Решения задач для самоконтроля

 

76. Нет. Это реакция на прямое раздражение. В естественных же условиях рефлекторное возбуждение центральных нейронов обязательно связано с прохождением нервных импульсов по афферентным путям и воздействием на эти нейроны через синапсы.

77. Система «чувствительное волокно» проводит возбуждение от рецепторов, а система «двигательное волокно» проводит возбуждение к мышцам. Проверим это в условиях опыта. Опустим левую лапку в кислоту или ущипнем ее. Ответа нет. Значит, чувствительные волокна уже блокированы. Если же сильно ущипнуть другую, правую лапку, на которой чувствительные волокна не выключались, то сократятся обе лапки – и правая, и левая. Следовательно, в альтерированном нерве двигательные волокна еще функционируют. Через некоторое время левая лапка перестанет отвечать на любые воздействия, кроме прямого раздражения мыши. Это говорит о том, что прекратилось проведение и в чувствительных, и в двигательных волокнах.

78. Правило АСС просто умоляет использовать его. Но задачи данной части мы договорились решать пока что без правил, а исходя только из требований физиологического мышления. Любой рефлекс осуществляется под влиянием соответствующего центра, который должен для этого получить сигналы от каких-то специфических рецепторов. Для кашлевого рефлекса эти рецепторы заложены в дыхательных путях, например, в бронхах. Дальнейшее должно быть Вам понятно. Если после перерезки мы сошьем периферический конец кожного нерва с центральным концом афферентного нерва, идущего от бронха, то при нанесении раздражения на кожу импульсы от ее рецепторов придут в центр, вызывающий кашель. Разумеется, до начала опытов нужно будет выждать, пока нервы не срастутся и восстановится проведение возбуждения в них.

79. Будем исходить из принципа целесообразности. Чем могут раздражаться эти волоски в естественных условиях? Попаданием в ушную раковину инородного тела, например, песчинки или насекомого. Тогда возникающий рефлекс будет способствовать удалению этого тела.

80. Эта задача просто на внимание. Сказано «один из концов перерезанного афферентного нерва», но не уточнено, какой именно. Поэтому нужно, не мудрствуя лукаво, подумать именно об этом. Афферентный нерв проводит нервные импульсы в соответствующий центр. После перерезки получаются два конца – центральный и периферический. Чтобы воспроизвести функцию нерва нужно, конечно, раздражать центральный конец. Значит, в опыте раздражали периферический конец.

81. Более точен второй термин. Он указывает не на способ воздействия, а на его механизм. Важно не то, что воздействуют иглами (используют и другие приемы). Главное – раздражение определенных БАТ, что вызывает те или иные рефлекторные реакции.

82. Построим систему «терморегуляция». В нее входят: задающий элемент (нейроны гипоталамуса, определяющие, какую температуру нужно поддерживать), управляющий элемент (центры теплопродукции и теплоотдачи), объект управления (в данном случае потовые железы) и измерительный элемент (терморецепторы). Для большей наглядности Вы можете нарисовать эту схему. Внимательно посмотрите на нее и ответ становится ясным. Если нарушится работа терморецепторов, то центры перестанут получать информацию о том, какова же в каждый данный момент температура тела (точнее, крови). Таким образом в этой ситуации прекращается функционирование обратной связи. В результате управляющий элемент «не знает», что делать и не выдает нужные команды. Поэтому воздействие центров на потовые железы прекратится.

Возможен и другой вариант. Если задающий элемент установит требуемую температуру крови на значительно более высоком уровне по сравнению с обычными условиями, то даже при повышении температуры крови она может не достигнуть этого нового уровня. Тогда центры будут реагировать на такую кровь как на «холодную» и соответственно не будет включаться потоотделение.

83. 1 - ПС, 2 - ПС, 3 - РП, 4 - РП, 5 - РП, 6 - ФП.

84. 1 - ПС, 2 - ПС, 3 - ОС, 4 - РП, 5 - РП, 6 - РП, 7 - ФП.

85. 1 - ПС, 2 - РП, 3 – ОС, 4 - РП, 5 - РП, 6 - ФП.

86. Нет. Гомеокинез – это не просто какие-то колебания или отклонения от определенного уровня. Гомеокинез – это процесс перехода от одного устойчивого состояния к другому, причем разница между показателями, характеризующими эти состояния, может быть весьма значительной. Поддержание же стабильного состояния является гомеостатической функцией. Однако регулируемая величина в связи с различными случайными воздействиями может несколько отклоняться от стабильного уровня в сторону увеличения или уменьшения. Эти колебания компенсируются отрицательной обратной связью и ни в коей мере не являются проявлением гомеокинеза.

87. С отрицательной, конечно, нет. Она ведь не дает значительно отклоняться от заданного уровня. Положительная же обратная связь, напротив, способствует быстрому переходу системы в новое состояние.

Например, при возбуждении СНС выделяется А. В свою очередь он способствует усилению процессов, приводящих к дальнейшему выделению А и т.д. Таким образом процесс идет до определенного момента с самоускорением, что приводит к быстрой мобилизации ресурсов организма и переходу многих его систем (кровообращение, дыхание, обмен веществ и т. д.) на новый уровень.

88. Эта задача по существу является продолжением задачи 86. Очень хорошо, если Вы сразу это поняли. Действительно, раз показатели, отражающие состояние системы, испытывают колебания вокруг некоторого определенного уровня, это говорит о том, что в системе протекает процесс регулирования. В данном случае речь идет о поддержании позы. В силу ряда причин (работа сердца, дыхание, случайные факторы) центр тяжести тела все время смещается. В ответ на это и происходит компенсаторное перераспределение мышечного тонуса.

89. Изолированная скелетная мышца отсоединена от ЦНС. Поэтому никаких рефлекторных реакций вызвать в ней нельзя. Изолированное сердце также отсоединено от ЦНС. Однако, в отличие от скелетной мышцы в нем имеются интрамуральные вегетативные ганглии – очень существенный элемент, через который могут осуществляться местные, периферические внутри-сердечные рефлексы. Соответственно в этих ганглиях имеются афферентные, вставочные и эфферентные нейроны, образующие рефлекторные дуги внутри-сердечных рефлексов.

90. Никакой игры слов здесь нет. Вспомним, что связи могут быть прямыми и обратными. Прямая связь дыхательного центра с легкими отсутствует, он ими не командует. А обратная связь существует, поскольку дыхательный центр получает сигналы от рецепторов, заложенных в органах дыхательной системы и в соответствии с поступившей информацией изменяет свою работу.

91. Конечно. На такую пищу у ежей выделяется особая пенистая слюна, которая нейтрализует ядовитые вещества. Понятно, что этот процесс, несомненно, является регуляторным.

92. Летом корм влажный, а в стойловый период (зимой) – более сухой. Естественно, регуляторные механизмы обеспечивают выделение больших количеств слюны в стойловый период – при поедании сухого корма.

93. Будем исходить из того, что. при атеросклеротических изменениях в сосудах КД повышается. Следовательно, система регуляции работает менее эффективно и не снижает самостоятельно КД так, как это происходит у здорового человека. Одна из причин состоит в том, что чувствительность барорецепторов при атеросклерозе снижается и реакция на повышение КД оказывается ослабленной.

94. При повышении АД, не связанном с мышечной работой, импульсы от барорецепторов приводят к регуляторному расширению сосудов и ослаблению работы сердца, Это обеспечивает быстрое снижение АД. Но при физической работе уменьшение активности сердца физиологически нецелесообразно. Поэтому в данной ситуации регуляторная реакция заключается во временном блокировании рефлексов с барорецепторов и включении других механизмов.

 

Принцип адаптивности

Тренировочные задачи

 

95. Киты и тюлени плавают в воде, температура которой может быть близка к точке замерзания. Выше уже говорилась, что эти животные защищены от переохлаждения толстым слоем подкожного жира. Но плавники китов и ласты тюленей для выполнения своей функции должны быть тонкими и иметь обтекаемую форму. Поэтому подкожного жира в них нет. Каким же путем пошла адаптация, чтобы защитить плавники и ласты от переохлаждения и отдачи большого количества тепла? Без подсказки здесь обойтись трудно, поэтому учтите, что эти органы обильно снабжены кровеносными сосудами.

Решение. Подкожный жир обеспечивает пассивную защиту от охлаждения за счет мощной теплоизоляции. Для плавников и ластов пришлось использовать активный процесс при помощи механизма противоточного теплообмена. Венозные сосуды плавников проходят очень близко от артерий, практически окружая их. Теплая кровь, которая течет по артериям, нагревает холодную кровь, приходящую по венам, и при этом сама охлаждается. В результате в плавники поступает кровь, успевшая отдать значительную часть тепла венозной крови. А последняя в свою очередь нагревается, прежде чем поступить в тело кита. Таким образом в плавники притекает относительно холодная кровь, а в тело – относительно теплая. Противоточный теплообмен встречается и у других животных, живущих в полярных условиях, например, у пингвинов.

96. Если Вы поняли принцип противоточного теплообмена, то попробуйте решить следующую задачу с аналогичной, но противоположной ситуацией.

Выше уже говорилось, что некоторые животные приспособились к условиям пустыни путем повышения температуры тела до 46-47 ° С Это способствует увеличению отдачи тепла конвекцией и радиацией и позволяет экономить воду, которая должна была бы расходоваться при теплоотдаче исключительно за счет испарения. Но мы знаем, что нейроны головного мозга весьма чувствительны к высокой температуре. Как же защитить мозг антилоп и газелей от чрезмерного перегревания?

Решение. Народную мудрость «держи ноги в тепле, а голову в холоде» природа в данном случае использовала вполне эффективно. Так, например, у антилопы бейза температура мозга повышается на три градуса меньше, чем в остальных частях тела. Оказалось, что и здесь адаптация пошла по пути использования механизма противоточного теплообмена. Наружные сонные артерии у бейзы проходят через кавернозный синус, где они распадаются на сотни мелких артерий. В свою очередь кавернозный синус наполняется охлажденной венозной кровью, оттекающей из сосудов носовой полости где благодаря испарению жидкости с влажных слизистых и происходит значительное понижение температуры. В результате артериальная кровь, пройдя через кавернозный синус, заметно охлаждается, прежде чем поступить в мозг.

97. В секреции молока у кормящей самки кенгуру наблюдается удивительная особенность. Две соседние молочные железы одновременно секретируют молоко совершенно различное по составу. У животных других видов ничего подобного не наблюдается. Попробуйте объяснить все это.

Решение. Сколь необычной ни казалась бы та или иная реакция, все равно и эта особенность должна иметь адаптивное, приспособительное значение. К чему же в таком случае приспосабливается организм самки кенгуру? Молоко необходимо для кормления детенышей. Даже если Вы не знаете особенностей молодого поколения кенгуру по сравнению с потомством других млекопитающих то нетрудно,об этом догадаться. Если молоко разное, значит, и детеныши разные. Действительно, кенгурята рождаются крошечными и совсем незрелыми. Сил хватает только на то, чтобы доползти до сумки, забраться в нее, найти сосок и надолго повиснуть на нем. Детеныш «дозревает» в сумке так долго, что за это время рядом с ним успевает появиться следующий новорожденный. Естественно, возраст «старого» и «молодого» детенышей существенно различается. Соответственно и потребности в питании у них различны.. На это и реагирует организм матери, направляя к разным соскам разное по составу молоко.

98. Красные мышцы у животных являются тоническими и соответственно используются организмом для длительного мышечного напряжения – тонуса, например, при поддержании позы. Можно ли ожидать каких- то особенностей кровоснабжения этих мышц?

Решение. При поддержании позы мышцы сокращаются длительно. Это требует усиленного кровоснабжения. Не случайно поэтому в таких мышцах мы находим целый ряд адаптивных особенностей – обильное развитие мелких артерий, а в капиллярах наличие особых вздутий, которые являются резервуарами крови, используемой при длительном тоническом сокращении.

99. При высокой температуре среды у животных, не имеющих потовых желез, возникает терморегуляторное полипноэ – учащенное дыхание (200-600 раз в минуту). При этом усиленно испаряется слюна с языка и поверхности полости рта, что способствует отдаче тепла. Этот адаптивный механизм имеет однако недостаток. Интенсивная работа дыхательных мышц приводит к усиленному теплообразованию в них, что будет дополнительно нагревать тело. О том как остроумно природа преодолела это затруднение у собак, будет сказано в следующей главе. А пока подумайте, как удалось решить задачу коровам, овцам, козам. У них частота полипноэ не очень интенсивная, на зато оно мажет продолжаться в течение всей жаркой части дня. И все это время в дыхательных мышцах будет образовываться избыточное количество тепла. Как быть?

Решение. Если Вы догадались еще раз заглянуть в задачу 96, то по аналогии сможете найти, если не точное решение, то хотя бы его идею. У антилопы адаптивные механизмы охлаждают кровь, прежде чем она поступит в мозг. В рассматриваемом случае нужно обеспечить отдачу во внешнюю среду тепла, образовавшегося в дыхательных мышцах до того как нагретая этим теплом кровь сможет передать его внутрь тела. У перечисленных животных кровь, протекающая по межреберным артериям, сначала поступает в особые венозные сплетения в коже, отдает через них избыток тепла и только после этого направляется в систему полых вен.

Для решения сходных задач природа использует сходные механизмы. Важно понять общий принцип и тогда о многом можно догадаться.

100. У травоядных животных при прохождении пищи по пищеварительному тракту химус особенно долго задерживается в слепой кишке. С чем это связано?

Решение. Ясно, что такая задержка имеет приспособительное, адаптивное значение. Следовательно, в слепой кишке травоядных происходит какой-то процесс, который, во-первых, связан с дальнейшей обработкой пищи, а во вторых, протекает медленно. Остается выяснить – какой же это процесс. Можно догадаться, а можно и заглянуть в книгу. Ничего страшного в этом нет. Главное в другом – Вы знаете, на какой вопрос нужно ответить. А вот и ответ – интенсивное разложение бактериями основного компонента пищи травоядных – клетчатки.

101. Можно ли ожидать, что объем саркоплазматичесного ретикулума в синхронных и асинхронных мышцах окажется различным?

Решение. Эта задача является хорошим примером для тренировки умения отвечать на разных уровнях. Начинать, как Вы уже знаете, нужно с макроуровня. В чем состоят различия синхронных и асинхронных мышц? В частности, в том, что для управления работой синхронных мышц требуется большее количество нервных импульсов, чем для асинхронных Мышц. Теперь перейдем на микроуровень. Каждый нервный импульс, приходящий в мышечное волокно, приводит к освобождению ионов кальция из саркоплазматического ретикулума. Исходя из этого, становится очевидным, что в синхронных мышцах объем саркоплазматического ретикулума должен быть больше, так как при сокращении им требуется больше ионов кальция.

Вы можете подумать о том, что далеко не каждому придет в голову искать различия между синхронными и асинхронными мышцами именно в частоте приходящих в них нервных импульсов. Это совершенно справедливое замечание. Но вспомните об одном из важнейших правил, которые рассматривались еще в первой главе – правило 1.2 – необходимость находить связи между изучаемыми явлениями. В данной задаче говорится о саркоплазматическом ретикулуме. В нем содержатся ионы кальция, которые играют ведущую роль в механизме мышечного сокращения. А ионы кальция выходят из саркоплазматического ретикулума под влиянием нервного импульса (ПД). Тогда понятно, с чего нужно начинать рассуждения.

102. В процессе адаптации животных к холоду в клеточных мембранах происходит перераспределение содержания насыщенных и ненасыщенных жирных кислот. В какую сторону происходит сдвиг?

Решение. Начнем прежде всего искать такие различия между жирными кислотами, которые имеют непосредственное отношение к температуре. Это – различная точка плавления. Более высокая она у насыщенных жирных кислот. Поэтому, если входе адаптации увеличится содержание именно этих кислот и они будут преобладать в составе мембран, то при действии холода может произойти «затвердение» жирнокислотных цепей. Это в свою очередь приведет к увеличению жесткости мембран, что нежелательно. Следовательно, не случайно при адаптации к холоду в мембранах происходит сдвиг в сторону преобладания именно ненасыщенных жирных кислот, которые и при понижении температуры сохраняют жидкое состояние.

103. Некоторые антарктические рыбы живут в воде, температура которой может быть ниже нуля (вода не замерзает из- за высокой солености). А почему не замерзают жидкости внутри тела рыбы?

Решение. Адаптивные реакции в данном случае не могут идти по линии увеличения количества солей во внутренней среде организма. (Подумайте, почему).

Природа нашла другой, весьма остроумный механизм – у этих рыб синтезируется специальный белок – антифриз, понижающий температуру замерзания.

104. Из всех птиц мочевой пузырь имеется только у страуса. Чем бы Вы объяснили такую особенность?

Решение. Сначала нужно объяснить отсутствие мочевого пузыря у птиц. Очевидно, наличие наполненного мочой пузыря нарушает координацию в полете и затрудняет его. Поэтому отсутствие пузыря носит адаптивный, приспособительный характер. Моча выделяется из мочеточников сразу в клоаку. Страус же, во-первых, самая большая из птиц, а, во-вторых, не летает.

105. Можно ли представить, чтобы в слюне животного содержалась серная кислота?

Решение. Если в желудочном соке всегда присутствует соляная кислота, то почему бы в слюне не быть серной? Но зачем? Слюна нужна для взаимодействия с пищей. Но расщепляют пищевые вещества ферменты. Столь сильный фактор, как серная кислота, очевидно, требуется для воздействия на более грубые структуры. Оказывается, что некоторые хищные улитки, чтобы добраться до добычи, заключенной в раковину, растворяют ее слюной, содержащей серную кислоту. Адаптивные приспособления, созданные природой, поистине неисчерпаемы!

106. В слюне лягушек содержится амилаза. Но лягушка хищник и в ее пище отсутствует крахмал. Зачем же тогда ей нужен этот фермент?

Решение. Мы уже твердо знаем, что в эволюции не закреплялись «глупые» механизмы. Поэтому, если амилаза не нужна для крахмала, которого нет в пище, поищем аналог крахмала растений у животных. Разумеется, это гликоген. Он содержится в телах жертв лягушек и гидролизуется амилазой слюны.

107. На закуску решите несложную, но несколько интригующую задачу. Может ли у каких- нибудь млекопитающих время полного кругооборота крови составлять всего одну секунду?

Решение. Для положительного ответа необходимо выполнить два условия. Во-первых, животное должно быть очень маленьким. Во-вторых, а это как раз и характерно для таких животных, ЧСС должна быть очень высокой – до 1 000 уд/мин. Таким требованиям удовлетворяют землеройки. Трудно представить, но у них кровь, выброшенная из сердца, проходит большой и малый круги и возвращается снова в сердце, действительно, за одну секунду.

Задачи для самоконтроля

 

108. У двух людей произошел инфаркт миокарда одинаковой тяжести. Один из них до этого систематически занимался физкультурой и болезнь у него протекала легче. Объясните, почему. Ответ должен быть конкретным.

109. Стенки левого желудочка значительно толще, чем правого. В чем физиологический смысл этого?

110. Заяц и кролик близкие родственники. Однако у них наблюдаются существенные различия в работе сердца. Так, ЧСС у зайца 110-120 уд/мин, а у кролика около 200. Исходя из особенностей жизни зайца и кролика, предположите, какими должны быть у них различия СО и МОК.

111. У ведущего телепередачи «Счастливый случай,» очевидно, не очень профессиональные консультанты по биологии. Однажды он заявил, что гриб – это растение.

Но так считали в достаточно далеком прошлом. В другой раз было сказано, что дельфин вообще не спит. На самом же деле дельфин как и другие животные, без сна не обходится. Но сон у него совершенно необычный – каждое полушарие мозга спит «по очереди». С чем связано такое странное приспособление? Для непосвященных вопрос слишком сложен, поэтому Вы имеете право на подсказку. На голове у дельфина имеется отверстие – «дыхало», через которое воздух поступает в дыхательные пути. Оно может замыкаться специальным мощным сфинктером.

112. Северные олени способны выполнять значительно более интенсивную мышечную работу, чем лошади. Исходя из этого, нарисуйте в сравнении, как будут выглядеть кривые диссоциации оксигемоглобина у этих животных.

113. К каким воздействиям адаптация не развивается?

114. На единицу массы тела маленькое сердце плода доставляет тканям в 2 – 3 раза больше крови, чем сердце взрослого человека. Чем это объясняется? Какие еще адаптивные особенности плода обусловлены той же причиной?

115. У здорового жителя высокогорья обнаружено увеличенное количество эритроцитов в крови. На какой примерно высоте живет этот человек?

116. У собак амилаза в слюне обычно отсутствует. Но можно добиться, чтобы она появилась. Каким образом?

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!

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?

119. Как изменяется всасывающая функция кишечника при частичном голодании?

120. В каком случае скорость прохождения пищи через ЖКТ будет выше – у несущихся кур и индеек или у не несущихся?

121. Вы анализируете панкреатический сок карпа и щуки. В каком из них активность ферментов окажется более высокой?