人體生理學/穩態
穩態 — 細胞 — 皮膚 — 神經 — 感官 — 肌肉 — 血液 — 心血管 — 免疫 — 泌尿 — 呼吸 — 胃腸 — 營養 — 內分泌 — 生殖（男性） — 生殖（女性） — 妊娠 — 遺傳 — 發育 — 答案
人體是由數萬億個細胞組成的，它們共同維持著整個有機體的生命。雖然細胞執行的功能可能截然不同，但所有細胞在代謝需求方面都非常相似。維持一個穩定的內部環境，提供所有細胞生存所需的條件（氧氣、葡萄糖、礦物質離子、廢物清除等），對於單個細胞和整個機體的健康至關重要。人體調節其內部環境的各種過程統稱為穩態。
穩態一般意義上是指系統中的穩定或平衡。它是人體試圖維持一個穩定的內部環境。維持穩定的內部環境需要持續監控和調整，因為條件會不斷變化。這種對體內生理系統的調節稱為穩態調節。
穩態調節涉及三個部分或機制：1）感受器，2）控制中心和 3）效應器。
感受器接收有關環境中某些變化的資訊。控制中心或整合中心接收並處理來自感受器的資訊。最後，效應器響應控制中心的命令，透過對抗或增強刺激來做出反應。這是一個持續不斷的過程，不斷地工作以恢復和維持穩態。例如，在調節體溫的過程中，皮膚中有溫度感受器，它們將資訊傳遞給大腦，大腦是控制中心，而效應器是我們皮膚中的血管和汗腺。
由於人體的內部和外部環境不斷變化，必須不斷進行調整以保持或接近設定點，因此可以將穩態視為一種合成平衡。
由於穩態是試圖透過限制波動來維持環境內部條件，因此它必須涉及一系列負反饋迴路。
當變數發生變化時，系統會對兩種主要型別的反饋做出反應。
- 負反饋：系統以逆轉變化方向的方式做出反應。由於這會使事物保持恆定，因此它可以維持穩態。例如，當人體中二氧化碳濃度升高時，肺部會收到訊號，增加其活動並排出更多二氧化碳。體溫調節是負反饋的另一個例子。當體溫升高時，皮膚和下丘腦中的感受器會感知到變化，觸發大腦發出指令。反過來，這個指令會影響正確的反應，在這種情況下是降低體溫。
- 家庭供暖系統與負反饋
- 當你在家時，你會將恆溫器設定為所需的溫度。假設今天你把它設定在 70 度。恆溫器中的溫度計等待感知溫度變化，無論是高於或低於 70 度設定點的變化。當這種變化發生時，溫度計會向“控制中心”或恆溫器傳送資訊，恆溫器反過來會向爐子傳送資訊，要麼在溫度過高時關閉，要麼在溫度過低時重新啟動。在家庭供暖的例子中，氣溫是“負反饋”。當控制中心收到負反饋時，它會觸發連鎖反應，以維持室溫。
- 正反饋：反應是放大變數的變化。這會產生不穩定效應，因此不會導致穩態。正反饋在自然發生的系統中比負反饋不常見，但它有其應用。例如，在神經中，閾電位會觸發更大的動作電位的產生。血液凝固，其中血小板處理機制將血液液體轉化為固體，是正反饋迴路的一個例子。另一個例子是催產素的分泌，它為子宮收縮提供了一條途徑，導致分娩。
- 有害的正反饋
- 雖然正反饋在穩態中是必要的，但它有時也會有害。當你發高燒時，它會導致代謝變化，可能會使發燒越來越高。在罕見的情況下，體溫達到 113 華氏度 / 45 攝氏度，細胞蛋白停止工作，代謝停止，導致死亡。
總結：可持續的系統需要兩種反饋的組合。通常，當認識到與穩態條件的偏差時，會呼叫正反饋，而一旦接近穩態條件，就會使用負反饋來“微調”反應。這創造了一種“亞穩態”，其中穩態條件在固定範圍內維持，但一旦超過這些範圍，系統可能會劇烈地轉移到一個完全不同的（可能不太理想的）穩態情況。
穩態系統具有以下幾個特性
- 它們具有超穩定性，這意味著系統能夠測試其變數應該如何調整。
- 它們的整個組織（內部、結構和功能）都有助於維持平衡。
- 生理學很大程度上是與穩態相關的過程的研究。本書中你將學習的一些功能並不專門關於穩態（例如肌肉如何收縮），但為了使所有身體過程都能正常運作，必須有一個合適的內部環境。因此，穩態是學習生理學的入門框架。
術語“穩態”從何而來？
穩態的概念最初由法國科學家克勞德·貝爾納 (Claude Bernard，1813-1878) 在其對“內環境”穩定性維持的研究中提出。他說：“所有生命機制，無論多麼多樣，都只有一個目標，那就是保持內部環境中生命條件的恆定”（摘自《動物和植物共同生命現象講義》，1879 年）。該術語本身是由美國生理學家沃爾特·坎農（Walter Cannon）創造的，他也是《身體的智慧》（1932 年）的作者。這個詞來自希臘語 _homoios_（相同，像，相似）和 _stasis_（站立，姿勢）。
汽車上的巡航控制作為穩態的簡單比喻
[edit | edit source]當汽車處於巡航控制狀態時，它有一個設定的速度限制。有時這個速度可能會每小時變化幾英里，但總的來說，系統會保持設定的速度。如果汽車開始上坡，系統將自動增加燃油量以保持設定的速度。如果汽車開始下坡，汽車將自動減少燃油量以保持設定的速度。穩態也是如此——身體對每個環境都有一個設定的限制。如果其中一個限制增加或減少，身體會感知並自動嘗試修復問題以維持預設限制。這是一個關於身體如何運作的簡單比喻——持續監測水平，並在這些水平低於（或高於）設定點時自動進行小的調整。
改變穩態的途徑
[edit | edit source]各種穩態機制將內部環境維持在可耐受的範圍內。穩態要麼透過一系列控制機制來維持，要麼身體遭受各種疾病或疾病。當身體中的細胞開始功能失常時，穩態平衡就會被打亂。最終，這會導致疾病或細胞功能失常。疾病和細胞功能失常可以透過兩種基本方式引起： _缺乏_（細胞沒有得到它們所需的一切）或 _毒性_（細胞被過量的它們需要的東西或它們不需要的東西毒害）。當穩態在你的細胞中被打斷時，有一些 _途徑_可以糾正或加劇這個問題。除了內部控制機制之外，還有一些主要基於生活方式選擇和環境暴露的外部影響，這些影響會影響我們身體維持細胞健康的能力。
- 營養：如果你的飲食缺乏某種維生素或礦物質，你的細胞將功能不良，可能導致疾病。例如，一個月經期婦女如果膳食中鐵攝入量不足，就會患上貧血。缺乏血紅蛋白（一種需要鐵的分子）會導致攜氧能力降低。在輕度情況下，症狀可能是模糊的（例如，疲勞），但如果貧血（英國英語：_anaemia_）嚴重，身體會試圖透過增加心輸出量來補償，從而導致心悸和出汗，並可能導致心力衰竭。
- 毒素：任何干擾細胞功能，導致細胞功能失常的物質。這是透過多種方式完成的；化學、植物、殺蟲劑和/或咬傷。一個常見的例子是藥物過量。當一個人服用過量的藥物時，他們的生命體徵開始波動；要麼增加要麼減少，這些生命體徵會導致包括昏迷、腦損傷甚至死亡在內的各種問題。
- 心理：你的身體健康和心理健康密不可分。我們的思想和情感會引起化學變化，要麼像冥想那樣變得更好，要麼像壓力那樣變得更糟。
- 身體：身體保養對我們的細胞和身體至關重要。充足的休息、陽光和運動是影響穩態的身體機制的例子。睡眠不足與許多疾病有關，例如心律不規則、疲勞、焦慮和頭痛。
- 遺傳/生殖：遺傳優勢和劣勢是我們遺傳構成的一部分。基因有時會由於外部因素而被關閉或開啟，我們可以對這些因素進行一定程度的控制，但有時很難糾正或改善遺傳疾病。從細胞水平開始，各種疾病來自突變的基因。例如，癌症可能是遺傳性的，也可能是由於外部來源的突變導致的，例如輻射或母親在懷孕期間服用藥物時胎兒基因發生改變。
- 醫學：由於遺傳差異，有些人的身體需要幫助才能獲得或維持穩態。透過現代醫學，我們的身體可以獲得不同的幫助，從抗體來幫助抵抗感染，到化療來殺死有害的癌細胞。傳統和替代醫療實踐有許多益處，但就像任何醫療實踐一樣，潛在的危害也存在。無論是醫院感染，還是藥物劑量錯誤，穩態都可能被試圖修復它的東西所改變。藥物的反覆試驗可能會導致潛在的副作用，如果不能及時發現，甚至可能導致死亡。
上面列出的因素都會在細胞水平上產生影響，無論是有害的還是有益的。缺乏有益途徑（缺乏）幾乎總是會導致穩態發生有害波動。過量的毒性也會導致穩態失衡，導致細胞功能失常。透過消除負面的健康影響，並提供足夠的積極的健康影響，你的身體能夠更好地自我調節和自我修復，從而維持穩態。
全身的穩態
[edit | edit source]每個身體系統都對其他系統和整個生物體的穩態做出貢獻。身體的任何系統都不會孤立地運作，個人的健康取決於所有相互作用的身體系統。一個系統中的混亂通常會對其他幾個身體系統產生後果。以下是一些關於各種身體系統如何促進穩態維持的簡要解釋。
神經系統
[edit | edit source]由於神經系統不儲存營養物質，因此必須從血液中持續供應。任何對血液流動的中斷都可能導致腦損傷或死亡。神經系統透過控制和調節身體的其他部位來維持穩態。與正常設定點的偏差會作為刺激作用於受體，受體將神經衝動傳送到大腦中的調節中心。大腦指示效應器採取行動，以使適應性反應發生。例如，如果偏差是體溫下降，則效應器會採取行動升高體溫。適應性反應使身體恢復到正常狀態，受體、調節中心和效應器暫時停止其活動。由於效應器受其自身產生的條件調節，因此此過程稱為負反饋控制。這種調節正常性的方式會導致兩個極端水平之間的波動。只有當體溫降至正常以下時，受體才會刺激調節中心，效應器才會採取行動升高體溫。調節中心位於中樞神經系統，包括大腦和脊髓。下丘腦是大腦中與穩態特別相關的部分；它影響延髓（大腦的下部）、自主神經系統和垂體的作用。
神經系統有兩個主要部分：中樞神經系統和周圍神經系統。中樞神經系統由顱神經和脊神經組成。自主神經系統是周圍神經系統的一部分，包含控制內臟器官的運動神經元。它在潛意識水平上運作，有兩個部分，交感神經系統和副交感神經系統。一般來說，交感神經系統會帶來我們與緊急情況相關的結果，通常稱為戰鬥或逃跑反應，而副交感神經系統會產生我們日常生活中需要的那些效果。
內分泌系統
[edit | edit source]內分泌系統由分泌激素到血液中的腺體組成。每種激素對一個或多個靶組織都有作用。這樣，內分泌系統調節大多數體細胞和身體系統的代謝和發育。更具體地說，內分泌系統具有可以啟用皮脂腺、乳腺發育、改變皮膚血流和從脂肪細胞釋放脂質的性激素。MSH 可以刺激皮膚上的黑色素細胞。我們的骨骼生長受多種激素調節，內分泌系統有助於調動降鈣素和鈣。在肌肉系統中，激素調節肌肉代謝、能量產生和生長。在神經系統中，激素影響神經代謝、調節體液/電解質平衡並幫助生殖激素影響中樞神經系統發育和行為。在心血管系統中，我們需要調節紅細胞（紅細胞）產生的激素，這些激素會升高和降低血壓。激素還具有抗炎作用，並刺激淋巴系統。總之，內分泌系統對基本上所有其他身體系統都有調節作用。
皮膚系統
[edit | edit source]皮膚系統（皮膚）參與保護身體免受入侵微生物的侵害（主要透過形成厚厚的不可滲透層），通過出汗和血管擴張/收縮或顫抖和毛髮直立（雞皮疙瘩）調節體溫，以及調節血液中的離子平衡。肥大細胞的刺激還會引起血流和毛細血管通透性的變化，從而影響身體的血流及其調節方式。它還有助於合成維生素 D，維生素 D 與鈣和磷的吸收相互作用，這對骨骼生長、維持和修復至關重要。皮膚上的毛髮可以防止入侵者進入鼻腔或其他孔道，防止它們進一步進入我們的身體。我們的皮膚還可以透過排洩水分和其他溶質來幫助維持平衡（例如，角質化的表皮限制了水分透過皮膚流失）。它還提供對環境危害的機械保護。我們需要記住我們的皮膚是皮膚系統；它是我們抵禦入侵的第一道防線。
骨骼系統
[edit | edit source]作為人體結構框架，骨骼系統主要由骨骼系統的 206 塊左右的骨骼組成，但也包括軟骨、韌帶和其他結締組織，這些組織穩定並連線它們。骨骼與肌肉系統協同工作，幫助保持姿勢和運動。骨骼中的許多骨骼起著槓桿的作用，改變骨骼肌產生的力的強度和方向。保護是骨骼系統所佔據的關鍵作用，因為許多重要器官都包裹在骨骼腔內（例如顱骨和脊柱），骨骼構成其他體腔（例如胸腔和盆腔）的許多結構基礎。骨骼系統也是重要的礦物質儲備。例如，如果血液中鈣或鎂的含量過低，而食物中又沒有這些礦物質，那麼它們就會從骨骼中提取。此外，骨骼系統為所有肌肉收縮提供所需的鈣。最後，紅細胞、淋巴細胞和其他與免疫反應有關的細胞在骨髓中產生和儲存。
肌肉系統
[edit | edit source]肌肉系統是人體中最靈活的系統之一。肌肉系統包含心臟，心臟不斷地將血液泵送到全身。肌肉系統還負責非自主運動（例如雞皮疙瘩、消化、呼吸）和自主運動（例如行走、拾取物體）。肌肉還有助於保護體內腔的器官。你身體的肌肉使用能量，當你感到寒冷時會增加你的體溫。當內部溫度下降時，就會發生顫抖。圍繞重要器官的肌肉移動，分解 ATP 從而釋放熱量，然後將熱量分佈到身體的其他部位。
心血管系統
[edit | edit source]心血管系統除了需要自身保持在一定水平之外，還透過運輸激素（心臟分泌心房利鈉肽和腦利鈉肽，分別為 ANP 和 BNP）和營養物質（氧氣、EPO 到骨骼等），帶走廢物，併為所有活的體細胞提供新鮮的氧氣供應並去除二氧化碳，在維持其他身體系統方面發揮作用。如果心血管或淋巴系統不能正常運作，就會擾亂體內平衡。我們的皮膚、骨骼、肌肉、肺、消化道以及神經、內分泌、淋巴、泌尿和生殖系統都利用心血管系統作為其“道路”或“高速公路”，以分佈營養物質、氧氣、廢物、激素、藥物等。心血管系統不健康有很多危險因素。一些相關疾病通常被標記為“不可控制”或“可控制”。主要的不可控制的危險因素包括年齡、性別和家族心臟病史，尤其是在年輕時。
心血管系統還包含監測血壓的感測器，稱為壓力感受器，它們透過檢測血管的伸展程度來工作。這些資訊被傳遞到大腦中的延髓，延髓透過自主神經系統採取措施升高或降低血壓。
淋巴系統
[edit | edit source]淋巴系統有三個主要作用。第一個是維持血液和組織的體積。毛細血管在壓力下流出的多餘液體會在體內積聚，導致水腫。第二，淋巴系統吸收脂肪酸和甘油三酯，以便這些消化成分不會直接進入血液迴圈。第三，淋巴系統參與防禦身體免受入侵微生物的侵害，以及免疫反應。該系統有助於維持，例如在受傷後修復骨骼和肌肉。另一個防禦是維持尿液的酸性 pH 值，以對抗泌尿系統的感染。扁桃體是我們的身體“助手”，幫助我們抵禦來自消化道的感染和毒素。扁桃體還有助於防止感染進入我們的肺部。
呼吸系統
[edit | edit source]呼吸系統與心血管系統協同工作，為每個身體系統內的細胞提供氧氣，用於細胞代謝。呼吸系統還去除二氧化碳。由於二氧化碳主要以碳酸氫根離子形式運輸在血漿中，而碳酸氫根離子充當化學緩衝劑，因此呼吸系統還有助於維持適當的血液 pH 值，這對體內平衡非常重要。在過度換氣時，血液中二氧化碳含量會降低。這會導致體液的 pH 值升高。如果 pH 值升高到 7.45 以上，會導致呼吸性鹼中毒和昏迷。另一方面，呼吸不足會導致 pH 值降至 7.35 以下，導致呼吸性酸中毒。這是阿片類藥物過量導致死亡的機制。呼吸系統還有助於淋巴系統，透過捕獲病原體並保護更深的組織。請注意，當你增加胸腔空間時，它可以透過呼吸肌的收縮提供腹壓。這有助於排便。
呼吸系統的器官包括鼻子、咽喉、喉、氣管、支氣管和肺。這些器官共同允許空氣進入肺部的微小、薄壁囊，稱為肺泡。正是這些肺泡中的氧氣與廢物二氧化碳進行交換，而二氧化碳透過血液攜帶到肺部，以便從體內排出。
消化系統
[edit | edit source]如果沒有來自消化系統的定期能量和營養物質供應，所有身體系統都會很快受到損害。消化系統吸收有機物質、維生素、離子，以及全身所需的能量。在皮膚中，消化道為皮下層的儲存提供脂質。請注意，食物在體內經歷三種類型的過程：消化、吸收和排洩。如果其中一個過程不能正常運作，你將出現非常明顯的健康問題。消化的機制可以包括化學消化、運動、攝食、吸收和排洩。為了保持健康的消化系統，我們必須記住其中涉及的組成部分。如果這些組成部分受到干擾，消化健康可能會受到影響。
泌尿系統
[edit | edit source]當蛋白質和核酸被分解並用於其他目的時，有毒的含氮廢物會積累。泌尿系統將這些廢物排出體外。泌尿系統也直接參與維持適當的血液量（以及間接的血液壓力）和血液中的離子濃度。另一個貢獻是腎臟產生一種激素（促紅細胞生成素），刺激紅細胞的生成。腎臟還在維持身體的正確水分含量和細胞外液的正確鹽成分方面發揮重要作用。導致過多水分流失的外部變化會觸發反饋機制，以抑制水分流失。
生殖系統
[edit | edit source]生殖系統是獨一無二的，因為它對維持生物體的體內平衡幾乎沒有貢獻。生殖系統不是與維持生物體相關，而是與維持物種相關。話雖如此，性激素確實會對其他身體系統產生影響，而失衡會導致各種疾病（例如，在生命早期卵巢被切除的女性患骨質疏鬆症的風險要高得多）。
排洩系統
[edit | edit source]排洩系統負責從尿液中排出廢物、多餘的水和鹽分。調節內部環境的體積和 pH 值。人體排洩系統透過清除血液中的代謝廢物（如水、鹽和代謝物濃度）來維持體內平衡。腎臟是主要的排洩器官，是體內平衡的主要器官，因為它排洩含氮廢物，並調節水鹽平衡和酸鹼平衡。本節將詳細研究腎臟。
生物體具有一系列自動化的過程，使其在自然環境中自維持。這些過程包括繁殖、對外部環境的適應以及生存的本能，這些都是自然賦予生物的。
生物體的生存很大程度上取決於它們保持穩定體溫的能力，無論周圍環境的溫度如何。這種維持體溫的能力被稱為體溫調節。冷血動物，如爬行動物，調節體溫的方式與溫血動物（或恆溫動物）如人類和其他哺乳動物有所不同。本節在考慮溫血生物時最相關。
體溫取決於產生的熱量減去散失的熱量。熱量透過輻射、對流和傳導散失，但所有三種過程的淨散失取決於身體和外部環境之間的梯度。因此，當外部溫度低時，輻射是最重要的熱量散失形式。當外部溫度高時，蒸發是最重要的熱量散失形式。產生的熱量和散失的熱量之間的平衡維持穩定的體溫。但是，溫度在一天中確實會發生變化，這個設定點由下丘腦控制。
體溫通常約為 37.4°C，但在一天中會波動約 0.8°C。每天最低溫度出現在人睡覺的時候。溫度感受器位於皮膚、大靜脈、腹腔器官和下丘腦。雖然皮膚上的溫度感受器會提供冷的感覺，但下丘腦（中樞核心）溫度感受器是最重要的。核心體溫通常比腋窩或口腔溫度高約 0.7-1.0°C。
當體溫因外部寒冷而下降時，保護的重要組成部分是皮膚和肢體血管的血管收縮。這會降低表面溫度，在核心溫度和外部環境之間形成絕緣層（如脂肪細胞層）。同樣，如果溫度升高，流向皮膚的血液流量會增加，最大限度地提高透過輻射和蒸發散熱的潛力。因此，如果你透過飲酒使皮膚血管擴張，這可能會帶來令人愉快的溫暖感覺，但如果外部溫度仍然很低，它會增加熱量散失。在寒冷環境中的主要調整是透過顫抖來增加產熱，以及收縮周圍血管和皮膚血管。這有助於最大程度地減少透過皮膚的熱量散失，並將血液引導到重要的內部器官。
除了每日體溫變化外，還有一些迴圈變化。在女性中，體溫在排卵前下降，排卵時上升約 1°C，這主要是因為孕酮升高了設定點。甲狀腺激素和致熱原也會升高設定點。基礎代謝率（BMR）約為 30 卡路里/平方米/小時。它在兒童中高於成年人，部分原因是表面積與體重比不同。由於這種關係，年幼的兒童更容易快速降低體溫；兒童的溫度變化比成年人更大。它會因甲狀腺激素增加而升高，因甲狀腺激素缺乏而降低。不同的食物會影響 BMR，食物的呼吸商也不同。碳水化合物 1.0；蛋白質 = 1.0；脂肪 = 0.7
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細胞外液 |
細胞液 |
|---|---|---|
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體積 |
血漿 - 3 升 間質液 - 10 升 |
30 升 |
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滲透壓（mOsm） |
290 |
290 |
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Na +（mmol/l） |
140 |
15 |
|
Ca 2+（mmol/l） |
2.2 |
< 10 -6 |
|
Cl -（mmol/l） |
110 |
10 |
|
HCO3 -（mmol/l） |
30 |
10 |
|
K +（mmol/l） |
4 |
150 |
|
Mg 2+（mmol/l） |
1.5 |
15 |
|
PO4 3+（mmol/l） |
2 |
40 |
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pH |
7.4 |
7.1 |
|
電位差（mV） |
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-70 |
血壓用兩個不同的數字表示。第一個數字稱為“收縮壓”，第二個數字稱為“舒張壓”。收縮壓是心動週期中心臟收縮、將血液排出（稱為收縮期）時的壓力。這是壓力最大的時候。舒張壓來自心動週期中壓力最低的時候，此時心臟正在充盈血液。這個階段稱為舒張期。大動脈中的血壓約為 120/80 毫米汞柱。當血壓到達毛細血管時，它已經部分失去了脈動性，壓力約為 35 毫米汞柱。壓力沿毛細血管迅速下降，在靜脈端為 15 毫米汞柱。這種靜水壓傾向於將液體從毛細血管推入間質液（細胞之間的液體），但這種平衡是由 26 毫米汞柱的膠體滲透壓（由於蛋白質，主要是白蛋白）維持的。淨水運動很小（約 2%），因此膠體滲透壓在毛細血管的動脈端和靜脈端相同。
在毛細血管的動脈端，淨向外力約為 11 毫米汞柱，而在靜脈端，淨向內力約為 9 毫米汞柱（即 -9）。水流出和流入之間存在不平衡，導致約 3 升/天的不平衡，這透過淋巴液排出。間質組織中有一些白蛋白，它們在不同的器官中有所不同，但濃度可能高達血漿的 10% 或 20%。這會產生間質液的膠體滲透壓，導致液體流入間質液。但是，水的整體運動並不是營養物質到達細胞的方式。營養物質沿著濃度梯度擴散，因為毛細血管對所有小分子都非常通透。
細胞外液體積在 70 公斤的人體內約為 13 升。10 升位於間質空間，3 升位於血漿中。毛細血管是這兩個隔室之間的介面，對分子量小於 20,000 的大多數物質都具有通透性。因此，營養物質可以很容易地穿過毛細血管壁，從血液流向細胞。儘管毛細血管具有高度的通透性，但由於膠體滲透壓，水仍然保持在內部，只有約 2% 的流經毛細血管的血漿穿過毛細血管壁。
血容量約為 5 升，其中約 3 升是血漿，約 2 升是紅細胞。紅細胞體積（紅細胞壓積）約為 43%，血漿和血容量與紅細胞壓積之間的關係為血容量 = 血漿容量 100/（100 - Ht）。大多數血液通常位於靜脈中（70%）。
毛細血管的通透性在全身各處都有所不同。腦毛細血管由於襯裡血管內皮細胞之間的緊密連線而相對不透水。這被稱為血腦屏障或 BBB，有助於防止毒素進入大腦。
按通透性降序排列
腦 < 肌肉 < 腎小球 < 肝竇。
毛細血管雖然表面積很大，但只包含約 7% 的血容量。動脈和小動脈包含約 15% 的血容量。大多數血液位於靜脈中。
細胞膜是雙脂層，對水和脂溶性顆粒具有通透性。但是，它對帶電粒子不透水。它是滲透壓控制因素。細胞內液和間質液的滲透壓相同，但陰離子和陽離子的組成不同。毛細血管膜由白蛋白構成，對除蛋白質以外的所有物質都具有通透性。不同組織中的膜有所不同。存在孔隙（或孔洞）以促進更好的液體流動。重量超過 40,000 道爾頓的顆粒通透性低。它是膠體滲透壓控制因素。腦中的毛細血管相對不透水，而肝竇和腎小球中的毛細血管則非常通透。
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水（升） |
鈉（mmol） |
鉀（mmol） |
|---|---|---|---|
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總計 |
43 |
3700 |
4000 |
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細胞內 |
30 |
400 |
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骨骼 |
- |
1500 |
300 |
|
細胞外 |
13 |
1820 |
52 |
|
血漿 |
3 |
420 |
12 |
|
間質液 |
10 |
1400 |
40 |
|
通常攝入量 |
1.5 |
180 |
70 |
|
範圍 |
0.7-5 |
5-400 |
50-400 |
血漿滲透壓約為 290 mosmol/l，主要由鈉（140 mmol/l）及其伴隨的陰離子貢獻。在脫水中，水從體內流失。血漿中滲透壓升高（鈉也升高）導致水最初沿著滲透壓梯度從細胞中流出。因此，細胞體積最初會減小，但細胞穩態過程隨後會透過吸收溶質使其恢復到正常水平。
在脫水中，水從血漿中流失，因此紅細胞壓積和白蛋白（沒有流失）的濃度會更高。在容量耗竭中，水和電解質都流失，因此鈉濃度或滲透壓幾乎沒有影響。由於滲透壓沒有改變，因此不會有力量將水從細胞中拉出，細胞體積不受影響。
在失血導致的容量耗竭中，紅細胞壓積急性期保持不變，但隨之而來的血壓下降會導致體液從間質液進入血管腔，導致白蛋白和紅細胞壓積均下降。當嘔吐或腹瀉導致電解質和水分丟失而導致的容量耗竭時，對血漿滲透壓或鈉濃度的影響很小或沒有影響。然而，紅細胞壓積和血漿白蛋白會略微升高，因為體液丟失來自細胞外液，而血液細胞和白蛋白沒有丟失，這會導致濃度升高。
在容量耗竭中，會啟用一些力量來保留體內的鈉和水分。鈉瀦留主要由腎素-血管緊張素-醛固酮系統實現，該系統被容量耗竭導致的血壓下降所啟用。在脫水中，高滲透壓會啟用ADH分泌，導致水分瀦留。由於也存在容量耗竭，這會啟用腎素-血管緊張素-醛固酮系統，導致鈉瀦留。這種瀦留會傾向於導致鈉濃度升高，而鈉濃度已經很高，但水分瀦留會糾正這種情況。沒有有效的受體透過改變鈉排洩來監測和控制鈉濃度。鈉瀦留激素主要受容量和血壓調節。最初，在失血中，紅細胞壓積不會改變，但隨著體液從間質液進入血管腔，紅細胞壓積會下降。
血管加壓素，也稱為抗利尿激素 (ADH)，是控制水分平衡的主要化合物，它透過減少腎臟的水分排出量來減少排尿量。它透過監測血漿滲透壓來感知需求，如果血漿滲透壓高，就會分泌血管加壓素。血管加壓素在丘腦下部形成，沿著軸突向下傳遞到垂體後葉，並在那裡儲存。
血漿滲透壓是調節血管加壓素釋放的常見因素，但其他因素也會改變釋放量。疼痛和情緒會與垂體後葉的其他激素催產素一起釋放血管加壓素。酒精會抑制血管加壓素的釋放，從而導致利尿。低血漿容量也會釋放血管加壓素，高濃度的血管加壓素會導致血管收縮。這些不同的因素可以克服滲透壓的正常生理控制。
丘腦下部的滲透壓感受器監測血漿滲透壓，並沿著軸突發送訊號，從垂體後葉釋放血管加壓素。血管加壓素透過血液到達腎臟，並與基底外側膜上的受體結合，透過一系列細胞事件改變腔面膜對水的通透性，從而增加集合管的水通透性，並由於腎臟中形成的滲透壓梯度，導致水分被身體保留（即抗利尿作用），這也為血管加壓素提供了另一個名稱：抗利尿激素。
垂體釋放的血管加壓素與基底外側膜上的受體結合，啟用腺苷酸環化酶，從而增加腎臟中的環狀 AMP 水平。這透過一系列反應，其中一些涉及鈣，導致微絲收縮並將預先形成的水通道（水通道蛋白）插入腔面膜中，從而增加水通透性。
高血漿滲透壓是導致血管加壓素釋放的重要生理刺激。正常人血漿中的尿素濃度僅為 6 mmol/l，因此只佔血漿滲透壓的一小部分。即使血漿尿素升高到 30 mmol/l，也不會對血管加壓素釋放產生顯著影響，因為膜（包括滲透壓感受器細胞的膜）對尿素是通透的。如果ADH過多，水分會被保留，滲透壓和鈉濃度會下降（低鈉血癥）。如果沒有ADH，水分就會丟失，滲透壓和鈉濃度會升高（高鈉血癥）。雖然當血漿容量下降時會釋放ADH，但恢復容量的最重要因素是腎素-血管緊張素-醛固酮系統和其他鹽瀦留系統保留鈉。
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含量 |
濃度 |
|---|---|---|
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體內含量 |
3700 mmol |
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細胞內 |
400 mmol |
15 mmol/l |
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細胞外 |
1800 mmol |
140 mmol/l |
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血漿 |
420 mmol |
140 mmol/l |
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間質液 |
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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狩獵採集者 |
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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強制性需求 |
< 5 mmol/天 |
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鈉是一種重要的陽離子，主要分佈在細胞外。細胞鈉濃度約為 15 mmol/l，但不同器官和細胞內體積（約 30 升）的變化而有所不同，約 400 mmol 位於細胞內。血漿和間質鈉約為 140 mmol/l，細胞外液量約為 13 升，細胞外液中含有 1800 mmol。然而，人體總鈉含量約為 3700 mmol，因為骨骼中儲存了約 1500 mmol。
澳大利亞飲食中鈉的正常攝入量約為 180 mmol/天，但根據習慣和文化影響，差異很大（50-400 mmol/天）。人體具有強大的鈉瀦留機制，即使一個人每天攝入 5 mmol Na+，他們也可以維持鈉平衡。透過降低腎素-血管緊張素-醛固酮系統的活性來減少體內額外的鈉丟失，這會導致體內鈉的排洩增加。鈉透過腎臟、汗液和糞便丟失。在鈉缺乏的情況下，醛固酮水平升高，而在鈉過剩的情況下，醛固酮水平下降。醛固酮分泌的主要生理調節因素是血漿血管緊張素 II 水平，血管緊張素 II 會增加醛固酮分泌。高血漿鉀也會增加醛固酮分泌，因為除了保留 Na+ 之外，高血漿醛固酮還會導致腎臟排洩 K+。血漿 Na+ 水平對醛固酮分泌的影響很小。
低腎臟灌注壓會刺激腎素釋放，腎素會形成血管緊張素 I，血管緊張素 I 會轉化為血管緊張素 II。血管緊張素 II 會透過收縮血管以及透過對近端腎小管的直接作用和透過醛固酮的作用來增加鈉瀦留來糾正低灌注壓。腎上腺的灌注壓對醛固酮分泌幾乎沒有直接影響，而低血壓透過腎素-血管緊張素系統來控制醛固酮。
除了醛固酮和血管緊張素 II 之外，其他因素也會影響鈉排洩。因此，在高鈉狀態下，無論是因為攝入過多還是心臟病（+ 其他疾病），心房肽都會從心臟分泌，並透過一系列作用導致腎臟排洩鈉。血壓升高也會導致 Na+ 丟失，而血壓降低通常會導致鈉瀦留。醛固酮也會作用於汗腺和結腸上皮，以保留鈉。當醛固酮被啟用以保留鈉時，血漿鈉會傾向於升高。這會立即導致ADH釋放，導致水分被保留，從而以正確的比例保留 Na+ 和 H2O，以恢復血漿容量。
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含量 |
濃度 |
|---|---|---|
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體內含量 |
4000 mmol |
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細胞內 |
3000 + mmol |
110 mmol/l |
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細胞外 |
53 mmol |
4 mmol/l |
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血漿 |
12 mmol |
4 mmol/l |
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間質液 |
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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狩獵採集者 |
200 – 400 mmol/天 |
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西方人 |
50 – 100 mmol/天 |
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強制性需求 |
30 – 50 mmol/天 |
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鉀主要是一種細胞內離子，人體總鉀含量約為 4000 mmol，其中大部分位於細胞內，其次是骨骼中的比例（300-500 mmol）。細胞 K+ 濃度約為 150 mmol/l，但在不同器官中有所不同。細胞外鉀約為 4.0 mmol/l，細胞外液量約為 13 升，這裡有 52 mmol（即不到 1.5%），血漿中只有 12 mmol。
在未經加工的飲食中，鉀比鈉豐富得多，以有機鹽的形式存在，而鈉則作為 NaCl 新增。狩獵採集者的 K+ 攝入量可能高達 400 mmol/天，而西方飲食中 K+ 攝入量為 70 mmol/天或更少，如果一個人攝入的水果和蔬菜很少，則更少。加工食品用 NaCl 代替 K+。雖然人體可以排洩大量的 K+，但它無法保留 K+。在零 K+ 攝入或 K+ 缺乏的人中，尿液和糞便中仍然會丟失 30-50 mmol/天的 K+。
如果 K+ 攝入量很高，例如 100 mmol，這可能會使細胞外 K+ 水平增加 2 倍，然後再由腎臟排洩多餘的鉀。人體透過在細胞中平衡多餘的鉀來緩衝它。酸鹼狀態控制血漿和細胞之間的分佈。高 pH（即鹼中毒 >7.4）有利於 K+ 向細胞內移動，而低 pH（即酸中毒）會導致 K+ 向細胞外移動。高血漿鉀會增加醛固酮分泌，這會增加體內鉀的丟失，從而恢復平衡。這種酸鹼狀態下的分佈變化意味著血漿 K+ 可能無法反映人體總鉀含量。因此，酸中毒（pH 7.1）和血漿 K+ 為 6.5 mmol/l 的人可能會缺乏人體總鉀。這種情況發生在糖尿病酸中毒中。相反，鹼中毒且血漿 K+ 為 3.4 mmol/l 的人可能具有正常的人體總鉀。
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含量 |
濃度 |
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體內含量 |
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間質液 (0.9%) |
270 mmol |
9 mmol/l |
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細胞質 |
<1 mmol |
10-6 mmol/l |
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細胞器 |
270 mmol |
9 mmol/l |
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細胞外液 (0.1%) |
30 mmol |
2.2 mmol/l |
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血漿 |
7 mmol |
2.2 mmol/l |
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間質液 |
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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排洩量 |
300 mg/天 |
10 mmol/天 |
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強制性需求 |
100 mg/天 |
3 mmol/天 |
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骨骼 => 血漿 |
500 mmol/天 |
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鈣是一種非常重要的電解質。99% 以上的鈣沉積在骨骼中，但其餘部分與神經傳導、肌肉收縮、激素釋放和細胞訊號傳導密切相關。血漿中 Ca++ 的濃度為 2.2 mmol/l，磷酸鹽為 1.0 mmol/l。Ca 和 P 的溶解度積接近血漿中的飽和狀態。細胞質中 Ca++ 的濃度< 10-6 mmol/l，但細胞中 Ca++ 的濃度要高得多，因為鈣會被細胞器吸收（並且能夠從細胞器中釋放出來）。
在澳大利亞飲食中，每天大約有 1200 毫克的鈣。即使全部可溶，也不一定全部被吸收，因為它會與腸道分泌物中的磷酸鹽結合。此外，吸收受活性維生素 D 的調節，增加的量會增加 Ca++ 的吸收。吸收受維生素 D 控制，而排洩受甲狀旁腺激素控制。然而，從骨骼到血漿的分佈受甲狀旁腺激素和維生素 D 的共同控制。即使飲食中沒有鈣，腎臟也會持續丟失鈣。腎臟對鈣的排洩及其在骨骼和身體其他部位之間的分佈主要受甲狀旁腺激素的控制。
血漿中的鈣以三種形式存在。離子化、非離子化和蛋白質結合。甲狀旁腺會監測離子化鈣的濃度，如果濃度低，甲狀旁腺激素分泌會增加。這會透過增加骨骼再吸收、減少腎臟排洩以及作用於腎臟來增加活性維生素 D 的形成速率，從而增加腸道對鈣的吸收，來增加離子化鈣的水平。
飲食中磷酸鹽的正常攝入量約為 1 g/d，但並非全部被吸收。任何過量的磷酸鹽都會被腎臟排洩，而甲狀旁腺激素會增加這種排洩。甲狀旁腺激素還會導致磷酸鹽從骨骼中釋放出來。血漿磷酸鹽對甲狀旁腺激素分泌沒有直接影響。然而，如果血漿磷酸鹽升高，它會與 Ca++ 結合，降低血漿中的離子化 Ca++，從而增加甲狀旁腺激素分泌。
中暑和熱衰竭
如果你曾經在非常炎熱的天氣裡從事過繁重的體力勞動或參加過體育比賽，你可能經歷過熱衰竭的症狀。這些症狀通常包括體溫升高（高於 104 華氏度或 40 攝氏度）、大量出汗、面色蒼白、肌肉痙攣、頭暈，在某些極端情況下，還會昏倒或失去意識。
熱衰竭是人體自身體溫調節系統（即人體調節體溫的方式）功能紊亂的結果。出汗是人體降溫的主要方式，但將血液從其他區域轉移到皮膚也能達到這個目的。雖然汗液使水分到達皮膚表面時能夠散發多餘的熱量，但它也會對血壓和血容量造成危險的影響。隨著出汗量的增加，血容量會急劇下降，這意味著大腦和其他身體系統面臨著氧氣和營養供應不足的風險。此外，將血液從其他系統轉移到皮膚，會加劇出汗導致的血容量和血壓變化。
中暑是一種更為嚴重的狀況。當人體因體溫調節系統失靈而體溫失控時，就會發生中暑。如果人體因外部或生理因素無法降低體溫，大腦就會開始功能失常。會出現譫妄和失去意識。控制汗腺的大腦中樞會停止運作，汗液分泌也會停止。這會導致人體體溫更快上升。此外，隨著人體溫度升高，新陳代謝過程會加快，導致體內產生更多熱量。如果不及時治療，會導致死亡。最容易辨別中暑的方式之一就是觀察皮膚。如果皮膚因血流增加而發紅，但由於汗腺停止分泌而乾燥，則需要立即進行醫療救治。
- 體溫調節
- 如果體溫過低，骨骼肌可以發抖來產生熱量。
- 非顫抖性產熱包括脂肪分解產生熱量。
- 出汗利用蒸發來冷卻身體。
- 化學調節
- 胰腺產生胰島素和胰高血糖素來控制血糖濃度。
- 肺部吸收氧氣並排出二氧化碳，這可以調節血液的 pH 值。
- 腎臟去除尿素，並調整水和多種離子的濃度。
哺乳動物體內穩態的主要例子如下
- 調節體內水和礦物質的含量。這被稱為滲透調節。主要發生在腎臟。
- 去除代謝廢物。這被稱為排洩。由腎臟和肺部等排洩器官完成。
- 調節體溫。這主要由皮膚完成。
- 調節血糖水平。這主要由肝臟和胰腺分泌的胰島素和胰高血糖素完成。
大多數這些器官受垂體分泌的激素控制，而垂體又受下丘腦的支配。
- 這些問題的答案可以在這裡找到 這裡
1. 穩態的含義
A) 貢獻者和提供者
B) 擴充套件
C) 相同或恆定
D) 接收者
2. 體液的正常 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. 泌尿系統與呼吸系統協同調節血液 pH 值的一個例子是
A) 當你屏住呼吸時，腎臟會從血液中去除 CO2
B) 如果你經常鍛鍊，你的尿液會變得更酸
C) 如果你患有肺氣腫，腎臟會從迴圈系統中去除更少的碳酸氫根離子
D) 如果你過度呼吸，腎臟會透過向血液中新增氫離子來抵消鹼性
E) 以上都不是 - 泌尿系統從不與呼吸系統協同工作
4. 呼吸的衝動直接來自
A) 自上次呼吸以來已經過去了多長時間
B) 周圍環境中的氧氣濃度
C) 血液中氮氣的積累
D) 血液的 pH 值
E) 你不呼吸時產生的血壓升高
5. 對細菌感染的反應，我的體溫調節器升高。我開始發抖併產生更多熱量。當我的體溫達到 101 度時，我停止發抖，我的體溫也停止上升。這是一個什麼例子？
A) 負反饋
B) 控制系統故障
C) 正反饋
D) 負面影響
6. 以下哪個是正反饋的例子？
A) 在寒冷的冬季風暴中發抖以保暖
B) 設定在汽車上的巡航控制系統在爬坡時會增加油門
C) 在炎熱的夏季，你出汗，皮膚血管擴張
D) 你被割傷，血小板形成血凝塊。這反過來激活了纖維蛋白凝血系統，形成更多血凝塊
7. 人體的“體溫調節器”在哪裡？
A) 在神經系統中，在下丘腦
B) 在皮膚系統中，在皮膚上
C) 在大腦中，在胼胝體
D) 在泌尿系統中，在腎臟
8. 哪個系統對生物體的穩態幾乎沒有貢獻？
A) 泌尿系統
B) 生殖系統
C) 呼吸系統
D) 神經系統
9. 選擇以下最能描述穩態的詞語或短語。
A) 在穩態範圍內波動
B) 維持恆定的內部環境
C) 動態平衡
D) 偏差
10. ADH 在腎單位的哪個部分起作用？
A) 近端小管
B) 遠端小管
C) 亨利氏環
D) 無
- 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：接收並處理來自受體的資訊
- 效應器：響應控制中心的指令，抵消或增強刺激
- 穩態：指穩定性、平衡或平衡狀態
- 負反饋：系統以一種反轉變化方向的方式做出反應
- 正反饋：響應是放大變數的變化
- 受體：接收環境中正在發生變化的資訊