穩態

生理學將細胞外液的理化特性保持相對穩定的狀態稱為穩態(homeostasis)。其理化特性包括温度、滲透壓、酸鹼度、各種離子濃度等都要經常保持相對穩定。穩態是個動態過程，因為生命活動每時每刻都在進行着新陳代謝，生命活動所需的氧和營養物質要經過呼吸、消化系統從環境中獲得；同時，在新陳代謝過程中產生的代謝廢物要經排泄器官排出體外；所以變化是絕對的，而不變則是相對的。內環境穩態的維持是一個複雜的生理過程，如：呼吸系統的氣體交換，消化系統的對食物的攝取、消化與吸收，腎臟尿的生成與排放，心血管的泵血功能與血液的運輸，神經系統的調節等使內環境的理化特性維持相對穩定。如果內環境理化特性變動的幅度過大，超過人體的調節限度將導致人體生理功能紊亂。19世紀法國生理學家 Claude bemard （克洛德·貝爾納，1813-1878） ^[5]  提出內環境概念時曾説：內環境保持相對穩定是生物體自由生存的條件。 ^[1] 

對人和高等動物而言，內環境的穩態是細胞維持正常生理功能，乃至機體維持正常生命活動的必要條件。內環境的穩態就是指在正常情況下機體內環境的各種成分和理化性質只在很小的範圍內發生變動。例如體温維持在37°C左右，血漿pH維持在7.4左右，動脈血壓、血漿中的氧和二氧化碳分壓、葡萄糖濃度等也都維持在相對恆定的水平。

細胞的各種代謝活動都是酶促生化反應，因此，內環境中需有足夠的營養物質、氧氣和水，以及適宜的温度、離子濃度、酸鹼度和滲透壓等。細胞膜兩側一定的離子濃度及分佈，是某些細胞保持其正常興奮性和生物電活動正常進行的必要條件。內環境穩態的破壞將影響細胞生命活動的正常進行，如高熱、酸中毒、缺氧、離子濃度改變等都將導致細胞功能的嚴重紊亂，引起疾病，甚至危及生命。

內環境的穩態是一種動態平衡。細胞的代謝將不斷消耗O₂和營養物質，同時不斷產生CO₂和H⁺等代謝產物，外界環境因素的改變也可影響機體內環境穩態，但機體可通過多個器官和系統的活動使內環境維持相對穩定。如代謝需要的O₂和營養物質可由呼吸系統和消化系統進入體內，而代謝產生的CO₂和H⁺等則通過呼吸系統和泌尿系統排出體外。這些物質通過血液循環系統運輸，在神經、內分泌系統的調節下使各器官和組織細胞的功能維持相對穩定。 ^[2] 

內環境指的是細胞外液——主要有血漿、組織液（又稱細胞間隙液）和淋巴。

內環境理化性質的相對恆定，理化性質包括：温度、pH、滲透壓、化學組成等。穩態的概念擴大到泛指體內從細胞和分子水平、器官和系統水平到整體水平的各種生理功能活動在神經和體液等因素調節下保持相對穩定的狀態。

穩態是內環境恆定概念的引伸與發展。內環境恆定概念是19世紀法國生理學家克洛德·貝爾納（Claud Bernard） ^[5]  所提出。他認為機體生存在兩個環境中，一個是不斷變化的外環境，一個是比較穩定的內環境。內環境是圍繞在多細胞動物的細胞周圍的細胞外液。內環境的特點是其理化特性及其組成分的數量和性質，處於相對恆定狀態，為細胞提供一適宜的生活環境，也是維持生命的必要條件。“內環境恆定是（機體）自由和獨立生存的首要條件”，這是貝爾納對生命現象的高度概括。穩態即相似的狀態，是美國生理學家坎農（W.B.Cannon）於本世紀20年代末提出的，是內環境恆定概念的引伸和發展。在坎農時期，穩態主要指內環境是可變的又是相對穩定的狀態。穩態是在不斷運動中所達到的一種動態平衡；即是在遭受着許多外界干擾因素的條件下，經過體內複雜的調節機制使各器官、系統協調活動的結果，這種穩定是相對的，不是絕對的，一旦穩態遭破壞，就導致機體死亡。

組成人和動物體的細胞數以億計，其中絕大多數細胞不能直接與外界環境接觸。那麼，這些與外界環境隔離的體內細胞生活在什麼樣的環境中？它們是怎樣與外界環境進行物質交換的呢？下面以人體為例來説明。

內環境 人體內含有大量的液體，這些液體統稱為體液。體液可以分為兩大部分：存在於細胞內的部分，叫做細胞內液；存在於細胞外的部分，叫做細胞外液。細胞外液主要包括組織液(組織間隙液的簡稱)、血漿(血液的液體部分)和淋巴等。人體內的細胞外液，構成了體內細胞生活的液體環境，這個液體環境叫做人體的內環境。 ^[3] 

體液的各個部分之間既是彼此隔開的，又是相互聯繫的。細胞浸浴在組織液中，在細胞內液與組織液之間只隔着細胞膜，水分和一切能夠透過細胞膜的物質，都可以在細胞內液與組織液之間進行交換。在組織液與血漿之間只隔着毛細血管壁，水分和一切能夠透過毛細血管壁的物質，都可以在兩者之間進行交換。組織液還可以滲入毛細淋巴管形成淋巴。因此，人體內的細胞就可以通過內環境，與外界環境之間間接地進行物質交換了。具體地説，就是由呼吸系統吸進的氧和消化系統吸收的營養物質先進入血液，然後再通過組織液進入體內細胞；同時，體內細胞新陳代謝所產生的廢物和二氧化碳，也要先進入組織液，然後再進入血液而被運送到泌尿系統和呼吸系統，排出體外。由此可見，體內的細胞只有通過內環境，才能與外界環境進行物質交換。

內環境是體內細胞生存的直接環境。細胞與內環境之間、內環境與外界環境之間不斷地進行着物質交換，因此，細胞的代謝活動和外界環境的不斷變化，必然會影響內環境的理化性質，如pH、滲透壓、温度等。那麼，內環境的理化性質會不會經常發生劇烈的變化呢？下面以內環境的pH為例來説明。血液是內環境的重要組成部分。人體在新陳代謝過程中，會產生許多酸性物質，如乳酸、碳酸；人的食物(如蔬菜、水果)中往往含有一些鹼性物質，如碳酸鈉。這些酸性和鹼性的物質進入血液，就會使血液的pH發生變化。但是，通過實際測定發現，正常人血液的pH通常在7.35～7.45之間，變化範圍是很小的。這是什麼原因呢？原來，血液中含有許多對對酸鹼度起緩衝作用的物質——緩衝物質，每一對緩衝物質都是由一種弱酸和相應的一種強鹼鹽組成的，如H₂CO₃/NaHCO₃、NaH₂PO₄/Na₂HPO₄等。當機體劇烈運動時，肌肉中產生大量的乳酸、碳酸等物質，並且進入血液。乳酸進入血液後，就與血液中的碳酸氫鈉發生作用，生成乳酸鈉和碳酸。碳酸是一種弱酸，而且又可以分解成二氧化碳和水，所以對血液的pH值影響不大。血液中增多的二氧化碳會刺激控制呼吸活動的神經中樞，促使增強呼吸活動，增加通氣量，從而將二氧化碳排出體外。當碳酸鈉進入血液後，就與血液中的碳酸發生作用，形成碳酸氫鹽，而過多的碳酸氫鹽可以由腎臟排出。這樣，由於血液中緩衝物質的調節作用，可以使血液的酸鹼度不會發生很大的變化，從而維持在相對穩定的狀態。內環境的其他理化性質，如温度、滲透壓、各種化學物質的含量等，也都能夠維持在一個相對穩定的狀態。生理學家把正常機體在神經系統和體液的調節下，通過各個器官、系統的協調活動，共同維持內環境的相對穩定狀態，叫做內環境的穩態。

內環境穩態的生理意義 機體的新陳代謝是由細胞內很多複雜的酶促反應組成的，而酶促反應的進行需要温和的外界條件，例如温度、pH等都必須保持在適宜的範圍內，酶促反應才能正常進行。可見，內環境的穩態是機體進行正常生命活動的必要條件。當內環境的穩態遭到破壞時，就會引起細胞新陳代謝紊亂，並導致疾病。例如，當血液中鈣、磷的含量降低時，會影響骨組織的鈣化，這在成年人表現為骨軟化病，在兒童則表現為骨質生長障礙、骨化不全的佝僂病。血鈣過高則會引起肌無力等疾病。

當人體劇烈運動時，內環境穩態不會遭到破壞，這是因為人體血液中存在着緩衝物質。

隨着控制論和其他生命科學的發展，穩態已不僅指內環境的穩定狀態，也擴展到有機體內極多的保持協調、穩定的生理過程，例如生命活動功能以及正常姿勢（直立以及行路姿勢）的維持等；也用於機體的不同層次或水平（細胞、組織器官、系統、整體、社會羣體）的穩定狀態；以及在特定時間內（由幾毫秒直至若干萬年）保持的特定狀態。穩態不僅是生理學，也是當今生命科學的一大基本概念。它對控制論、遺傳學（基因的穩態調節）、心理學（情緒穩態等）、病理學、臨牀醫學等多種學科都有重要意義。

和內環境穩態有關的系統：消化系統、呼吸系統、泌尿系統、循環系統。

2022年11月8日，中國科學院深圳先進技術研究院王立平研究員為通訊作者、賈香蓮博士為第一作者的研究成果在國際知名期刊《細胞通訊》（Cell Reports）發表，回答了情緒波動與精神壓力導致血糖升高的病理機制。對於此研究，王立平表示：“機體是一個密不可分的整體，精神上的改變往往與外周的生理功能改變相互影響，以往‘頭痛醫頭，腳痛醫腳’的還原論視角，在很大程度上需要結合‘整體觀和系統論’，這種邏輯有望為全面理解大腦在機體穩態調控中的功能提供獨特的研究視角。” ^[4]