生物體的恆定 北極熊具有毛髮及皮下脂肪以維持體溫, 若其體溫過高時, 身體會平貼在雪地上面散熱
第六章恆定性 6-1 恆定性 6-2 呼吸與氣體恆定 6-3 體溫的調節與恆定 6-4 水分恆定 6-5 血糖的恆定 6-6 廢物得的排泄與調節
兩隻互相擁抱的北極熊, 在嚴寒環境下, 除了以厚重的皮下脂肪保暖外, 身體也會分泌甲狀腺素, 加速細胞呼吸作用, 產生能量禦寒, 以保持體溫的恆定 什麼是恆定性?
人家也想吹冷氣.
舉例而言, 世界上跑最快的動物 獵豹, 雖然在全力衝刺的時候, 時速可超過 100 公里, 體溫也會急遽增高, 但如果體溫超過 40, 則可能會有死亡的危險, 所以獵豹只能短跑約 300 公尺, 便須放慢速度, 以降低體溫 哈哈! 你跑太久會熱死喔!
6-1 恆定性 1. 維持體內環境穩定狀態的特性, 稱為 恆定性 2. 人可經由 ( 神經 ) 和 ( 內分泌 ) 兩系統, 協調全身的消化 循環 呼吸和泌尿等其他系統, 共同作用而維持人體的恆定性 :
人體內各種恆定的示意圖
6-2 呼吸與氣體的恆定 一 呼吸作用 1 綠色植物行 ( 光合 ) 作用製造養分, 動物則藉由 ( 攝食 ) 行為獲得養分 2 生物體進行代謝作用時所需要的能量, 必須由細胞內所含養分 ( 如葡萄糖 ) 分解而來 3 養分在細胞內 ( 粒線體 ) 處被充分分解, 釋出 ( 能量 ) 的過程中, 需要消耗 ( 氧氣 ), 同時也會產生水與二氧化碳, 這樣的過程稱為 ( 呼吸作用 )
二 氣體交換的構造 :
植物的氣體交換構造 : 葉 - 莖 - 根 - 氣孔 氣孔和皮孔 表皮細胞 山櫻花樹幹上的皮孔
單細胞生物 小型生物或水生植物, 藉擴散作用直接從周遭環境取得氧氣, 同時排出二氧化碳 圖 6-2 藉擴散作用進行氣體交換的生物
單細胞小生物交換氣體的方式 藉 ( 擴散 ) 作用直接由水中獲得氧氣, 排出二氧化碳, 例如 : 草履蟲 水螅
動物呼吸構造表面需具有薄且潮 溼, 以及面積廣大的特性
多細胞生物有特殊的呼吸器官 蚯蚓 -( 皮膚 ) 魚蝦貝類 -( 鰓 ) 陸生生物 -( 肺 ) 昆蟲 ( 氣管系 ) 猜猜看我是用什麼呼吸的呢?.
呼吸器官的特性 : 1. 表面 ( 濕潤 ): 有助氣體溶解 交換 2. 佈滿 ( 微血管 ): 藉血液送達全身 3. ( 表面積 ) 大 : 增加氣體交換速率 微血管網 肺泡
思考問題 上課時教室門窗緊閉, 為何容易導致同學昏昏欲睡? 從呼吸的角度來看, 種花時裝土壤的器具為什麼要用底部有小洞的盆子呢?
二 人體的呼吸構造與運作 1. 呼吸作用 V.S 呼吸運動的比較 :
呼吸作用 定義 : 養分 + 氧氣 能量 + 二氧化碳 + 水 目的 : 產生能量, 以維持生命現象, 任何活細胞都需要進行 不管是什麼生物大家都需要呼吸喔!
呼吸運動 定義 : ( 胸腔 ) 的擴大與縮小而產生吸氣 ) 和 ( 呼氣 ) 的動作 目的 : 吸入 ( 氧氣 ) 將( 二氧化碳 ) 呼出體外
呼吸運動圖片說明 :
2 人的肺臟位於 ( 密閉 ) 且由肋骨形成 架構的胸腔內, 胸腔底部的構造為 ( 橫膈 ), 橫膈主要由 ( 肌肉 ) 構成 * 很重要喔! 人體的肺臟 ( 沒有 ) 肌肉組織, 無法主動收縮擴張, 必須藉由密閉的胸腔內 ( 氣壓 ) 的變化而 ( 被動 ) 脹縮
3. 呼吸運動包括 ( 吸氣 ) 和 ( 呼氣 ): 比較項目 吸 氣 呼 氣 橫膈膜 收縮 下降 舒張 上升 肋骨 上升 下降 胸腔體積 變大 變小 胸腔氣壓 小 大 肺臟 脹大 縮小
請看呼吸運動影片 :
人體的呼吸運動 吸氣 呼氣 肋骨橫膈膜胸腔壓力肺 上升 收縮下降 擴大 變小 脹大 下降舒張上升縮小變大縮小 加速 刺激 腦幹 使呼吸 過量的 二氧化碳 運動後 :
趕快回家做呼吸運動模型! 會加分喔!
保特瓶等於胸腔 氣球等於肺臟 下方氣球膜等於橫隔膜 哇! 好神奇! 原來是這樣!
4. 人體的呼吸系統
肺靜脈 肺動脈 肺泡 微血管
三 呼吸運動的調節與恆定 :
活動 6-1 2 探測人體和植物呼 出的氣體成分 1 人體呼出的氣體 : 1 人體的體溫較室溫 ( 高 ), 呼出的氣體溫度也會較空氣的溫度 ( 高 ) 2 將乾燥的氯化亞鈷試紙 ( 藍色 ) 放在鼻子前, 呼吸數次後會變成 ( 粉紅色 ) 證明呼出的氣體中含有 ( 水氣 ) (3) 將呼出的氣體吹入澄清石灰水中, 會產生 ( 白色 ) 沈澱, 使石灰水混濁 證明呼出的氣體中含有 ( 二氧化碳 )
1 人體呼出的氣體 : 乾燥的氯化亞鈷試紙 ( 藍色 )-> 氯化亞鈷試紙 ( 粉紅色 ) 原來呼出的氣體中含有水氣!
澄清石灰水 吹氣 哪一個會白色混濁? 打入空氣
氯化亞鈷試紙 : 藍色 粉紅色 ( 乾燥 ) ( 含水 ) 石灰水 : 澄清 白色混濁 ( 遇二氧化碳 )
2 植物的呼吸作用 : 萌芽綠豆乾燥綠豆澄清石灰水
為什麼要倒水? 哪一瓶內有氣泡? 哪一瓶內石灰水變白色混濁?
吸氣時 壓住哪一橡皮管呢? 壓住 A 管吸入乙瓶呼氣時 壓住哪一橡皮管呢? 壓住 B 管呼入甲瓶
試題評量 有關 植物的呼吸作用 之實驗, 如右圖所示, 下列敘述何者正確? (A) 實驗後石灰水會變澄清 (B) 實驗後石灰水會變混濁 (C) 萌芽的綠豆在光照下只行光合作用 (D) 倒入清水至漏斗內的目的是綠豆在萌發時需要水分
試題評量 右圖為人體呼吸運動的模型, 請問以下配對何者是正確的? (A) 瓶內氣球 - 肺 (B) 寶特瓶 - 腹腔 (C) 底部氣球膜 - 肋骨 (D) 寶特瓶口 - 口腔
趕快釐清以下問題 : 植物和動物呼吸各吸入什麼? 呼出什麼? 都一樣是吸氧氣呼出二氧化碳 植物和動物什麼時候會呼吸? 任何時候都要呼吸的啦!
6-3 體溫的調節與恆定
內溫還是外溫動物? 變溫動物 -- 蛙 蛇 龜 魚類 昆蟲 恆溫動物 鳥類 哺乳類
2. 內溫動物的體溫的調節中樞 - 腦幹
天氣變冷時, 皮膚內部與毛髮下方相連的豎毛肌會收縮, 不僅可以產熱, 也將毛髮豎立, 於是毛髮間的空氣層厚度加厚, 能提升保溫效果 豎毛肌收縮會在皮膚表面形成小突起, 即俗稱的雞皮疙瘩
在嚴寒環境下, 內溫動物除了以 ( 皮下脂肪 ) 保暖外, 身體也會分泌 ( 甲狀腺素 ), 加速細胞呼吸作用, 產生能量禦寒, 以保持體溫的恆定雞皮疙瘩 : 天冷時, 也會引發皮膚內部與毛髮相連的豎毛肌收縮, 產生毛髮豎立的現象, 利用毛髮與皮膚間形成較多的空氣層, 可以加強保溫的效果 而皮膚表面形成的小突起, 俗稱為 雞皮疙瘩 圖 6-8 外溫動物 : 諸羅樹蛙 圖 6-7 內溫動物 : 臺灣黑熊
猜猜看! 如果有一天迷失在寒冷的高山上, 身邊沒有任何食物, 結果有一個神仙給你以下二選一的禮物, 你應該選擇哪一個禮物才能活久一點呢? 冰淇淋 選我才有熱量維持體溫喔! 熱開水
3 外溫動物的體溫易隨環境變化, 因此當冷 熱溫差大時, 會以改變棲息地點或休眠的外在 ( 行為 ), 協助體溫恆定, 例如寒冬出太陽時, 鱷魚會張口 ( 晒太陽 ), 以獲取熱量 當環境溫度過高或過低時, 會躲在石頭下或洞穴, 以適應環境溫度的變化 為什麼蛇吞了一隻雞之後, 可以好幾個月不吃東西? 養分可儲存
6-4 水分的恆定 :
水分的恆定 防水構造 植物 植物 -- 樹皮 角質動物 -- 皮膚 鱗片由氣孔蒸散由葉尖和葉緣分泌出 人體 過多 -- 過少 -- 排尿 流汗 排便 呼氣 刺激腦幹 口渴
陸生動物的皮膚大多具有防止體內水分流失的功能哺乳類皮膚的角質層 爬蟲類的鱗片及骨板 昆蟲的外骨骼皆是防止水分快速散失的構造, 但仍須藉由其他水分恆定的機制來調節體內水分的多寡 圖 6-11 駱駝藉由身上的厚毛, 可阻擋陽光照射皮膚, 減少水分散失
植物防水構造 角質層 樹皮 動物防水散失 角質層 鱗片 骨板
植物的泌液作用 尖端 邊緣
泌液作用 : 若根部吸水過多, 但氣孔關閉或空氣潮溼導致蒸散水分的速率太慢時, 體內過多的水會由葉脈末端 ( 葉緣或葉尖 ) 處排出 圖 6-10 植物體內過多的水分由葉脈末端排出
想一想 : 在何種環境下看到植物葉片邊緣或尖端出現水珠的機率較高 說說看, 為何會如此?
為什麼泌液作用發生在葉子的尖端和邊緣? 因為是葉脈末端嘛! 泌液作用發生在什麼時間? 1. 蒸散作用無法進行的時候! 2. 空氣濕度大的時候! 3. 植物吸水過快的時候! 4. 晚上的氣孔關閉的時候!
6-5 血糖的恆定 醣類食物 肝糖 注射 喝 血液中所含的葡萄糖叫做 血糖 血糖的來源 : A B 血糖 過低 過高 刺激腦幹 飢餓 分泌升糖素 腎上腺素 ( A ) 分泌胰島素 (B )
1. 血糖恆定的中樞 - 腦幹 2. 血液中的 ( 葡萄糖 ), 稱之為 血糖, 可進入細胞代謝 氧化產生能量 3. 主要來源 : 攝食 儲存於肝臟與肌肉的肝糖分解為葡萄糖, 釋放到血液中
與血糖恆定相關的激素 : 血糖 ( 胰島素 ) 肝糖 ( 升糖素 腎上腺素 )
想一想小明每天須靠注射胰島素控制血糖 某日因趕時間, 他在注射胰島素後, 未吃早餐即匆忙上學, 在課堂上出現飢餓 頭暈目眩等症狀 小明為何會出現這些症狀? 應如何正確且有效率地幫助他?( 以下圖思考小明大約是在什麼時間受到幫助的 )
右圖是用餐前後血糖濃度的變化情形 胰島素在下列哪一個階段開始發生作用? (A) 甲 (B) 乙 (C) 丙 (D) 丁
血糖調節圖 分泌甲 血糖濃度 分泌乙 攝食 甲 = 胰島素 乙 = 升糖素 饑餓 活動時間
試題評量 體內有體溫調節中樞, 使體溫能維持一定的是 (A) 魚類和兩生類 (B) 兩生類和爬蟲類 (C) 爬蟲類和鳥類 (D) 鳥類和哺乳類
試題評量 當天氣炎熱時, 有關人體體溫的調節方法, 下列哪一項敘述是錯誤的? (A) 流汗量增加 (B) 食慾增加 (C) 活動遲緩 (D) 皮膚微血管舒張
討論 1. 水耕植物和水中生物需要氧氣呼吸 2. 肝臟的功能 : 1. 血糖庫 : 儲存肝糖 2. 解毒 : 將氨變尿素 3. 消化脂肪 : 分泌膽汁
6-6 廢物的排泄與調節 1 生物排除 ( 代謝廢物 ) 的過程, 稱為 ( 排泄 ) 作用 細胞的代謝廢物 水 排尿 汗腺流汗 由肺呼出二氧化碳 由肺呼出含氮廢物 由腎臟和汗腺排除
為什麼有含氮廢物? ( 蛋白質 ) 代謝產物 : 胺基酸 + 氧氣 水 + 二氧化碳 + 能量 + 氨 特性 : 易溶於水, 對細胞有毒, 需迅速排除或轉化成毒性較弱的物質
如何排除含氮廢物? 單細胞生物 : 靠 ( 擴散 ) 作用排至水中 淡水魚 : 多數透過 ( 鰓 ) 來排除 陸生昆蟲 鳥類 : 將氨轉化為 ( 尿酸 ), 毒性較弱, 較不溶於水, 混在 ( 糞便 ) 後排出體外 哺乳類 :( 肝臟 ) 將氨代謝毒性小的 ( 尿素 ), 再送到 ( 腎 ) 形成尿液排出
含氮廢物的排除 氨 : 單細胞動物 擴散到水中 尿酸 : 昆蟲混於糞便排除 尿素 : 人類排尿 流汗
蛋白質代謝之後會產生含氮廢物 氨, 氨很容易溶解在水中, 對細胞有毒, 必須迅速排除或轉化成毒性較弱的物質 大部分的單細胞生物直接將這些廢物擴散至水中排除, 淡水魚類則多數是透過鰓來排除
圖 6-13 蠶寶寶所排出的黑色糞便中含有尿酸
有一種生活在沙漠中的哺乳類 沙漠 ( 跳鼠 ), 身體不具汗腺無法排汗, 排出尿液的含氮物質以尿酸為主 請問 : 沙漠跳鼠將生理代謝產生的氨轉換成尿酸排除, 這樣對牠們的生存有什麼好處?
人體的皮膚約有 200~500 萬個 ( 汗腺 ), 手掌和腳掌最多 汗液中水分約佔 (98% ), 所含成分與尿液相似 毒性比較 : ( 氨 )>( 尿素 )>( 尿酸 ) 人體的排泄器官有 : ( 肺臟 ) ( 泌尿系統 ) 和皮膚上的 ( 汗腺 )
請填寫 P139. 想想看 : 比較不同生物排泄含氮廢物的方式, 並填入下表 : 單細胞生物昆蟲 鳥類哺乳類 含氮廢物種類 氨尿酸尿素 毒性大小中 排除的方式 擴散 排糞 排尿 汗
試題評量 下列人體的哪一種現象不屬於排泄作用? (A) 汗腺排汗 (B) 肛門排便 (C) 肺臟排二氧化碳 (D) 腎臟排尿
二. 人體的 ( 泌尿 ) 系統 : 人體的腎臟 輸尿管 膀胱和尿道合稱為泌尿系統 除了泌尿系統外, 人體也可以藉由排汗的方式排除含氮廢物 腎臟 輸尿管 膀胱 尿道
人體的泌尿系統
腎臟的解剖圖
二
人體排除含氮廢物的過程 : 蛋白質 氧化分解 氨 肝臟解毒 尿素 腎臟過濾 尿液 輸尿管 膀胱儲尿 尿道 腎靜脈血液 ( 變乾淨 )
尿素濃度 : 輸尿管 > 腎動脈 > 腎靜脈 腎靜脈 腎動脈 腎臟輸尿管膀胱尿道
尿液含有 ( 水 尿素 鹽類等 ), 尿中若出現血球 蛋白質表示該人的 ( 腎臟 ) 有發炎 ; 若出現葡萄糖表 ( 胰島素 ) 分泌不足 ( 尿毒症 ) 是因為腎臟功能變差或喪失, 尿素等廢物累積在血液中, 無法排除, 導致容易疲倦 呼吸困難 無食慾及皮下出血等症狀 患者必須嚴格的控制飲食, 並定期進行 血液透析 ( 俗稱洗腎 ), 其過程是將血液抽出, 經過 人工腎臟器 淨化血液中的尿素等廢物後, 再將清潔的血液送回體內 請看 P147. 延伸閱讀
尿毒症與血液透析
發燒的現象 人的體溫, 是指人身體內部的溫度 由於身體內部的溫度不容易測量, 所以臨床上常以口腔 腋窩和直腸的溫度來代表體溫 正常人的 口腔溫度為 36.7~37.7 ( 平均為 37.2 ), 腋窩溫度為 36.0~37.4 ( 平均為 36.8 ), 直腸溫度為 36.9~37.9 ( 平均為 37.5 ) 其中直腸溫度最接近人體內部的溫度, 但測量不方便, 因此大多採用腋下和口腔測量
發燒的現象 臨床觀察發現, 當體溫低於 28 時, 人會喪失意識 ; 低於 22 時, 可能導致死亡 ; 而當體溫高於 41 時, 會引起中樞神經系統障礙, 出現胡亂說話 神志不清等症狀 ; 當體溫高於 43 時, 就有生命危險了
發燒的現象 在某些狀況下, 人體可能會暫時失去調節體溫的功能, 例如 : 過高的體溫會降低甚至停止細胞的代謝作用, 這種會有生命危險的情況稱為中暑, 中暑者的皮膚會因停止流汗而乾熱, 並且有幻覺產生, 或是昏倒 急救時應是立即採取降溫的措施, 最有效的方法是將中暑的人浸入一缸冷水中
發燒的現象 病毒或細菌入侵時, 也可能會產生發燒的症狀 這是因為一種由入侵者產生, 稱為 熱原 的蛋白質所引發, 繼而引發下視丘中負責調控體溫的特定部位, 改變體溫的 設定 值 如此, 較高的體溫可以增強細胞的代謝速率, 進而提升免疫系統的 戰鬥力, 或是直接殺死對高溫較不適應的入侵者