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体内环境
图片来自二一教育

体内环境(高等动物身体细胞赖以生存的环境条件)一般指内环境。

内环境是多细胞生物的细胞在体内直接所处的环境,[1]细胞外液。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,[2]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。

多细胞生物内环境

体液(body fluid)包括细胞内液细胞外液。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

生理学定义

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。

生物学定义

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和组织液。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和动脉端,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,经过淋巴循环由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和吞噬细胞等,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。

主要成分

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。

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。

内环境的理化性质

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,如酸碱度渗透压、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。

血浆理化性质

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)

物质交换

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。

缓冲作用

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)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)。之所以我们血浆的酸碱度仍能维持在7.35~7.45,主要是因为碳酸氢根离子。它与乳酸反应后生成乳酸钠碳酸。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。

参考文献