人体生理学/稳态
稳态 — 细胞 — 皮肤 — 神经 — 感官 — 肌肉 — 血液 — 心血管 — 免疫 — 泌尿 — 呼吸 — 胃肠 — 营养 — 内分泌 — 生殖（男性） — 生殖（女性） — 妊娠 — 遗传 — 发育 — 答案
人体是由数万亿个细胞组成的，它们共同维持着整个有机体的生命。虽然细胞执行的功能可能截然不同，但所有细胞在代谢需求方面都非常相似。维持一个稳定的内部环境，提供所有细胞生存所需的条件（氧气、葡萄糖、矿物质离子、废物清除等），对于单个细胞和整个机体的健康至关重要。人体调节其内部环境的各种过程统称为稳态。
稳态一般意义上是指系统中的稳定或平衡。它是人体试图维持一个稳定的内部环境。维持稳定的内部环境需要持续监控和调整，因为条件会不断变化。这种对体内生理系统的调节称为稳态调节。
稳态调节涉及三个部分或机制：1）感受器，2）控制中心和 3）效应器。
感受器接收有关环境中某些变化的信息。控制中心或整合中心接收并处理来自感受器的信息。最后，效应器响应控制中心的命令，通过对抗或增强刺激来做出反应。这是一个持续不断的过程，不断地工作以恢复和维持稳态。例如，在调节体温的过程中，皮肤中有温度感受器，它们将信息传递给大脑，大脑是控制中心，而效应器是我们皮肤中的血管和汗腺。
由于人体的内部和外部环境不断变化，必须不断进行调整以保持或接近设定点，因此可以将稳态视为一种合成平衡。
由于稳态是试图通过限制波动来维持环境内部条件，因此它必须涉及一系列负反馈回路。
当变量发生变化时，系统会对两种主要类型的反馈做出反应。
- 负反馈：系统以逆转变化方向的方式做出反应。由于这会使事物保持恒定，因此它可以维持稳态。例如，当人体中二氧化碳浓度升高时，肺部会收到信号，增加其活动并排出更多二氧化碳。体温调节是负反馈的另一个例子。当体温升高时，皮肤和下丘脑中的感受器会感知到变化，触发大脑发出指令。反过来，这个指令会影响正确的反应，在这种情况下是降低体温。
- 家庭供暖系统与负反馈
- 当你在家时，你会将恒温器设置为所需的温度。假设今天你把它设置在 70 度。恒温器中的温度计等待感知温度变化，无论是高于或低于 70 度设定点的变化。当这种变化发生时，温度计会向“控制中心”或恒温器发送信息，恒温器反过来会向炉子发送信息，要么在温度过高时关闭，要么在温度过低时重新启动。在家庭供暖的例子中，气温是“负反馈”。当控制中心收到负反馈时，它会触发连锁反应，以维持室温。
- 正反馈：反应是放大变量的变化。这会产生不稳定效应，因此不会导致稳态。正反馈在自然发生的系统中比负反馈不常见，但它有其应用。例如，在神经中，阈电位会触发更大的动作电位的产生。血液凝固，其中血小板处理机制将血液液体转化为固体，是正反馈回路的一个例子。另一个例子是催产素的分泌，它为子宫收缩提供了一条途径，导致分娩。
- 有害的正反馈
- 虽然正反馈在稳态中是必要的，但它有时也会有害。当你发高烧时，它会导致代谢变化，可能会使发烧越来越高。在罕见的情况下，体温达到 113 华氏度 / 45 摄氏度，细胞蛋白停止工作，代谢停止，导致死亡。
总结：可持续的系统需要两种反馈的组合。通常，当认识到与稳态条件的偏差时，会调用正反馈，而一旦接近稳态条件，就会使用负反馈来“微调”反应。这创造了一种“亚稳态”，其中稳态条件在固定范围内维持，但一旦超过这些范围，系统可能会剧烈地转移到一个完全不同的（可能不太理想的）稳态情况。
稳态系统具有以下几个特性
- 它们具有超稳定性，这意味着系统能够测试其变量应该如何调整。
- 它们的整个组织（内部、结构和功能）都有助于维持平衡。
- 生理学很大程度上是与稳态相关的过程的研究。本书中你将学习的一些功能并不专门关于稳态（例如肌肉如何收缩），但为了使所有身体过程都能正常运作，必须有一个合适的内部环境。因此，稳态是学习生理学的入门框架。
术语“稳态”从何而来？
稳态的概念最初由法国科学家克劳德·贝尔纳 (Claude Bernard，1813-1878) 在其对“内环境”稳定性维持的研究中提出。他说：“所有生命机制，无论多么多样，都只有一个目标，那就是保持内部环境中生命条件的恒定”（摘自《动物和植物共同生命现象讲义》，1879 年）。该术语本身是由美国生理学家沃尔特·坎农（Walter Cannon）创造的，他也是《身体的智慧》（1932 年）的作者。这个词来自希腊语 _homoios_（相同，像，相似）和 _stasis_（站立，姿势）。
汽车上的巡航控制作为稳态的简单比喻
[edit | edit source]当汽车处于巡航控制状态时，它有一个设定的速度限制。有时这个速度可能会每小时变化几英里，但总的来说，系统会保持设定的速度。如果汽车开始上坡，系统将自动增加燃油量以保持设定的速度。如果汽车开始下坡，汽车将自动减少燃油量以保持设定的速度。稳态也是如此——身体对每个环境都有一个设定的限制。如果其中一个限制增加或减少，身体会感知并自动尝试修复问题以维持预设限制。这是一个关于身体如何运作的简单比喻——持续监测水平，并在这些水平低于（或高于）设定点时自动进行小的调整。
改变稳态的途径
[edit | edit source]各种稳态机制将内部环境维持在可耐受的范围内。稳态要么通过一系列控制机制来维持，要么身体遭受各种疾病或疾病。当身体中的细胞开始功能失常时，稳态平衡就会被打乱。最终，这会导致疾病或细胞功能失常。疾病和细胞功能失常可以通过两种基本方式引起： _缺乏_（细胞没有得到它们所需的一切）或 _毒性_（细胞被过量的它们需要的东西或它们不需要的东西毒害）。当稳态在你的细胞中被打断时，有一些 _途径_可以纠正或加剧这个问题。除了内部控制机制之外，还有一些主要基于生活方式选择和环境暴露的外部影响，这些影响会影响我们身体维持细胞健康的能力。
- 营养：如果你的饮食缺乏某种维生素或矿物质，你的细胞将功能不良，可能导致疾病。例如，一个月经期妇女如果膳食中铁摄入量不足，就会患上贫血。缺乏血红蛋白（一种需要铁的分子）会导致携氧能力降低。在轻度情况下，症状可能是模糊的（例如，疲劳），但如果贫血（英国英语：_anaemia_）严重，身体会试图通过增加心输出量来补偿，从而导致心悸和出汗，并可能导致心力衰竭。
- 毒素：任何干扰细胞功能，导致细胞功能失常的物质。这是通过多种方式完成的；化学、植物、杀虫剂和/或咬伤。一个常见的例子是药物过量。当一个人服用过量的药物时，他们的生命体征开始波动；要么增加要么减少，这些生命体征会导致包括昏迷、脑损伤甚至死亡在内的各种问题。
- 心理：你的身体健康和心理健康密不可分。我们的思想和情感会引起化学变化，要么像冥想那样变得更好，要么像压力那样变得更糟。
- 身体：身体保养对我们的细胞和身体至关重要。充足的休息、阳光和运动是影响稳态的身体机制的例子。睡眠不足与许多疾病有关，例如心律不规则、疲劳、焦虑和头痛。
- 遗传/生殖：遗传优势和劣势是我们遗传构成的一部分。基因有时会由于外部因素而被关闭或打开，我们可以对这些因素进行一定程度的控制，但有时很难纠正或改善遗传疾病。从细胞水平开始，各种疾病来自突变的基因。例如，癌症可能是遗传性的，也可能是由于外部来源的突变导致的，例如辐射或母亲在怀孕期间服用药物时胎儿基因发生改变。
- 医学：由于遗传差异，有些人的身体需要帮助才能获得或维持稳态。通过现代医学，我们的身体可以获得不同的帮助，从抗体来帮助抵抗感染，到化疗来杀死有害的癌细胞。传统和替代医疗实践有许多益处，但就像任何医疗实践一样，潜在的危害也存在。无论是医院感染，还是药物剂量错误，稳态都可能被试图修复它的东西所改变。药物的反复试验可能会导致潜在的副作用，如果不能及时发现，甚至可能导致死亡。
上面列出的因素都会在细胞水平上产生影响，无论是有害的还是有益的。缺乏有益途径（缺乏）几乎总是会导致稳态发生有害波动。过量的毒性也会导致稳态失衡，导致细胞功能失常。通过消除负面的健康影响，并提供足够的积极的健康影响，你的身体能够更好地自我调节和自我修复，从而维持稳态。
全身的稳态
[edit | edit source]每个身体系统都对其他系统和整个生物体的稳态做出贡献。身体的任何系统都不会孤立地运作，个人的健康取决于所有相互作用的身体系统。一个系统中的混乱通常会对其他几个身体系统产生后果。以下是一些关于各种身体系统如何促进稳态维持的简要解释。
神经系统
[edit | edit source]由于神经系统不储存营养物质，因此必须从血液中持续供应。任何对血液流动的中断都可能导致脑损伤或死亡。神经系统通过控制和调节身体的其他部位来维持稳态。与正常设定点的偏差会作为刺激作用于受体，受体将神经冲动发送到大脑中的调节中心。大脑指示效应器采取行动，以使适应性反应发生。例如，如果偏差是体温下降，则效应器会采取行动升高体温。适应性反应使身体恢复到正常状态，受体、调节中心和效应器暂时停止其活动。由于效应器受其自身产生的条件调节，因此此过程称为负反馈控制。这种调节正常性的方式会导致两个极端水平之间的波动。只有当体温降至正常以下时，受体才会刺激调节中心，效应器才会采取行动升高体温。调节中心位于中枢神经系统，包括大脑和脊髓。下丘脑是大脑中与稳态特别相关的部分；它影响延髓（大脑的下部）、自主神经系统和垂体的作用。
神经系统有两个主要部分：中枢神经系统和周围神经系统。中枢神经系统由颅神经和脊神经组成。自主神经系统是周围神经系统的一部分，包含控制内脏器官的运动神经元。它在潜意识水平上运作，有两个部分，交感神经系统和副交感神经系统。一般来说，交感神经系统会带来我们与紧急情况相关的结果，通常称为战斗或逃跑反应，而副交感神经系统会产生我们日常生活中需要的那些效果。
内分泌系统
[edit | edit source]内分泌系统由分泌激素到血液中的腺体组成。每种激素对一个或多个靶组织都有作用。这样，内分泌系统调节大多数体细胞和身体系统的代谢和发育。更具体地说，内分泌系统具有可以激活皮脂腺、乳腺发育、改变皮肤血流和从脂肪细胞释放脂质的性激素。MSH 可以刺激皮肤上的黑色素细胞。我们的骨骼生长受多种激素调节，内分泌系统有助于调动降钙素和钙。在肌肉系统中，激素调节肌肉代谢、能量产生和生长。在神经系统中，激素影响神经代谢、调节体液/电解质平衡并帮助生殖激素影响中枢神经系统发育和行为。在心血管系统中，我们需要调节红细胞（红细胞）产生的激素，这些激素会升高和降低血压。激素还具有抗炎作用，并刺激淋巴系统。总之，内分泌系统对基本上所有其他身体系统都有调节作用。
皮肤系统
[edit | edit source]皮肤系统（皮肤）参与保护身体免受入侵微生物的侵害（主要通过形成厚厚的不可渗透层），通过出汗和血管扩张/收缩或颤抖和毛发直立（鸡皮疙瘩）调节体温，以及调节血液中的离子平衡。肥大细胞的刺激还会引起血流和毛细血管通透性的变化，从而影响身体的血流及其调节方式。它还有助于合成维生素 D，维生素 D 与钙和磷的吸收相互作用，这对骨骼生长、维持和修复至关重要。皮肤上的毛发可以防止入侵者进入鼻腔或其他孔道，防止它们进一步进入我们的身体。我们的皮肤还可以通过排泄水分和其他溶质来帮助维持平衡（例如，角质化的表皮限制了水分通过皮肤流失）。它还提供对环境危害的机械保护。我们需要记住我们的皮肤是皮肤系统；它是我们抵御入侵的第一道防线。
骨骼系统
[edit | edit source]作为人体结构框架，骨骼系统主要由骨骼系统的 206 块左右的骨骼组成，但也包括软骨、韧带和其他结缔组织，这些组织稳定并连接它们。骨骼与肌肉系统协同工作，帮助保持姿势和运动。骨骼中的许多骨骼起着杠杆的作用，改变骨骼肌产生的力的强度和方向。保护是骨骼系统所占据的关键作用，因为许多重要器官都包裹在骨骼腔内（例如颅骨和脊柱），骨骼构成其他体腔（例如胸腔和盆腔）的许多结构基础。骨骼系统也是重要的矿物质储备。例如，如果血液中钙或镁的含量过低，而食物中又没有这些矿物质，那么它们就会从骨骼中提取。此外，骨骼系统为所有肌肉收缩提供所需的钙。最后，红细胞、淋巴细胞和其他与免疫反应有关的细胞在骨髓中产生和储存。
肌肉系统
[edit | edit source]肌肉系统是人体中最灵活的系统之一。肌肉系统包含心脏，心脏不断地将血液泵送到全身。肌肉系统还负责非自主运动（例如鸡皮疙瘩、消化、呼吸）和自主运动（例如行走、拾取物体）。肌肉还有助于保护体内腔的器官。你身体的肌肉使用能量，当你感到寒冷时会增加你的体温。当内部温度下降时，就会发生颤抖。围绕重要器官的肌肉移动，分解 ATP 从而释放热量，然后将热量分布到身体的其他部位。
心血管系统
[edit | edit source]心血管系统除了需要自身保持在一定水平之外，还通过运输激素（心脏分泌心房利钠肽和脑利钠肽，分别为 ANP 和 BNP）和营养物质（氧气、EPO 到骨骼等），带走废物，并为所有活的体细胞提供新鲜的氧气供应并去除二氧化碳，在维持其他身体系统方面发挥作用。如果心血管或淋巴系统不能正常运作，就会扰乱体内平衡。我们的皮肤、骨骼、肌肉、肺、消化道以及神经、内分泌、淋巴、泌尿和生殖系统都利用心血管系统作为其“道路”或“高速公路”，以分布营养物质、氧气、废物、激素、药物等。心血管系统不健康有很多危险因素。一些相关疾病通常被标记为“不可控制”或“可控制”。主要的不可控制的危险因素包括年龄、性别和家族心脏病史，尤其是在年轻时。
心血管系统还包含监测血压的传感器，称为压力感受器，它们通过检测血管的伸展程度来工作。这些信息被传递到大脑中的延髓，延髓通过自主神经系统采取措施升高或降低血压。
淋巴系统
[edit | edit source]淋巴系统有三个主要作用。第一个是维持血液和组织的体积。毛细血管在压力下流出的多余液体会在体内积聚，导致水肿。第二，淋巴系统吸收脂肪酸和甘油三酯，以便这些消化成分不会直接进入血液循环。第三，淋巴系统参与防御身体免受入侵微生物的侵害，以及免疫反应。该系统有助于维持，例如在受伤后修复骨骼和肌肉。另一个防御是维持尿液的酸性 pH 值，以对抗泌尿系统的感染。扁桃体是我们的身体“助手”，帮助我们抵御来自消化道的感染和毒素。扁桃体还有助于防止感染进入我们的肺部。
呼吸系统
[edit | edit source]呼吸系统与心血管系统协同工作，为每个身体系统内的细胞提供氧气，用于细胞代谢。呼吸系统还去除二氧化碳。由于二氧化碳主要以碳酸氢根离子形式运输在血浆中，而碳酸氢根离子充当化学缓冲剂，因此呼吸系统还有助于维持适当的血液 pH 值，这对体内平衡非常重要。在过度换气时，血液中二氧化碳含量会降低。这会导致体液的 pH 值升高。如果 pH 值升高到 7.45 以上，会导致呼吸性碱中毒和昏迷。另一方面，呼吸不足会导致 pH 值降至 7.35 以下，导致呼吸性酸中毒。这是阿片类药物过量导致死亡的机制。呼吸系统还有助于淋巴系统，通过捕获病原体并保护更深的组织。请注意，当你增加胸腔空间时，它可以通过呼吸肌的收缩提供腹压。这有助于排便。
呼吸系统的器官包括鼻子、咽喉、喉、气管、支气管和肺。这些器官共同允许空气进入肺部的微小、薄壁囊，称为肺泡。正是这些肺泡中的氧气与废物二氧化碳进行交换，而二氧化碳通过血液携带到肺部，以便从体内排出。
消化系统
[edit | edit source]如果没有来自消化系统的定期能量和营养物质供应，所有身体系统都会很快受到损害。消化系统吸收有机物质、维生素、离子，以及全身所需的能量。在皮肤中，消化道为皮下层的储存提供脂质。请注意，食物在体内经历三种类型的过程：消化、吸收和排泄。如果其中一个过程不能正常运作，你将出现非常明显的健康问题。消化的机制可以包括化学消化、运动、摄食、吸收和排泄。为了保持健康的消化系统，我们必须记住其中涉及的组成部分。如果这些组成部分受到干扰，消化健康可能会受到影响。
泌尿系统
[edit | edit source]当蛋白质和核酸被分解并用于其他目的时，有毒的含氮废物会积累。泌尿系统将这些废物排出体外。泌尿系统也直接参与维持适当的血液量（以及间接的血液压力）和血液中的离子浓度。另一个贡献是肾脏产生一种激素（促红细胞生成素），刺激红细胞的生成。肾脏还在维持身体的正确水分含量和细胞外液的正确盐成分方面发挥重要作用。导致过多水分流失的外部变化会触发反馈机制，以抑制水分流失。
生殖系统
[edit | edit source]生殖系统是独一无二的，因为它对维持生物体的体内平衡几乎没有贡献。生殖系统不是与维持生物体相关，而是与维持物种相关。话虽如此，性激素确实会对其他身体系统产生影响，而失衡会导致各种疾病（例如，在生命早期卵巢被切除的女性患骨质疏松症的风险要高得多）。
排泄系统
[edit | edit source]排泄系统负责从尿液中排出废物、多余的水和盐分。调节内部环境的体积和 pH 值。人体排泄系统通过清除血液中的代谢废物（如水、盐和代谢物浓度）来维持体内平衡。肾脏是主要的排泄器官，是体内平衡的主要器官，因为它排泄含氮废物，并调节水盐平衡和酸碱平衡。本节将详细研究肾脏。
生物体具有一系列自动化的过程，使其在自然环境中自维持。这些过程包括繁殖、对外部环境的适应以及生存的本能，这些都是自然赋予生物的。
生物体的生存很大程度上取决于它们保持稳定体温的能力，无论周围环境的温度如何。这种维持体温的能力被称为体温调节。冷血动物，如爬行动物，调节体温的方式与温血动物（或恒温动物）如人类和其他哺乳动物有所不同。本节在考虑温血生物时最相关。
体温取决于产生的热量减去散失的热量。热量通过辐射、对流和传导散失，但所有三种过程的净散失取决于身体和外部环境之间的梯度。因此，当外部温度低时，辐射是最重要的热量散失形式。当外部温度高时，蒸发是最重要的热量散失形式。产生的热量和散失的热量之间的平衡维持稳定的体温。但是，温度在一天中确实会发生变化，这个设定点由下丘脑控制。
体温通常约为 37.4°C，但在一天中会波动约 0.8°C。每天最低温度出现在人睡觉的时候。温度感受器位于皮肤、大静脉、腹腔器官和下丘脑。虽然皮肤上的温度感受器会提供冷的感觉，但下丘脑（中枢核心）温度感受器是最重要的。核心体温通常比腋窝或口腔温度高约 0.7-1.0°C。
当体温因外部寒冷而下降时，保护的重要组成部分是皮肤和肢体血管的血管收缩。这会降低表面温度，在核心温度和外部环境之间形成绝缘层（如脂肪细胞层）。同样，如果温度升高，流向皮肤的血液流量会增加，最大限度地提高通过辐射和蒸发散热的潜力。因此，如果你通过饮酒使皮肤血管扩张，这可能会带来令人愉快的温暖感觉，但如果外部温度仍然很低，它会增加热量散失。在寒冷环境中的主要调整是通过颤抖来增加产热，以及收缩周围血管和皮肤血管。这有助于最大程度地减少通过皮肤的热量散失，并将血液引导到重要的内部器官。
除了每日体温变化外，还有一些循环变化。在女性中，体温在排卵前下降，排卵时上升约 1°C，这主要是因为孕酮升高了设定点。甲状腺激素和致热原也会升高设定点。基础代谢率（BMR）约为 30 卡路里/平方米/小时。它在儿童中高于成年人，部分原因是表面积与体重比不同。由于这种关系，年幼的儿童更容易快速降低体温；儿童的温度变化比成年人更大。它会因甲状腺激素增加而升高，因甲状腺激素缺乏而降低。不同的食物会影响 BMR，食物的呼吸商也不同。碳水化合物 1.0；蛋白质 = 1.0；脂肪 = 0.7
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细胞外液 |
细胞液 |
|---|---|---|
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体积 |
血浆 - 3 升 间质液 - 10 升 |
30 升 |
|
渗透压（mOsm） |
290 |
290 |
|
Na +（mmol/l） |
140 |
15 |
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Ca 2+（mmol/l） |
2.2 |
< 10 -6 |
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Cl -（mmol/l） |
110 |
10 |
|
HCO3 -（mmol/l） |
30 |
10 |
|
K +（mmol/l） |
4 |
150 |
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Mg 2+（mmol/l） |
1.5 |
15 |
|
PO4 3+（mmol/l） |
2 |
40 |
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pH |
7.4 |
7.1 |
|
电位差（mV） |
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-70 |
血压用两个不同的数字表示。第一个数字称为“收缩压”，第二个数字称为“舒张压”。收缩压是心动周期中心脏收缩、将血液排出（称为收缩期）时的压力。这是压力最大的时候。舒张压来自心动周期中压力最低的时候，此时心脏正在充盈血液。这个阶段称为舒张期。大动脉中的血压约为 120/80 毫米汞柱。当血压到达毛细血管时，它已经部分失去了脉动性，压力约为 35 毫米汞柱。压力沿毛细血管迅速下降，在静脉端为 15 毫米汞柱。这种静水压倾向于将液体从毛细血管推入间质液（细胞之间的液体），但这种平衡是由 26 毫米汞柱的胶体渗透压（由于蛋白质，主要是白蛋白）维持的。净水运动很小（约 2%），因此胶体渗透压在毛细血管的动脉端和静脉端相同。
在毛细血管的动脉端，净向外力约为 11 毫米汞柱，而在静脉端，净向内力约为 9 毫米汞柱（即 -9）。水流出和流入之间存在不平衡，导致约 3 升/天的不平衡，这通过淋巴液排出。间质组织中有一些白蛋白，它们在不同的器官中有所不同，但浓度可能高达血浆的 10% 或 20%。这会产生间质液的胶体渗透压，导致液体流入间质液。但是，水的整体运动并不是营养物质到达细胞的方式。营养物质沿着浓度梯度扩散，因为毛细血管对所有小分子都非常通透。
细胞外液体积在 70 公斤的人体内约为 13 升。10 升位于间质空间，3 升位于血浆中。毛细血管是这两个隔室之间的界面，对分子量小于 20,000 的大多数物质都具有通透性。因此，营养物质可以很容易地穿过毛细血管壁，从血液流向细胞。尽管毛细血管具有高度的通透性，但由于胶体渗透压，水仍然保持在内部，只有约 2% 的流经毛细血管的血浆穿过毛细血管壁。
血容量约为 5 升，其中约 3 升是血浆，约 2 升是红细胞。红细胞体积（红细胞压积）约为 43%，血浆和血容量与红细胞压积之间的关系为血容量 = 血浆容量 100/（100 - Ht）。大多数血液通常位于静脉中（70%）。
毛细血管的通透性在全身各处都有所不同。脑毛细血管由于衬里血管内皮细胞之间的紧密连接而相对不透水。这被称为血脑屏障或 BBB，有助于防止毒素进入大脑。
按通透性降序排列
脑 < 肌肉 < 肾小球 < 肝窦。
毛细血管虽然表面积很大，但只包含约 7% 的血容量。动脉和小动脉包含约 15% 的血容量。大多数血液位于静脉中。
细胞膜是双脂层，对水和脂溶性颗粒具有通透性。但是，它对带电粒子不透水。它是渗透压控制因素。细胞内液和间质液的渗透压相同，但阴离子和阳离子的组成不同。毛细血管膜由白蛋白构成，对除蛋白质以外的所有物质都具有通透性。不同组织中的膜有所不同。存在孔隙（或孔洞）以促进更好的液体流动。重量超过 40,000 道尔顿的颗粒通透性低。它是胶体渗透压控制因素。脑中的毛细血管相对不透水，而肝窦和肾小球中的毛细血管则非常通透。
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水（升） |
钠（mmol） |
钾（mmol） |
|---|---|---|---|
|
总计 |
43 |
3700 |
4000 |
|
细胞内 |
30 |
400 |
|
|
骨骼 |
- |
1500 |
300 |
|
细胞外 |
13 |
1820 |
52 |
|
血浆 |
3 |
420 |
12 |
|
间质液 |
10 |
1400 |
40 |
|
通常摄入量 |
1.5 |
180 |
70 |
|
范围 |
0.7-5 |
5-400 |
50-400 |
血浆渗透压约为 290 mosmol/l，主要由钠（140 mmol/l）及其伴随的阴离子贡献。在脱水中，水从体内流失。血浆中渗透压升高（钠也升高）导致水最初沿着渗透压梯度从细胞中流出。因此，细胞体积最初会减小，但细胞稳态过程随后会通过吸收溶质使其恢复到正常水平。
在脱水中，水从血浆中流失，因此红细胞压积和白蛋白（没有流失）的浓度会更高。在容量耗竭中，水和电解质都流失，因此钠浓度或渗透压几乎没有影响。由于渗透压没有改变，因此不会有力量将水从细胞中拉出，细胞体积不受影响。
在失血导致的容量耗竭中，红细胞压积急性期保持不变，但随之而来的血压下降会导致体液从间质液进入血管腔，导致白蛋白和红细胞压积均下降。当呕吐或腹泻导致电解质和水分丢失而导致的容量耗竭时，对血浆渗透压或钠浓度的影响很小或没有影响。然而，红细胞压积和血浆白蛋白会略微升高，因为体液丢失来自细胞外液，而血液细胞和白蛋白没有丢失，这会导致浓度升高。
在容量耗竭中，会激活一些力量来保留体内的钠和水分。钠潴留主要由肾素-血管紧张素-醛固酮系统实现，该系统被容量耗竭导致的血压下降所激活。在脱水中，高渗透压会激活ADH分泌，导致水分潴留。由于也存在容量耗竭，这会激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统，导致钠潴留。这种潴留会倾向于导致钠浓度升高，而钠浓度已经很高，但水分潴留会纠正这种情况。没有有效的受体通过改变钠排泄来监测和控制钠浓度。钠潴留激素主要受容量和血压调节。最初，在失血中，红细胞压积不会改变，但随着体液从间质液进入血管腔，红细胞压积会下降。
血管加压素，也称为抗利尿激素 (ADH)，是控制水分平衡的主要化合物，它通过减少肾脏的水分排出量来减少排尿量。它通过监测血浆渗透压来感知需求，如果血浆渗透压高，就会分泌血管加压素。血管加压素在丘脑下部形成，沿着轴突向下传递到垂体后叶，并在那里储存。
血浆渗透压是调节血管加压素释放的常见因素，但其他因素也会改变释放量。疼痛和情绪会与垂体后叶的其他激素催产素一起释放血管加压素。酒精会抑制血管加压素的释放，从而导致利尿。低血浆容量也会释放血管加压素，高浓度的血管加压素会导致血管收缩。这些不同的因素可以克服渗透压的正常生理控制。
丘脑下部的渗透压感受器监测血浆渗透压，并沿着轴突发送信号，从垂体后叶释放血管加压素。血管加压素通过血液到达肾脏，并与基底外侧膜上的受体结合，通过一系列细胞事件改变腔面膜对水的通透性，从而增加集合管的水通透性，并由于肾脏中形成的渗透压梯度，导致水分被身体保留（即抗利尿作用），这也为血管加压素提供了另一个名称：抗利尿激素。
垂体释放的血管加压素与基底外侧膜上的受体结合，激活腺苷酸环化酶，从而增加肾脏中的环状 AMP 水平。这通过一系列反应，其中一些涉及钙，导致微丝收缩并将预先形成的水通道（水通道蛋白）插入腔面膜中，从而增加水通透性。
高血浆渗透压是导致血管加压素释放的重要生理刺激。正常人血浆中的尿素浓度仅为 6 mmol/l，因此只占血浆渗透压的一小部分。即使血浆尿素升高到 30 mmol/l，也不会对血管加压素释放产生显著影响，因为膜（包括渗透压感受器细胞的膜）对尿素是通透的。如果ADH过多，水分会被保留，渗透压和钠浓度会下降（低钠血症）。如果没有ADH，水分就会丢失，渗透压和钠浓度会升高（高钠血症）。虽然当血浆容量下降时会释放ADH，但恢复容量的最重要因素是肾素-血管紧张素-醛固酮系统和其他盐潴留系统保留钠。
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含量 |
浓度 |
|---|---|---|
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体内含量 |
3700 mmol |
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细胞内 |
400 mmol |
15 mmol/l |
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细胞外 |
1800 mmol |
140 mmol/l |
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血浆 |
420 mmol |
140 mmol/l |
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间质液 |
1400 mmol |
140 mmol/l |
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骨骼 |
1500 mmol |
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膳食含量 |
|
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狩猎采集者 |
20 mmol/天 |
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西方人 |
180 mmol/天 |
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日本人 |
300 mmol/天 |
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强制性需求 |
< 5 mmol/天 |
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钠是一种重要的阳离子，主要分布在细胞外。细胞钠浓度约为 15 mmol/l，但不同器官和细胞内体积（约 30 升）的变化而有所不同，约 400 mmol 位于细胞内。血浆和间质钠约为 140 mmol/l，细胞外液量约为 13 升，细胞外液中含有 1800 mmol。然而，人体总钠含量约为 3700 mmol，因为骨骼中储存了约 1500 mmol。
澳大利亚饮食中钠的正常摄入量约为 180 mmol/天，但根据习惯和文化影响，差异很大（50-400 mmol/天）。人体具有强大的钠潴留机制，即使一个人每天摄入 5 mmol Na+，他们也可以维持钠平衡。通过降低肾素-血管紧张素-醛固酮系统的活性来减少体内额外的钠丢失，这会导致体内钠的排泄增加。钠通过肾脏、汗液和粪便丢失。在钠缺乏的情况下，醛固酮水平升高，而在钠过剩的情况下，醛固酮水平下降。醛固酮分泌的主要生理调节因素是血浆血管紧张素 II 水平，血管紧张素 II 会增加醛固酮分泌。高血浆钾也会增加醛固酮分泌，因为除了保留 Na+ 之外，高血浆醛固酮还会导致肾脏排泄 K+。血浆 Na+ 水平对醛固酮分泌的影响很小。
低肾脏灌注压会刺激肾素释放，肾素会形成血管紧张素 I，血管紧张素 I 会转化为血管紧张素 II。血管紧张素 II 会通过收缩血管以及通过对近端肾小管的直接作用和通过醛固酮的作用来增加钠潴留来纠正低灌注压。肾上腺的灌注压对醛固酮分泌几乎没有直接影响，而低血压通过肾素-血管紧张素系统来控制醛固酮。
除了醛固酮和血管紧张素 II 之外，其他因素也会影响钠排泄。因此，在高钠状态下，无论是因为摄入过多还是心脏病（+ 其他疾病），心房肽都会从心脏分泌，并通过一系列作用导致肾脏排泄钠。血压升高也会导致 Na+ 丢失，而血压降低通常会导致钠潴留。醛固酮也会作用于汗腺和结肠上皮，以保留钠。当醛固酮被激活以保留钠时，血浆钠会倾向于升高。这会立即导致ADH释放，导致水分被保留，从而以正确的比例保留 Na+ 和 H2O，以恢复血浆容量。
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含量 |
浓度 |
|---|---|---|
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体内含量 |
4000 mmol |
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细胞内 |
3000 + mmol |
110 mmol/l |
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细胞外 |
53 mmol |
4 mmol/l |
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血浆 |
12 mmol |
4 mmol/l |
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间质液 |
40 mmol |
4 mmol/l |
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骨骼 |
300 mmol |
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膳食含量 |
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狩猎采集者 |
200 – 400 mmol/天 |
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西方人 |
50 – 100 mmol/天 |
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强制性需求 |
30 – 50 mmol/天 |
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钾主要是一种细胞内离子，人体总钾含量约为 4000 mmol，其中大部分位于细胞内，其次是骨骼中的比例（300-500 mmol）。细胞 K+ 浓度约为 150 mmol/l，但在不同器官中有所不同。细胞外钾约为 4.0 mmol/l，细胞外液量约为 13 升，这里有 52 mmol（即不到 1.5%），血浆中只有 12 mmol。
在未经加工的饮食中，钾比钠丰富得多，以有机盐的形式存在，而钠则作为 NaCl 添加。狩猎采集者的 K+ 摄入量可能高达 400 mmol/天，而西方饮食中 K+ 摄入量为 70 mmol/天或更少，如果一个人摄入的水果和蔬菜很少，则更少。加工食品用 NaCl 代替 K+。虽然人体可以排泄大量的 K+，但它无法保留 K+。在零 K+ 摄入或 K+ 缺乏的人中，尿液和粪便中仍然会丢失 30-50 mmol/天的 K+。
如果 K+ 摄入量很高，例如 100 mmol，这可能会使细胞外 K+ 水平增加 2 倍，然后再由肾脏排泄多余的钾。人体通过在细胞中平衡多余的钾来缓冲它。酸碱状态控制血浆和细胞之间的分布。高 pH（即碱中毒 >7.4）有利于 K+ 向细胞内移动，而低 pH（即酸中毒）会导致 K+ 向细胞外移动。高血浆钾会增加醛固酮分泌，这会增加体内钾的丢失，从而恢复平衡。这种酸碱状态下的分布变化意味着血浆 K+ 可能无法反映人体总钾含量。因此，酸中毒（pH 7.1）和血浆 K+ 为 6.5 mmol/l 的人可能会缺乏人体总钾。这种情况发生在糖尿病酸中毒中。相反，碱中毒且血浆 K+ 为 3.4 mmol/l 的人可能具有正常的人体总钾。
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含量 |
浓度 |
|---|---|---|
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体内含量 |
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间质液 (0.9%) |
270 mmol |
9 mmol/l |
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细胞质 |
<1 mmol |
10-6 mmol/l |
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细胞器 |
270 mmol |
9 mmol/l |
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细胞外液 (0.1%) |
30 mmol |
2.2 mmol/l |
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血浆 |
7 mmol |
2.2 mmol/l |
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间质液 |
23 mmol |
2.2 mmol/l |
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骨骼 (99%) |
27.5 mol (1.1 kg) |
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膳食含量 |
1200 mg/天 |
40 mmol/天 |
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吸收量 |
300 mg/天 |
10 mmol/天 |
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排泄量 |
300 mg/天 |
10 mmol/天 |
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强制性需求 |
100 mg/天 |
3 mmol/天 |
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骨骼 => 血浆 |
500 mmol/天 |
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钙是一种非常重要的电解质。99% 以上的钙沉积在骨骼中，但其余部分与神经传导、肌肉收缩、激素释放和细胞信号传导密切相关。血浆中 Ca++ 的浓度为 2.2 mmol/l，磷酸盐为 1.0 mmol/l。Ca 和 P 的溶解度积接近血浆中的饱和状态。细胞质中 Ca++ 的浓度< 10-6 mmol/l，但细胞中 Ca++ 的浓度要高得多，因为钙会被细胞器吸收（并且能够从细胞器中释放出来）。
在澳大利亚饮食中，每天大约有 1200 毫克的钙。即使全部可溶，也不一定全部被吸收，因为它会与肠道分泌物中的磷酸盐结合。此外，吸收受活性维生素 D 的调节，增加的量会增加 Ca++ 的吸收。吸收受维生素 D 控制，而排泄受甲状旁腺激素控制。然而，从骨骼到血浆的分布受甲状旁腺激素和维生素 D 的共同控制。即使饮食中没有钙，肾脏也会持续丢失钙。肾脏对钙的排泄及其在骨骼和身体其他部位之间的分布主要受甲状旁腺激素的控制。
血浆中的钙以三种形式存在。离子化、非离子化和蛋白质结合。甲状旁腺会监测离子化钙的浓度，如果浓度低，甲状旁腺激素分泌会增加。这会通过增加骨骼再吸收、减少肾脏排泄以及作用于肾脏来增加活性维生素 D 的形成速率，从而增加肠道对钙的吸收，来增加离子化钙的水平。
饮食中磷酸盐的正常摄入量约为 1 g/d，但并非全部被吸收。任何过量的磷酸盐都会被肾脏排泄，而甲状旁腺激素会增加这种排泄。甲状旁腺激素还会导致磷酸盐从骨骼中释放出来。血浆磷酸盐对甲状旁腺激素分泌没有直接影响。然而，如果血浆磷酸盐升高，它会与 Ca++ 结合，降低血浆中的离子化 Ca++，从而增加甲状旁腺激素分泌。
中暑和热衰竭
如果你曾经在非常炎热的天气里从事过繁重的体力劳动或参加过体育比赛，你可能经历过热衰竭的症状。这些症状通常包括体温升高（高于 104 华氏度或 40 摄氏度）、大量出汗、面色苍白、肌肉痉挛、头晕，在某些极端情况下，还会昏倒或失去意识。
热衰竭是人体自身体温调节系统（即人体调节体温的方式）功能紊乱的结果。出汗是人体降温的主要方式，但将血液从其他区域转移到皮肤也能达到这个目的。虽然汗液使水分到达皮肤表面时能够散发多余的热量，但它也会对血压和血容量造成危险的影响。随着出汗量的增加，血容量会急剧下降，这意味着大脑和其他身体系统面临着氧气和营养供应不足的风险。此外，将血液从其他系统转移到皮肤，会加剧出汗导致的血容量和血压变化。
中暑是一种更为严重的状况。当人体因体温调节系统失灵而体温失控时，就会发生中暑。如果人体因外部或生理因素无法降低体温，大脑就会开始功能失常。会出现谵妄和失去意识。控制汗腺的大脑中枢会停止运作，汗液分泌也会停止。这会导致人体体温更快上升。此外，随着人体温度升高，新陈代谢过程会加快，导致体内产生更多热量。如果不及时治疗，会导致死亡。最容易辨别中暑的方式之一就是观察皮肤。如果皮肤因血流增加而发红，但由于汗腺停止分泌而干燥，则需要立即进行医疗救治。
- 体温调节
- 如果体温过低，骨骼肌可以发抖来产生热量。
- 非颤抖性产热包括脂肪分解产生热量。
- 出汗利用蒸发来冷却身体。
- 化学调节
- 胰腺产生胰岛素和胰高血糖素来控制血糖浓度。
- 肺部吸收氧气并排出二氧化碳，这可以调节血液的 pH 值。
- 肾脏去除尿素，并调整水和多种离子的浓度。
哺乳动物体内稳态的主要例子如下
- 调节体内水和矿物质的含量。这被称为渗透调节。主要发生在肾脏。
- 去除代谢废物。这被称为排泄。由肾脏和肺部等排泄器官完成。
- 调节体温。这主要由皮肤完成。
- 调节血糖水平。这主要由肝脏和胰腺分泌的胰岛素和胰高血糖素完成。
大多数这些器官受垂体分泌的激素控制，而垂体又受下丘脑的支配。
- 这些问题的答案可以在这里找到 这里
1. 稳态的含义
A) 贡献者和提供者
B) 扩展
C) 相同或恒定
D) 接收者
2. 体液的正常 pH 值是多少？
A) 7.15-7.25
B) 7.35-7.45
C) 7.55- 7.65
D) 7.00-7.35
E) 6.5-7.5
3. 泌尿系统与呼吸系统协同调节血液 pH 值的一个例子是
A) 当你屏住呼吸时，肾脏会从血液中去除 CO2
B) 如果你经常锻炼，你的尿液会变得更酸
C) 如果你患有肺气肿，肾脏会从循环系统中去除更少的碳酸氢根离子
D) 如果你过度呼吸，肾脏会通过向血液中添加氢离子来抵消碱性
E) 以上都不是 - 泌尿系统从不与呼吸系统协同工作
4. 呼吸的冲动直接来自
A) 自上次呼吸以来已经过去了多长时间
B) 周围环境中的氧气浓度
C) 血液中氮气的积累
D) 血液的 pH 值
E) 你不呼吸时产生的血压升高
5. 对细菌感染的反应，我的体温调节器升高。我开始发抖并产生更多热量。当我的体温达到 101 度时，我停止发抖，我的体温也停止上升。这是一个什么例子？
A) 负反馈
B) 控制系统故障
C) 正反馈
D) 负面影响
6. 以下哪个是正反馈的例子？
A) 在寒冷的冬季风暴中发抖以保暖
B) 设置在汽车上的巡航控制系统在爬坡时会增加油门
C) 在炎热的夏季，你出汗，皮肤血管扩张
D) 你被割伤，血小板形成血凝块。这反过来激活了纤维蛋白凝血系统，形成更多血凝块
7. 人体的“体温调节器”在哪里？
A) 在神经系统中，在下丘脑
B) 在皮肤系统中，在皮肤上
C) 在大脑中，在胼胝体
D) 在泌尿系统中，在肾脏
8. 哪个系统对生物体的稳态几乎没有贡献？
A) 泌尿系统
B) 生殖系统
C) 呼吸系统
D) 神经系统
9. 选择以下最能描述稳态的词语或短语。
A) 在稳态范围内波动
B) 维持恒定的内部环境
C) 动态平衡
D) 偏差
10. ADH 在肾单位的哪个部分起作用？
A) 近端小管
B) 远端小管
C) 亨利氏环
D) 无
- 1=C
- 2=B
- 3=C
- 4=D
- 5=A
- 6=D
- 7=A
- 8=B
- 9=B
- 10=B
- 控制中心或整合中心：接收并处理来自受体的信息
- 效应器：响应控制中心的指令，抵消或增强刺激
- 稳态：指稳定性、平衡或平衡状态
- 负反馈：系统以一种反转变化方向的方式做出反应
- 正反馈：响应是放大变量的变化
- 受体：接收环境中正在发生变化的信息