Гомеостаз и ответные реакции

• Гомеостаз — это регуляция внутренних условий клетки или организма для поддержания оптимальных условий для работы ферментов и всех клеточных функций в ответ на внутренние и внешние изменения.
• Организм контролирует концентрацию глюкозы в крови, температуру тела и уровень воды.
• Любая автоматическая система управления включает: рецепторы (воспринимают стимулы), координационные центры (мозг, спинной мозг, поджелудочная железа — получают и обрабатывают информацию) и эффекторные органы (мышцы или железы — обеспечивают реакцию, восстанавливающую оптимальный уровень).
• Нервные реакции быстрые и кратковременные; гормональные реакции медленнее, но действуют дольше.

Путь: стимул → рецептор → координатор (ЦНС: мозг + спинной мозг) → эффектор (сокращение мышцы / секреция железы) → реакция.

Информация передается по клеткам, называемым нейронами, в виде электрических импульсов. ЦНС координирует работу эффекторных органов.

Рефлекторная дуга — автоматическая и быстрая защита, которая не вовлекает сознательную часть мозга:

стимул → рецептор → чувствительный нейрон → синапс → вставочный нейрон (в ЦНС) → синапс → двигательный нейрон → эффектор → реакция.

В синапсе электрический импульс достигает конца нейрона, выделяется химическое вещество; оно диффундирует через щель и вызывает электрический импульс в следующем нейроне.

RP7 — время реакции: составьте план и проведите исследование влияния фактора (например, кофеина) на время реакции человека. Уроните линейку между пальцем и большим пальцем партнера; измерьте расстояние удержания; переведите в время (или используйте компьютерный тест); контролируйте переменные (одна рука, одинаковая высота); повторите и вычислите среднее значение. Интерпретируйте данные о времени реакции из графиков и таблиц.

Мозг (дополнительно HT)

Определите на схеме: кору больших полушарий (сознание, память, речь), мозжечок (равновесие, координация движений), ** продолговатый мозг** (сердцебиение, дыхание).

(HT) Сложности исследования и лечения мозга: он сложен, деликатен, легко повреждается и труднодоступен. Методы картирования: изучение пациентов с повреждениями мозга, электрическая стимуляция участков и МРТ-сканирование. Оцените преимущества и риски процедур на мозге.

Глаз

Определите и объясните: сетчатку (светочувствительные рецепторные клетки), зрительный нерв (передаёт импульсы от сетчатки к мозгу), склеру (прочная внешняя оболочка), роговицу (преломляет свет), радужную оболочку (цветные мышцы, регулирующие размер зрачка — рефлекторная адаптация при слабом/ярком освещении), ресничные мышцы и подвесочный аппарат (контролируют форму хрусталика).

Аккомодация — изменение формы хрусталика для фокусировки:

Дефекты: миопия (близорукость — далёкие предметы фокусируются перед сетчаткой; корректируется вогнутым линзой), гиперметропия (дальнозоркость — близкие предметы фокусируются за сетчаткой; выпуклая линза). Методы коррекции: очки, контактные линзы, лазерная коррекция роговицы, замена хрусталика.

Регуляция температуры тела

Терморегуляторный центр в мозге имеет рецепторы, чувствительные к температуре крови; кожные рецепторы посылают в него сигналы.

• Слишком жарко: сосуды расширяются (вазодилатация) — больше крови у поверхности передаёт тепло в окружающую среду; выделяется пот — испарение пота отводит энергию.
• Слишком холодно: сосуды сужаются (вазоконстрикция); потоотделение прекращается; скелетные мышцы сокращаются (дрожь — дыхание выделяет тепло для согревания крови).

(HT) Объясните в контексте, как каждый механизм снижает или повышает температуру до оптимального уровня.

Эндокринная система — это железы, секретирующие гормоны непосредственно в кровоток; кровь доставляет их к органами-мишеням. Работает медленнее нервной системы, но эффект длится дольше. Определите на схеме тела: гипофиз («главная железа» мозга), поджелудочную железу, щитовидную железу, надпочечники, яичники, яички.

Глюкоза в крови контролируется и регулируется поджелудочной железой:

• Слишком высокая → поджелудочная железа выделяет инсулин → глюкоза переходит из крови в клетки; в клетках печени и мышц избыток глюкозы превращается в гликоген для запасания.
• (HT) Слишком низкая → поджелудочная железа выделяет глюкагон → гликоген преобразуется обратно в глюкозу, которая поступает в кровь. Инсулин–глюкагон образуют цикл отрицательной обратной связи.

Сахарный диабет: Тип 1 — поджелудочная железа не вырабатывает достаточное количество инсулина; неконтролируемая гипергликемия; лечится с помощью инъекций инсулина. Тип 2 — клетки организма перестают реагировать на инсулин; лечится с помощью диеты с ограничением углеводов и режима физических упражнений; ожирение является фактором риска. Интерпретация графиков уровня глюкозы в крови при наличии и отсутствии сахарного диабета.

Водный и азотистый баланс — только биология

Вода выводится через лёгкие (при дыхании) и кожу (с потом, содержащим ионы и мочевину); контроль над этими процессами отсутствует. Избыток воды, ионов и мочевины удаляется почками с мочеой. Клетки, теряющие или приобретающие слишком много воды осмотически, функционируют неэффективно. (HT) Избыток аминокислот из рациона деаминируется в печени: аммиак (токсичен) → мочевина для безопасного выведения.

Почки фильтруют кровь и селективно реабсорбируют глюкозу, некоторые ионы и воду. (HT) Если концентрация крови слишком высока, ** гипофиз выделяет АДГ**, который делает канальцы почек более проницаемыми, поэтому реабсорбируется больше воды — снова отрицательная обратная связь.

Почечная недостаточность: лечится с помощью пересадки почки или диализа — кровь проходит через полупроницаемые мембраны в диализной жидкости с соответствующей концентрацией воды/ионов, так что отходы диффундируют наружу, а глюкоза и полезные вещества остаются; оценка механического устройства по сравнению с пересадкой.

Гормоны в человеческом воспроизводстве

Эстроген (яичник) — основной женский гормон; в период полового созревания яйцеклетки созревают, и одна выходит примерно каждые 28 дней (овуляция). Тестостерон (семенники) — стимулирует образование сперматозоидов.

(HT) Менструальный цикл:

(HT) Интерпретация графиков уровней гормонов в течение цикла: ФСГ запускает рост фолликула → эстроген повышается → выброс ЛГ вызывает овуляцию (примерно в день 14) → прогестерон сохраняет толщину слизистой оболочки до ее снижения и повторения цикла.

Контрацепция — оценка гормональных и негормональных методов: оральные контрацептивы (подавляют ФСГ, поэтому яйцеклетки не созревают), инъекции/имплантаты/пластыри с медленным высвобождением прогестерона, барьерные методы (презервативы, диафрагма), внутриматочные устройства, спермициды, воздержание в период, когда яйцеклетка может находиться в маточной трубе, стерилизация.

Бесплодие (HT): «препараты для повышения фертильности» (ФСГ + ЛГ) стимулируют созревание яйцеклеток. ЭКО: ФСГ и ЛГ стимулируют созревание нескольких яйцеклеток → яйцеклетки собирают и оплодотворяют спермой в лаборатории → эмбрионы развиваются до стадии小球体 (шарика клеток) → один или два эмбриона переносят в матку. Оценка: эмоциональные/физические нагрузки, низкая эффективность, риск многоплодной беременности.

Отрицательная обратная связь (HT): адреналин (надпочечники, страх/стресс) увеличивает частоту сердечных сокращений и доставку кислорода и глюкозы к мозгу и мышцам — реакция «бей или беги». Тироксин (щитовидная железа) стимулирует базальный метаболический уровень и важен для роста и развития; его уровень контролируется отрицательной обратной связью. Интерпретация простых диаграмм отрицательной обратной связи.

Растения выделяют гормоны для координации и контроля роста и реакций на свет (фототропизм) и гравитацию (геотропизм/гравитропизм). Неравномерное распределение ауксина вызывает неравномерные скорости роста в корнях и побегах — побеги изгибаются к光源у; корни растут вниз.

RP8: исследовать влияние света или гравитации на только что проросшие сеянцы — записывать в виде измерений длины и тщательных биологических рисунков с подписями.

(HT) Гиббереллины инициируют прорастание семян; этилен регулирует деление клеток и созревание плодов.

(HT) Применение: ауксины как гербициды, стимуляторы корнеобразования и для стимулирования роста при культуре тканей; этилен для контроля созревания во время хранения и транспортировки; гиббереллины для прекращения покоя семян, стимулирования цветения и увеличения размеров плодов. Рассмотрите влияние гербицидов на биоразнообразие.

• Определить гомеостаз; рецептор–координационный центр–эффектор в указанном порядке; нарисовать рефлекторную дугу с синапсом.
• Таблица частей глаза и аккомодации (наизусть); миопия против гиперметропии с методами коррекции.
• Температура: вазодилатация/потение против вазоконстрикции/дрожь, в контексте (HT).
• Инсулин и (HT) глюкагон с отрицательной обратной связью; лечение Type 1 против Type 2.
• (Bio) фильтрация почек + селективная реабсорбция; (HT) АДГ; диализ против трансплантации.
• (HT) взаимодействия ФСГ–эстроген–ЛГ–прогестерон и график; список методов контрацепции; этапы ЭКОГ; адреналин и тироксин.
• (Bio) тропизмы с участием ауксинов; RP8; (HT) три области применения гормонов.