§ 12. Солёность «внутреннего моря»

Вопрос 1. Сформулируйте главный вопрос урока.

Какие механизмы позволяют обеспечить клеткам условия для нормальной работы?

Вопрос 2. Что такое гомеостаз? (8 класс)

Гомеостаз — саморегуляция, способность открытой системы сохранять постоянство своего внутреннего состояния посредством скоординированных реакций, направленных на поддержание динамического равновесия.

Как нарушение внутренней среды ограничивает нашу свободу? (8 класс)

Животные существа представляют собой открытые системы, имеющие множество связей с окружающей средой. Эти связи осуществляются через посредство дыхательного и пищеварительного трактов, поверхность кожи, рецепторов, нервно-мышечных органов и костных рычагов. Изменения окружающей среды прямо или опосредованно воздействуют на указанные системы. Однако, эти воздействия обычно не сопровождаются большими отклонениями от нормы и не вызывают серьезных нарушений в физиологических процессах благодаря тому, что автоматическая регуляция ограничивает возникающие в организме колебания в указанных пределах "нормы".

Это относительное постоянство можно было бы обозначить термином уравновешивание, используемым в описании простых физико-химических процессов. Однако, в сложно устроенном живом организме кроме процессов уравновешивания обычно включается взаимодействие, интегративная кооперация целого ряда органов и систем. Так, например, когда создаются условия, меняющие состав крови или вызывающие нарушения дыхательных функций (геморрагия, пневмония), быстро реагируют мозг, нервы, сердце, почки, легкие, селезенка и т.к. Для обозначения таких явлений термин "уравновешивание" недостаточен, т.к. он не включает сложный и специфический процесс координации. Для его быстрейшего и устойчивого положения обязательно наличие контррегуляторных систем, цель которых - общая устойчивость внутренней среды.

Каким образом организм человека избавляется от вредных продуктов обмена веществ? (8 класс)

В организме человека есть так называемая система выделения, которая и помогает организму избавлятся от вредных продуктов обмена веществ. Система выделения - это совокупность органов (почки, легкие, кожа, пищеварительный тракт) и механизмов регуляции, функцией которых является экскреция различных веществ и рассеяние избытка тепла из организма в окружающую среду. Каждый из органов системы выделения играет ведущую роль в удалении тех или иных экскретируемых веществ и рассеянии тепла. Однако эффективность системы выделения достигается за счет их совместной работы, которая обеспечивается сложными регуляторными механизмами.

Каковы функции почек? (8 класс)

Основной функцией почек является выведение из организма воды и водорастворимых веществ (конечных продуктов обмена веществ). С экскреторной функцией тесно связана функция регуляции ионного и кислотно-основного равновесия внутренней среды организма (гомеостатическая функция). Обе функции контролируются гормонами. Кроме того, почки выполняют эндокринную функцию, принимая непосредственное участие в синтезе многих гормонов. Наконец, почки участвуют в процессах промежуточного метаболизма, особенно в глюконеогенезе и расщеплении пептидов и аминокислот.

Вопрос 3. Какие жидкости служат посредниками между клеткой и внешней средой?

У позвоночных животных – кровь, она движется по кровеносным сосудам, межклеточная жидкость и лимфа. Кровь служит посредником между межклеточной жидкостью и внешней средой.

У беспозвоночных животных – гемолимфа.

Вопрос 4. Какими компонентами внутренняя среда обменивается с внешней через различные органы?

Через легкие поглощается кислород и насыщается им кровь, а кровь выделяет в легкие, а затем в атмосферу углекислый газ.

Желудочно-кишечный тракт – осуществляется всасывание воды и пищевых ингредиентов (питательных веществ) в кровь.

Почки играют ведущую роль в выделении из внутренней среды организма азотсодержащих веществ, воды (в нормальных условиях более половины ее объема от суточного выделения), избытка большинства минеральных веществ (натрия, калия, фосфатов и др.), избытка питательных и чужеродных веществ.

В сердце поступаетобогащенная кислородом кровь из легочных вен. Эта кровь под большим давлением разносится по всему организму.

Кожа, наряду с почками, - очень важный выделительный орган, освобождающий нас от шлаков и ряда вредных, отравляющих организм, веществ. Выделительная или экскреторная функция кожи осуществляется посредством работы потовых и сальных желез. Потоотделение осуществляется потовыми железами, через которые внутренняя среда организма выделяет водный раствор солей и органических веществ. Сальные железы вырабатывают кожное сало, а с ним внутренняя среда организма выделяет жирные и неомыляемые органические кислоты и продукты обмена половых гормонов.

Вопрос 5. Сходен ли состав клеток различных тканей?

Клетки различных тканей организма и клетки всех организмов сходны по строению и химическому составу. Это одно из основных современных положений клеточной теории.

Вопрос 6. Скорость окисления гемоглобина и отдачи кислорода клеткам зависит от скорости диффузии кислорода через клеточную мембрану эритроцита. Почему дисковидный эритроцит осуществляет эту функцию лучше шарообразного?

Скорость окисления гемоглобина у шарообраного эритроцита меньше, потому что гемоглобин в нем окисляется неравномерно – у краев шара гемоглобин окислится быстрее, чем в центре. А отдача кислорода у краев шара быстрее, чем в центре.

Вопрос 7. Объясните, почему это происходит.

В чистой воде концентрация солей в клетках снижается, что и приводит к гибели клеток. В концентрированнном растворевода по градиенту концентрации уходит из клетки, тем самым концентрация солей в клетках увеличивается, что также приводит к гибели клеток.

Вопрос 8. Отрицательные или положительные обратные связи показаны на схеме?

Отрицательные.

Вопрос 9. Почему морская рыба избавляется от соли, а пресноводная – от воды?

Во внутренней среде и внутри клеток соотношение солей и воды должно быть постоянным. Поэтому морские рыбы, живя в более концентрированном солевом растворе, поддерживают гомеостаз путем выделения солей. А пресноводным рыбам нужно дорожить теми солями, которые в организме присутствуют, а поддерживать гомеостаз за счет регуляции количества воды в организме.

Вопрос 10. Как водная среда влияет на выделение и поглощение солей у водных животных?

В соленой воде (избыток солей) происходит выделение солей, в пресной воде – поглощение соли.

Вопрос 11. Почему в воздушной среде водно-солевой обмен осуществляется в основном через почки?

Потому что в такой среде только почки, способны выделять гипотоническую мочу при избытке воды и осмотически концентрированную — при её дефиците. Где главной межтканевой жидкостью становится кровь.

Вопрос 12. Что такое осмотическая регуляция? Каковы её механизмы?

Осмотическая регуляция (О) – контроль за обменом солей и воды между межклеточной жидкостью и внешней средой.

Механизмы О. обнаруживаются у организмов, обитающих в средах с различной концентрацией осмотически активных веществ, главным образом солей, и при разном уровне потребления как этих веществ, так и воды.

В основе физиологических механизмов О. лежит соответствующий рефлекс: изменение осмотического давления крови или межклеточной жидкости воспринимается осморецепторами; возникающие в них импульсы передаются в нервные центры, которые регулируют потребление воды и солей и их выделение осморегулирующими органами — нефридиями, почками, солевыми железами и др. Механизм О. может быть гиперосмотическим, когда ОД внутренней среды больше, чем в жидкости внешней среды, и гипоосмотическим, когда внутреннее ОД меньше внешнего. В первом случае избыток воды выделяется животным главным образом через почки (растением — преимущественно через устьица); во втором — пассивную потерю воды через покровы тела организм восполняет, потребляя богатую солями воду и выделяя избыток солей в основном через солевые железы.

Вопрос 13. Почему в различных средах обитания необходимы различные механизмы осмотической регуляции?

Потому что соли выводятся из организма растворёнными в воде. Это способствует регуляции или подборке тех механизмов, которые будут выгодны организму той или иной среды. Например, механизмы регуляции в воде не работают в воздушной среде.

Вопрос 14. Что определяет состав мочи человека?

Состав мочи помогает определить состояние организма. Состав мочи (уровень отдельных показателей) отклоняется от нормы в случаях:

• нарушения функциональной деятельности мочевого пузыря (цистит) и почек (гломерулонефрит, пиелонефрит);

• инфекционно-воспалительных процессах;

• обменных нарушениях;

• интоксикации лекарственными препаратами или ядовитыми веществами;

• наличии у пациента симптомов сахарного диабета, гепатита.

Вопрос 15. Почему чайки могут пить морскую воду без вреда для себя, а человек – нет?

Чайки пьют морскую воду и удаляют поступающий в кровь излишек соли посредством головных специальных желёз.

Анатомы нашли у них над глазами, в небольших углублениях черепа, солевыводящие железы, своего рода «слезные почки». Лишнюю соль из организма они удаляют даже быстрее, чем настоящие почки. Обладая этим весьма полезным «перегонным аппаратом», чайки без вреда пьют морскую воду.

Солевые железы у всех животных, обладающих ими, устроены почти одинаково. Это клубок мельчайших трубочек, оплетенных кровеносными сосудами. Трубочки забирают соль из крови и перегоняют ее в центральный канал железы. Оттуда солевой раствор по каплям вытекает наружу: у птиц обычно через ноздри.

А для человека морская вода непригодна для питья из-за высокого содержания солей и минеральных веществ, для выведения которых из организма требуется воды больше, чем её выпитое количество.

Вопрос 16. Каким образом работа почек связана с регуляцией артериального давления?

Регуляция артериального давления почкой осуществляется несколькими механизмами. Во-первых, в почке синтезируется ренин. Через ренин-ангиотензин-альдостероновую систему происходит регуляция сосудистого тонуса и объема циркулирующей крови.

В почках синтезируются вещества и депрессорного действия: депрессорный нейтральный липид мозгового вещества, простагландины.

Почка участвует в поддержании водно-электролитного обмена, объема внутрисосудистой, вне- и внутриклеточной жидкости, что является важным для уровня артериального давления. Лекарственные вещества, повышающие выведение натрия и воды с мочой (диуретики), применяются в качестве гипотензивных средств.

Кроме того, почка экскретирует большинство гормонов и других физиологически активных веществ, которые являются гуморальными регуляторами артериального давления, поддерживая их необходимый уровень в крови.

Вопрос 17. Почему клеткам жаберного эпителия костистых рыб приходится затрачивать энергию АТФ на транспорт ионов?

Потому что эти эпителиальные клетки активно (то есть с затратой энергии АТФ) поглощают некоторые соли из окружающей среды.

Вопрос 18. Поработайте в паре. Разберитесь с помощью схемы в механизме обратной связи в регуляции работы почки антидиуретическим гормоном (АДГ).

Стимулом, вызывающим секрецию АДГ, служит абсорбция воды из собирательных трубочек, что приводит к повышению концентрации ионов натрия и увеличению осмотического давления плазмы. При недостаточном потреблении воды, сильном потоотделении или после приёма большого количества соли осморецепторы гипоталамуса, чувствительные к колебаниям осмолярности, регистрируют повышение осмотического давления крови. Возникают нервные импульсы, которые передаются в заднюю долю гипофиза и вызывают высвобождение АДГ.

Это обеспечивает избирательную проницаемость мембраны клеток для воды, которые свободно диффундируют в клетки почечных канальцев и затем поступают в интерстициальное пространство.