Е.В. БЕССОЛИЦЫНА,
учитель биологии Вятской гуманитарной гимназии,
г. Киров

Урок по теме:
«Внутренняя среда организма. Кровь»

Тип урока: изучение нового материала.

Форма урока: лекция.

Основные методы: объяснительно-иллюстративный, метод проблемного изложения учебного материала.

Средства обучения: таблица «Состав крови», рисунки отдельных клеток крови и их электронограммы.

ХОД УРОКА

I. Мотивация и актуализация

Постоянство внутренней среды – залог свободной и независимой жизни.

Клод Бернар

Образное выражение Клода Бернара «свободная и независимая жизнь» расценивалось какое-то время как противостояние организма среде обитания, заслуживающее не только безусловного осуждения, но и неукоснительного изъятия из научного мышления. Потребовались годы споров, бесчисленное множество научных экспериментов, чтобы «постоянство внутренней среды» превратилось в основной закон, описывающий жизнь и деятельность организма человека и высших животных.

Что включает в себя понятие «внутренняя среда организма»?

Вспомните курс зоологии – у многоклеточных организмов большинство клеток не имеет непосредственного контакта с внешней средой, их жизнедеятельность обеспечивается наличием среды внутренней. Эту внутреннюю среду организма составляют кровь, лимфа и тканевая жидкость. Из внутренней среды клетки организма получают все необходимые для жизни вещества и выделяют в нее конечные продукты метаболизма. Вещества через стенки капилляров поступают в межклеточное вещество соединительной ткани – тканевую жидкость, а затем через клеточную мембрану в клетку и, наоборот, из клетки – в тканевую жидкость, а затем – в кровь и органы выделения.

Для внутренней среды организма характерно относительное постоянство состава и физико-химических свойств. При изменении какого-либо параметра внутренней среды в организме включаются мощные системы саморегуляции. Они обеспечивают изменение функций многих органов и систем так, чтобы их работа восстановила исходный баланс. Совокупность механизмов, обеспечивающих постоянство внутренней среды организма, называется гомеостазом.

II. Изучение нового материала

Первый компонент внутренней среды организма – кровь – имеет жидкую консистенцию и красный цвет. Красный цвет крови придает гемоглобин, содержащийся в эритроцитах.

Клетки крови под микроскопом

Основными являются следующие функции крови.

1. Транспортная:

– перенос кислорода от легких к тканям и углекислого газа от тканей к легким;
– доставка питательных веществ, витаминов, минеральных веществ и воды от органов пищеварения к тканям;
– удаление из тканей конечных продуктов метаболизма, лишней воды и минеральных солей;
– перенос гормонов, медиаторов.

2. Защитная:

– участие в клеточных и гуморальных механизмах иммунитета, в свертывании крови и остановке кровотечения.

3. Регуляторная:

– регуляция температуры, водно-солевого обмена между кровью и тканями.

4. Гомеостатическая:

– поддержание стабильности показателей гомеостаза (рН, осмотического давления и др.).

Давайте рассмотрим, какие показатели гомеостаза определяют наше здоровье.
Общее количество крови в организме взрослого человека в норме составляет 6–8% от массы тела и равно примерно 4,5–6 л. В кровеносной системе находится 60–70% крови – это так называемая циркулирующая кровь. Другая часть крови (30–40%) содержится в специальных кровяных депо – это депонированная, или резервная, кровь.
Кровь состоит из жидкой части – плазмы и взвешенных в ней форменных элементов. На долю форменных элементов в циркулирующей крови приходится 40–45% объема, на долю плазмы – 55–60%.
Относительная плотность крови равна 1,05–1,06, а ее вязкость по отношению к воде составляет 5.

Плазма содержит 90–92% воды и 8–10% сухого остатка, главным образом белков (7–8%) и минеральных солей (1%). Белки плазмы (их более 30) разделяют на три основные группы. Альбумины (около 4,5%) связывают и транспортируют лекарственные вещества, витамины, гормоны, пигменты. Глобулины (2–3%) обеспечивают транспорт жиров, глюкозы, меди, железа, выработку антител. Фибриноген (0,2–0,4%) участвует в свертывании крови.
В плазме также находятся аминокислоты, глюкоза (0,11%), нейтральные жиры, липиды. В плазму поступают и конечные продукты обмена веществ: мочевина, мочевая кислота и др. В плазме содержатся также различные гормоны, ферменты и другие биологически активные вещества.
Минеральные вещества плазмы составляют около 1% (катионы Na⁺, K⁺, Са₂⁺, анионы Сl^–, НСО₃^–, НРО₄²). Содержащиеся в плазме минеральные вещества определяют осмотическое давление крови, которое составляет около 7,6 атм. Растворы, осмотическое давление которых такое же, как у плазмы крови, называются изотоническими. Растворы с бoльшим осмотическим давлением называются гипертоническими, а с меньшим – гипотоническими. Изотонический (0,85–0,9%) раствор NaCI называется физиологическим.
Кислотно-щелочная реакция крови (рН) является одной из важнейших констант гомеостаза, так как только при рН 7,36–7,42 создаются оптимальные условия для протекания ферментативных реакций, необходимых для обмена веществ.

При изучении состава плазмы крови учащиеся заполняют таблицу 1.

Таблица 1

К форменным элементам крови относятся эритроциты, лейкоциты и тромбоциты (кровяные пластинки).

Эритроциты – безъядерные, не содержащие большинства органелл, клетки, неспособные к делению. Количество эритроцитов в 1 л крови составляет у взрослых мужчин 3,9–5,5 ^. 10¹², у женщин –
3,7–4,9 ^. 10¹² клеток. Большинство эритроцитов имеет форму двояковогнутого диска, что обеспечивает наибольшую площадь контакта с плазмой. Общая площадь поверхности всех эритроцитов взрослого человека составляет 3000–3800 м², что в 1500–1900 раз превышает площадь поверхности тела. Плазмалемма эритроцитов имеет толщину около 20 нм и обеспечивает активный перенос молекул О₂, СО₂, ионов натрия, калия и других веществ. Основная масса сухого вещества эритроцита (96%) приходится на долю гемоглобина. Гемоглобин обусловливает дыхательную функцию крови за счет переноса молекул кислорода от легких к тканям и углекислого газа от клеток к легким. По химической структуре гемоглобин является сложным белком, состоящим из белка глобина и четырех молекул небелковой группы – гема. Гем имеет в своем составе атом железа, способный присоединять или отдавать молекулу кислорода. В каждом эритроците содержится около 400 млн молекул гемоглобина, каждая из которых может связать 4 молекулы О₂, т.е. по одной на каждую субъединицу.
У мужчин в норме содержится 130–160 г/л гемоглобина, у женщин – 120–140 г/л. Общее количество гемоглобина в 5 л крови у человека составляет 700–800 г. Один грамм гемоглобина связывает 1,34 мл кислорода. Разница в содержании эритроцитов и гемоглобина у мужчин и женщин объясняется стимулирующим действием на кроветворение мужских половых гормонов.

Эритроциты

В норме гемоглобин содержится в крови в виде трех физиологических соединений:

• оксигемоглобин (НbО₂) – гемоглобин в соединении с кислородом – находится в артериальной крови, придает ей ярко-алый цвет;

• восстановленный, или дезоксигемоглобин (Hb), не содержащий кислорода, – находится в венозной крови, которая имеет более темный цвет, чем артериальная;

• карбгемоглобин (НbСО₂) – соединение гемоглобина с углекислым газом – содержится в венозной крови. (В этом случае СО₂ присоединяется не к гему, а к NH₂-группам белка глобина. СО₂ могут связывать как оксигемоглобин, так и дезоксигемоглобин, но последний – в большей степени.)

Гемоглобин способен также образовывать соединение и с угарным газом карбоксигемоглобин (НbСО). Сродство гемоглобина к угарному газу почти в 300 раз больше его сродства к кислороду, поэтому содержание в воздухе даже 0,1% угарного газа ведет к превращению 80% гемоглобина в карбоксигемоглобин, который уже неспособен присоединять и переносить кислород, что является опасным для жизни.

Схема связи гема с глобином (а) в молекуле гемоглобина и расположение субъединиц
в четвертичной структуре (б) гемоглобина

Схема образования производных гемоглобина

• Итак, основное значение эритроцитов – транспорт газов. Назовите основные особенности эритроцитов, позволяющие осуществлять эту функцию? (Дисковидная форма, большое содержание гемоглобина, отсутствие ядра и большинства органелл).

Лейкоциты. У взрослого человека в 1 л крови насчитывается 3,8–9 ^. 109 лейкоцитов. Все лейкоциты являются ядерными клетками, способными к активному перемещению. По наличию зернистости в цитоплазме лейкоциты подразделяются на зернистые – гранулоциты и незернистые – агранулоциты.

Гранулоциты характеризуются наличием сегментированного ядра, псевдоподий и зернистости в цитоплазме. По окрашиванию этой зернистости гранулоциты подразделяют на эозинофильные (ацидофильные), базофильные и нейтрофильные. Все зернистые лейкоциты, особенно нейтрофильные, способны к фагоцитозу. Незернистые лейкоциты, агранулоциты, отличаются несегментированным ядром, отсутствием видимой при световой микроскопии зернистости в цитоплазме.

Нейтрофилы составляют 65–75% от общего числа лейкоцитов. По форма клеточного ядра различают сегментоядерные, палочкоядерные и юные нейтрофилы. Подавляющую часть лейкоцитов составляют сегментоядерные нейтрофилы – 60–65%. Их диаметр равен 9–12 мкм. Ядра имеют от двух до пяти сегментов, связанных перемычкой. В цитоплазме имеется зернистость двух типов: мелкие красно-фиолетовые гранулы, видимые в световой микроскоп, – это лизосомы с гидролитическими ферментами и гранулы, видимые только при электронной микроскопии, заполнены бактерицидными веществами.

• Зная особенности ультраструктуры нейтрофилов, скажите: какую функцию они могут выполнять? (Нейтрофилы выполняют защитную функцию – осуществляют фагоцитоз бактерий и других инородных частиц.)

Палочкоядерные нейтрофилы составляют 3–5% от общего числа лейкоцитов. Ядра этих клеток имеют вид изогнутой палочки или буквы S. Юные нейтрофилы содержат бобовидное ядро, в крови встречаются редко (0–0,5%). Увеличение числа молодых форм нейтрофильных лейкоцитов наблюдается в начале развития в организме воспалительного процесса.

Эозинофильные гранулоциты – эозинофилы – составляют 1–5% от общего числа лейкоцитов. Клеточное ядро диаметром 12–14 мкм, как правило, имеет два сегмента, редко больше. В цитоплазме содержатся крупные, окрашенные в красно-розовый цвет гранулы. В крови эозинофилы функционируют 3–8 ч, в соединительной ткани – несколько дней. Эозинофилы обладают фагоцитарной способностью, но из-за малого количества в крови их роль в этом процессе невелика. Основная функция эозинофилов – обезвреживание и разрушение токсинов белкового происхождения, чужеродных белков, комплексов антиген–антитело (в том числе при аллергических реакциях). В них содержится профибринолизин – фермент, участвующий в процессе «растворения» тромба.

• О чем говорит эозинофилия – увеличение количества эозинофилов в крови? (О наличии аллергического состояния или глистной инвазии).

Базофильные гранулоциты – базофилы составляют в крови человека 0–1% от общего числа лейкоцитов. Диаметр базофила 11–12 мкм. Ядра слабодольчатые, окрашиваются слабее, чем ядра эозинофилов и нейтрофилов. В цитоплазме имеется большое количество крупных сине-фиолетовых гранул. Базофилы имеют аппарат синтеза белка, синтезируют и выделяют биологически активные вещества (так называемые медиаторы аллергических реакций – гепарин, гистамин, серотонин и др.), участвуют в защитных реакциях организма, стимулируют функции нейтрофилов и макрофагов. Базофилы часто называют основными клетками гомеостаза, хотя их функции до конца не изучены.

К агранулоцитам относят лимфоциты и моноциты.

Лимфоциты встречаются не только в крови, особенно их много в лимфе. В крови взрослых людей лимфоциты составляют 20–35% от общего числа лейкоцитов. Размеры лимфоцитов колеблются от 4,5 до 10 мкм. Лимфоциты имеют круглое, иногда бобовидное ядро. Цитоплазма окружает ядро узким ободком, при электронной микроскопии в ней обнаруживается мощно развитая гранулярная эндоплазматическая сеть.

• Что вы можете сказать о выполняемой лимфоцитами функции, исходя из особенностей их строения? (Синтез белков.)

Какие же белки синтезируют лимфоциты? Функционально и по происхождению различают Т-лимфоциты и В-лимфоциты.

Т-лимфоциты образуются в тимусе и определяют генетическую чужеродность попавшего в организм вещества. Т-лимфоциты подразделяются на Т-хелперы, стимулирующие выработку антител; Т-супрессоры, тормозящие синтез антител; Т-киллеры, уничтожающие чужеродные и измененные собственные клетки; и долгоживущие Т-клетки памяти.

В-лимфоциты (так они называются потому, что впервые место их образования было обнаружено у птиц в особой железе – бурсе, или сумке Фабрициуса) у человека образуются в лимфоидной ткани желудочно-кишечного тракта. Под контролем Т-лимфоцитов В-лимфоциты трансформируются в плазматические клетки, синтезирующие антитела. Таким образом, белки, синтезируемые лимфоцитами, определяют создание гуморального (жидкостного) иммунитета.

Схема образования Т- и В-лимфоцитов и их участия в клеточном и гуморальном иммунитете

Моноциты в крови человека составляют 6–8% от общего числа лейкоцитов. Это самые крупные в мазках крови лейкоциты, их размер составляет 18–22 мкм. Ядра моноцитов разнообразны по форме: бобовидные, подковообразные, иногда дольчатые. В ядре имеется одно или несколько ядрышек. Цитоплазма занимает большую часть клетки и окрашена в голубовато-серый цвет. В цитоплазме видны мелкие гранулы – лизосомы. Моноциты выходят из крови и превращаются в макрофаги (в костной ткани – остеокласты, в печени – клетки Купфера, в соединительной ткани – гистиоциты и др.).

Таким образом, гранулярные лейкоциты и моноциты определяют развитие воспалительных реакций при попадании в организм микробов, т.е. формируют фагоцитарный иммунитет.

При изучении клеток крови учащиеся заполняют таблицу 2.

Табица 2.

Тромбоциты – кровяные пластинки. Их количество в литре крови составляет 180–320Ч109. Они образуются в красном костном мозге путем отщепления безъядерных фрагментов цитоплазмы от гигантских клеток – мегакариоцитов; из каждой такой клеткиможет возникнуть до 1000 тромбоцитов. Размеры тромбоцита в мазке крови – 2–3 мкм. Две трети тромбоцитов циркулирует в крови, остальные депонируются в селезенке. Тромбоциты активно участвуют в процессе свертывания крови и растворения кровяного сгустка за счет присутствующих в них биологически активных соединений.

Остановка кровотечения и свертывание крови. У здорового человека кровотечение из мелких сосудов при их ранении останавливается за 1–3 мин. Это обеспечивается в основном за счет сужения сосудов и механической закупоркой агрегатами тромбоцитов. Тромбоциты как бы прилипают к волокнам соединительной ткани по краям раны, меняя при этом свою форму – они становятся округлыми клеткими с шиповидными отростками. Из гранул тромбоцитов выделяется и начинает действовать сосудосуживающий агент серотонин. Под действием освобождающегося из поврежденной ткани тромбопластина в небольших количествах начинает образовываться тромбин, который инициирует необратимую агрегацию и разрушение тромбоцитов в сгустке.

Классическая схема свертывания крови

Основные этапы свертывания крови были известны давно. Еще в 1905 г. Моравиц описал в основном последовательность этих этапов, и его схема верна и поныне. Вне организма кровь свертывается за несколько минут. Под действием «активатора протромбина» (тромбокиназы), выделяющегося при разрушении тромбоцитов, белок плазмы протромбин превращается в тромбин. Последний вызывает расщепление растворенного в плазме фибриногена с образованием фибрина, волокна которого образуют основу тромба. В результате кровь из жидкости превращается в студенистую массу.

Через несколько часов волокна фибрина сжимаются, и из него как бы выдавливается светлая жидкость – сыворотка, т.е. лишенная фибриногена плазма. На месте сгустка остается плотный красный тромб, состоящий из сети волокон фибрина с захваченными ею клетками крови. В этом процессе участвуют и тромбоциты. Содержащийся в них белок тромбостенин (сходный с актомиозином) тоже способен сокращаться, за счет чего сгусток становится еще более плотным и стягивает края раны, что облегчает ее зарастание клетками соединительной ткани.

Спустя некоторое время после свертывания крови может наступить фибринолиз, т.е. растворение сгустка, и сосуд снова становится проходимым для крови.

В механизме свертывания крови принимает участие 15 плазменных факторов: фибриноген, протромбин, тканевой тромбопластин, антигемофильные глобулины и др. Многие из этих факторов образуются в печени при участии витамина К. Для осуществления всех фаз процесса свертывания необходимы ионы кальция.

III. Подведение итогов и рефлексия

Возвращаясь к общей схеме строения крови и составленным вами таблицам, подготовьте вопросы для преподавателя: что осталось не до конца понятым? какие пробелы имеются в ваших записях и таблицах? Вопросы запишите в тетрадь. (Далее следует разбор этих вопросов.)

IV. Домашнее задание

Изучите § 17 учебника («Биология. Человек. 8»/Под ред. Д.В. Колесова, Р.Д. Маша, И.Н. Беляева) и материалы учебного пособия «Морфофункциональные основы жизнедеятельности человека». Выполните задания в конце параграфа и тестовые задания в пособии.

Литература

Барышников С.Д. Лекции по анатомии и физиологии человека с основами патологии. – М.: ВУНМЦ, 1996.

Быков В.Л. Частная гистология человека. – СПб.: Сотис, 1997.

Гистология/Под ред. Ю.И. Афанасьева, Н.А. Юриной. – М.: Медицина, 1989.

Морфофункциональные основы жизнедеятельности человека. Учебное пособие/Сост. Е.В. Бессолицына. – Киров.

Сапин М.Р., Брыскина З.Г. Анатомия человека. – М.: Просвещение, 1995.

Физиология человека/Под ред. Р.Шмидта и Г.Тевса. Т. 2. – М.: Мир, 1996.

Хэм А., Кормак Д. Гистология. Т.1–5. – М.: Мир, 1983.

Юрина Н.А., Радостина А.И. Гистология. – М.: Медицина, 1995.