第七章　體液的恆定

第七章　體液的恆定 第 1 節　動物的排泄系統 第 2 節　尿液的形成 第 3 節　體液的恆定

體液：動物體內到處充滿水溶液 細胞外液：在細胞之外 細胞內液：在細胞之內

細胞外液、細胞內液 養分、廢物、氧及二氧化碳等化學物質的成分及濃度都必須要保持恆定 生物體才能維持正常的生理作用

第 1 節　動物的排泄系統

動物要維持生命，必須要進行新陳代謝 新陳代謝的化學反應中會產生代謝廢物

細胞行呼吸作用 利用醣類及脂質：產生二氧化碳和水 利用蛋白質： 分解為胺基酸行脫胺作用（deamination）作用而產生氨 氨在肝臟又會被轉化成尿素

核酸：代謝產生尿酸 血紅素：代謝會產生膽色素 含氮廢物：氨、尿素和尿酸具有氮元素

排泄作用（excretion） 排除這些代謝廢物的過程 動物具有不同的構造或系統以進行排泄作用，藉之維持體液的恆定

7-1.1 動物的排泄構造及功能

伸縮泡（contractile vacuole） 淡水中的原生動物，以擴散方式排出代謝廢物 體內多餘的水分利用伸縮泡排出體外

伸縮泡可收集細胞內多餘的水分而慢慢變大，達到一定體積時，便將其中的液體排出體外 節律性地脹大和收縮，便可維持細胞的體積 伸縮泡收集胞內過多的水分需要消耗能量，所需能量由它周圍的粒線體提供

原腎（protonephridium） 扁形動物和某些原始環節動物的鹽類調節和排泄構造 為細長的小管，一端由焰細胞（flame cell）構成

焰細胞 纖毛擺動可促使體液穿過管壁，進入管內，小管間彼此相連成網，管內物質可由體表排泄孔排除

生活在淡水的扁形動物 原腎的主要功能： 排出非常稀薄的液體，以維持體內水分的平衡 代謝所產生的廢物，大部分經由體表以擴散的方式排出

腎管（nephridium） 大多數的環節動物是經由體節中成對的腎管排除含氮廢物 一端為具纖毛的漏斗形腎口，腎口後連著彎曲的小管，管外環繞著微血管網，小管末端膨大成為排泄管

體液在纖毛擺動的幫助下進入腎口，收集後的體液在流經彎曲小管的過程中 一部分溶質被再吸收送入微血管中，無用的代謝廢物最後形成尿液經腎孔排出體外

蚯蚓的腎管也可排出由潮溼土壤內不斷滲入體表的多餘水分

馬氏管（Malpighian tubules） 昆蟲及其他陸生節肢動物的排泄器官

馬氏管 是細長的盲管 盲端浸潤在體液中，另一端開口於中腸與後腸之間

可收集體液排入後腸，體液中的有用物質將被主動運輸方式回收 水分也被動地經滲透方式回流回體腔，不能被吸收的含氮廢物則以近乎固體狀態隨糞便一起排出體外

昆蟲排泄過程 能夠保留水分 能適應陸地生活的重要因素之一

7-1. 2 人類的排泄系統

脊椎動物主要以腎臟來排除體內的代謝廢物 哺乳類的皮膚也能排除尿素及過多的無機鹽類和水 呼吸過程，藉由肺臟排除二氧化碳及水 血紅素在肝臟可代謝為膽色素而隨糞便排出體外

人體排泄系統

泌尿系統的組成 腎臟 輸尿管 膀胱 尿道

腎臟（kidney）：藉著結締組織和脂肪組織固定在腹腔背面，脊柱的兩側，腎臟左右側各有一個，右腎略低於左腎 腎臟下連輸尿管（ureter），可運送尿液離開腎臟 輸尿管下接囊狀的膀胱（ urinary bladder），可暫存尿液，再經由尿道（urethra）排出體外

排尿機制 膀胱能承受600毫升的尿液 大約150毫升時就有尿意

尿意產生 膀胱壁上的張力受器先將刺激傳到脊髓的排尿反射中樞 脊髓 將訊息藉由副交感神經使膀胱壁收縮 將訊息上傳至大腦皮質

大腦皮質決定排尿 藉由運動神經使尿道外括約肌鬆弛，而使尿液經尿道排出體外

腎臟與腎元 腎臟：俗稱腰子 腎門（hilum）：內側中央略呈凹陷，是輸尿管、血管、神經及淋巴管等構造出入的門戶

腎錐體（renal pyramid） 腎臟的縱剖面，可見多個紅色的錐狀構造 腎髓質：腎錐體及其內側部分 腎皮質：腎錐體的外側部分

腎元（nephron） 腎臟功能與構造單位 人體每個腎臟約含一百萬個腎元 包括： 腎小體 腎小管

腎小體（renal corpuscle） 腎小球 鮑氏囊

腎小球（glomerulus） 入球小動脈分支形成的一團微血管網 鮑氏囊（Bowman‘s capsule）： 腎小管盲端向內凹陷所形成的一中空囊狀構造 內側緊貼腎小球的微血管，外側與腎小管相連

腎小管 近曲小管 亨耳氏套 遠曲小管

腎小管 外面纏繞著由出球小動脈細分而成的微血管網

遠曲小管與集尿管（collecting duct）相通，連接腎盂 腎盂（renal pelvis）可收集來自各個集尿管的尿液，再經由輸尿管注入膀胱

第 2 節　尿液的形成

人體的尿液在腎元形成 形成的過程，可分為三個階段：

腎小體 過濾作用（filtration） 腎小管的再吸收作用（reabsorption） 分泌作用（secretion）

7-2.1 過濾作用 發生於鮑氏囊內皮細胞和腎小球微血管接合處 入球小動脈之管徑大於出球小動脈，介於兩者之間的微血管網具有較高的血壓 7-2.1 過濾作用 發生於鮑氏囊內皮細胞和腎小球微血管接合處 入球小動脈之管徑大於出球小動脈，介於兩者之間的微血管網具有較高的血壓 此處微血管壁的通透性遠比身體其他區域更大 血漿中除了大分子的蛋白質外，其他物質均可通過微血管壁而由鮑氏囊內皮細胞的間隙進入鮑氏囊腔

濾液：進入鮑氏囊腔的液體 過濾作用是由壓力差所造成，進行時並不需耗費能量 血壓的高低會影響到腎小體的濾過量： 當血壓上升時，濾過量就大 反之，則變小

腎小體過濾率：每分鐘經過兩個腎臟過濾出的液體總量 心臟搏動時約有五分之一的血液會送到腎臟 估計正常成年人的腎小體過濾率約為125毫升／分鐘，一天可形成約180公升的濾液

7-2.2再吸收作用 發生於腎小管內濾液和腎小管管壁細胞間

過濾作用會將許多有用的物質過濾出去 濾液中的葡萄糖、胺基酸、鈉離子、鉀離子及碳酸氫根離子等物質將被腎小管管壁細胞以主動運輸方式再吸收回到血液內 水分、氯離子及部分尿素等則因為濃度差而被動地再吸收回微血管 大部分的水被再吸收，只有少部分將形成尿液排出

物質的再吸收比例和濃度有關 正常狀況下濾液中的葡萄糖、胺基酸等養分在近曲小管即完全再吸收 → 腎臟是人體內單位體積耗氧量較多的器官之一 近曲小管管壁細胞近管腔面的細胞膜具有許多微絨毛，具有增加吸收面積的功能

7-2.3 分泌作用 近曲小管與遠曲小管的管壁細胞可消耗能量將微血管內的某些物質如氫離子、鉀離子或某些藥物（如盤尼西林）分泌到腎小管中

7-2.4 尿液的成分 腎小球中的血漿與過濾作用後的濾液及經再吸收作用和分泌作用後的尿液，三者的成分均不相同

正常尿液 水分約占95 ％ 含氮廢物約2.05 ％ 無機鹽類共約1.5 ％ 不含血球或身體所需的有機養分

第 3 節　體液的恆定

動物體液 維持正常的濃度，才會具有適當的滲透壓 細胞也才能具有穩定的生理機能

體液酸鹼值 影響到許多酵素的活性 必須維持在適當的範圍之內，酵素才得以順利催化生化反應 體液的恆定→重要

7-3.1水分與電解質的恆定 人體由飲食獲取水分及電解質，藉排尿、蒸發、流汗等方式排除之 腎臟對水分及電解質的恆定扮演了極重要的角色

腎元及集尿管受到 抗利尿激素（antidiuretic hormone；ADH） 醛固酮（aldosterone） 的調控，以再吸收作用來達到恆定

抗利尿激素與水分的恆定 抗利尿激素（又稱血管加壓素） 下視丘分泌 暫存於腦垂腺後葉的激素 具有增加遠曲小管和集尿管對水的通透性 可調節水分的回收量　

曝露於乾燥環境或運動大量出汗 沒有攝取足夠水分 → 血液滲透壓升高 → 刺激下視丘滲透壓受器 引起口渴感覺 促使抗利尿激素合成與釋放，增加水分再吸收，排出較濃的尿液

若大量飲水時 身體將減少分泌抗利尿激素，腎臟遂形成大量稀薄的尿液，排出體內多餘的水分 酒精： 抑制身體分泌抗利尿激素，使排尿量增加 酒後常有口乾舌燥等現象，即是由於個體輕微脫水導致的

無法進行正常的水分再吸收： 體內無法產生足量的抗利尿激素 腎臟內的抗利尿激素受體不足 尿崩症：大量的尿液就有如崩潰決堤一般的排出

醛固酮與Na＋的恆定 血漿中的電解質：Na＋ 和 Cl－ 就占了90 ％以上 → Na＋ 對人體的重要性

近腎小球複合體 （juxtaglomerular apparatus；JGA） 位於入、出球小動脈管壁附近 感受到此種變化，而分泌一種稱為腎素（renin）的酵素 此種酵素能使血液中的化學物質轉變成血管張力素（angiotensin）

隨著血液循環到腎上腺皮質，刺激其分泌一種稱為醛固酮的激素 這種激素可促使遠曲小管和集尿管對Na＋的再吸收，而使Na＋回升到正常濃度

隨著Na＋回收到微血管網，間接引起一部分水分的再吸收

心房排鈉素對腎素分泌的調控 心房排鈉素（atrial natriuretic peptide；ANP）： 可抑制腎素的分泌，間接造成Na＋再吸收的減緩，故可使血液中Na＋的濃度漸趨正常，而血壓也可隨之回降

7-3.2 血液酸鹼的平衡

酸鹼維持的重要性 人體血液的pH值：弱鹼環境（pH 7.35 ～ 7.45） 太高或太低都很危險：

調節的機制 血液的pH值調節主要是藉： 血液緩衝系統 呼吸作用 腎臟的排泄作用

血液緩衝系統 「碳酸 －－ 碳酸氫鹽」 「酸性 －－ 鹼性磷酸鹽」 蛋白質

碳酸 －－ 碳酸氫鹽系統 血漿和組織液中最主要緩衝物質 碳酸 －－ 碳酸氫鹽系統 血漿和組織液中最主要緩衝物質 當血液中的H＋ 增加時，HCO3－ 便可和H＋ 結合，如此便可使H＋ 減少，以維持酸鹼平衡

蛋白質 含有胺基或羧基可接受H＋ 或釋放H＋ ： → 細胞內主要的緩衝劑 有中和酸鹼的功能： 紅血球中的血紅素可和H＋ 結合： → 中和血液的酸性

呼吸作用的調節 若代謝導致： 血液pH值過低：刺激呼吸調節中樞，增加呼吸頻率 → 排出體內過多的CO2，恢復血液的pH值 血液pH值過高：呼吸速率減緩，血液中碳酸增加，降低血液的pH值

呼吸系統對pH值變化的調節快速 無法排除因碳酸以外的酸所引起的酸鹼失衡

腎臟的調節 腎臟有許多維持體液酸鹼平衡的調節機制： 利用腎小管細胞內由碳酸分解出來的氫離子，與其管腔濾液中的鈉離子交換 氫離子進入濾液與碳酸氫鹽結合，初形成碳酸，隨即分解為CO2和水，CO2可進入腎小管細胞，在碳酸　的催化下，形成碳酸。然後再解離為H＋和HCO3－，後者被再吸收回到血液循環再參與酸鹼緩衝的功能

腎臟系統調節血液pH值的作用雖較慢 經腎小管加強分泌氫離子及再吸收碳酸氫根離子等方式 可有效保持血液pH值變化在恆定範圍內