Биология: путь к пониманию жизни – от клеточных механизмов до эволюции видов. Цикл: учебники и учебные пособия по биологии, сельскому хозяйству, зоологии, анатомии и агрономии

Метаболизм

Метаболизм – это совокупность химических реакций, происходящих в клетках организма, обеспечивающих его энергией и строительными материалами. Он включает два основных процесса:

– Катаболизм: Разложение сложных молекул на более простые с выделением энергии. Примером катаболизма является расщепление глюкозы до углекислого газа и воды с образованием АТФ (аденозинтрифосфата) – основного источника энергии для клеток.

– Анаболизм: Синтез новых молекул из простых предшественников, требующий затрат энергии. Пример анаболизма – синтез белков из аминокислот.

Клеточные мембраны и транспорт веществ

Клетки организма отделены от окружающей среды клеточными мембранами, состоящими из липидов и белков. Эти мембраны обеспечивают избирательное проникновение веществ внутрь клетки и наружу.

– Осмос: Процесс перемещения воды через полупроницаемую мембрану из области с меньшей концентрацией растворенных веществ в область с большей концентрацией.

– Диффузия: Перемещение молекул из области высокой концентрации в область низкой концентрации без затраты энергии.

– Активный транспорт: Перенос веществ через мембрану против градиента концентрации с использованием энергии АТФ.

Иммунная система

Иммунная система защищает организм от инфекций и чужеродных агентов. Она состоит из двух компонентов:

– Врожденный иммунитет: Первичная защита, которая реагирует быстро, но неспецифично на любые патогены.

– Адаптивный иммунитет: Специфический ответ на конкретные антигены, который развивается со временем и обеспечивает долговременную защиту.

Вывод

Общие принципы функционирования организма основаны на взаимодействии различных систем органов и процессов, таких как гомеостаз, регуляция нервной и эндокринной системами, метаболизм, работа клеточных мембран и иммунная защита. Все эти компоненты работают вместе, чтобы обеспечить выживание и адаптацию организма к изменяющимся условиям внешней среды.

Упражнение №14 Упражнение для закрепления материала по теме: «Параграф 5.1: Общие принципы функционирования организма»

1. Легкие вопросы:

– 1. Что изучает физиология? a) Строение органов и тканей

b) Механизмы жизнедеятельности организма

c) Только нервную систему человека

d) Развитие растений

– 2. Какие из перечисленных процессов входят в физиологию? a) Рост и развитие организма

b) Механизмы поддержания гомеостаза

c) Состав клеток и тканей

d) Все вышеперечисленное

– 3. Что такое гомеостаз? a) Процесс роста организма

b) Способность организма поддерживать внутреннюю стабильность

c) Способность организма к обучению

d) Отсутствие изменений в организме

2. Средние вопросы:

– 4. Какая из функций нервной системы связана с поддержанием гомеостаза? a) Секреция гормонов

b) Передача нервных импульсов

c) Регуляция обмена веществ

d) Реакция на внешние раздражители

– 5. Что из следующего является примером адаптации организма к изменениям внешней среды? a) Переваривание пищи в желудке

b) Различие между ночным и дневным ритмом работы организма

c) Ответ организма на стрессовые ситуации (реакция «бей или беги»)

d) Поступление кислорода в клетку

– 6. Какой орган играет ключевую роль в поддержании водно-солевого баланса организма? a) Легкие

b) Печень

c) Почки

d) Сердце

3. Сложные вопросы:

– 7. Какое из перечисленных утверждений о биохимических процессах в организме является верным? a) Все биохимические реакции происходят в клетке с одинаковой скоростью

b) Биохимические реакции могут протекать только в присутствии ферментов

c) Все биохимические реакции идут без участия кислорода

d) В биохимических процессах всегда участвуют только органические молекулы

– 8. Какая система организма играет важнейшую роль в адаптации к стрессовым ситуациям, включая выброс адреналина? a) Нервная система

b) Эндокринная система

c) Лимфатическая система

d) Кровеносная система

– 9. Как организм поддерживает равновесие между внутренней средой и внешней средой, несмотря на постоянные изменения внешних условий? a) За счет катаболизма

b) За счет обмена веществ

c) За счет гомеостаза

d) За счет терморегуляции

4. Очень сложные вопросы:

– 10. Какие из следующих механизмов играют ключевую роль в поддержании гомеостаза на уровне клеток? a) Активный и пассивный транспорт веществ через мембрану

b) Процессы транскрипции и трансляции ДНК

c) Использование митохондриальной энергии для синтеза АТФ

d) Все перечисленные

– 11. Какие из научных исследований сыграли важную роль в понимании физиологии адаптации организма к гипоксии? a) Исследования на животных в условиях кислородного голодания

b) Изучение влияния ультрафиолетового излучения на клетки

c) Эксперименты по воздействию высокой температуры на живые организмы

d) Исследования влияния на организм вибрации и шумов

– 12. Каковы механизмы клеточной адаптации в условиях длительного стресса (например, при хронической гипоксии)? a) Увеличение количества митохондрий для увеличения производства энергии

b) Индукция апоптоза в клетках

c) Снижение активности всех клеточных процессов для минимизации затрат энергии

d) Увеличение концентрации клеточных мембранных белков, отвечающих за транспорт веществ

Ответы:

– 1. b) Механизмы жизнедеятельности организма

– 2. b) Механизмы поддержания гомеостаза

– 3. b) Способность организма поддерживать внутреннюю стабильность

– 4. b) Передача нервных импульсов

– 5. c) Ответ организма на стрессовые ситуации

– 6. c) Почки

– 7. b) Биохимические реакции могут протекать только в присутствии ферментов

– 8. b) Эндокринная система

– 9. c) За счет гомеостаза

– 10. d) Все перечисленные

– 11. a) Исследования на животных в условиях кислородного голодания

– 12. a) Увеличение количества митохондрий для увеличения производства энергии

Эти задания помогут учащимся закрепить пройденный материал параграфа.

5.2. Дыхательная система.

Параграф 5.2 посвящен дыхательной системе организма человека и животных. В нем рассматриваются основные функции этой системы, а также строение и работа ее органов.

Основные функции дыхательной системы

– Поставка кислорода – кислород необходим для окислительных процессов в клетках, которые обеспечивают организм энергией.

– Выведение углекислого газа – продукт метаболизма, который необходимо удалять из организма.

– Регуляция уровня pH крови – дыхательная система участвует в поддержании кислотно-щелочного баланса (гомеостаза) путем изменения концентрации углекислого газа в крови.

– Защита от инфекций – слизь и реснички в дыхательных путях помогают задерживать и выводить патогены.

– Производство звуков речи – голосовые связки в гортани участвуют в создании звуков при разговоре.

Строение дыхательной системы

Дыхательная система состоит из нескольких основных частей:

Верхние дыхательные пути

– Носовая полость:

– Функции: увлажнение, нагревание и фильтрация воздуха; обоняние.

– Строение: покрыта слизистой оболочкой с ресничками и железами, выделяющими слизь.

– Глотка:

– Функция: соединение носовой полости и ротовой полости с гортанью.

– Строение: включает три части: носовую часть (носоглотку), ротовую часть (ротоглотку) и гортанную часть (гортаноглотку).

– Гортань:

– Функции: проведение воздуха к трахее; защита дыхательных путей от попадания пищи; участие в звукообразовании.

– Строение: содержит голосовые связки, которые могут изменять свою форму и натяжение, создавая звуки.

Нижние дыхательные пути

– Трахея:

– Функция: проводит воздух от гортани к бронхам.

– Строение: трубчатая структура, состоящая из хрящевых полуколец, соединенных эластичными волокнами и мышцами.

– Бронхи:

– Функция: разветвление трахеи на более мелкие бронхиолы.

– Строение: крупные бронхи делятся на более мелкие бронхиолы, которые ведут к альвеолам легких.

– Альвеолы:

– Функция: место обмена газов между воздухом и кровью.

– Строение: микроскопические воздушные мешочки, окруженные сеткой капилляров, через стенки которых происходит газообмен.

Легкие

– Правое легкое: делится на три доли.

– Левое легкое: делится на две доли.

– Плевра: тонкая мембрана, покрывающая легкие и выстилающая внутреннюю поверхность грудной клетки.

Механизм дыхания

Процесс дыхания можно разделить на несколько этапов:

– Вдох (инспирация):

– Мышцы диафрагмы и межреберные мышцы сокращаются, увеличивая объем грудной клетки.

– Воздух втягивается в легкие под действием разницы давлений.

– Выдох (экспирация):

– Диафрагма и межреберные мышцы расслабляются, уменьшая объем грудной клетки.

– Воздух вытесняется из легких за счет повышения давления внутри них.

Газообмен

Газообмен происходит в альвеолах легких:

– Кислород из воздуха переходит в кровь через тонкие стенки альвеолярных капилляров.

– Углекислый газ из крови переходит в альвеолы и затем выводится наружу при выдохе.

Регуляция дыхания

Регулируется дыханием центральной нервной системой:

– Дыхательный центр в продолговатом мозге контролирует частоту и глубину дыхания.

– Хеморецепторы реагируют на изменение концентрации углекислого газа и кислорода в крови, посылая сигналы в дыхательный центр.

Таким образом, дыхательная система играет ключевую роль в обеспечении жизнедеятельности организма, обеспечивая его кислородом и удаляя продукты метаболизма.

Упражнение №15 Упражнение по теме: «Параграф 5.2. Дыхательная система»

Часть I. Лёгкие вопросы

Какую основную функцию выполняет дыхательная система?

a) Переваривание пищи

b) Газообмен

c) Защита организма

d) Выработка энергии

Что происходит при вдохе?

a) Лёгкие сжимаются

b) Диафрагма расслабляется

c) Грудная клетка расширяется

d) Лёгкие уменьшаются в объёме

Назовите основной газ, который удаляется из организма через дыхательную систему.

a) Кислород

b) Азот

c) Углекислый газ

d) Водород

Часть II. Средние вопросы

Опишите, как связаны строение альвеол с их функцией газообмена.

Какую роль выполняют реснички в дыхательных путях?

a) Удерживают воздух

b) Очищают воздух от пыли и микробов

c) Усиливают кровообращение

d) Обеспечивают движение кислорода

Какие основные изменения происходят в составе воздуха, проходящего через дыхательную систему?

а) Увеличивается содержание кислорода

б) Уменьшается содержание углекислого газа

c) Уменьшается содержание кислорода и увеличивается углекислый газ

d) Воздух остаётся неизменным

Часть III. Сложные вопросы

Опишите процесс диффузии газов в лёгочных альвеолах. Какие условия необходимы для её эффективного протекания?

Как влияет увеличение углекислого газа в крови на дыхательный центр в головном мозге?

а) Уменьшает частоту дыхания

b) Увеличивает частоту дыхания

c) Не влияет

d) Блокирует газообмен

Почему при высоких физических нагрузках возрастает скорость дыхания? Объясните механизм регуляции.

Часть IV. Сверхсложные вопросы

Как изменение атмосферного давления на больших высотах влияет на процесс газообмена в лёгких? Какие механизмы адаптации организма позволяют компенсировать эти изменения?

Опишите последствия повреждения сурфактанта в альвеолах. Какие физиологические нарушения это может вызвать?

Проведите сравнительный анализ дыхательных систем человека и земноводных. Как различия в строении и функциях органов связаны с образом жизни этих организмов?

Инструкции для выполнения:

Ответьте на вопросы, выбрав один правильный вариант или написав развернутый ответ.

Для сложных и сверхсложных вопросов обоснуйте своё мнение с опорой на учебный материал.

Проверьте свои ответы с учебником и уточните непонятные моменты с преподавателем.

Параграф 5.3. Кровообращение

Кровообращение – это процесс циркуляции крови по организму с помощью сердца и кровеносных сосудов. Эта система играет ключевую роль в поддержании жизнедеятельности организма, обеспечивая доставку кислорода и питательных веществ к тканям и органам, а также удаление продуктов метаболизма.

Основные компоненты системы кровообращения:

– Сердце – центральный орган системы кровообращения, который выполняет функцию насоса, перекачивающего кровь по сосудам.

– Артерии – сосуды, которые несут кровь от сердца к органам и тканям. В артериях кровь находится под высоким давлением.

– Вены – сосуды, возвращающие кровь обратно к сердцу после того, как она прошла через ткани и органы. Давление в венах ниже, чем в артериях.

– Капилляры – мельчайшие сосуды, соединяющие артериальную и венозную части системы. Именно здесь происходит обмен веществами между кровью и тканями.

Структура сердца:

Сердце состоит из четырех камер: двух предсердий (правого и левого) и двух желудочков (также правого и левого). Правое предсердие принимает кровь из большого круга кровообращения, правый желудочек направляет ее в легкие для обогащения кислородом. Левый желудочек получает насыщенную кислородом кровь из легких и отправляет ее ко всем органам и тканям тела.

Большой круг кровообращения:

Начинается в левом желудочке, откуда кровь поступает в аорту – самую крупную артерию организма. Оттуда кровь распределяется по всему телу через систему артерий, артериол и капилляров. В капиллярах происходит обмен газами и питательными веществами между кровью и клетками тканей. Затем кровь собирается в венулы и вены, возвращаясь в правое предсердие.

Малый круг кровообращения (легочный):

Начинается в правом желудочке, откуда кровь направляется в легочные артерии. В легких кровь обогащается кислородом и освобождается от углекислого газа. Обогащенная кислородом кровь возвращается в левое предсердие по легочным венам.

Движение крови:

Движущей силой кровотока является сердечная деятельность, которая создает давление в сосудах. Артериальное давление поддерживается за счет работы сердечной мышцы и эластичности стенок артерий. Венозный возврат обеспечивается за счет сокращения скелетной мускулатуры, клапанов в венах и отрицательного давления в грудной полости при дыхании.

Регуляция кровообращения:

Регулирование кровообращения осуществляется нервной системой и гуморальными факторами (гормонами и другими химическими веществами). Например, адреналин увеличивает частоту сердечных сокращений и сужает периферические сосуды, что повышает кровяное давление. Нервная регуляция осуществляется симпатической и парасимпатической системами вегетативной нервной системы.

Важные биологические понятия и термины:

– Гемодинамика – раздел физиологии, изучающий движение крови по сосудистой системе.

– Систола – фаза сердечного цикла, когда сердце сокращается и выбрасывает кровь в сосуды.

– Диастола – фаза сердечного цикла, когда сердце расслабляется и наполняется кровью.

– Пульс – ритмические колебания стенок артерий, вызванные выбросом крови сердцем.

– Тромбоциты – клетки крови, участвующие в процессе свертывания крови.

– Эритроциты – красные кровяные тельца, содержащие гемоглобин, который переносит кислород.

– Лейкоциты – белые кровяные тельца, играющие важную роль в иммунной защите организма.

Таким образом, кровообращение представляет собой сложный и жизненно важный процесс, обеспечивающий нормальное функционирование всех органов и систем организма.

Кровотечение – это выход крови из поврежденного сосуда наружу или внутрь полостей тела. Оно может быть вызвано различными травмами, заболеваниями или хирургическими вмешательствами. В зависимости от характера повреждения сосудов различают несколько видов кровотечений, каждый из которых требует специфического подхода к оказанию первой медицинской помощи.

Классификация кровотечений

– По месту выхода крови:

– Наружное кровотечение – кровь выходит наружу через рану или естественные отверстия.

– Внутреннее кровотечение – кровь скапливается внутри тела, например, в брюшной или плевральной полости.

– По типу поврежденного сосуда:

– Капиллярное кровотечение.

– Венозное кровотечение.

– Артериальное кровотечение.

Теперь рассмотрим каждый тип кровотечения подробнее.

Капиллярное кровотечение

Определение: Это кровотечение из мелких сосудов – капилляров. Обычно оно возникает при поверхностных ранениях кожи, таких как царапины, порезы или ожоги.

Характеристика: Кровь выделяется медленно, равномерно покрывая поверхность раны. Цвет крови обычно темно-красный.

Первая медицинская помощь:

– Остановить кровотечение можно путем наложения стерильной повязки на рану. Если кровотечение незначительное, достаточно приложить чистую ткань или марлю.

– При необходимости используйте антисептик для обработки раны.

– Если кровотечение не останавливается, приложите лед или холодный компресс, чтобы сузить сосуды и уменьшить потерю крови.

Венозное кровотечение

Определение: Возникает при повреждении вен. Кровь вытекает непрерывно, но под низким давлением, так как вены находятся ближе к поверхности тела.

Характеристика: Кровь имеет темный цвет и течет медленно, но постоянно. Рана может сильно кровоточить, особенно если повреждены крупные вены.

Первая медицинская помощь:

– Наложите давящую повязку на место ранения. Для этого можно использовать стерильный бинт или чистую ткань.

– При сильном кровотечении поднимите конечность выше уровня сердца, чтобы снизить приток крови к месту травмы.

– Если кровотечение продолжается, наложите жгут выше места ранения, но только на короткое время (не более 1—2 часов), чтобы избежать некроза тканей.

Артериальное кровотечение

Определение: Самое опасное и быстрое кровотечение, возникающее при повреждении артерий. Артерии переносят кровь от сердца к органам и тканям под высоким давлением.

Характеристика: Кровь ярко-красного цвета, пульсирует и быстро вытекает из раны. Потеря крови может быть значительной и привести к шоку.

Первая медицинская помощь:

– Сразу же прижмите артерию выше места ранения, чтобы остановить поток крови. Используйте пальцы или кулак.

– Наложите тугую повязку на рану, используя чистый материал.

– Если кровотечение не удается остановить, наложите жгут выше места ранения. Обязательно отметьте время наложения жгута!

– Пострадавшего необходимо срочно доставить в медицинское учреждение.

Категории кровотечений

Кроме классификации по типу поврежденного сосуда, кровотечения могут быть разделены на следующие категории:

– Незначительные кровотечения: Легкие порезы, царапины, небольшие раны. Первая помощь заключается в обработке раны антисептиком и наложении стерильной повязки.

– Умеренные кровотечения: Более глубокие раны, требующие наложения давящей повязки. Важно контролировать состояние пострадавшего и следить за признаками шока.

– Обильные кровотечения: Сильное кровотечение, которое трудно остановить. Требуется немедленное наложение жгута и срочная медицинская помощь.

Признаки шока

Шок – это состояние, вызванное острой потерей крови, которое может угрожать жизни человека. Симптомы шока включают:

– Бледность кожи.

– Холодный пот.

– Учащенное дыхание.

– Низкое артериальное давление.

– Спутанность сознания или потеря сознания.

При подозрении на шок необходимо немедленно обратиться за медицинской помощью.

помещение, предназначенное для проведения сложных медицинских манипуляций, включая экстренные ситуации, такие как кровотечение.

Что делают врачи в этом случае?

– Остановка кровотечения: Хирурги сразу же предпринимают меры для остановки кровотечения. Это может включать:

– Прямое прижатие источника кровотечения.

– Использование специальных инструментов для временной остановки кровотечения (например, зажимов).

– Применение методов гемостаза (остановки кровотечения), таких как электрокоагуляция или использование специальных препаратов.

– Оценка состояния пациента: Анестезиолог-реаниматолог оценивает общее состояние пациента, контролирует уровень артериального давления, пульса, дыхания и других жизненных показателей. При необходимости вводятся препараты для поддержания сердечно-сосудистой деятельности.

– Замещение объема крови: Если кровотечение значительное, пациенту могут начать переливание крови или её компонентов (эритроцитов, плазмы) для восполнения потерянного объема крови.

– Коррекция операции: В зависимости от тяжести кровотечения и общего состояния пациента операция может быть продолжена или приостановлена до стабилизации состояния. В некоторых случаях возможно завершение операции в ускоренном режиме, чтобы минимизировать дальнейшие риски.

Когда пациента переводят в реанимацию?

Перевод пациента в реанимационное отделение возможен, если кровотечение не удается полностью остановить в операционной, и требуется дополнительное наблюдение и лечение в условиях интенсивной терапии. Реанимация оснащена необходимым оборудованием для мониторинга и поддержки жизненно важных функций организма.

Перевод в травмпункт

Перевод пациента в травмпункт маловероятен, поскольку операционные и реанимационные отделения являются частью стационара, где проводится хирургическое вмешательство. Травмпункты предназначены для оказания первичной медицинской помощи пациентам с травмами, поступающими извне, и не оборудованы для проведения сложных операций и последующего наблюдения за пациентами в критическом состоянии.

В последние годы активно развиваются технологии роботизированной хирургии, и уже существуют системы, позволяющие проводить сложные операции с использованием роботов-хирургов. Однако стоит отметить, что даже самые современные системы не работают полностью автономно; они управляются хирургами-человеками, хотя и имеют высокую степень автоматизации.

Примеры роботизированных хирургических систем

– Da Vinci Surgical System – одна из самых известных и широко используемых систем роботизированной хирургии. Она позволяет выполнять минимально инвазивные операции с высокой точностью благодаря трем или четырем «рукам», каждая из которых управляет хирургическими инструментами. Система используется для различных процедур, включая урологию, гинекологию, кардиохирургию и общую хирургию.