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第 12 章。动物的系统水平

高类别：【生物学】【生物学索引】(https://jb243.github.io/pages/1457) 

1. [细胞]（#1-细胞）

2. 组织

3. 器官

4. 器官系统

5. 个体：体内平衡

6. 个体：代谢调节

7. 个人：体温调节

8. 个体：渗透控制

1.细胞

⑴ 动物由约200种细胞组成

⑵ 细胞理论

⑶ 细胞类型

① 上皮细胞

② 内皮细胞

③ 免疫细胞

④ 基质细胞

⑷ 细胞外基质

① 纤维材料

○ 胶原纤维：最坚韧。由胶原蛋白组成。例如，肌腱是胶原纤维。约90%的细胞外底物

○ 网状纤维：细且多分支。净形

○ 弹性纤维：弹性↑。分布于血管壁

② 基材：无形状。温柔

○ 水泥基材：刚度

③ 糖胺聚糖（GAG）：约占细胞外底物的5%

**2.纸巾

⑴ 具有相似结构和功能的一组细胞，执行共同的功能

⑵ 组织=细胞+细胞外底物+组织液

⑶ 1型. 上皮组织

① 形成器官、血管、体腔内部或表面的致密单层或多层细胞层

② 功能：机械损失、病原体入侵、体液损失保护、体内环境保护、体内外物质交换的控制

③ 一侧固定在底部，另一侧暴露于体液或环境中

○ 保护、分泌、吸收功能

○ 组成汗腺、消化腺等外分泌腺

④ 上皮细胞不断脱落，由上皮组织内干细胞的细胞分裂补充

⑤ 种类

○ 单层立方上皮：表层呈圆形。

○ 示例：肾小管、甲状腺、唾液腺

○ 单层鳞状上皮

○ 示例：肺泡

○ 单层柱状上皮

○ 示例：小肠细胞

○ 复层鳞状上皮：见于磨损的表面。

○ 例：角化型主要存在于皮肤；非角化型存在于口腔、食道、阴道和肛门

○ 复层柱状上皮

○ 假复层纤毛柱状上皮：实际上是单层。比鳞状或立方状细胞更细长（更高）。

○ 示例：输卵管纤毛、支气管纤毛

⑥ 功能

○ 交换：单层鳞状上皮

○ 特点：分子通过细胞间隙顺利交换

○ 部位：肺、血管内皮

○ 运输：单层立方上皮和单层柱状上皮

○ 特点：紧密连接阻止细胞之间的交换；细胞膜形成褶皱和绒毛以增加表面积

○ 部位：小肠、肾脏、部分外分泌腺

○ 纤毛：单层立方上皮和单层柱状上皮

○ 特征：一侧覆盖有纤毛，可沿着表面移动液体

○ 部位：鼻、支气管、上呼吸道、女性生殖道

○ 保护：复层鳞状上皮

○ 特点：细胞由无数桥粒紧密连接»> ○ 部位：暴露于外部环境的表皮，如皮肤、口腔内表面

○ 分泌：单层柱状、立方状、多边形上皮

○ 特点：蛋白分泌细胞充满膜结合的分泌颗粒和丰富的粗面内质网；类固醇分泌细胞含有脂滴和丰富的光滑内质网

○ 位置：外分泌腺，如胰腺、汗腺和唾液腺；内分泌腺，如甲状腺和性腺

⑷ 2型. 结缔组织

① 具有结合或支撑器官和组织的功能，由嵌入基质中的细胞组成，同时也充当物理屏障

○ 基质由纤维和组织液组成

② 粗结缔组织（例如皮下组织）

○ 由通用结缔组织、成纤维细胞和基质组成

○ 基质：凝胶；基质多于纤维和细胞

○ 基材：胶原蛋白和弹性蛋白纤维松散地交织在一起，还含有网状纤维

○ 支持上皮组织并支撑下层组织和器官

○ 位置：皮肤、血管和器官周围、上皮下

③纤维结缔组织

○ 形成肌腱和韧带，由成纤维细胞和基质组成

○ 基材：平行排列的致密胶原纤维

○ 基体：大部分是纤维而不是基体

④ 脂肪组织

○ 以脂肪滴的形式储存脂肪

○ 功能：连接皮肤与基础设施、支撑器官、隔热、节能

○ 1 类. 白色脂肪

○ 存在大脂肪滴

○ 原生质体量少，底物和纤维少

○ 细胞器少，血液供应少

○ 功能：储存脂肪

○ 2. 棕色脂肪：由于血液流动而呈棕色

○ 线粒体较多，血液供应丰富

○ 功能：无振动发热

○ 婴儿腋下和颈部发现棕色脂肪

○ 成虫后逐渐退化，并随着低温驯化而增加。

○ 第一^第一。来自交感神经系统的去甲肾上腺素会激活 GPCR。

○ 第二^第二。信号转导过程中 cAMP 和 PKA 增加

○ 第三^第。 PKA作用于连接酶氧化脂肪酸

○ 第四^th。 cAMP 和氧化脂肪酸产生产热素

○ 第 5。 Thermogenin 通过非耦合呼吸 在线粒体中产生热量。

○ 最近的研究揭示了成人中存在棕色脂肪组织，从而引发了旨在将其用作肥胖指标的研究。

○ 有些论文将棕色脂肪定义为表达 UCP-1（解偶联蛋白 1）的脂肪组织。

○ 肥胖：出生时脂肪细胞数量相似

○ 儿童期肥胖：脂肪细胞数量增加

○ 成人肥胖：脂肪细胞增大

○ 脂肪细胞的位置因年龄和性别而异

图 2. 白色脂肪（左）和棕色脂肪（右）。 (A) 表示液滴

⑤ 血

○ 细胞成分：红细胞、白细胞、血小板

○ 基材：等离子

○ 氧气和营养物质的运输、应对感染的免疫功能

⑥ 软骨

○ 软骨细胞分化为软骨细胞

○ 软骨细胞分泌底物

○ 软骨支撑关节并具有流动性

○ 血管没有分布，修复损伤需要很长时间» ○ 软骨基质（凝胶态）：由水（70%）、II型胶原蛋白、透明质酸、硫酸软骨素、糖胺聚糖、蛋白聚糖等组成。

○ 部位：关节面、脊柱、耳、鼻、咽

○ 关节炎

○ 第一^第一。软骨基质具有-OH基（由于糖蛋白），在保持水分的同时具有弹性

○ 第二^第二。老年时底物减少

○ 第三^第。失去弹性和受伤后关节发炎

⑦ 骨

○ 钙盐导致的硬结缔组织

○ 成骨细胞：分泌由胶原纤维和磷酸钙组成的基质

○ 破骨细胞：分解骨骼

○ 骨细胞：维持坚固的骨基质

○ 膳食钙缺乏导致骨骼中钙的利用

⑧ 相关疾病：马凡综合征

⑸ 3型. 肌肉组织

① 收缩组织，由肌细胞（肌纤维）组成

② 肌动蛋白和肌球蛋白相互作用导致肌肉收缩

③ 3种：骨骼肌、心肌、平滑肌

○ 骨骼肌：随意运动、平行排列、水平模式、多核、非分化

○ 心肌：不随意运动、修剪排列、水平模式、单核、分化

○ 平滑肌：不自主运动、梭状、扁平状、单核、分化

○ 肌节变性，T 管缺失

⑹ 4型. 神经组织

① 将神经信号从动物的一个部位传递到另一部位

② 由神经元组成。脑和脊髓的组成

③神经元：刺激感。刺激信息处理。发送演习命令

④ 胶质细胞：滋养神经元。绝缘子。参与神经元形成

⑤ 大多数神经系统细胞不分裂

3.风琴

⑴ 由若干（≥2）个具有独立功能的组织组成

⑵ 存在于除海绵外的所有动物体内

⑶ 一个器官可以属于多个器官系统

① 示例：胰腺在内分泌系统和消化系统中都发挥着重要作用。

⑷ 例：心、胃、肺等。

4.器官系统

⑴ 例：消化系统、呼吸系统、循环系统、内分泌系统、神经系统、运动系统、免疫系统等。

5.个体：体内平衡

⑴ 动物按内环境控制方法分类

① 监管机构：利用内部控制机制，减少外部波动引起的内部变化

②顺应者：根据外部环境改变内部环境

⑵ 负反馈控制：减少变化的机制，消除体内环境变化的原因

① 1. 反馈抑制：反馈电路干扰酶和代谢机制

② 1-1. 协同反馈抑制

○ 每个最终产品必须高于一定浓度才能抑制酶

○ 酶具有多个变构位点

③ 1-2. 累积反馈抑制

○ 每种最终产品都会部分抑制参与初始反应的酶

○ 如果最终产品的各量之和超过一定水平，则总酶被抑制

④ 2 类. 反馈抑制：反馈电路干扰基因转录（↔ 诱导）

⑶正反馈：通过增加引起内部环境变化的因素来放大变化的机制；它无助于体内平衡。

① 示例 1. 凝血

② 示例2. 出生时子宫收缩

③ 示例 3. 生殖周期：雌激素

④ 示例 4. 神经元动作电位

⑷ 体内平衡的改变> ① 体内平衡的设定点和正常范围可能因环境不同而不同

○ 示例：大多数动物睡觉时的体温比清醒时低

② 改变体内平衡正常范围的一种方法是适应外部环境变化的过程。

○ 示例：哺乳动物从海平面上升到高原时的生理变化包括流向肺部的血流量增加和红细胞生成增加。

6.个人：代谢调节

⑴ 生物能量学：决定动物需要多少食物并限制其行为、生长和繁殖。

①代谢率：单位时间内消耗的能量多少，给定时间内整个生化反应所需的能量多少

② 能源战略

○ 一般来说，吸热动物的代谢率比变温动物高得多。

○ 与变温动物相比，吸温动物可以更长时间地维持剧烈活动（例如长跑、主动飞行）。

○ 一般来说，与变温动物相比，吸温动物对内部温度波动的耐受性较低，需要摄入更多的食物。

⑵ 对代谢率的影响

① 体型和代谢率

○ 动物体型过大限制了活动能力

○ 较大的动物会增加单位体重的能量消耗

○ 动物越大，交换物质的交换系统就越充足（例如：循环系统）

○ 体重指数（BMI）

○ 定义：体重（公斤）除以身高（米）的平方

○ BMI ≥ 30：肥胖。 BMI <18.5：低体重

② 活动

○ 最大代谢率：发生在剧烈活动期间，与活动持续时间成反比

○ 最低代谢率：促进细胞维持、呼吸、心率等维持生命的功能，分为基础代谢率和标准代谢率

○ 基础代谢率（BMR）：吸热动物在休息、空腹、在压力下不生长的代谢率。在环境温度范围内测定。

○ 例：成年男性1600-1800大卡/天，成年女性1300-1500大卡/天

○ 标准代谢率（SMR）：变温动物在特定温度下休息、不进食、不受应激时的代谢率。代谢率根据环境温度而变化。

③ 动物形态

○ 流线型动物体设计，减少移动时的摩擦阻力

○ 扁平体设计，单位体积表面积大，有利于质量交换。

⑶ 能量平衡：使用能量的项目的百分比

① 吸热动物能量平衡

○ 消耗大量能源

○ 用于体温调节的能量比例与体型成反比。> ② 变温动物能量平衡

○ 用于体温调节的能量比例非常低

○ 与同等体型的吸热动物相比，能量消耗显着减少

⑷ 休眠与节能

①冬眠：适应冬季寒冷和食物短缺

○ 例：冬眠的地松鼠：通过降低体温来降低身体新陈代谢

② 夏眠：适应长时间的高温和有限的可用水量。

③ 日常麻木：所有进行日常麻木的吸温动物体型都很小。它被认为是受生物钟调节的先天周期。

○ 示例：蝙蝠在夜间进食，白天进入休眠状态。即使食物不断供应，它们仍然表现出日常的麻木状态。

7.个人：体温调节

⑴体温调节的必要性

① 必要性1. 酶发挥活性的温度是有限的，因此大多数细胞功能都限制在很窄的温度范围内。

○ 人体的平均体温范围为 37 至 37.8°C。

○ 低于此范围的温度可能会导致体温过低。

○ 高于此范围的温度会导致脑损伤。

② 必要性2. 热量在生活中不断发展。

○ 标准成年男性睡眠时产生87W，休息或办公室工作时产生115W，打保龄球时产生230W，重体力劳动时产生440W

○ 成年女性产生的热量大约比成年男性少 15%，因为她们的身体比成年男性小

③ 必要性3. 皮肤与外界环境的热交换（传导、对流、辐射、蒸发）

○ 体温调节的关键是平衡热量增加和热量损失。

○ 动物进行体温调节，整体减少热交换

⑵ 根据体温调节对动物进行分类

①吸热：利用内部产生的热量调节体温的生物体。

② 变温生物：利用外部热源调节体温的生物体。

③ 恒温动物：一般为吸温动物；保持恒定的体温。

④ 变温动物：一般为变温动物；体温在一定范围内变化。

⑤ 吸热动物和变温动物都是通过控制血流来调节体温的。

⑶ 体温调节方法

① 方法1. 主动产热：一般仅适用于吸热动物

○ 方法 1-1. 颤抖产热：通过运动或颤抖等肌肉活动产生热量

○ 方法 1-2. 非颤抖产热：涉及棕色脂肪组织

○ 方法1-3. 甲状腺素和代谢热

○ 一些大型爬行动物可以通过颤抖来提高新陈代谢率

② 方法2： 蒸发冷却：一般只适用于吸热动物

○ 气喘吁吁

○ 出汗：在许多陆生动物中观察到；他们有受神经系统调节的汗腺

○ 唾液传播：在一些袋鼠和啮齿动物中观察到

○ 通过体表粘液量的变化调节蒸发冷却

③ 方法3：行为反应

○ 变温动物比恒温动物更依赖行为体温调节

○ 蜜蜂：利用基于社会行为的体温调节机制；在寒冷的日子里，蜂群的密度和产热量都会增加

④ 方法4：加热和适应

○ 表面积：生活在寒冷环境中的物种往往具有较小的表面积

○ 隔热：减少动物与环境之间的热流

○ 示例：毛皮、羽毛、脂肪层» ○ 循环适应：根据环境温度的变化调整身体核心和皮肤之间的血流量

○ 血管舒张：增加皮肤表面的血流量，增加向环境的热量散失

○ 血管收缩：减少流向皮肤表面的血液，减少热量损失

○ 逆流热交换：最大限度减少热损失的系统

图 6. 逆流热交换示例

○ 相邻血管以相反方向输送血液，以最大限度地提高热传递。

○ 动脉血的部分热量流入静脉血，有助于维持核心体温。

⑤ 方法5： 体温调节的适应

○ 吸热动物的适应：

○ 示例1： 调整隔热程度（例如冬天毛皮长得厚，夏天毛皮脱落）

○ 示例 2： 代谢产热能力的季节性变化

○ 变温动物的适应：通常涉及细胞水平的调整

○ 实施例1： 生产功能相同但最适温度不同的酶变体

○ 示例 2： 通过改变饱和脂肪与不饱和脂肪的比例，在不同的环境温度下保持膜的流动性

○ 示例3： 极冷环境中的某些生物体会产生防冻化合物以降低冰点

⑷ 应用一： 脊椎动物的自动体温调节：间脑的下丘脑调节体温

图 7. 下丘脑的自动体温调节机制

① 设定点

○ 下丘脑是负责温度调节的大脑区域。

○ 它使用内部温度感受器将身体的内部温度与设定点进行比较 → 检测冷或热

② 反馈信息的利用

○ 下丘脑刺激自主神经系统和垂体

○ 当下丘脑检测到寒冷时→皮肤血管收缩减少流向表面的血液，发生颤抖→发热

○ 当检测到热量时 → 血管舒张，皮肤血流量增加，出现喘气 → 热量散失

③ 功能1： 热量作为抵抗感染的防御机制

○ 热原提高设定点

○ 感染期间，巨噬细胞分泌白细胞介素 → 下丘脑设定点升高 → 体温升高 → 免疫酶变得更加活跃，微生物生长受到抑制

④ 功能2：降低设定点可以节能

⑸ 应用2： 果蝇和热休克蛋白

① HSF（热休克因子）与HSP70基因上游的HSE（热休克元件）结合，诱导HSP70表达

② HSF 蛋白在热激反应中获得与 HSE 的结合活性

8.个体：渗透控制

⑴ 渗透控制挑战：各种动物的水分平衡

①按维持水平衡的方法分类

○ 渗透压适形动物：不能主动调节内部渗透压的动物。水的净运动量最小。

○ 渗透压调节剂：维持不同于外部环境的内部渗透压的动物。需要持续的能量消耗。

② 海水和淡水动物的渗透控制» ○ 海洋动物：摄入高盐浓度的水，水通过渗透作用从体表渗漏→从鳃排出盐，少量高盐浓度的尿液

○ 淡水动物：摄入低盐浓度的水，水通过渗透作用流入体表→从鳃摄入盐，大量低盐浓度的尿液

③ 水熊虫：海藻糖在脱水过程中保护细胞膜和蛋白质

⑵ 渗透控制的能量学：节能

① 使体液适应栖息地的盐度，以节省平衡水和溶质所消耗的能量

② 运输上皮：以生理盐水为例。

○ 负责溶质运输的载体上皮细胞由一层或多层组成

○ 复杂管材的大表面积

○ 示例：海鸥通过盐水消耗了所喝水的 50%，同时去除了 80% 的盐

③逆流交换

○ 分泌小管腔内血流方向与盐分排泄方向相反。

○ 这种逆流系统在整个长度上保持盐浓度梯度，促进盐从血液移动到小管中。

⑶ 人体渗透压

① 进水量（/天）

○ 饮料摄入量：1250 mL

○ 食品用水：1000 mL

○ 代谢产生：350 mL

○ 总流入量：2600 mL

② 水分流出量（/天）

○ 无意识损失（肺、皮肤）：900 mL

○ 汗液：100 mL

○ 粪便：100 mL

○ 尿液：1500 mL

○ 总流出量：2600 mL

③ 渗透稳态

表1.人体内各种离子的渗透浓度

④ 液体容量和渗透压的波动

表 2. 液体体积和渗透压的波动

○ 细胞外液量 (ECF)：增加液量会增加 ECF，而减少液量则会降低 ECF

○ 细胞内液量 (ICF)：增加渗透压会降低 ICF，而降低渗透压则会降低 ICF

⑷ 人体 pH 稳态：渗透压稳态的一种

① 人体内pH值分布

表 3. 人体内 pH 值的分布（参考）

② 类型1. CO₂/HCO₃^- 缓冲系统：开放式缓冲系统，最有效

○ CO₂ + H₂O ⇌ HCO₃^- + H⁺, pK_a = 6.1

③ 2 型. 蛋白质缓冲系统

○ 蛋白质·H⁺ ⇌ 蛋白质 + H⁺, pK_a = 4 ~ 12

④ 3. 磷酸盐缓冲系统

○ H₂PO₄^- ⇌ HPO₄^2- + H⁺, pK_a = 6.9

⑸ 水肿

① 定义：水分从血液进入组织液而引起的肿胀

② 原因1. 吃高盐后睡觉：拉面汤）

○ 第一^第一。肾脏不能正常工作，盐分不能很好地释放

○ 第二^第二。盐分在血液中积聚

○ 第三^第。血液将盐输送到组织以获得渗透压» ○ 第 4。渗透压增加组织中的水含量

○ 第五^th。出现水肿

③ 原因2. 肾脏疾病

○ 第一^第一。肾脏功能不顺畅，不能很好地释放盐分。

○ 第二^第二。盐分在血液中积聚

○ 第三^第。血液将盐输送到组织以达到渗透压

○ 第四^th。渗透压增加组织中的水含量

○ 第五^th。出现水肿。

④ 原因 3. 禁食

○ 第一^第一。白蛋白浓度降低，白蛋白是血液中的临时能量来源

○ 第二^第二。降低血液渗透压作用

○ 第三^第。存在从血液到组织液的净水运动

○ 第 4。出现水肿

⑤ 原因 4. 锻炼

○ 第一^第一。血压升高

○ 第二^第二。存在从血液到组织液的净水运动

○ 第三^第。出现水肿

输入：2015.7.16 09:46

修改时间：2019.9.14 23:04