生成并分泌某些特殊的化学物质(如激素、代谢产物等),经体液(血液、组织液等)运输。达到全身的组织细胞或某些特殊的组织细胞,通过作用于细胞上相应的受体。对这些细胞的活动进行调节。
自身调节是指组织、细胞在不依赖于外来的或体液调节情况下,自身对刺激发生的适应性反应过程。例如,骨骼肌或心肌的初长(收缩前的长度)能对收缩力量起调节作用;当初长在一定限度内增大时,收缩力量会相应增加,而初长缩短时收缩力量就减小。一般来说,自身调节的幅度较小,也不十分灵敏,但对于生理功能的调节仍有一定意义。
一般认为,神经调节比较迅速、精确而短暂,体液调节则相对缓慢、持久而弥散。自身调节的幅度和范围都较小,但在生理功能调节中仍有重要意义。
人体生理调节构成控制系统,包括非自动控制系统、反馈控制系统(分正、负反馈)和前馈控制系统。
其中,负反馈是维持内环境稳态的最主要形式。如机体对体温、渗透压、血糖浓度、酸碱度、水盐平衡等的调节,都属于负反馈的调节。其特点是使机体向着与原来相反的方向进行生理活动,以保持机体内环境的相对稳定。
正是由于神经调节、体液调节和自身调节三者共同作用所形成的负反馈调节的机制,使人体在外界环境不断变化的情况下,依然可以保持内环境的相对稳定,使机体能够处在相对的稳态之中,让生活在内环境之中的细胞可以正常地进行一系列的生理活动,细胞内外的物质可以进行正常交换,为生物个体能够维持正常的生理活动提供了必要条件,起到了及其重要的作用。
参考文献:《人体生理学 第二版》孙庆伟主编
《生理学 第7版》朱大年主编下载本文