高一軍訓已經結束了,高三也已經上課了,馬上就要開學了。這一學期我是帶高二。
高二這學期的生物是學習必修三《穩态與環境》。
所以,今天作為一個上課前的預備。來講一下我對必修三的看法。
必修三共有6章,從個體生命系統層次講起,直到最後一章,最大的生命系統生物圈。在這些宏觀的生命層次上,闡述生命系統的結構、功能、特征。而這些都是居于生命系統的穩态基礎上來實現的。
第1章是《人體的内環境與穩态》。針對人體來講的,原因是現代的醫學實踐對人體研究最多,了解最清楚。對于人類來說,研究人體的穩态也最有意義。
這一節涉及三個知識點:
一是細胞外液三大組分之間的關系
二是細胞外液的成分和性質
三是内環境的意義
對于學生來說,這1節裡面的涉及四個理解難點。這四點理解了,做題也好,解釋一些常見的生理現象也好,就基本沒問題。
一是組織液與淋巴的形成,這個理解好了對後面很多細節知識點就清楚了,如組織水腫、不同部位的物質濃度判斷等。
二是細胞外液成分有哪些,試題中經常出現某種物質是不是屬于細胞外液的判斷。這個知識點本質上是理解内環境的功能。
三是滲透壓主要與哪些物質成分有關,引起血漿滲透壓與組織滲透壓的成分差異。
四是内環境對生命的意義。
01 外環境、細胞外液與内環境每一個生命個體都是生存在一定的環境之中的,比如魚生活在水中,蚯蚓生活在土壤中,而人是生活在陸地地面上。
我們把個體生存的環境稱為外環境。
那麼細胞生存的環境是什麼呢?
一、對于單細胞生物,一個細胞就是一個個體。個體生活的外環境就是細胞生活的環境。
所有的單細胞生物都生活在水中,細胞直接與水環境進行物質交換。細胞從直接水中獲取營養和氧氣,并将代謝廢物排到水中。
二、對于多細胞生物,細胞生活的環境是細胞外液。
一是多細胞生物絕大多數細胞并沒有直接與外界環境接觸;二是與外環境接觸的細胞大多也不能直接與外環境進行物質交換。例如,人的皮膚細胞與外環境接觸。但皮膚細胞既不能直接從空氣中吸收氧氣,也不能從周圍外環境中吸收養分。
下圖是血細胞的生活環境。血細胞是生活在以水為基礎的液态環境中。
在必修一第二章第5節講《細胞中的無機物》時,講到自由水的作用,就有一點:多細胞生物體的絕大多數細胞,必須浸潤在以水基礎的液體環境中。
生物體内含量最多的物質是水。我們把生物體内的水溶液,稱為體液。
體液包括細胞内液和細胞外液。細胞外液是細胞生活的液體環境,主要包括血漿、組織液、淋巴。
三、血漿
如圖,我們常講的血液包括血細胞和血漿。
血細胞包括紅細胞、白細胞和血小闆;血漿是指血液中的液體成分,不包括細胞。血漿就是血細胞生活的液體環境。
接下來最關鍵的是理解組織液和淋巴是怎麼形成的?這要把課本第3頁的第二、三兩段讀懂。
四、組織液
從圖片上第一段的描述,組織液是來源于血漿的,即:血漿流到毛細血管的動脈端,血漿中的水、無機鹽等許多物質透過毛細血管壁到血管外,成為組織液。血管外就是組織細胞,組織液就是組織細胞間隙的液體,是組織細胞生活的液體環境。
為什麼血漿能透過毛細血管壁出去呢?這主要動力學原因。如下圖。
一是因為毛細血管壁是單層細胞構成的,有的細胞之間存在有間隙;
二是血液從心髒泵出來,在動脈中流動時有較大的壓力,當流到毛細血管處時,就會把血漿中的大部分物質壓出毛細血管,成為組織液。
這樣,血漿中的營養物質就進入組織液,為細胞提供營養。同時,細胞産生的代謝産物也透過細胞膜進入到組織液中。
大部分組織液在毛細血管靜脈端又重新進入血管内,成為靜脈血的一部分,回流到心髒。之所以到靜脈端才回流到血漿,是因為毛細血管動脈端血漿壓力大于組織液,組織液不能回流進去。到毛細血管靜脈端時,血漿壓力小于組織液。組織液又被壓進了毛細血管,成為血漿。
所以,血漿和組織液之間是可以雙向流動的,隻不過流進與流出的部位不同。
五、淋巴
組織液大部分在毛細血管靜脈端重新流回血管成為血漿,但有少部分流進毛細淋巴管,成為淋巴(也叫淋巴液)。淋巴是淋巴細胞的生活環境。
淋巴不能再回流到組織液,隻能彙集到淋巴管,經淋巴循環注入下腔靜脈,成為血漿。
為什麼淋巴不能回流到組織液呢?這與毛細淋巴管的結構有關。如下圖:
毛細淋巴管一端是封閉的,稱為盲端,這是做圖像題時判斷毛細淋巴管與毛細血管的依據。
毛細淋巴管壁也是單層上皮細胞排列而成,隻不過細胞是呈覆瓦狀排列的。外層細胞上有蛋白質粘絲連接到結締組織上。組織液可以把内層細胞壓開一個間隙,注入淋巴管内成為淋巴(見紅色箭頭)。但向外流時就會把内層細胞頂壓到緊貼着外層細胞,從而流不出去。同時,組織液不斷流進淋巴管形成淋巴向前流動的推動力,推動淋巴循環。淋巴最終流入人體左右鎖骨下的下腔靜脈成為血漿,回流到心髒。
所以,組織液隻有單向流入淋巴,淋巴隻能單向流入血漿。血漿、組織液、淋巴三者關系如下:
六、内環境
由于細胞外液構成的細胞生活的液體環境,稱為内環境。
内環境與細胞外液有什麼區别?
兩者在範圍大小上是一樣的。
主要是用法上的區别:一是内環境強調整體系統性;二是内環境往往着重于強調功能;細胞外液着重于強調成分和性質。
02 細胞外液的成分如下圖是血漿成分表。
血漿成分中常考的幾種要記得:血漿蛋白、脂肪;無機鹽中鈉離子和氯離子最多。
下圖是血漿、組織液以及細胞内液的成分表。
從這個表中可以看出,血漿與組織液的區别是:血漿中有蛋白質,而組織液中幾乎沒有。
原因在于,毛細血管壁細胞間隙很小,蛋白質幾乎不能透過毛細血管壁進入組織液。
常考的細胞外液與細胞内液的主要區别是:Na 和Cl-主要存在于細胞外液,而K 主要存在于細胞内液。
(表中HCO32-和HPO42-/H2PO4-之間的區别是因為細胞内、外PH緩沖對的區别。這個高中不考。)
03 細胞外液滲透壓一、滲透壓是指溶液中溶質分子對水的吸引力。溶質分子數目越多,滲透壓越大。
把課本第5頁這一段文字仔細讀。其中兩點要特别注意:①血漿滲透壓與無機鹽和蛋白質的含量有關;②而細胞外液滲透壓90%以上來自于Na 和Cl-。
理解:①血漿中既有無機鹽又有蛋白質,所以滲透壓與這兩者的含量有關。
②細胞外液包括血漿、組織液、淋巴。蛋白質主要存在于血漿中,且蛋白質分子數目遠少于無機鹽離子數目。因此細胞外液滲透壓主要由無機鹽含量決定。而無機鹽中又以鈉離子和氯離子為主(見前面表中數據)。所以,細胞外液滲透壓90%來自于鈉離子和氯離子。
正常情況下,血漿、組織液、淋巴以及細胞内液的滲透壓基本相等,是平衡的。
二、組織水腫
弄懂了前面的血漿滲透壓和細胞外液滲透壓的關系,再來理解組織水腫就簡單了。
分析思路:組織水腫就是組織液中水分都加了,導緻水腫。這說明是組織液的成分增多,滲透壓增加,對水的吸引力增強。
由于無機鹽離子是小分子,可以自由通過毛細血管壁和淋巴管壁,不會潴留在組織液中。導緻組織液滲透壓升高的,隻可能是大分子蛋白質含量增加。從前面圖表中成分含量也可以看出來,血漿與組織液的區别是血漿中有蛋白質,而組織液中幾乎沒有。
組織液中蛋白質含量增加有哪幾種可能?
一是來源增加,即血漿蛋白從血漿大量進入組織液,這種情況往往是局部水腫。如毛細血管壁破裂;過敏反應等。
二去路受阻。正常情況下,血漿中也會有少量蛋白質透過毛細血管進入到組織液中。進入到組織液中的蛋白質幾乎不能直接再透過毛細血管壁回到血漿中,而是進入淋巴,随淋巴循環再回流到血漿。如果淋巴管堵塞,蛋白質不能回流,也會導緻組織液蛋白增加。
三是血漿蛋白含量減少,組織液中蛋白質含量相對增加,這種情況往往是全身水腫。如長期患病不能進食,導緻血漿蛋白少;再如腎炎患者,血漿蛋白随尿液排出導緻血漿蛋白減少等。
04 細胞外液PH和溫度這個知識點沒有什麼理解。記住幾點:
一、細胞外液PH在7.35~7.45之間。
二、維持PH穩定靠緩沖物質對,主要有HCO3-/H2CO3,HPO42-/H2PO4-。此外,還有蛋白質緩沖對。
三、維持PH穩定的反應式:如下圖。
四、溫度:37℃。
05 内環境的意義内環境是細胞與外環境進行物質交換的媒介。即在細胞與外環境之間起了緩沖作用,主要是保護細胞,避免直接受到外環境的傷害。從這個角度看,多細胞生物也比單細胞生物高等。
這個不多講了,看圖。
這裡主要講一下哪些物質屬于内環境的思路。之所以放到這裡講,是因為講到這裡才有宏觀性和系統性。
看下面物質交換示意圖,是否可以清晰地看出來?
一、從外界吸收的營養物質。包括:水、無機鹽、葡萄糖、氨基酸、核苷酸、脂肪(以及甘油和脂肪酸)、固醇、維生素、O2等。
二、從細胞排出的物質。包括兩個方面:一是代謝廢物,如尿素、乳酸、氨、CO2等;二是一些需要經體液運輸到一定部位發揮作用的物質,如激素、抗體、血漿蛋白等。
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