ЗАДАЧИ С ОТВЕТАМИ. 17. Почему ни одно из насекомых не достигает больших размеров, свойственных многим другим! животным
 Скачать 462.9 Kb.
|
|
117. Для учета количества белых медведей было предложено задействовать вертолеты. Поскольку белый медведь на снегу практически незаметен, решили использовать очень чувствительные датчики, чтобы улавливать тепловое излучение, идущее от медведей. Однако несмотря на бесспорное присутствие животных, зарегистрировать тепловое излучение от них так и не удалось. Почему? Ведь белые медведи такие же теплые, как и все остальные млекопитающие! Ответ Животные, постоянно живущие на Севере, хорошо адаптированы к холоду. В частности, важнейшую роль играет шерстяной покров, создающий надежную теплоизоляцию и уменьшающий теплопотери. Оказалось, что у белых медведей шерсть обладает сверхизолирующими свойствами. Помимо общеизвестных свойств шерсти, у медведей обнаружилось еще одно, совершенно изощренное. Каждый из огромного количества волосков их шерсти дополнительно содержит канал, заполненный воздухом. Благодаря этому потери тепла с поверхности тела сводятся к минимуму. 118. Одни грызуны живут в пустыне. Жизнь других тесно связана с водой. Можно ли ожидать, что у этих двух групп грызунов имеют место большие различия в работе почек? Ответ Для обитателей пустыни главное – это экономия воды. Поэтому у них выработался целый ряд приспособительных механизмов. Естественно, что не могли остаться в стороне и почки, как орган, интенсивно участвующий в водном обмене. Пустынные организмы выделяют через почки минимально возможные количества воды. Концентрирующая функция почек развита у них настолько, что осмотическая концентрация мочи превышает таковую плазмы в 17-20 раз. У влаголюбивых грызунов другая трудность – им угрожает гипергидратация. Их почки устроены по-другому. Концентрирующий механизм редуцирован, все петли Генле укорочены и почка неспособна увеличивать осмотическую концентрацию мочи по сравнению с плазмой крови более, чем в два – три раза. В результате избыточные количества воды все время выводятся с мочой 119. Как изменяется всасывающая функция кишечника при частичном голодании? Ответ Эти данные получены в опытах на животных и они должны быть для Вас очевидными в смысле их адаптивного, приспособительного значения. Если в течение нескольких дней животное получает очень малые количества пищи, то продуктов переваривания в кишечнике становится все меньше и меньше. Следовательно, концентрационный градиент между кишечником и кровью увеличивается. В этих условиях способность всасывать, например, глюкозу и гистидин значительно возрастает. Включаются приспособительные механизмы, способствующие максимальному усвоению продуктов переваривания. 120. В каком случае скорость прохождения пищи через ЖКТ будет выше – у несущихся кур и индеек или у не несущихся? Ответ Если курица несется, это связано с повышенными энергетическими расходами. В таком случае необходимо более быстрое пополнение ресурсов организма. Поэтому у несущихся птиц пища проходит по ЖКТ значительно быстрее, чем у тех, которые не несутся. В конечном счете это приводит к более быстрому всасыванию и усвоению продуктов переваривания. 121. Вы анализируете панкреатический сок карпа и щуки. В каком из них активность ферментов окажется более высокой? Ответ Карпы питаются растительной пищей, а щуки – всем известные хищники. Соответственно у карпов активность панкреатической амилазы почти в 1 000 раз выше, чем у щуки. Зато у щук значительно выше активность протеиназ. 143. После воздействия на мышцу токсического вещества ее возбудимость стала прогрессивно снижаться. Как это было установлено? Ответ Мерой возбудимости является порог раздражения. Если при повторных измерениях величина порога все время увеличивается, это говорит о том, что возбудимость прогрессивно снижается. 144. В соответствии с законом двустороннего проведения возбуждения в нервных волокнах возбуждение, возникающее в какое-либо участке нерва, распространяется в обе стороны от этого участка. Как можно убедиться в этом? (два варианта ответа). Ответ Самый общий показатель наличия возбуждения – возникновение ПД. Следовательно, нужно зарегистрировать ПД по обе стороны от раздражающих электродов. Если же мы работаем с НМП, то отводящие электроды можно разместить только по одну сторону от раздражающих, а с другой стороны индикатором наличия возбуждения будет сокращение мышцы. 145. Как измерить продолжительность АРП в нерве или мышце? Ответ Правило АСФ. В чем сущность АРП? Это состояние полной невозбудимости, которое продолжается очень короткое время всякий раз после возникновения возбуждения. Чтобы определить наличие АРП (отсутствие возбудимости), нужно нанести дополнительное раздражение и проверить, появится ли в ответ на него новый ПД. Если интервал между первым и вторым раздражениями будет очень малым, то второе раздражение успеет попасть в АРП и второй ПД не возникнет. Увеличивая интервал между раздражениями, находим минимальный промежуток времени, при котором можно получить и второй ПД. Допустим, он составляет 3 мс. Значит, и продолжительность АРП равна этой величине. 146. У человека раздражают мышцу через кожу при помощи электродов, на которые подается электрический ток. Какие из следующих реакций могут иметь место: а) ощущение раздражения кожи без сокращения мышцы; б) сокращение мышцы без ощущения раздражения кожи; в) ощущение раздражения кожи и сокращение мышцы? Ответ Применим обратное правило АРР-ВС, поскольку известны различия между возможными результатами и нужно связать их с особенностями воздействий. Исходные положения: I) Возбудимость кожных рецепторов выше, чем возбудимость мышцы при раздражении ее через кожу. 2) Мышцу раздражают через кожу, а кожу – непосредственно. Следовательно, если раздражитель слабый, то может иметь место реакция а), если раздражитель сильный – реакция в). Реакция б) – невозможна. 147. Человек начинает работать в помещении с неприятным запахом. Однако через некоторое время он перестает ощущать этот запах. Почему? Ответ Запах вызывает раздражение обонятельных рецепторов. Если ощущение запаха исчезло, значит, или рецепторы перестали возбуждаться, или соответствующие центры перестали воспринимать идущие от рецепторов импульсы. Следовательно, возбудимость этих образований в ходе продолжающегося воздействия значительно снизилась. Это пример адаптации. 148. На мышцу наносят одинаковые электрические раздражения и регистрируют величину сокращения. Затем наносят по два раздражения подряд. Повторяют такое двойное раздражение несколько раз и при этом изменяют в каждой паре интервал между раздражениями. В каждом случае величины первого сокращения во всех парах оказываются одинаковыми, а величины второго – разными. Почему? Ответ Правило АРР-ВС прямое. Главное различие в проведении опыта – неодинаковый интервал между раздражениями. Главное различие результатов – неодинаковая величина ПД. При одной и той же силе раздражителя величина ПД зависит от возбудимости мышцы. Значит, элемент в узле пересечения, определяющий различия получаемых результатов – это «возбудимость мышцы». Почему она оказывается разной при изменении интервала между раздражениями? Потому что после АРП следуют другие фазы изменений возбудимости – относительная рефрактерная фаза, супернормальная и субнормальная. В каждой из них возбудимость разная по сравнению с исходной 149. Как установить, сохраняется ли активность нейронов КБП во время сна или эти нейроны находятся в бездействующем, заторможенном состоянии? Ответ Если нейроны активны (возбуждаются), то в них и во время сна будут возникать ПД, что можно зарегистрировать. 150. Если действовать на нерв полюсами постоянного тока, то возбуждение возникает только в момент включения и выключения тока. При действии тока неизменной величины возбуждение не возникает. Однако при этом в области катода возбудимость нерва повышается, а в области анода понижается. Как нужно поставить опыт, чтобы доказать это? Ответ Если в области полюсов постоянного тока возбудимость изменяется, значит, нужно измерить ее до и после включения тока. Для этого рядом с катодом и анодом устанавливают на нерве дополнительные раздражающие электроды и определяют при их помощи пороги раздражения в исходном состоянии и после включения тока. 166. В ходе измерения величины ПП микроэлектродным методом она со временем начинает уменьшаться. В чем причина этого явления? Ответ При введении микроэлектрода он прокалывает мембрану и появляется новый элемент-«отверстие в мембране». Именно этот элемент и определяет то, что нас интересует – различия между узлами пересечения. Сразу же после прокола мембрана в силу своей эластичности обхватывает кончик микроэлектрода. Но со временем начинается деструкция поврежденного участка мембраны, отверстие расширяется и через него происходит утечка ионов. Это и приводит к уменьшению ПП 167. Батрахотоксин – сильный нейротоксин, который значительно увеличивает натриевую проницаемость мембраны в покое. Как этот яд повлияет на величину ПП? Ответ Имеются две системы – нормальная клетка и клетка, обработанная тетродотоксином. Очевидно, что задачу следует решать по прямому правилу АРР-ВС. Из условия задачи вытекает единственное различие узлов пересечения – мембрана клетки, обработанной тетродотоксином, утрачивает по сравнению с нормальной клеткой способность пропускать ионы натрия. Остается вспомнить, играют ли ионы натрия хотя бы второстепенную роль в установлении определенной величины ПП. В покое мембрана слабо проницаема для ионов натрия. Но все-таки некоторое их количество по градиенту концентрации проникает внутрь клетки и тем самым уменьшает величину ПП, обусловленную выходом калия. Если натриевые каналы блокированы, то указанного уменьшения не произойдет и ПП несколько увеличится. 168. Величина ПП даже при отсутствии воздействия на клетку или волокно испытывает некоторые колебания. С чем это связано? ОтветВ условии задачи нет никакой дополнительной информации. Поэтому ответ можно дать только в общей форме. Величина ПП зависит от потоков ионов калия, натрия и хлора. Эти потоки в свою очередь зависят от разности концентраций этих тонов по обе стороны мембраны и от ее проницаемости. Даже в состоянии покоя эти концентрации и проницаемость мембраны могут испытывать небольшие колебания под влиянием случайных факторов 169. Гигантский аксон помещен в среду, ионный состав которой идентичен естественным условиям. При этом величина ПП имеет обычное значение. Затем ставят два опыта: а) аксон перфузируют изотоническим раствором NaCl, б) продолжая перфузию, заменяют наружную среду раствором, идентичным по ионному составу внутреннему содержимому аксона. Что произойдет в каждом случае с величиной ПП? Ответ Какое главное условие возникновения ПП? Разная концентрация ионов калия по обе стороны мембраны. Что произойдет (ситуация а), если аксон перфузируют раствором хлористого натрия? Ионы калия будут вымываться из аксона и заменяться ионами натрия. Концентрации калия по обе стороны мембраны станут выравниваться и ПП уменьшится до нуля. В ситуации б) неравновесность концентраций калия восстановится, но теперь уже снаружи его ионов будет больше, чем внутри. ПП восстановится по величине, но диффузия ионов калия пойдет в обратном направлении и поэтому внутри аксона заряд будет не отрицательным, как в обычных условиях, а положительным. 170. Во время фазы реполяризации ПД на нерв повлияли препаратом, который способствует дополнительному открытию калиевых каналов. Как это скажется на продолжительности фазы следовой гиперполяризации? Ответ Система «фаза реполяризации ПД». В чем сущность этой фазы? Поток натрия в клетку сменяется потоком калия из клетки. Естественно, при этом закрываются натриевые каналы и открываются калиевые. С чем связана фаза следовой гиперполяризации? С избыточным входом в клетку ионов калия, что приводит к увеличению МП по сравнению с исходным состоянием. Дополнительное открытие калиевых каналов будет в таком случае способствовать повышению величины следовой гиперполяризации. 171. В области аксонного холмика возбудимость нейрона наибольшая. Почему? Ответ Чем определяется возбудимость нерва? Величиной порогового потенциала. Чем она меньше, тем возбудимость выше. Значит, в области аксонного холмика пороговый потенциал наименьший и поэтому генерация ПД начинается именно в этом участке. Конкретизировать ответ нужно уже на микроуровне. Оказывается, в области аксонного холмика в мембране имеется особенно много ионных каналов. Это обеспечивает более интенсивный поток ионов, приводящий к появлению ПД. 172. Концентрацию ионов натрия внутри нервной клетки повысили. Как это повлияет на возникновение ПД? Ответ Разность концентраций натрия по обе стороны мембраны снизится и ПД уменьшится или вообще не возникнет. 173. Если бы при раздражении нерва активация натриевых и калиевых каналов происходила не последовательно, а одновременно, к чему бы это привело? Ответ Вход натрия в клетку сразу же компенсировался бы выходом калия, поэтому не происходила бы деполяризация мембраны и ПД не мог бы возникнуть. 174. Может ли какое-либо вещество повлиять на состояние нервной клетки, если оно не способно пройти через клеточную, мембрану? Ответ Система «клетка» состоит из двух основных подсистем – «цитоплазма» и '«мембрана». Если вещество не проникает в клетку, значит, оно может подействовать только на мембрану. Это действие может выразиться в блокаде ионных каналов, нарушении работы каких-то ферментов, повреждении структурных компонентов мембраны и т. п. Во всех случаях состояние клетки изменится. 175. Если вызвать в нервной клетке возбуждение, повлияет ли это на электропроводность ее мембраны? Ответ. Электропроводность – это способность проводить электрический ток. Во время возбуждения ионные потоки через мембрану резко увеличиваются, следовательно, электропроводность возрастает. 176. Известно, что возбуждение нерва или мышцы можно вызвать, применяя различные раздражители – электрические, химические, механические и т.д. Чем объяснить, что раздражители разной природы вызывают один и тот же эффект – возбуждение? Ответ Все эти раздражители способны вызвать деполяризацию мембраны, что приводит к возбуждению. 177. На нерв воздействуют фактором, который не влияет на КУД. Тем не менее пороговый потенциал увеличивается. Чем это можно объяснить? Как при этом изменяется возбудимость нерва? Ответ Пороговый потенциал – это разность между уровнями МП и КУД. Если уровень КУД не изменился, а пороговый потенциал увеличился, значит, увеличился МП, произошла гиперполяризация мембраны. Это приводит к снижению возбудимости. 178. Раздражают содинаковой частотой два нерва – большого и малого диаметра. Оба нерва находятся в бескислородной среде. Какой из нервов раньше перестанет генерировать ПД при условии, что раздражение будет длительным? Ответ Система «раздражение в бескислородной среде» взаимодействует с двумя системами – «нерв большого диаметра» и «нерв малого диаметра». Для анализа узлов пересечения необходимо установить, какой элемент будет определять получение различных результатов. В бескислородной среде нарушаются метаболические процессы. Таким образом в узле пересечения с одной стороны будет элемент «отсутствие кислорода», а с другой – «метаболические процессы». Причем не любые, а в первую очередь те, которые связаны с освобождением энергии, необходимой для генерации ПД. Теперь поищем определяющий элемент. Он представлен работой натриево-калиевого насоса. При возникновении ПД ионы натрия и калия движутся по градиенту концентрации и это приводит к постепенному выравниванию их разности по обе стороны мембраны. Но благодаря работе натриево – калиевого насоса обеспечивается движение ионов против градиента концентраций и восстановление исходной их разности. Для этого приходится затрачивать энергию. В бескислородной же среде насос работать не сможет. Это приведет к выравниванию концентраций и прекращению генерации ПД. Таким образом в окончательном виде узел пересечения будет выглядеть так: «раздражение нерва» – «выравнивание ионных концентраций по обе стороны мембраны». Теперь остается выяснить, в каком же нерве такое выравнивание произойдет быстрее. Очевидно, там, где общее количество ионов меньше. Вот мы и пришли к главному различию узлов пересечения – в тонком нерве содержится меньше ионов, чем в толстом. Это понятно. Но тогда ясно, что по этой причине в толстом нерве в условиях опыта выравнивание ионных концентраций будет происходить медленнее, чем в тонком. Значит, в бескислородной среде тонкий нерв перестанет генерировать ПД раньше, чем толстый. 179. Изобразите графически ПД, зарегистрированный при внутриклеточном и внеклеточном отведении. Почему эти кривые различаются? Ответ. Нужно сравнить, какие процессы происходят при регистрации ПД в случае внутри- и внеклеточного отведения. При внутриклеточном отведении регистрируют разность потенциалов между содержимым клетки и ее наружной поверхностью. Для этого один электрод (микро) вводят внутрь клетки, а другой находится снаружи. Получаем такую, хорошо Вам известную, Она отражает следующие изменения МП – локальный ответ, деполяризация с самоускорением, пик, реполяризация, следовые потенциалы. При внеклеточном же отведении регистрируют совсем другие показатели. Это разность потенциалов между возбужденным участком на поверхности мембраны и соседним невозбужденным ее участком. Поскольку мы учитываем состояние двух участков, то регистрация должна продолжаться до тех пор, пока возбуждение не пройдет через оба этих участка. Таким образом при внеклеточном отведении мы улавливаем движение возбуждения по нерву. Результат отражен на рис. 7.7. Это так называемое двухфазное (в обе стороны от нулевой линии) колебание ПД. Кривая искусственно растянута, чтобы наглядней представить  каждую из ее частей. Объяснить, почему эти части выглядят именно так, Вы, конечно, сможете самостоятельно. |