組成人和動物體的細胞數以億計,其中絕大多數細胞不能直接與外界環境接觸。那么,這些與外界環境隔離的體內細胞生活在什么樣的環境中?它們是怎樣與外界環境進行物質交換的呢?下面以人體為例來說明。
內環境 人體內含有大量的液體,這些液體統稱為體液。體液可以分為兩大部分:存在于細胞內的部分,叫做細胞內液;存在于細胞外的部分,叫做細胞外液。細胞外液主要包括組織液(組織間隙液的簡稱)、血漿(血液的液體部分)和淋巴等。人體內的細胞外液,構成了體內細胞生活的液體環境,這個液體環境叫做人體的內環境。 [3]
體液的各個部分之間既是彼此隔開的,又是相互聯系的。細胞浸浴在組織液中,在細胞內液與組織液之間只隔著細胞膜,水分和一切能夠透過細胞膜的物質,都可以在細胞內液與組織液之間進行交換。在組織液與血漿之間只隔著毛細血管壁,水分和一切能夠透過毛細血管壁的物質,都可以在兩者之間進行交換。組織液還可以滲入毛細淋巴管形成淋巴。因此,人體內的細胞就可以通過內環境,與外界環境之間間接地進行物質交換了。具體地說,就是由呼吸系統吸進的氧和消化系統吸收的營養物質先進入血液,然后再通過組織液進入體內細胞;同時,體內細胞新陳代謝所產生的廢物和二氧化碳,也要先進入組織液,然后再進入血液而被運送到泌尿系統和呼吸系統,排出體外。由此可見,體內的細胞只有通過內環境,才能與外界環境進行物質交換。
內環境是體內細胞生存的直接環境。細胞與內環境之間、內環境與外界環境之間不斷地進行著物質交換,因此,細胞的代謝活動和外界環境的不斷變化,必然會影響內環境的理化性質,如pH、滲透壓、溫度等。那么,內環境的理化性質會不會經常發生劇烈的變化呢?下面以內環境的pH為例來說明。血液是內環境的重要組成部分。人體在新陳代謝過程中,會產生許多酸性物質,如乳酸、碳酸;人的食物(如蔬菜、水果)中往往含有一些堿性物質,如碳酸鈉。這些酸性和堿性的物質進入血液,就會使血液的pH發生變化。但是,通過實際測定發現,正常人血液的pH通常在7.35~7.45之間,變化范圍是很小的。這是什么原因呢?原來,血液中含有許多對對酸堿度起緩沖作用的物質——緩沖物質,每一對緩沖物質都是由一種弱酸和相應的一種強堿鹽組成的,如H2CO3/NaHCO3、NaH2PO4/Na2HPO4等。當機體劇烈運動時,肌肉中產生大量的乳酸、碳酸等物質,并且進入血液。乳酸進入血液后,就與血液中的碳酸氫鈉發生作用,生成乳酸鈉和碳酸。碳酸是一種弱酸,而且又可以分解成二氧化碳和水,所以對血液的pH值影響不大。血液中增多的二氧化碳會刺激控制呼吸活動的神經中樞,促使增強呼吸活動,增加通氣量,從而將二氧化碳排出體外。當碳酸鈉進入血液后,就與血液中的碳酸發生作用,形成碳酸氫鹽,而過多的碳酸氫鹽可以由腎臟排出。這樣,由于血液中緩沖物質的調節作用,可以使血液的酸堿度不會發生很大的變化,從而維持在相對穩定的狀態。內環境的其他理化性質,如溫度、滲透壓、各種化學物質的含量等,也都能夠維持在一個相對穩定的狀態。生理學家把正常機體在神經系統和體液的調節下,通過各個器官、系統的協調活動,共同維持內環境的相對穩定狀態,叫做內環境的穩態。
內環境穩態的生理意義 機體的新陳代謝是由細胞內很多復雜的酶促反應組成的,而酶促反應的進行需要溫和的外界條件,例如溫度、pH等都必須保持在適宜的范圍內,酶促反應才能正常進行。可見,內環境的穩態是機體進行正常生命活動的必要條件。當內環境的穩態遭到破壞時,就會引起細胞新陳代謝紊亂,并導致疾病。例如,當血液中鈣、磷的含量降低時,會影響骨組織的鈣化,這在成年人表現為骨軟化病,在兒童則表現為骨質生長障礙、骨化不全的佝僂病。血鈣過高則會引起肌無力等疾病。
當人體劇烈運動時,內環境穩態不會遭到破壞,這是因為人體血液中存在著緩沖物質。