協調和反應與體內平衡

進階

神經系統以電脈衝沿反射弧快速傳遞,內分泌系統以激素經血液慢而持久地協調;兩者透過負反饋維持血糖、體溫和水分穩定,胰島素與胰高血糖素的拮抗調節正是典範。

適合:中六生物 · 單元:生物與環境(三) · 建議學習路徑第 3/6 課

學完呢課,你會識:
  • 反射弧五站:感受器→感覺神經元→中樞(中間神經元)→運動神經元→反應器;反射動作不經大腦,快而短暫。
  • 神經協調以電脈衝傳遞,快而短暫;激素協調隨血液傳送,慢而持久;兩者互相補足。
  • 內分泌腺無導管,激素直接入血,只對帶受體的靶器官起作用;突觸令神經訊號單向傳遞。
文體:科學知識說明文有聲朗讀

文體小知識:科學知識說明文——比較神經與激素兩套協調系統,詳解反射弧五站、血糖拮抗調節與負反饋原理,再以體溫和尿量調節示範體內平衡的運作。

生物Biology
讀呢課前,你應該識: 人類的運輸

§課文原文 Passage

1生物要對環境變化作出反應,先要有感受器探測刺激。人體的神經系統分中樞部分(腦和脊髓)和周邊部分,基本單位是神經元:感覺神經元把訊號傳入中樞,中間神經元在中樞內轉接,運動神經元把指令傳到反應器。神經訊號以電脈衝形式沿神經纖維傳送,經突觸的化學物質傳給下一個細胞,速度快而短暫。

2反射動作是不經大腦意識的最快反應,其路線稱為反射弧,共五站:感受器→感覺神經元→中樞(脊髓內的中間神經元)→運動神經元→反應器。例如手指觸到釘尖,手在感覺到痛之前已經縮回,因為縮手的指令由脊髓直接發出;痛覺稍後才由腦產生。隨意動作則由大腦策劃,路線較長、反應較慢。

3激素協調由內分泌腺負責:腺體沒有導管,分泌物直接進入血液,隨血流到達靶器官發揮作用。激素作用慢而持久,與神經協調的快而短暫互相補足。例如運動時心跳加速由神經即時控制,而血糖在進食後的長時間調節,則靠胰島素和胰高血糖素接力完成。

4體內平衡指身體維持內在環境穩定的狀態,靠反饋機制運作:當某項指標偏離正常水平,身體偵測後作出相反方向的修正,把它拉回來,屬負反饋。血糖調節是典型例子:血糖升高時,胰臟分泌胰島素,促進細胞吸收葡萄糖,並令肝臟把葡萄糖轉成糖原;血糖過低時,胰高血糖素令肝臟把糖原分解回葡萄糖,兩種激素作用相反、互相制衡。

5體溫調節同樣靠負反饋:體溫上升時,皮膚血管舒張、汗腺分泌增加,加快散熱;體溫下降時,皮膚血管收縮、骨骼肌顫抖產熱。腎臟則在抗利尿激素的控制下調節尿量,維持體內水分平衡。內在環境的穩定,有賴神經系統和內分泌系統的協調合作,任何一環失靈都會令身體失衡。

1重點摘要 Summary

神經系統以電脈衝沿反射弧快速傳遞,內分泌系統以激素經血液慢而持久地協調;兩者透過負反饋維持血糖、體溫和水分穩定,胰島素與胰高血糖素的拮抗調節正是典範。

2生字卡 Vocabulary

R
Receptor感受器

探測刺激並把刺激轉成神經訊號的結構,例如視網膜的感光細胞。

N
Neurone神經元

神經系統的基本單位,分感覺神經元、中間神經元和運動神經元,以電脈衝傳遞訊息。

R
Reflex arc反射弧

反射動作的訊號路線:感受器→感覺神經元→中樞→運動神經元→反應器,共五站。

S
Synapse突觸

兩個神經元之間的接駁位,靠化學物質把訊號單向傳給下一個神經元。

H
Hormone激素

內分泌腺分泌、直接進入血液並在靶器官發揮作用的化學訊息物質。

E
Endocrine gland內分泌腺

沒有導管的腺體,把激素直接分泌入血液,例如胰臟的胰島、甲狀腺。

H
Homeostasis體內平衡

身體維持內在環境(血糖、體溫、水分等)相對穩定的狀態。

N
Negative feedback負反饋

偵測到指標偏離正常水平後,作出相反方向的修正把它拉回來的機制。

I
Insulin胰島素

胰臟分泌的激素,促進細胞吸收葡萄糖並令肝臟把它轉成糖原,使血糖下降。

G
Glucagon胰高血糖素

胰臟分泌的激素,令肝臟把糖原分解成葡萄糖釋入血液,使血糖上升,與胰島素作用相反。

3逐步講解 Steps

  1. 第一步:刺激、感受器與反應協調過程的三個要素是刺激、協調系統和反應:環境變化(刺激)先被感受器偵測,轉成神經訊號,再經協調系統處理,最後由反應器(肌肉或腺體)作出反應。人體的感受器分布廣泛:眼、耳、鼻、舌、皮膚各司其職。舉個例子:光線進入眼睛,視網膜上的感光細胞把光能轉成神經訊號,訊號沿視神經傳到大腦,我們才看見影像——整個過程在瞬間完成。
  2. 第二步:神經元與突觸神經元按功能分三種:感覺神經元把訊號由感受器傳入中樞,中間神經元在中樞內轉接和整合,運動神經元把指令由中樞傳到反應器。神經元之間的接駁位叫突觸,訊號到達突觸時,化學傳遞物質被釋放,擴散過間隙去刺激下一個神經元,因此突觸傳遞是單向的。舉個例子:把神經纖維想像成電線、突觸想像成必須按鍵的接駁位,訊號在電線上走得飛快,但每次過接駁位都要稍作停留,這就是為何越過多個突觸的反應較慢。
  3. 第三步:反射弧五站與反射動作反射動作是先天、快速、不經意識的反應,路線就是反射弧五站:感受器→感覺神經元→中樞(脊髓內的中間神經元)→運動神經元→反應器。脊髓在這裏當機立斷,訊號毋須上達大腦便能觸發反應,所以最快;感覺訊號同時上傳,痛覺稍後才產生。隨意動作則由大腦策劃,經的突觸較多,反應較慢但可以控制。舉個例子:手指觸到釘尖,手即時縮回,之後才感到痛,正是脊髓先下令、大腦後知覺的證明。
  4. 第四步:激素協調與兩系統對照內分泌腺沒有導管,激素直接分泌入血液,隨循環到達全身,但只對帶有相應受體的靶器官起作用。激素協調與神經協調各有特點:神經以電脈衝沿神經元傳遞,快而短暫;激素隨血液傳送,較慢但持久,適合調節代謝和發育等長期過程。兩者互相補足,腦部還能指令內分泌腺分泌激素,把兩套系統連接起來。舉個例子:受驚時腎上腺素幾秒內令心跳加快、血糖上升,為應急做準備,這正是激素配合神經快速反應的例子。
  5. 第五步:血糖調節與拮抗作用血糖水平由胰臟的胰島細胞監控,兩種激素拮抗調節:血糖升高(例如進食後)時,胰島素分泌增加,促進身體細胞吸收葡萄糖,並令肝臟把過剩的葡萄糖轉成糖原儲存,血糖回落;血糖過低(例如空腹)時,胰高血糖素分泌增加,令肝臟把糖原分解成葡萄糖釋入血液,血糖回升。兩種激素作用相反、互相制衡,稱為拮抗作用,令血糖維持在狹窄的正常範圍。舉個例子:早餐吃下兩片麵包後血糖上升,胰島素在一小時內把它壓回正常;到中午未進食、血糖偏低時,換胰高血糖素接力。
  6. 第六步:負反饋機制的原理負反饋是體內平衡的核心機制,運作分四步:正常水平被設定為參考點;感受器偵測指標偏離的方向;協調系統啟動相反方向的修正(過高便降、過低便升);指標回到正常後修正減退。這種自我修正令內在環境的波動始終受控,血糖、體溫和水分調節都循此模式。舉個例子:把冷氣機的恆溫器設在攝氏二十五度,室溫過高時製冷啟動,過低時自動停止,房間溫度便在設定值附近小幅擺動——負反饋正是身體內建的恆溫器。
  7. 第七步:體溫與水分的調節體溫調節由腦部監控:體溫上升時,皮膚血管舒張令血流量增加、汗腺分泌增加,加快散熱;體溫下降時,皮膚血管收縮減少散熱,骨骼肌顫抖產熱,令人保持約攝氏三十七度的核心體溫。水分平衡則由腎臟把關:體內水分不足時,腦垂腺分泌較多抗利尿激素,令腎臟重吸收較多水分,尿量減少;水分充足時激素分泌減少,尿量增加。舉個例子:夏天流汗多、飲水又不足時,小便會變得量少而色深,這正是抗利尿激素加強工作的表現。

4圖解 Diagrams

反射弧 Reflex arc:快而短的無意識反應感受器receptor感覺神經元sensory中樞(脊髓)CNS運動神經元motor反應器effector摸到熱東西縮手:訊息經脊髓直接出指令,唔使等腦(腦之後先收到痛感)神經協調電訊號,速度快作用時間短、範圍精準(腦+脊髓=中樞神經系統)激素(胰島素等)經血液運輸體內平衡負反饋血糖:胰島素↓ / 胰高血糖素↑(拮抗)體溫:皮膚血管舒縮+汗液尿量:腎臟受 ADH 調節偏離正常 → 觸發修正回正常負反饋=輸出反過來抑制輸入,維持內環境穩定(約 37°C、血糖約 90 mg/100 cm³)。
圖 1:反射弧與負反饋

5例題示範 Example

例題:小明空腹飲下一杯含大量葡萄糖的糖水後,血糖濃度先升後降,約兩小時回復正常水平。試解釋期間胰臟分泌的激素有何變化、肝臟在調節中扮演什麼角色,並指出這調節屬哪種反饋機制;若某人胰島素分泌長期不足,他的血糖會出現什麼問題?

  1. 飲下糖水後,葡萄糖被吸收進入血液,血糖濃度上升;胰臟偵測到偏離,增加分泌胰島素。
  2. 胰島素促進身體細胞吸收葡萄糖,並令肝臟把過剩的葡萄糖轉成糖原儲存,血糖因此回落。
  3. 血糖回落至正常並趨向偏低時,胰高血糖素分泌增加,令肝臟把糖原分解成葡萄糖釋回血液,防止血糖過低。
  4. 胰島素與胰高血糖素作用相反、互相制衡,屬拮抗作用;整個過程把偏離值拉回正常水平,屬負反饋機制。
  5. 胰島素長期分泌不足時,細胞難以吸收葡萄糖,血糖持續偏高,部分葡萄糖隨尿排出,形成糖尿病的病徵。
  6. 答案:血糖上升→胰島素分泌增加,促進細胞吸收葡萄糖、肝臟把葡萄糖轉成糖原→血糖回落;血糖偏低時胰高血糖素增加,肝臟分解糖原釋出葡萄糖→回升。肝臟以糖原形式儲存和釋放葡萄糖,是調節的緩衝庫。兩種激素拮抗、整體屬負反饋。胰島素不足會令血糖長期過高並出現糖尿。

6常見錯誤 Mistakes

✗ 反射動作由大腦即時決定,所以最快。
✓ 反射動作由脊髓直接控制,訊號毋須上達大腦,路徑最短最快;痛覺等感覺由腦產生,較遲才出現。
✗ 激素協調比神經協調快,因為血液流速高。
✓ 恰好相反:神經脈衝沿神經纖維以電信號傳遞,最快而短暫;激素隨血液循環,較慢但作用持久。
✗ 胰島素令血糖上升,胰高血糖素令血糖下降。
✓ 兩者剛好相反:胰島素降低血糖(促進吸收、製造糖原),胰高血糖素升高血糖(分解糖原)。
✗ 負反饋會令身體參數持續偏離正常值。
✓ 負反饋偵測偏離後作出反向修正,把參數拉回正常水平,令內在環境維持穩定。
✗ 內分泌腺有導管,把激素輸送到目標器官。
✓ 內分泌腺沒有導管,激素直接分泌入血液,經循環系統到達全身,只對帶有受體的靶器官起作用。

75 題快測 Quick check

Q1按訊號傳遞次序寫出反射弧的五個組成部分。

Q2神經協調和激素協調有哪兩項主要分別?

Q3進食大量糖分後,身體如何把血糖降回正常?

Q4什麼是拮抗作用?舉出一對例子。

Q5天氣寒冷時,皮膚和身體有哪些反應幫助保溫?

8重點回顧 Recap

  • 反射弧五站:感受器→感覺神經元→中樞(中間神經元)→運動神經元→反應器;反射動作不經大腦,快而短暫。
  • 神經協調以電脈衝傳遞,快而短暫;激素協調隨血液傳送,慢而持久;兩者互相補足。
  • 內分泌腺無導管,激素直接入血,只對帶受體的靶器官起作用;突觸令神經訊號單向傳遞。
  • 血糖由胰島素(降)與胰高血糖素(升)拮抗調節,肝臟以糖原儲存和釋放葡萄糖,是負反饋的典範。
  • 體溫靠皮膚血管舒縮、汗和顫抖調節;尿量由抗利尿激素控制——三者同樣循負反饋模式運作。

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