协调和反应与体内平衡

进阶

神经系统以电脉冲沿反射弧快速传递,内分泌系统以激素经血液慢而持久地协调;两者透过负反馈维持血糖、体温和水分稳定,胰岛素与胰高血糖素的拮抗调节正是典范。

适合:中六生物 · 单元:生物与环境(三) · 建议学习路径第 3/6 课

学完呢课,你会识:
  • 反射弧五站:感受器→感觉神经元→中枢(中间神经元)→运动神经元→反应器;反射动作不经大脑,快而短暂。
  • 神经协调以电脉冲传递,快而短暂;激素协调随血液传送,慢而持久;两者互相补足。
  • 内分泌腺无导管,激素直接入血,只对带受体的靶器官起作用;突触令神经讯号单向传递。
文体:科学知识说明文有声朗读

文体小知识:科学知识说明文——比较神经与激素两套协调系统,详解反射弧五站、血糖拮抗调节与负反馈原理,再以体温和尿量调节示范体内平衡的运作。

生物Biology
读呢课前,你应该识: 人类的运输

§课文原文 Passage

1生物要对环境变化作出反应,先要有感受器探测刺激。人体的神经系统分中枢部分(脑和脊髓)和周边部分,基本单位是神经元:感觉神经元把讯号传入中枢,中间神经元在中枢内转接,运动神经元把指令传到反应器。神经讯号以电脉冲形式沿神经纤维传送,经突触的化学物质传给下一个细胞,速度快而短暂。

2反射动作是不经大脑意识的最快反应,其路线称为反射弧,共五站:感受器→感觉神经元→中枢(脊髓内的中间神经元)→运动神经元→反应器。例如手指触到钉尖,手在感觉到痛之前已经缩回,因为缩手的指令由脊髓直接发出;痛觉稍后才由脑产生。随意动作则由大脑策划,路线较长、反应较慢。

3激素协调由内分泌腺负责:腺体没有导管,分泌物直接进入血液,随血流到达靶器官发挥作用。激素作用慢而持久,与神经协调的快而短暂互相补足。例如运动时心跳加速由神经即时控制,而血糖在进食后的长时间调节,则靠胰岛素和胰高血糖素接力完成。

4体内平衡指身体维持内在环境稳定的状态,靠反馈机制运作:当某项指标偏离正常水平,身体侦测后作出相反方向的修正,把它拉回来,属负反馈。血糖调节是典型例子:血糖升高时,胰脏分泌胰岛素,促进细胞吸收葡萄糖,并令肝脏把葡萄糖转成糖原;血糖过低时,胰高血糖素令肝脏把糖原分解回葡萄糖,两种激素作用相反、互相制衡。

5体温调节同样靠负反馈:体温上升时,皮肤血管舒张、汗腺分泌增加,加快散热;体温下降时,皮肤血管收缩、骨骼肌颤抖产热。肾脏则在抗利尿激素的控制下调节尿量,维持体内水分平衡。内在环境的稳定,有赖神经系统和内分泌系统的协调合作,任何一环失灵都会令身体失衡。

1重点摘要 Summary

神经系统以电脉冲沿反射弧快速传递,内分泌系统以激素经血液慢而持久地协调;两者透过负反馈维持血糖、体温和水分稳定,胰岛素与胰高血糖素的拮抗调节正是典范。

2生字卡 Vocabulary

R
Receptor感受器

探测刺激并把刺激转成神经讯号的结构,例如视网膜的感光细胞。

N
Neurone神经元

神经系统的基本单位,分感觉神经元、中间神经元和运动神经元,以电脉冲传递讯息。

R
Reflex arc反射弧

反射动作的讯号路线:感受器→感觉神经元→中枢→运动神经元→反应器,共五站。

S
Synapse突触

两个神经元之间的接驳位,靠化学物质把讯号单向传给下一个神经元。

H
Hormone激素

内分泌腺分泌、直接进入血液并在靶器官发挥作用的化学讯息物质。

E
Endocrine gland内分泌腺

没有导管的腺体,把激素直接分泌入血液,例如胰脏的胰岛、甲状腺。

H
Homeostasis体内平衡

身体维持内在环境(血糖、体温、水分等)相对稳定的状态。

N
Negative feedback负反馈

侦测到指标偏离正常水平后,作出相反方向的修正把它拉回来的机制。

I
Insulin胰岛素

胰脏分泌的激素,促进细胞吸收葡萄糖并令肝脏把它转成糖原,使血糖下降。

G
Glucagon胰高血糖素

胰脏分泌的激素,令肝脏把糖原分解成葡萄糖释入血液,使血糖上升,与胰岛素作用相反。

3逐步讲解 Steps

  1. 第一步:刺激、感受器与反应协调过程的三个要素是刺激、协调系统和反应:环境变化(刺激)先被感受器侦测,转成神经讯号,再经协调系统处理,最后由反应器(肌肉或腺体)作出反应。人体的感受器分布广泛:眼、耳、鼻、舌、皮肤各司其职。举个例子:光线进入眼睛,视网膜上的感光细胞把光能转成神经讯号,讯号沿视神经传到大脑,我们才看见影像——整个过程在瞬间完成。
  2. 第二步:神经元与突触神经元按功能分三种:感觉神经元把讯号由感受器传入中枢,中间神经元在中枢内转接和整合,运动神经元把指令由中枢传到反应器。神经元之间的接驳位叫突触,讯号到达突触时,化学传递物质被释放,扩散过间隙去刺激下一个神经元,因此突触传递是单向的。举个例子:把神经纤维想像成电线、突触想像成必须按键的接驳位,讯号在电线上走得飞快,但每次过接驳位都要稍作停留,这就是为何越过多个突触的反应较慢。
  3. 第三步:反射弧五站与反射动作反射动作是先天、快速、不经意识的反应,路线就是反射弧五站:感受器→感觉神经元→中枢(脊髓内的中间神经元)→运动神经元→反应器。脊髓在这里当机立断,讯号毋须上达大脑便能触发反应,所以最快;感觉讯号同时上传,痛觉稍后才产生。随意动作则由大脑策划,经的突触较多,反应较慢但可以控制。举个例子:手指触到钉尖,手即时缩回,之后才感到痛,正是脊髓先下令、大脑后知觉的证明。
  4. 第四步:激素协调与两系统对照内分泌腺没有导管,激素直接分泌入血液,随循环到达全身,但只对带有相应受体的靶器官起作用。激素协调与神经协调各有特点:神经以电脉冲沿神经元传递,快而短暂;激素随血液传送,较慢但持久,适合调节代谢和发育等长期过程。两者互相补足,脑部还能指令内分泌腺分泌激素,把两套系统连接起来。举个例子:受惊时肾上腺素几秒内令心跳加快、血糖上升,为应急做准备,这正是激素配合神经快速反应的例子。
  5. 第五步:血糖调节与拮抗作用血糖水平由胰脏的胰岛细胞监控,两种激素拮抗调节:血糖升高(例如进食后)时,胰岛素分泌增加,促进身体细胞吸收葡萄糖,并令肝脏把过剩的葡萄糖转成糖原储存,血糖回落;血糖过低(例如空腹)时,胰高血糖素分泌增加,令肝脏把糖原分解成葡萄糖释入血液,血糖回升。两种激素作用相反、互相制衡,称为拮抗作用,令血糖维持在狭窄的正常范围。举个例子:早餐吃下两片面包后血糖上升,胰岛素在一小时内把它压回正常;到中午未进食、血糖偏低时,换胰高血糖素接力。
  6. 第六步:负反馈机制的原理负反馈是体内平衡的核心机制,运作分四步:正常水平被设定为参考点;感受器侦测指标偏离的方向;协调系统启动相反方向的修正(过高便降、过低便升);指标回到正常后修正减退。这种自我修正令内在环境的波动始终受控,血糖、体温和水分调节都循此模式。举个例子:把冷气机的恒温器设在摄氏二十五度,室温过高时制冷启动,过低时自动停止,房间温度便在设定值附近小幅摆动——负反馈正是身体内建的恒温器。
  7. 第七步:体温与水分的调节体温调节由脑部监控:体温上升时,皮肤血管舒张令血流量增加、汗腺分泌增加,加快散热;体温下降时,皮肤血管收缩减少散热,骨骼肌颤抖产热,令人保持约摄氏三十七度的核心体温。水分平衡则由肾脏把关:体内水分不足时,脑垂腺分泌较多抗利尿激素,令肾脏重吸收较多水分,尿量减少;水分充足时激素分泌减少,尿量增加。举个例子:夏天流汗多、饮水又不足时,小便会变得量少而色深,这正是抗利尿激素加强工作的表现。

4图解 Diagrams

反射弧 Reflex arc:快而短的无意识反应感受器receptor感觉神经元sensory中枢(脊髓)CNS运动神经元motor反应器effector摸到热东西缩手:讯息经脊髓直接出指令,唔使等脑(脑之后先收到痛感)神经协调电讯号,速度快作用时间短、范围精准(脑+脊髓=中枢神经系统)激素(胰岛素等)经血液运输体内平衡负反馈血糖:胰岛素↓ / 胰高血糖素↑(拮抗)体温:皮肤血管舒缩+汗液尿量:肾脏受 ADH 调节偏离正常 → 触发修正回正常负反馈=输出反过来抑制输入,维持内环境稳定(约 37°C、血糖约 90 mg/100 cm³)。
图 1:反射弧与负反馈

5例题示范 Example

例题:小明空腹饮下一杯含大量葡萄糖的糖水后,血糖浓度先升后降,约两小时回复正常水平。试解释期间胰脏分泌的激素有何变化、肝脏在调节中扮演什么角色,并指出这调节属哪种反馈机制;若某人胰岛素分泌长期不足,他的血糖会出现什么问题?

  1. 饮下糖水后,葡萄糖被吸收进入血液,血糖浓度上升;胰脏侦测到偏离,增加分泌胰岛素。
  2. 胰岛素促进身体细胞吸收葡萄糖,并令肝脏把过剩的葡萄糖转成糖原储存,血糖因此回落。
  3. 血糖回落至正常并趋向偏低时,胰高血糖素分泌增加,令肝脏把糖原分解成葡萄糖释回血液,防止血糖过低。
  4. 胰岛素与胰高血糖素作用相反、互相制衡,属拮抗作用;整个过程把偏离值拉回正常水平,属负反馈机制。
  5. 胰岛素长期分泌不足时,细胞难以吸收葡萄糖,血糖持续偏高,部分葡萄糖随尿排出,形成糖尿病的病征。
  6. 答案:血糖上升→胰岛素分泌增加,促进细胞吸收葡萄糖、肝脏把葡萄糖转成糖原→血糖回落;血糖偏低时胰高血糖素增加,肝脏分解糖原释出葡萄糖→回升。肝脏以糖原形式储存和释放葡萄糖,是调节的缓冲库。两种激素拮抗、整体属负反馈。胰岛素不足会令血糖长期过高并出现糖尿。

6常见错误 Mistakes

✗ 反射动作由大脑即时决定,所以最快。
✓ 反射动作由脊髓直接控制,讯号毋须上达大脑,路径最短最快;痛觉等感觉由脑产生,较迟才出现。
✗ 激素协调比神经协调快,因为血液流速高。
✓ 恰好相反:神经脉冲沿神经纤维以电信号传递,最快而短暂;激素随血液循环,较慢但作用持久。
✗ 胰岛素令血糖上升,胰高血糖素令血糖下降。
✓ 两者刚好相反:胰岛素降低血糖(促进吸收、制造糖原),胰高血糖素升高血糖(分解糖原)。
✗ 负反馈会令身体参数持续偏离正常值。
✓ 负反馈侦测偏离后作出反向修正,把参数拉回正常水平,令内在环境维持稳定。
✗ 内分泌腺有导管,把激素输送到目标器官。
✓ 内分泌腺没有导管,激素直接分泌入血液,经循环系统到达全身,只对带有受体的靶器官起作用。

75 题快测 Quick check

Q1按讯号传递次序写出反射弧的五个组成部分。

Q2神经协调和激素协调有哪两项主要分别?

Q3进食大量糖分后,身体如何把血糖降回正常?

Q4什么是拮抗作用?举出一对例子。

Q5天气寒冷时,皮肤和身体有哪些反应帮助保温?

8重点回顾 Recap

  • 反射弧五站:感受器→感觉神经元→中枢(中间神经元)→运动神经元→反应器;反射动作不经大脑,快而短暂。
  • 神经协调以电脉冲传递,快而短暂;激素协调随血液传送,慢而持久;两者互相补足。
  • 内分泌腺无导管,激素直接入血,只对带受体的靶器官起作用;突触令神经讯号单向传递。
  • 血糖由胰岛素(降)与胰高血糖素(升)拮抗调节,肝脏以糖原储存和释放葡萄糖,是负反馈的典范。
  • 体温靠皮肤血管舒缩、汗和颤抖调节;尿量由抗利尿激素控制——三者同样循负反馈模式运作。

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